STUDI PERENCANAAN KOORDINASI PROTEKSI MEMPERTIMBANGKAN BUSUR API PADA SISTEM KELISTRIKAN PT. SEMEN INDONESIA ACEH MENGGUNKAN STANDAR IEEE 1584-2002 - ITS Repository

  TUGAS AKHIR – TE 141599

STUDI PERENCANAAN KOORDINASI PROTEKSI

MEMPERTIMBANGKAN BUSUR API PADA SISTEM

KELISTRIKAN PT. SEMEN INDONESIA ACEH

MENGGUNAKAN STANDAR IEEE 1584-2002

  Dhimas Oktavian Andryana NRP 2214 105 088 Dosen Pembimbing Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc., Ph.D.

  Dr. Rony Seto Wibowo, ST., MT. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

  FINAL PROJECT – TE 141599 PROTECTION COORDINATION PLANNING STUDY

CONSIDERING ARC FLASH AT PT. SEMEN INDONESIA

ACEH ELECTRICAL SYSTEM USING IEEE 1584-2002

STANDARD

  Dhimas Oktavian Andryana NRP 2214 105 088 Advisor Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc., Ph.D.

  Dr. Rony Seto Wibowo, ST., MT. DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING Faculty of Industrial Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2017

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

  Dengan ini saya menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Tugas Akhir saya dengan judul

  “ Studi Perencanaan

Koordinasi Proteksi Mempertimbangkan Busur Api Pada Sistem

Kelistrikan PT. Semen Indonesia Aceh Menggunakan Standar IEEE

1584-2002

  ” adalah benar-benar hasil karya intelektual mandiri,

  diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang tidak diijinkan dan bukan merupakan karya pihak lain yang saya akui sebagai karya sendiri.

  Semua referensi yang dikutip maupun dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka. Apabila ternyata pernyataan ini tidak benar, saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan yang berlaku.

  Surabaya, Januari 2017 Dhimas Oktavian Andryana

  NRP. 2214 105 088

  

Studi Perencanaan Koordinasi Proteksi

Mempertimbangkan Busur Api Pada Sistem Kelistrikan

PT. Semen Indonesia Aceh Menggunkan Standar IEEE

1584-2002

  Nama Mahasiswa : Dhimas Oktavian Andryana

Dosen Pembimbing I : Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc., Ph.D

Dosen Pembimbing II : Dr. Rony Seto Wibowo, S.T., MT.

  Abstrak

  PT. Semen Indonesia pabrik Aceh merupakan perusahaan patungan (joint venture company) antara PT. Semen Indonesia (Persero) bersama PT. Samana Citra Agung. Total daya listrik yang dibutuhkan sebesar 85.8 MW dengan sistem kelistrikan pada sistem tegangan rendah dan menengah. Guna menjaga kontinuitas daya listrik, diperlukan koordinasi proteksi untuk meminimalisir dampak yang ditimbulkan ketika terjadi gangguan. Salah satu dampak yang ditimbulkan adalah adanya busur api

  

(arc flash) . Namun demikian, energi yang dihasilkan oleh busur api

  setelah dilakukan koordinasi proteksi perlu dipertimbangkan agar tidak melampaui standard yang diizinkan. Analisa busur api dilakukan dengan menggunakan perhitungan standar IEEE 1584-2002. Setelah dilakukan analisa didapatkan beberapa bus di PT. Semen Indonesia pabrik Aceh memiliki nilai insiden energi diatas kategori 4, sehingga diperlukan tambahan peralatan berupa rele differensial sebagai pengaman utama agar nilai insiden energi busur api pada masing-masing bus tipikal memenuhi batas yang diizinkan oleh standard NFPA 70E.

  

Kata Kunci : PT. Semen Indonesia Aceh, Koordinasi Proteksi, Insiden

Energi, IEEE 1584-2002, dan NFPA 70E.

  

Halaman Ini Sengaja Dikosongkan

  

Protection Coordination Planning Study Considering Arc

Flash at PT. Semen Indonesia Aceh Electrical System Using

  

IEEE 1584-2002 Standard

Student Name : Dhimas Oktavian Andryana

Supervisor I : Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc., Ph.D

Supervisor II : Dr. Rony Seto Wibowo, S.T., MT. Abstrack

  PT. Semen Indonesia Aceh plant is a joint venture company

between PT. Semen Indonesia (Persero) and PT. Samana Citra Agung.

The total electric power required by the system amounted to 85.8 MW of

electricity in low and medium voltage systems. In order to maintain

continuity of electrical power, protection coordination is required to

minimize the impact in the event of disruption. One impact is the arc flash.

However, the energy produced by the arc flash after coordination of

protection should be considered in order not to exceed the standards

allowed. Arc flash analysis calculations using standard IEEE 1584-2002.

After some analysis it was found that some areas of PT. Semen Indonesia

Aceh plant has a value of energy incident over category 4, necessitating

additional equipment such as a safety relay main differential so that the

value of energy arcing incident could be categorized as standard NFPA

  70E.

  

Kata Kunci : PT. Semen Indonesia Aceh, Protection Cordination, Energy

Incident, IEEE 1584-2002, and NFPA 70E.

  

Halaman Ini Sengaja Dikosongkan

KATA PENGANTAR

  Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul :

  

“Studi Perencanaan Koordinasi Proteksi Mempertimbangkan

Busur Api Pada Sistem Kelistrikan PT. Semen Indonesia Aceh

Menggunakan Standar IEEE 1584-2002

”

  Pembuatan dan penyusunan tugas akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi Strata-1 (S1) dan memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T.) pada bidang studi Teknik Sistem Tenaga jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

  Penulis menyadari berbagai keterbatasannya, karena itu penulis memohon maaf atas keterbatasan materi laporan tugas akhir ini. Penulis sangat mengharapkan masukan berupa saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan laporan tugas akhir ini.

  Kami selaku penyusun dan penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada pihak – pihak yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Sutikno Alm dan Ningsih Dwi Astuti selaku kedua orang tua penulis yang selalu mendukung, memberi nasihat, serta mendoakan.

  2. Bapak Dr. Ardyono Priyadi, S.T., M.Eng., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro ITS.

  3. Bapak Dedet Candra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D., selaku selaku koordinator tugas akhir bidang studi Teknik Sistem Tenaga Teknik Elektro ITS.

  4. Bapak Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, Msc., Ph.D. dan Bapak Dr.

  Rony Seto Wibowo, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing tugas akhir penulis.

  5. Bapak Abdul Chamid, selaku bagian administrasi tugas akhir bidang studi Teknik Sistem Tenaga Teknik Elektro ITS.

  6. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah membimbing dan membekali ilmu kepada penulis selama penulis menempuh pendidikan di kampus tercinta ini, ITS, Surabaya.

  7. Oni Vidya Pentasasi beserta keluarga yang telah memberikan dukungan, doa dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  8. Teman – teman LJ Power angkatan ’14, terima kasih atas dukungan dan semangat dari kalian.

  9. Orang – orang disekitar maupun saudara – saudaraku yang telah mendukung dan mendoakan.

  10. Semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesainya tugas akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

  Semoga Allah S.W.T selalu memberikan perlindungan, rahmat dan nikmat-Nya bagi kita semua. Aamiin...

  Surabaya, Januari 2017

   Penulis

  

DAFTAR ISI

JUDUL LEMBAR PERNYATAAN LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK ....................................................................................... i

ABSTRACT ...................................................................................... iii

KATA PENGANTAR ..................................................................... v

DAFTAR ISI .................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................... ix

DAFTAR TABEL ........................................................................... xi

BAB I PENDAHULUAN

  2.2.3 Lee Method .............................................................. 11

  3.3 Data Beban Kelistrikan pada PT. Semen Indonesia Aceh .. 23

  3.2 Sistem Kelistrikan PT. Semen Indonesia Aceh ................... 22

  3.1 Metode Pengerjaan Tugas Akhir ......................................... 21

  

BAB III SISTEM KELISTRIKAN PT. SEMEN INDONESIA

ACEH

  2.6 Rele Differensial ................................................................. 19

  2.5 Rele Arus Lebih (Overcurrent Relay) ................................. 16

  2.4 Pengelompokkan Kategori Energi Busur Api ..................... 14

  2.3 Flash Protection Boundary ................................................. 13

  2.2.2 Insiden Energi .......................................................... 9

  1.1 Latar Belakang .................................................................... 1

  2.2.1 Arcing Current ......................................................... 8

  2.2 Busur Api Listrik ................................................................ 7

  2.1 Hubung Singkat ................................................................ 5

  BAB II TEORI PENUNJANG

  1.6 Relevansi ............................................................................. 3

  1.5 Metodologi .......................................................................... 2

  1.4 Tujuan ................................................................................. 2

  1.3 Batasan Masalah ................................................................. 2

  1.2 Rumusan Masalah ............................................................... 2

  

BAB IV SIMULASI DAN ANALISA BUSUR API DI PT. SEMEN

INDONESIA PABRIK ACEH

  4.1 Hasil Simulasi Insiden Energi Arc Flash Menggunakan Perangkat Lunak ETAP 12.6.0 (Existing)........................... 27

  4.2 Studi Kordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa .............. 27

  4.2.1 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa Tipikal 1 .................................................................. 28

  4.2.2 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa Tipikal 2 .................................................................. 38

  4.2.3 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa Tipikal 3 .................................................................. 50

  4.2.4 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa Tipikal 4 .................................................................. 61

  4.3 Hasil Simulasi Energi Busur Api Menggunakan Perangkat Lunak ETAP (Resetting) .................................. 65

  4.3.1 Perhitungan Energi Busur Api (Resetting) dengan Standar IEEE 1584-2002 ......................................... 66

  4.3.2 Perhitungan Energi Busur Api Standar IEEE 1584- 2002 dengan Penambahan Rele Differensial ........... 76

  4.4 Perbandingan Besar Energi Busur Api Kondisi Existing dan Setelah Resetting (Berdasarkan Standar IEEE 1584- 2002) ................................................................................... 77

  4.5 Perbandingan Besar Energi Busur Api Kondisi Resetting dan Setelah Penambahan Rele Differensial (Berdasarkan Standar IEEE 1584-2002) ................................................... 78

  4.6 Perbandingan Nilai Flash Protection Boundary (FPB) Kondisi Existing, Resetting, dan Setelah Penambahan Rele Diferensial (Berdasarkan Standar IEEE 1584-2002) .. 79

  4.7 Personal Protective Equipment (PPE) yang Harus Digunakan ........................................................................... 80

  BAB V PENUTUP

  5.1 Kesimpulan ......................................................................... 85

  5.2 Saran ................................................................................... 96

  

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................... 97

LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP PENULIS

  

TABLE OF CONTENS

TITLE STATEMENT SHEET

  2.2.2 Incident Energy ........................................................ 9

  

3.3 PT. Semen Indonesia Aceh electricity load data ................. 23

  

3.2 PT. Semen Indonesia Aceh electrical system ...................... 22

  

3.1 Method of final project ........................................................ 21

  

BAB III PT. SEMEN INDONESIA ACEH ELECTRICAL SYSTEM

  

2.6 Differensial Relay ............................................................... 19

  

2.5 Overcurrent Relay ............................................................... 16

  

2.4 Grouping arc flash category ............................................... 14

  

2.3 Flash Protection Boundary ................................................. 13

  2.2.3 Lee Method .............................................................. 11

  2.2.1 Arcing Current ......................................................... 8

  VALIDITY SHEET

ABSTRAK......................................................................................... i

ABSTRACT ...................................................................................... iii

FOREWORD .................................................................................... v

TABLE OF CONTENTS ................................................................. vii

LIST OF FIGURES ......................................................................... ix

LIST OF TABLES ........................................................................... xi

  2.2 Arc flash .............................................................................. 7

  2.1 Short circuit ................................................................ 5

  BAB II SUPPORTING THEORY

  1.6 Relevance ............................................................................ 3

  1.5 Methodology ....................................................................... 2

  1.4 Purpose ............................................................................... 2

  1.3 Scope of problem ................................................................. 2

  1.2 Formulation of the problem ................................................ 2

  1.1 Background ......................................................................... 1

  BAB I INTRODUCTION

  

BAB IV SIMULATION AND ANALYSIS IN PT. SEMEN

INDONESIA ACEH FACTORY

  

4.1 Simulation result of incident energy arc flash using

softwere ETAP 12.6.0 (Existing)......................................... 27

  4.2 Overcurrent relay coordination study phase disorder ........ 27

  4.2.1 Overcurrent relay coordination study phase disorder typical 1 .................................................... 28

  4.2.2 Overcurrent relay coordination study phase disorder typical 2 .................................................... 38

  4.2.3 Overcurrent relay coordination study phase disorder typical 3 .................................................... 50

  4.2.4 Overcurrent relay coordination study phase disorder typical 4 .................................................... 61

  

4.3 Simulation result of incident energy arc flash using

softwere ETAP 12.6.0 (Resetting) .................................... 65

  4.3.1 Incident energy arc flash calculation (Resetting) with IEEE 1584-2002 standart ................................ 66

  4.3.2 Incident energy arc flash calculation (Resetting) with differential relay .............................................. 76

  

4.4 Comparison arc flash energy existing and resetting

(IEEE 1584-2002 standard) ............................................... 77

  

4.5 Comparison arc flash energy resetting and after the

addition of the differensial relay (IEEE 1584-2002 standard) ............................................................................. 78

  

4.6 Comparison Flash Protection Boundary (FPB) Kondisi

Existing, Resetting, and after the addition of the differensial relay (IEEE 1584-2002 standard) ................... 79

  4.7 Personal Protective Equipment (PPE) should be used ....... 80

  BAB V CLOSE

  5.1 Conclusion .......................................................................... 85

  5.2 Suggestion ........................................................................... 96 BIBLIOGRAPHY

   ...................................................................... 97 ATTACHMENT CURICULUM VITAE

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gelombang Arus Hubung Singkat ........................

  7 Gambar 2.2 Efek Arc Fault ......................................................

  8 Gambar 2.3 Flash Protection Boundary ...................................

  13 Gambar 2.4 Arc Flash Label ....................................................

  16 Gambar 2.5 Karakteristik Standard Invers, Very Invers, dan Extremely Invers ..................................................

  18 Gambar 2.6 Rele Differensial Keadaan Normal .......................

  19 Gambar 2.7 Rele Differensial Gangguan Eksternal..................

  20 Gambar 2.8 Rele Differensial Gangguan Internal ....................

  20 Gambar 3.1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir .................

  21 Gambar 4.1 Koordinasi Rele Tipikal 1 .....................................

  28 Gambar 4.2 Plot Kurva TCC Existing Tipikal 1 .......................

  29 Gambar 4.3 Plot Kurva TCC Resetting Tipikal 1 .....................

  37 Gambar 4.4 Koordinasi Rele Tipikal 2 .....................................

  38 Gambar 4.5 Plot Kurva TCC Existing Tipikal 2 .......................

  39 Gambar 4.6 Plot Kurva TCC Resetting Tipikal 2 .....................

  49 Gambar 4.7 Koordinasi Rele Tipikal 3 .....................................

  50 Gambar 4.8 Plot Kurva TCC Existing Tipikal 3 .......................

  51 Gambar 4.9 Plot Kurva TCC Resetting Tipikal 3 .....................

  60 Gambar 4.10 Koordinasi Rele Tipikal 4 .....................................

  61 Gambar 4.11 Plot Kurva TCC Existing Tipikal 4 .......................

  62 Gambar 4.12 Plot Kurva TCC Resetting Tipikal 4 .....................

  64

  

Halaman Ini Sengaja Dikosongkan

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Faktor untuk Peralatan dan Kelas Tegangan.........

  66 Tabel 4.5 Rating Bus 821MV021 .........................................

  77 Tabel 4.18 Data Perbandingan Besar Insiden Energi untuk Kondisi Existing dan Resetting ............................

  76 Tabel 4.17 Rating Bus Bus30 dengan Rele Differensial ........

  75 Tabel 4.16 Rating Bus BUS-834.TM253 ...............................

  74 Tabel 4.15 Rating Bus BUS-341FN03M01 ............................

  73 Tabel 4.14 Rating Bus Bus157 ...............................................

  73 Tabel 4.13 Rating Bus Bus31 .................................................

  72 Tabel 4.12 Rating Bus Bus30 .................................................

  71 Tabel 4.11 Rating Bus 831MV121 .........................................

  70 Tabel 4.10 Rating Bus 831MV061 .........................................

  70 Tabel 4.9 Rating Bus 831MV052 .........................................

  69 Tabel 4.8 Rating Bus 831MV051 .........................................

  68 Tabel 4.7 Rating Bus 831MV041 .........................................

  67 Tabel 4.6 Rating Bus 821MV042 .........................................

  65 Tabel 4.4 Rating Bus 821MV011 .........................................

  10 Tabel 2.2 Typical Bus Gap ...................................................

  65 Tabel 4.3 Data Hasil Simulasi Energi Busur Api Kondisi Resetting dengan Penambahan Rele Differensial .

  27 Tabel 4.2 Data Hasil Simulasi Energi Busur Api Kondisi Resetting ...............................................................

  26 Tabel 4.1 Data Hasil Simulasi Energi Busur Api Kondisi Existing .................................................................

  25 Tabel 3.7 Lanjutan Tabel 3.6 ................................................

  24 Tabel 3.6 Data Beban Lump Load pada Tegangan 0.4 kV ...

  24 Tabel 3.5 Data Beban Motor pada Tegangan 1.92 kV dan 1.835 kV ...............................................................

  24 Tabel 3.4 Data Beban Motor pada Tegangan 0.7 kV ............

  23 Tabel 3.3 Data Beban Motor pada Tegangan 6.3 kV ............

  22 Tabel 3.2 Lanjutan Tabel 3.1 ................................................

  18 Tabel 3.1 Data Transformator ...............................................

  17 Tabel 2.6 Spesifikasi Rele Berbasis Analog .........................

  14 Tabel 2.5 Koefisien Invers Time Dial ...................................

  11 Tabel 2.4 Protection Clothing Characteristics .....................

  11 Tabel 2.3 Typical Working Distance ....................................

  78

Tabel 4.19 Data Perbandingan Besar Insiden Energi untuk

  Kondisi Sebelum dan Sesudah Penambahan Rele Differensial ...........................................................

  79 Tabel 4.20 Data Perbandingan FPB Kondisi Existing,

  Resetting , dan Setelah Penambahan Rele Differensial ...........................................................

  80 Tabel 4.21 Jenis PPE Berdasarkan Kategori Bahaya Busur Api Setelah Resetting ............................................

  81 Tabel 4.22 Jenis PPE Berdasarkan Kategori Bahaya Busur Api Setelah Penambahan Rele Differensial ..........

  83

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  PT. Semen Indonesia Aceh merupakan perusahaan patungan (joint

venture company ) antara PT. Semen Indonesia (Persero) bersama PT.

Samana Citra Agung. Total daya listrik yang dibutuhkan sebesar 85.8 MW dengan sistem kelistrikan pada sistem tegangan rendah dan menengah. Guna menjaga kontinuitas daya listrik, diperlukan koordinasi proteksi untuk meminimalisir dampak yang ditimbulkan ketika terjadi gangguan. Salah satu dampak yang ditimbulkan adalah adanya busur api

  

(arc flash) . Oleh sesab itu, demi menjaga keamanan dan keselamatan

pekerja dari bahaya arc flash perlu diketahui energi yang dihasilkan.

  Besarya insiden energi yang dihasilkan tergantung dari waktu kerja sistem pengaman akibat gangguan arus hubung singkat. Semakin cepat rele pengaman bekerja semakin kecil tingkat insiden energi arc flash yang ditimbulkan, sehingga perlu dikaji atau dipelajari tingkat insiden energi

  

arc flash yang ditimbulkan guna memberi peringatan kepada para pekerja

  maupun orang disekitarnya untuk menentukan alat pelindung diri yang harus digunakan sebagai antisipasi terjadinya kecelakaan kerja yang mengakibatkan jatuhnya korban jiwa.

  Berdasarkan standar IEEE 1584-2002 yang berkaitan tentang masalah arc flash, analisa bahaya arc flash harus dilakukan dengan melakukan studi terhadap kordinasi proteksi dan hubung singkat. Studi proteksi diperlukan untuk menentukan waktu peralatan proteksi dalam mengisolasi ketika terjadi hubung singkat. Sedangkan studi hubung singkat digunakan untuk mendapatkan nilai arus bolted gangguan tiga fasa. Tetapi pada standar ini tidak dipertimbangkan berkurangnya kontribusi arus hubung singkat pada tiap satuan waktu, dan waktu pemutusan masing-masing CB (Circuit Breaker) dalam melokalisir gangguan. Dengan hasil analisa insiden energi arc flash yang diperoleh, akan digunakan untuk menentukan batasan jarak dari titik yang berpotensi terjadi arc flash dengan pekerja dan akan ditentukan kategori bahaya arc

  

flash beserta jenis alat pelindung diri sesuai dengan standar NFPA 70E

yang dipakai oleh pekerja.

  1.2 Rumusan Masalah

  Rumusan masalah yang akan dibahas pada Tugas Akhir ini adalah :

  1. Menghitung dan mensimulasikan besar insiden energi arc flash pada sistem kelistrikan tegangan 6.3 kV PT. Semen Indonesia Aceh sesuai standar IEEE 1584-2002.

  2. Menghitung dan mensimulasikan besar insiden energi arc flash setelah dilakukan resetting koordinasi proteksi sesuai standar

  IEEE 1584-2002.

  3. Mencocokan hasil simulasi ETAP dengan perhitungan manual standar IEEE 1584-2002.

  4. Mendapatkan jarak aman pekerja standar IEEE 1584-2002.

  5. Mendapatkan kategori resiko yang ditimbulkan dari pengaruh insiden energi arc flash sesuai NFPA 70E serta perlengkapan keselamatan diri yang cocok untuk pekerja.

  1.3 Batasan Masalah

  Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, permasalahan dibatasi sebagai berikut :

  1. Penentuan besar insiden energi arc flash pada masing-masing switchgear tegangan menengah (6.3 kV).

  2. Simulasi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0.

  1.4 Tujuan

  Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah :

  1. Mendapatkan kategori level insiden energi arc flash sehingga dapat menentukan jenis dari alat pelindung diri yang harus digunakan.

  2. Dapat menentukan jarak aman antara pekerja dengan titik bahaya arc flash untuk meminimalisir resiko dampak kecelakaan akibat bahaya arc flash.

  1.5 Metodologi

  Pada Tugas Akhir ini metodologi yang digunakan penulis adalah :

  1. Studi Literatur

  Mempelajari literatur yang berkaitan tentang perhitungan insiden energi arc flash mengacu pada standar IEEE 1584- 2002.

  2. Pengumpulan Data Melakukan pengambilan data sistem kelistrikan di PT. Semen Indonesia Aceh yang akan dianalisa bahaya arc flash pada sistem tegangan menengah 6.3 kV.

  3. Pemodelan sistem kelistrikan dan simulasi Memodelkan data-data yang diperoleh kedalam perangkat lunak 12.6.0 dan kemudian dilakukan simulasi untuk mendapatkan hasil data-data yang diinginkan.

  4. Analisa Data Menganalisa hasil data dari simulasi insiden energi arc flash yang telah dilakukan dengan standar IEEE 1584-2002 yang selanjutnya akan digunakan sebagai acuan penentuan jarak aman pekerja serta alat pelindung diri yang digunakan sesuai NFPA 70E.

  5. Penulisan Buku Tugas Akhir Pembuatan laporan tentang apa yang telah dikerjakan. Dalam hal ini menunjukan hasil besarnya insiden energi arc flash dengan standar IEEE 1584-2002 pada bus-bus tegangan menengah 6.3 kV di PT. Semen Indonesia Aceh serta jarak aman pekerja dari bahaya arc flash.

1.6 Relevansi

  Hasil yang diperoleh dari Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberikan informasi dan manfaat sebagai berikut :

  1. Pembelajaran dan penyelesaian persoalan tentang insiden energi arc flash yang dihasilkan.

  2. Pengelompokan klasifikasi besar insiden energi arc flash sesuai dengan perlengkapan pakaian keselamatan yang diharapkan dapat menghindari jatuhnya korban bagi para pekerja disekitar area kerja yang dapat menimbulkan bahaya arc flash.

  3. Menjadi refrensi untuk penelitian berikutnya ketika dibutuhkan informasi tentang besarnya insiden energi arc flash dengan standar IEEE 1584-2002.

  1.7 Sistematika Penulisan

  BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang, permasalahan, batasan masalah, tujuan, relevansi, dan sistematika penulisan. BAB II : ARC FLASH STANDAR IEEE 1584-2002 Bab ini membahas tentang definisi arc flash, salah satu faktor yang mempengaruhi besarnya insiden energi arc

  flash , perhitungan insiden energi arc flash sesuai

  standar IEEE 1584-2002, batas jarak perlindungan dari bahaya arc flash, serta pengelompokan kategori insiden energi arc flash dengan perlengkapan alat pelindung diri sesuai NFPA 70E.

  BAB III : SISTEM KELISTRIKAN PT. SEMEN INDONESIA ACEH Bab ini menjelaskan mengenai sistem kelistrikan yang ada di PT. Semen Indonesia Aceh, yaitu data tranformator serta data beban.

  BAB IV : SIMULASI DAN ANALISA ARC FLASH DI PT. SEMEN INDONESIA ACEH Bab ini membahas mengenai analisa perhitungan energi

  arc flash yang dihasilkan sesuai standar IEEE 1584-

  2002, serta dilakukan perhitungan jarak aman pekerja dan jenis perlindungan apa yang harusnya digunakan berdasarkan kategori bahaya arc flash.

  BAB V : PENUTUP Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari keseluruhan pembahasan yang telah dilakukan dari Tugas Akhir.

BAB 2 TEORI PENUNJANG

2.1 Hubung Singkat

  Hubun singkat merupakan salah satu jenis gangguan pada sistem tenaga listrik. Kerusakan isolasi peralatan, kerusakan mekanis, kerusakan peralatan listrik akibat overload dan panas yang berlebihan merupakan faktor utama penyebab hubung singkat. Gangguan pada hubung singkat akan menimbulkan nilai aliran arus yang besar menuju ke titik gangguan. Aliran arus yang besar tersebut merupakan jumlah dari arus kontribusi generator dan beban berupa motor, nilai reaktansi peralatan maupun reaktansi pada rangkaian akan mempengaruhi hubung singkat.

  Gangguan hubung singkat dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu hubung singkat simetri dan asimetri. Gangguan hubung singkat simetri merupakan hubung singkat tiga fasa ke tanah sedangkan hubung singkat asimetri yaitu hubung singkat satu fasa ke tanah dan dua fasa ke tanah. Untuk menghitung besar arus hubung singkat pada sistem distribusi tegangan menengah dapat digunakan persamaan berikut[9].

  a. Hubung singkat tiga fasa ke tanah Adalah hubung singkat yang melibatkan ketiga fasa. Berikut merupakan persamaan tersebut.

  −

  (2.1) =

  3∅

1 Keterangan :

  Isc 3 : arus hubung singkat tiga fasa V : tegangan line to netral L-N

  X 1 : reaktansi urutan positif

  b. Hubung singkat antar fasa Adalah hubung singkat yang terjadi antar dua fasa tanpa terhubung ke tanah. Berikut merupakan persamaannya.

  − √3  (2.2)

  = =

  0.86

  2∅ 3∅ 3∅

  2 1+ 2

  Keterangan :

  Isc 2 : arus hubung singkat antar fasa

  V L-L : tegangan line to line X : reaktansi urutan positif

  1 X 2 : reaktansi urutan negatif Level arus hubung singkat tersebut berangsur menurun pada periode transient (X’d) yang terjadi pada kondisi ½-4 cycle. Setelah kondisi mencapai 30 cycle disebut periode study state, reaktansinya disebut reaktansi sinkron (Xd). Tiga periode hubung singkat tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1.

  

transient, dan study state , dimana pada periode subtransien (X”d) terjadi

kondisi ½ cycle dan mempunyai level arus hubung singkat yang tinggi.

  1∅

  Hubung singkat terjadi dalam tiga periode yaitu subtransient,

  Gangguan hubung singkat akan menimbulkan nilai arcing current yang menjadi salah satu faktor penyebab terjadinya busur api. Untuk menganalisa hubung singkat dibutuhkan nilai impedansi generator, nilai impedansi kabel, nilai impedansi transformer dan nilai impedansi beban motor serta rating masing-masing sistem peralatan listrik.

  Z SC : impedansi short circuit

  : impedansi netral

  V L-L : tegangan line to line Z LN

  Isc 1 : arus hubung singkat satu fasa ke netral

  Keterangan :

  − /√3

  =

  d. Hubung singkat fasa ke netral Merupakan hubung singkat yang terjadi antara salah satu fasa dengan netral. Berikut merupakan persamaannya.

  c. Hubung singkat satu fasa ke tanah Adalah hubung singkat yang melibatkan impedansi urutan nol.

  X 2 : reaktansi urutan negatif X : reaktansi urutan nol

  X 1 : reaktansi urutan positif

  : tegangan line to netral

  V L-N

  (2.3) Keterangan : Isc 0 : arus hubung singkat satu fasa ke tanah.

  3 − 1+ 2+ 0

  =

  0∅

  Berikut arus hubung singkat tergantung sistem pentanahan yang digunakan. Berikut persamaannya.

• (2.4)

Gambar 2.1 Gelombang Arus Hubung Singkat

2.2 Busur Api Listrik

  Menurut National Fire Protection Association (NFPA) 70E-2004,

  

arc flash adalah kondisi yang berbahaya akibat adanya pelepasan energi

  yang disebabkan oleh bunga api listrik [1]. Bunga api listrik timbul karena adanya arus gangguan atau disebut arcing fault pada sebuah sistem kelistrikan. Penyebab arus gangguan sangat bermacam-macam antara lain, kegagalan isolasi, kegagalan mekanik, debu, korosi, atau kesalahan pekerja yang bekerja pada sistem kelistrikan.

  Saat insiden energi arc flash maka akan muncul pembakaran dari busur api. Efek yang dihasilkan arc flash dapat berupa ledakan, radiasi panas, cahaya yang menyilaukan, dan tekanan yang sangat besar. Temperatur dari radiasi panas yang dihasilkan dapat mencapai sekitar 35.000

  F, atau sekitar empat kali panas permukaan matahari. Temperatur yang tinggi juga merubah keadaan konduktor dari padat ke logam cair panas dan uap. Hal tersebut sangat berbahaya Karena dapat menyebabkan kerusakan pada perlatan listrik dan kecelakaan fatal pada pekerja. Oleh karena itu level busur api harus diminimalkan sesuai standar NFPA 70E.

Gambar 2.2 menunjukkan efek yang ditimbulkan oleh arc fault.Gambar 2.2 Efek Arc Fault

2.2.1 Arcing Current[2]

   Berdasarkan standar IEEE 1584-2002, perhitungan arcing current

  merupakan langkah awal dalam perhitungan level energi arc flash. Nilai

arcing current diperoleh berdasarkan arus hubung singkat tiga fasa.

Berikut adalah persamaan untuk perhitungan arcing current pada sistem tegangan dibawah 1000V. lg Ia = K + 0.662 lg I bf + 0.0966 V + 0.000526 G + 0.5588 V(lg I bf )

  0.00304 G (lg I

  bf

  ) (2.5) Keterangan : lg : log

10 Ia : arus arcing (kA)

  V : tegangan sistem (kV) G : jarak antar konduktor (mm)

  K : -0.153 untuk konfigurasi terbuka dan -0.097 untuk

  konfigurasi box

   I bf : bolted fault current pada gangguan tiga fasa (symmetrical RMS ) (kA)

  Ibf Ia 983 ,

  10 

  00929 ,

  Sedangkan pada sistem tegangan lebih dari 1000V menggunakan persamaan berikut [2]. lg Ia = 0.00402 + 0.983 lg I bf (2.6) Dari persamaan (2.6) dapat dijabarkan menjadi :

  

  983 ,

  1

  00929 ,

  Ibf Ia

  Ibf Ia 00402 , 983 ,

  (2.7)

     

      

  983 ,

  00402 , lg

    Ibf Ia

  00402 , lg lg 983 ,

  , 983 00402 , lg lg   Ibf Ia

   1 Ibf Ia

2.2.2 Insiden Energi [2]

  Menurut standar IEEE 1584-2002, perhitungan nilai insiden energi

  

arc flash menggunakan persamaan sebagai berikut. Pertama digunakan

  log

  10 normalized. Persamaan tersebut berdasarkan data normalized waktu arcing yaitu 0.2 detik dan jarak dari titik arcing ke pekerja yaitu 610 mm.

  Secara keseluruhan persamaannya sebagai berikut.

  Ig En = K1 + K2 + 1.081 Ig Ia + 0.0011 G (2.8)   G K K

  Ia En , 081 0011 ,

  1 _{2 1}

  10  

   (2.9)

  Keterangan :

  En : insiden energi (J/cm) normalized untuk waktu dan jarak

K1 : -0.792 untuk konfigurasi terbuka (no enclosure) dan

• 0.555 untuk konfigurasi box (enclosure equipment)

  K2 : 0 untuk sistem ungrounded and high-resistance grounded

  Perhitungan nilai insiden energi juga memperhatikan faktor peralatan, tipikal gap pada setiap bus, kelas tegangan, dan working

  E : insiden energi (J/cm

  2

  )

  

Cf : faktor perhitungan bernilai 1.0 untuk tegangan diatas 1 kV

  faktor perhitungan bernilai 1.5 untuk tegangan dibawah 1 kV

  t : waktu arcing (detik) D : jarak dari titik arc flash ke pekerja (mm) x : eksponen jarak, dapat dilihat pada tabel 2.1

  distance yaitu sebagai berikut.

  1 081 , 1 983 ,

Tabel 2.1 Faktor Untuk Peralatan dan Kelas Tegangan [2]

  System Voltage (kV) Equipment Type

  Typical Gap Between Conductor (mm) Distance x Factor

  0.208-1 Open 10-40

  2 Switchgear 32 1.473 MCC and

  panels

  (2.11) dimana,

  2

  dan -0.113 untuk sistem grounded

  4

  G : gap antara konduktor (mm)

  Adanya variabel waktu , (x) faktor dan jarak antara peralatan dengan pekerja maka akan menghasilkan jumlah energi yang dilepaskan ke udara. Besarnya insiden energi dapat dituliskan dalam persamaan berikut:

  x D t En Cf E 

       

       

  610 2 , 184 ,

  (2.10) Dengan mensubstitusikan persamaan (2.7), (2.9) dan (2.10), maka persamaan besar insiden energi untuk tegangan menengah dapat disederhanakan dengan persamaan (2.11)

  1 0011 ,

      x G K K

  D t Ibf Cf E

     

       

    

  

 

610 2 ,

  , 10 00929

  25 1.641

  0.208-1 Cable

  13

  2 >1-5 Open air 102

  2 Switchgear 13-102 0.973 Cable

  13

  2 >5-15 Open air 13-153

  2 Switchgear 153 0.973 Cable

  13

  2 Tabel 2.2 Typical Bus Gaps [2]

  Classes of equipment Typical bus gap (mm)

15 kV switchgear 152

5 kV switchgear 104

Low voltage switchgear

  32 Low voltage MCCs and panelboards cable

  25 Cable

  13 Other Not required

Tabel 2.3 Typical Working Distance [2]

  

Classes of equipment Typical working distance

(mm)

15 kV switchgear 910

5 kV switchgear 910

Low voltage switchgear 610

Low voltage MCCs and panelboards cable 455

Cable

  455

  

Other To be determined in field

2.2.3 Lee Method [2]

   Persamaan metode Lee digunakan untuk mencari nilai insiden

  energi saat level tegangan pada bus lebih dari 15 kV. Berikut persamaan metode Lee berdasarkan standar IEEE 1584-2002.

  6

  (2.12) = 2.42 10

2 Keterangan :

  

2

  : insiden energi (J/cm )

  E V : level tegangan (kV) t : arving time (second)