analisa sistem proteksi dan arc- flash pada sistem kelistrikan
Post on 30-Dec-2016
253 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Oleh:
Firmansyah Rizal
2210105054
Dosen Pembimbing:
Dr. Ir. Margo Pujiantara
I Gusti Ngurah Satriyadi Hernanda, ST., MT.
Analisa Sistem Proteksi Dan Arc-
Flash Pada Sistem Kelistrikan
Ladang Minyak ConocoPhillips
Indonesia Inc. Ltd
DAFTAR ISI
O Sistem Electric Submersible Pump (ESP) memiliki
kabel daya yang cukup panjang sehingga arus
hubung singkat bagian dasar sumur dan
permukaan memiliki beda yang cukup besar.
O Sistem pengaman ESP harus mampu
mengamankan hubung singkat dibagian dasar
sumur maupun dipermukaan.
O Setting peralatan harus mampu mengamankan
pekerja dari bahaya arc flash.
O Incident energi arc flash digunakan untuk
menentukan Personal Protective Equipment (PPE).
LATAR BELAKANG
TUJUAN
O Memodelkan, mensimulasikan dan mengevaluasi
unjuk kerja sistem plant Belida pada perusahaan
ConocoPhillips Indonesia.
O Menentukan setting peralatan yang tepat untuk
koordinasi proteksi sistem kelistrikan dan
digunakan sebagai rekomendasi.
O Menentukan nilai bahaya arc flash pada sistem
kelistrikan dan digunakan sebagai rekomendasi.
DAFTAR ISI
Electric Submersible Pump (ESP)
Electric Submersible Pump adalah pompa
yang digunakan untuk mengalirkan minyak
dari perut bumi ke permukaan dengan
cara artificial lift (pengangkatan buatan).
Arindya, R, “Penggunaan Electric Submersible Pump (ESP) pada sumur minyak bumi”, Buku Pintar Migas Indonesia.
Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik
Gangguan dalam sistem tenaga listrik adalah keadaan tidak
normal dimana keadaan ini dapat mengakibatkan
terganggunya kontinuitas pelayanan tenaga listrik[2].
Gangguan – gangguan yang mungkin terjadi pada sistem
tenaga listrik adalah [2]:
• Tegangan Lebih
• Hubung Singkat
• Beban Lebih
[2] SPLN 52-3 : 1983, ”Pola Pengaman Sistem Bagian Tiga, Sistem Distribusi 6 kV dan 20 kV”, Perusahaan UmumListrik Negara, Jakarta, Pasal 4, 1983
Peralatan Pengaman
Sebuah pengaman memiliki tiga fungsi utama, yaitu
menjaga kontinuitas sistem, meminimalkan kerusakan
dan biaya perbaikan saat terjadi gangguan dan
memastikan keselamatan pengguna[3].
Untuk memenuhi fungsi diatas, pengaman harus memiliki
kualitas sebagai berikut [3] :
• Selektifitas
• Stabilitas
• Sensitifitas
• Cepat
[3] Hewitson, L.G. Brown, Mark. Balakrisnan, Ramesh., “Practical Power System Protection” Elsevier, 2004
Bahaya Arc flash
Bahaya arc flash adalah adalah kondisi bahaya yang
berhubungan dengan lepasnya energy akibat electric arc[4].
Bahaya yang dihasilkan oleh arc flash adalah
kehilangan pendengaran, patah tulang, luka bakar, kematian,
gagar otak, kebutaan sementara, luka bakar jaringan paru-paru.
[4] IEEE Std 1584-2002, “IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations”, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, 2002
DAFTAR ISI
STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS
INDONESIA
METODOLOGI
START
Pengumpulan Data dan Literatur
Pemodelan Single Line Diagram Sistem
Simulasi dan Analisis Loadflow
Simulasi dan Analisis Hubung Singkat
Simulasi dan Analisa Koordinasi Sistem Proteksi
Sistem Koordinasi Aman?
Resetting/Add Protection
Pembuatan Laporan
STOP
TidakYa
Simulasi Arc Flah
Bahaya Arc Flash Aman?
YaTidak
SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS
INDONESIA PADA PLANT BELIDA
Sistem kelistrikan plant Belida memiliki tiga level
tegangan yaitu 4.16 kV, 0.48 kV dan 0.208 kV dengan frekuensi
sistem 60Hz.
Sistem Pembangkitan
Total supply utama sebesar 7MW yang terbagi menjadi
dua generator dengan masing-masing generator sebesar 3.5MW.
Sistem Distribusi
Distribusi daya pada plant Belida didukung oleh 17 bus
dan 16 trasformator untuk menyalurkan daya ke beban.
Data Beban
Beban mayoritas pada plant Belida adalah motor induksi
yang kebanyakan terdapat pada tegangan 0.48kV.
Data Kelistrikan WHPB
Sistem kelistrikan WHPB adalah bagian dari sistem
kelistrikan plant Belida yang didalamnya terdapat sistem ESP.
TIPIKAL SISTEM KELISTRIKAN ID WHPB
1 2 3
STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS
INDONESIA
DAFTAR ISI
SIMULASI DAN ANALISA
ANALISA HUBUNG SINGKAT (short circuit)
Arus hubung singkat yang diperlukan adalah
arus hubung singkat minimum dan arus
hubung singkat maksimum.
BUS Isc MAX 1/2 CYCLE Isc MIN 30 CYCLE
ID kV A A
WHPB-UP 4.16 2.100 1.135
WHPB-DOWN 0.48 6.428 4.500
MCC-WHPB 0.48 5.953 4.234
VSP-DOWNHOLE 0.48 1.396 1.054
AC-DOWNHOLE 0.48 1.393 1.054
JWP-DOWNHOLE 0.48 1.381 1.054
PENGAMAN SISTEM ELECTRIC SUBMERSIBLE
PUMP (ESP)
Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Plot Kurva Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
LVCB Tidak
sesuai
Datasheet
produk
Rele dan Fuse
tidak sesuai
Fungsi
3.002
sec
8.783
sec
Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
PENGAMAN SISTEM ELECTRIC SUBMERSIBLE
PUMP (ESP)
Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3 Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman
Tipikal 3
Setting LVCB
Setting LVCB dapat dilihat dari datasheet produk Cutler-
Hummer/HMCP-F dengan arus beban penuh 118.8 Amp maka
didapatkan data dari datasheet sebagai berikut:
Cont Amp : 150
Cam Setting : H
FLA motor : 115.3 – 126.7 Amp
MCP Trip Setting : 1500
Setting Fuse WHPB-FUSE
IFL Trafo WHPB-T sekunder = 601.4 Amp
V Trafo WHPB-T sekunder = 480 Volt
IFL Trafo WHPB-T primer = 69.39 Amp
V Trafo WHPB-T primer = 4160 Volt
Dari datasheet fuse Gould Shawmut (Ferraz)/CL-14 tipe E, fuse
memiliki tipikal arus nominal 133% dari arus yang tertera. Dari data
tersebut dipilih size 65E karena dapat melindungi damage curve
trafo dan dapat memutuskan arus gangguan paling cepat tanpa
menyentuh kurva inrush trafo.
AmpI etrafosettingfus 45.8633.165
Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman
Tipikal 3
Plot Kurva Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman
Tipikal 3
0.262
sec
0.675
sec
PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM
PENGAMAN
Panjang kabel daya pada sistem ESP berkisar
sampai seribu meter dan memiliki impedansi cukup besar.
Jika terjadi hubung singkat pada daerah downhole arus
yang dirasakan daerah permukaan jauh lebih kecil dari arus
daerah downhole.
6.48 kA
1.38 kA
78.70%
PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM
PENGAMAN
6.977
sec
KOORDINASI SALAH
REKOMENDASI PENAMBAHAN PENGAMAN
Penambahan Pengaman Tambahan Pada Bus MCC-
WHPB:
• Saat terjadi arus hubung singkat line-line, ½ cycle,
pada bus JWP-DOWNHOLE arus hubung singkat
yang dihasilkan adalah 1.193kA.
• Sedangkan minimal trip LVCB WHPB-5A adalah
1.796 kA
• sehingga LVCB WHPB-5A tidak dapat mengamankan
arus hubung singkat
Penambahan Pengaman Tambahan Pada Bus WHPB-
DOWN:
• Sebagai pengaman saluran WHPB-DOWN-MCC-
WHPB, trafo, bus MCC-WHPB dan bus WHPB-DOWN
• Menurunkan bahaya arc flash
• Sebagai back up untuk pengaman pada beban
REKOMENDASI PENAMBAHAN RELE ARUS LEBIH
PLOT REKOMENDASI PENAMBAHAN RELE ARUS
LEBIH
0.125
sec
0.325
sec
BAHAYA ARC FLASH
Bahaya yang dihasilkan oleh arc flash dihitung
dari besarnya incident energi yang dihasilkan saat
gangguan.
Untuk menghitung besarnya incident energy
digunakan rumus berikut:
Pertama kali digunakan log10 normalized.
Persamaan ini berdasarkan data normalized untuk waktu
arcing yaitu 0.2 detik dan jarak dari titik arcing ke orang
yaitu 610 mm.
lg En = K1 + K2 + 1.081 lg Ia + 0.0011 G (1)
Selanjutnya.
En= 10lgEn (2)
Selanjutnya diconvert dari kondisi normalized
E = (3)
CONTOH PERHITUNGAN ARC FLASH
BUS Isc Bolted
ID kV A
WHPB-UP 4.16 2.204
WHPB-DOWN 0.48 7.410
MCC-WHPB 0.48 6.945
VSP-DOWNHOLE 0.48 1.482
AC-DOWNHOLE 0.48 1.546
JWP-DOWNHOLE 0.48 1.892
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi eksisting
Incident Energy = 27.9 cal/cm²
Flash Protection Boundary = 10.2 ft
4 Incident Energy = 148 cal/cm²
Flash Protection Boundary = 28.2 ft
>4
Incident Energy = 86.6 cal/cm²
Flash Protection Boundary = 36.5 ft
>4
Incident Energy = 1.2 cal/cm²
Flash Protection Boundary = 3.0 ft
1
KATEGORI > 4
Kebanyakan pekerjaan
harus dilakukan secara
remote atau tidak sama
sekali.
Tabel NFPA70E tidak
menentukan PPE untuk
tingkat ini
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi eksisting
Terdapat dua bus yang memiliki kategori melebihi batas dari yang diijinkan yaitu bus MCC-WHPB
dan WHPB-DOWN. Juga terdapat satu bus yang memiliki kategori 4 yaitu pada bus JWP-
DOWNHOLE. Hal ini sangat berbahaya bagi pekerja jika terjadi hubung singkat, jika kategori
bahayanya melebihi 4 karena menurut IEEE tahun 2007 tentang Arc Flash Hazard Assessment
Requirements menyatakan bahwa “Total energy 40-100 cal/cm2: Most work should be done by
remote or not at all. NFPA 70E tables do not address PPE for these levels. Arc Blast can become
the major issue here. Suits are designed to take the thermal portion of arcs with <8 kA fault
current. >8kA should use extreme caution[7].”
Oleh sebab itu sistem harus dikoreksi lagi sehingga hazard category tidak melebihi batas yang
diperbolehkan.
ID
kV
(kV)
Ia at
FCT
(kA)
Total
Energy
(cal/cm²)
Flash
Protection
Boundary
(ft) Hazard
Category
VSP-
DOWNHOLE 0.48 1.284 0.065
0.25
Cat 0
AC-
DOWNHOLE 0.48 1.331 0.076
0.28
Cat 0
JWP-
DOWNHOLE 0.48 1.582 27.868
10.19
Cat 4
MCC-WHPB 0.48 4.803 148.035
28.21
> Cat 4
WHPB-DOWN 0.48 4.906 86.583
36.52
> Cat 4
WHPB-UP 4.16 2.195 1.216
3.04
Cat 1
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi resetting
Incident Energy = 27.9 cal/cm²
Flash Protection Boundary = 10.2 ft
4 Incident Energy = 16.659 cal/cm²
Flash Protection Boundary = 7.45 ft
3
Incident Energy = 9.523 cal/cm²
Flash Protection Boundary = 8.16 ft
3
Incident Energy = 0.52 cal/cm²
Flash Protection Boundary = 1.27 ft
0
KATEGORI 3
Blue jeans
FR Shirts hoods face
protection
Winter jacket
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi resetting
Dari data table resetting koordinasi proteksi diatas, dapat diketahui ada perbaikan dalam bahaya
arc flash yang mungkin dialami oleh pekerja. Dari yang sebelumnya terdapat kategori yang
melebihi standart menjadi kategori 3. Untuk kategori 3 ini menurut IEEE tahun 2007 tentang Arc
Flash Hazard Assessment Requirements menyatakan bahwa “10-20 cal/cm2: Blue Jeans will
ignite and continue to burn, All commercial non-FR winter jacket shells will ignite and continue to
burn, Most lightweight FR shirts will prevent burns if a cotton underlayer is worn. Faceshields with
balaclava hoods reach their limit based on the faceshield limits.[7].“
ID
kV
(kV)
Ia at
FCT
(kA)
Total
Energy
(cal/cm²)
Flash
Protection
Boundary
(ft) Hazard
Category
VSP-
DOWNHOLE 0.48 1.284 0.065
0.25
Cat 0
AC-
DOWNHOLE 0.48 1.331 0.102
0.33
Cat 0
JWP-
DOWNHOLE 0.48 1.582 27.868
10.19
Cat 4
MCC-WHPB 0.48 4.803 14.193 6.76 Cat 3
WHPB-DOWN 0.48 4.906 8.926
7.81
Cat 3
WHPB-UP 4.16 2.195 0.522 1.27 Cat 0
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi add protection
Incident Energy = 1.582 cal/cm²
Flash Protection Boundary = 0.95 ft
0 Incident Energy = 4.884cal/cm²
Flash Protection Boundary = 3.53 ft
2
Incident Energy = 3.172 cal/cm²
Flash Protection Boundary = 3.87 ft
1
Incident Energy = 0.522 cal/cm²
Flash Protection Boundary = 1.27 ft
0
KATEGORI 2
non-FR cotton shirt
Light weight FR Shirts
face
protection
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi
penambahan rele arus lebih
Dari data rekomendasi penambahan rele arus lebih didapatkan hasil kategori bahaya tertinggi
turun menjadi kategori 2. Untuk kategori 2 ini menurut IEEE tahun 2007 tentang Arc Flash Hazard
Assessment Requirements menyatakan bahwa “Total energy 2-6 cal/cm2: Most non-FR cotton
shirt materials will ignite and cause life threatening injuries (basically a 50% probability of death if
a shirt ignites and burns off of a worker). Light weight FR shirts will prevent most skin burns and
will not ignite Additional face protection is required by NFPA 70E based on task. [7].”
ID
kV
(kV)
Ia at
FCT
(kA)
Total
Energy
(cal/cm²)
Flash
Protection
Boundary
(ft) Hazard
Category
VSP-
DOWNHOLE 0.48 1.284 0.065
0.25
Cat 0
AC-
DOWNHOLE 0.48 1.331 0.102
0.33
Cat 0
JWP-
DOWNHOLE 0.48 1.582 0.565
0.95
Cat 0
MCC-WHPB 0.48 4.803 6.670 4.27
Cat 2
WHPB-DOWN 0.48 4.906 4.274
4.74
Cat 2
WHPB-UP 4.16 2.195 0.522 1.27
Cat 0
SIMULASI DAN ANALISA
STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS
INDONESIA
DAFTAR ISI
KESIMPULAN
KESIMPULAN
1. Berdasarkan hasil simulasi dan analisis pada tugas akhir ini, terdapat beberapa
permasalahan setting eksisting sistem pengaman yang menyebabkan pengaman
tidak berfungsi sebagaimana fungsinya, oleh karena itu perlu dilakukan resetting
untuk memperbaiki kinerja sistem pengaman.
2. Panjang kabel pada sistem ESP menyebabkan arus hubung singkat daerah
DOWNHOLE jauh lebih kecil dari daerah WELLHEAD dan menyebabkan LVCB
WHPB-5A tidak dapat mengamankan arus hubung singkat minimum pada daerah
DOWNHOLE, sehingga direkomendasikan untuk menambahkan pengaman
tambahan.
3. Dari analisa arc flash kondisi eksisting, terdapat kategori incident energy yang
melebihi standart NFPA 70E sehingga membahayakan pekerja. Setelah dilakukan
resetting sistem pengaman, incident energy turun menjadi kategori 3 dan
memenuhi standart NFPA 70E. Penambahan pengaman pada sistem menyebabkan
incident energy turun menjadi kategori 2 dengan nilai total energi 2-6 cal/cm2.
Demikian Presentasi dari Saya
Terima Kasih
KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN
PANJANG KABEL 5 M
Saat panjang kabel 5 m arus hubung singkat WELLHEAD*
dan DOWNHOLE memiliki beda 1.69%. Sehingga tidak perlu
rele tambahan untuk mengamankan arus hubung singkat
line-line. LVCB WHPB-5A mampu mengamankan hubung
singkat dalam waktu 0.015 detik
6.5 kA
6.39 kA
1.69%
KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN
PANJANG KABEL 5 M
0.015
sec
LVCB MAMPU
MENGAMANKAN 0.362
sec
0.721
sec
KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN
PANJANG KABEL 1000 M
Saat panjang kabel 1000 m arus hubung singkat
WELLHEAD* dan DOWNHOLE memiliki beda 78.70%.
Sehingga perlu rele tambahan untuk mengamankan arus
hubung singkat line-line.
6.48 kA
1.38 kA
78.70%
KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN
PANJANG KABEL 1000 M
6.977
sec
LVCB TIDAK MAMPU
MENGAMANKAN
BUTUH PENGAMAN
TAMBAHAN
PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM
PENGAMAN
Arus hubung
singkat downhole Arus hubung
singkat wellhead
• Arus hubung singkat
downhole tidak dapat
diamankan oleh LVCB
• Arus Hubung singkat
Wellhead dapat
diamankan oleh LVCB
PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM
PENGAMAN
6.977
sec
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi eksisting
Incident Energy = 27.9 cal/cm²
4
SIMULASI BAHAYA ARC-FLASH KONDISI
PENAMBAHAN PENGAMAN
0.325 S 2
Demikian Presentasi dari Saya
Terima Kasih
top related