i

ANALISA KOORDINASI PROTEKSI DENGAN

MEMPERTIMBANGKAN ARC FLASH PADA SISTEM

KELISTRIKAN DI PT PETROKIMIA GRESIK

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi

Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh:

ANUGRAH PUTRA YULIANTO

201410130311130

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2019

ii

iii

iv

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas

segala Nikmat-Nya, Rahmat-Nya, serta Hidayahnya-Nya. Sholawat serta salam

semoga senantiasa tercurah kepada Rasulullah Muhammad Shalallaahu 'Alayhi

Wasallam. Atas kehendak dan karunia Allah penulis mampu menyelesaikan tugas

akhir yang berjudul:

“ANALISA KOORDINASI PROTEKSI DENGAN

MEMPERTIMBANGKAN ARC FLASH PADA SISTEM KELISTRIKAN

DI PT. PETROKIMIA GRESIK ”

Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan

jenjang pendidikan S1 dan memperoleh gelar sarjana teknik di Jurusan Teknik

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang.

Dalam penulisan laporan tugas akhir ini, penulis telah berusaha maksimal

demi terciptanya kualitas penelitian yang baik. Namun besar harapan penulis

untuk menerima saran dan kritik guna perbaikan dan pengembangan tugas akhir

ini. Semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat yang luas.

Malang, Januari 2019

Penulis

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ........................................................................ iii

LEMBAR PERNYATAAN ......................................................................... iv

ABSTRAKS .................................................................................................. v

ABSTRACT ................................................................................................... vi

LEMBAR PERSEMBAHAN ...................................................................... vii

KATA PENGANTAR .................................................................................. ix

DAFTAR ISI ................................................................................................ x

DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ........................................................................................ xv

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1

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

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

1.3 Batasan Masalah ..................................................................... 3

1.4 Tujuan...................................................................................... 3

1.5 Manfaat .................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................... 4

2.1 Gangguan Dalam Suatu Sistem Kelistrikan ............................... 4

2.2 Gangguan Beban Lebih ............................................................ 5

2.3 Gangguan Hubung Singkat....................................................... 5

2.3.1 Gangguan Hubung Singkat 3 fasa .................................... 9

2.3.2 Gangguan Hubung Singkat 2 fasa .................................... 9

2.3.3 Gangguan Hubung Singkat 2 fasa ke tanah ...................... 10

2.3.4 Gangguan Hubung Singkat 1 fasa ke tanah ...................... 10

2.4 Rele Pengaman ....................................................................... 10

2.4.1 Over Current Relay (OCR) .............................................. 11

2.4.2 Rele Arus Lebih Waktu Instan ........................................ 12

2.4.3 Rele Arus Lebih Waktu Definite ..................................... 12

2.4.4 Rele Arus Lebih Waktu Inverse....................................... 12

vii

2.5 Setting Over Current Relay ...................................................... 13

2.5.1 Setting Over Current Relay inverse time .......................... 13

2.5.2 Setting Over Current Relay instantaneous ....................... 16

2.6 Rele Differensial ...................................................................... 17

2.7 Pengertian Arc Flash ................................................................ 14

2.7.1 Perhitungan Energi Busur Api Berdasarkan Standart

IEEE 1584-2002 .............................................................. 18

2.7.2 Insiden Energi ................................................................. 19

2.7.3 Perhitungan Flash Protection Boundary Dengan

Menggunakan Standart IEEE 1584-2002 ......................... 21

2.8 Pengelompokkan Level Energi Busur Api Terhadap PPE

(Personal Protective Equipment) Sesuai Standart NFPA 70E ... 21

2.9 Motor Listrik ............................................................................ 24

BAB III METODE PENELITIAN ............................................................. 25

3.1 Diagram Alir Perancangan Sistem ................................................ 25

3.2 Sistem Kelistrikan Pabrik Ammurea II PT. Petrokimia

Gresik ....................................................................................... 25

3.3 Sistem Pembangkitan Pabrik Ammurea II PT. Petrokimia

Gresik ..................................................................................... 27

3.4 Data Beban Pada Pabrik Ammurea II PT. Petrokimia

Gresik ...................................................................................... 28

BAB IV HASIL SIMULASI DAN ANALISIS ........................................... 30

4.1 Pemodelan Sistem Kelistrikan PT. Petrokimia Gresik .............. 30

4.2 Pemilihan Tipikal Koordinasi Pada PT. Petrokimia

Gresik ...................................................................................... 30

4.3 Analisa Dengan Gangguan Hubung Singkat ............................. 33

4.3.1 Arus Hubung Singkat Maksimum ................................... 33

4.3.2 Arus Hubung Singkat Minimum ..................................... 34

4.4 Sistem Koordinasi Proteksi Rele OverCurrent Gangguan

Fasa ......................................................................................... 35

4.5 Koordinasi Proteksi Arus Lebih Tipikal 1 ................................ 35

4.5.1 Koordinasi Proteksi Arus Lebih Tipikal 1A ..................... 36

viii

4.5.2 Koordinasi Proteksi Arus Lebih Tipikal 1B .................... 42

4.5.3 Koordinasi Proteksi Arus Lebih Tipikal 2 ...................... 50

4.6 Perhitungan Insiden Energi Busur Api Dengan Standar

IEEE 1584-2002 ...................................................................... 59

4.6.1 Perhitungan Nilai Busur Api Setelah Ditambahkan Rele

Differensial ..................................................................... 59

4.6.2 Perhitungan Nilai Busur Api Setelah Ditambahkan Rele

Differensial ..................................................................... 68

4.7 Perhitungan Batas Jarak Perlindungan dari Busur Api ............. 81

4.8 Personal Protective Equipment (PPE) atau APD

yang berguna untuk Pekerja .................................................... 88

BAB V PENUTUP ..................................................................................... 95

5.1 Kesimpulan ............................................................................. 95

5.2 Saran ....................................................................................... 95

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 96

LAMPIRAN .................................................................................................. 98

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Rangkain Ekivalen 1 phase pada Hubung Singkat 3 Fasa ... 8

Gambar 2.2 Rangkaian Sederhana Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa ... 8

Gambar 2.3 Rangkaian Sederhana Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa

ke Tanah ............................................................................ 8

Gambar 2.4 Kurva Rele Arus Lebih Waktu Kerja Instant ...................... 10

Gambar 2.5 Kurva Rele Arus Lebih Sesuau Waktu Setting ................... 12

Gambar 2.6 Karakteristik Kurva Standard Inverse, Very Inverse,

dan Etremely Invers ............................................................... 13

Gambar 2.7 Prinsip Hukum Khirchof .................................................... 17

Gambar 2.8 Daerah Pengamanan Relay Differential.............................. 17

Gambar 2.9 Pengelompokan Alat Perlindungan Diri sesuai Kategori .... 24

Gambar 2.10 Balok Diberi Gaya Tekanan .............................................. 24

Gambar 3.1 Diagram Blok Koordinasi Rele dengan Mempertimbangkan

Arc Flash ........................................................................... 25

Gambar 3.2 Sistem Kelistrikan PT. Petrokimia Gresik .......................... 26

Gambar 3.3 Single Line Diagram Sederhana Pabrik Ammurea II

PT.Petrokimia Gresik......................................................... 26

Gambar 4.1 Single Line Diagram Pabrik Ammurea II ........................... 32

Gambar 4.2 Single Line Diagram pada Tipikal 1A ................................ 36

Gambar 4.3 Plot Pengaman Kurva Tipikal 1A ....................................... 41

Gambar 4.4 Sequencer Viewer Gangguan pada Bus 22.......................... 42

x

Gambar 4.5 Single Line Diagram pada Tipikal 1B ................................ 42

Gambar 4.6 Plot Pengaman Kurva pada Tipikal 1B ............................... 49

Gambar 4.7 Sequence Viewer Gangguan pada Bus 11A-3 ..................... 50

Gambar 4.8 Single Line Diagram Pada Tipikal 2 .................................. 50

Gambar 4.9 Plot Pengaman Kurva Tipikal 2 ......................................... 58

Gambar 4.10 Sequence Viewer Gangguan Bus 11A-3 Prioritas ............... 59

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jenis Gangguan Pada Hubung Singkat ......................................... 8

Tabel 2.2 Konstanta Setting Time Dial Rele Sepam Series 10 ..................... 15

Tabel 2.3 Konstanta Setting Time Dial Rele GE Multilin 489 ...................... 16

Tabel 2.4 Faktor untuk Peralatan dan Tingkat Tegangan ....................... 16

Tabel 2.4 Faktor untuk Peralatan dan Tingkat Tegangan ...................... 16

Tabel 2.5 Typical Working Distance....................................................... 16

Tabel 2.6 Kategori Incident Energy ........................................................ 22

Tabel 2.7 PPE (Personal Protection Equipment) ................................... 23

Tabel 3.1 Data Spesifikasi Generator GGCP-1 ....................................... 27

Tabel 3.2 Data Tranformator pada Pabrik Amurea 2 .............................. 28

Tabel 3.2 Data Beban Motor 6 kV.......................................................... 29

Tabel 4.1 Hasil Simulasi Arus Hubung Singkat Maksimum ................... 33

Tabel 4.2 Hasil Simulasi Arus Hubung Singkat Minimum 30 cycle........ 34

Tabel 4.3 Hasil Simulasi Sebelum di Tambahkan Rele Differensial ....... 59

Tabel 4.4 Perbandingan Nilai Insiden Energi Sebelum Penambahan

Rele Differensial. .................................................................. 68

Tabel 4.5 Hasil Simulasi Sesudah di Tambahkan Rele Differensial ........ 69

Tabel 4.6 Perbandingan Nilai Insiden Energi Simulasi dan Perhitungan.. 77

Tabel 4.7 Hasil Perbandingan Besar Insiden Energi Busur Api Setelah

Penambahan Rele Differensial. ............................................... 78

Tabel 4.8 Data Hasil Perbandingan Flash Protection Boundary Sebelum dan

Setelah Penambahan Rele Differensial. .................................. 86

Tabel 4.9 Perlengkapan PPE Pekerja pada Tiap Bus.............................. 88

Tabel 4.10 Peringatan Label Sesuai Niliai Insiden Busur Api .................. 92

96

DAFTAR PUSTAKA

[1] Taufiq, M. I., Pujiantara, M., & Anam, S., “Analisa Arc Flash pada Sistem

Kelistrikan Di PT. Asahimas Flat Glass Tbk.Sidoarjo”. JURNAL TEKNIK

ITS.6(1),2015.

[2] Riyadi, R., Wibowo, R, S., & Pujiantara, M ., “Analisa Sistem Proteksi

dengan Metode Perhitungan yang Dimodifikasi untuk Diaplikasikan pada

Sistem Tegangan Menengah di PT. Pupuk Kaltim Unit 1 (PKT 1)”.

JURNAL TEKNIK ITS.1,2015.

[3] Zafirah, I. R., Pujiantara, M., & Mustofa, A., “Prosedur Strategis Untuk

Mengurangi Level Bahaya Arc-Flash Pada Medium Voltage Dengan

Menggunakan Metode Koordinasi Proteksi Di PT. Ipmomi Paiton”.

JURNAL TEKNIK ITS.5(2),2016.

[4] Nugroho, A. A., Pujiantara, M., & Mustofa, A., “Analisa Arc Flash Pada

Sistem Kelistrikan Di PT. Wilmar Nabati Indonesia”. JURNAL TEKNIK

ITS.6(1),2017.

[5] Firdaus, Y., Pujiantara, M.,Musthofa, A., “Penyederhanaan Analisa

Bahaya Arc flash Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bandara

Internasional Juanda”. JURNAL TEKNIK ITS.5(2),2016.

[6] Yudhistira, D. Z., Mardiyah, N, A., & Pakaya, I., “Optimalisasi

Koordinasi Rele Arus Lebih Dengan Menggunakan Modified Particle

Swarm Optimization (MPSO) Pada Sistem Kelistrikan Pabrik Indarung

PT.Semen Padang VI”. Jurnal Umm,2018.

[7] Aprilia, V. U., . Pujiantara, M., Musthofa, A. “Studi Koordinasi Proteksi

Dengan Mempertimbangkan Arc Flash Pada PItu Paiton Unit 3”.

JURNAL TEKNIK ITS.2017.

[8] Prasongko, F. A., Pujiantara, M., Penangsang, O. “Analisa Dan Reduksi

Bahaya Arc Flash Pada Sistem Kelistrikan”.JURNAL TEKNIK

POMITS.1(1),2012.

[9] Sa’adah, S. K., Pujiantara, M., Fahmi, D., Priyadi, A. “Studi Koodinasi

Proteksi Pabrik Ammure II PT. Petrokimia Gresik”. JURNAL TEKNIK

ITS.2017.

97

[10] Hakimi, M. K., Pujiantara, M. “Optimasi Koordinasi Proteksi Rele Arah

Arus Lebih Pada Sistem Distribusi Mesh Dengan Pembangkit Tersebar

Menggunakan Algoritma Genetika”. JURNAL TEKNIK ITS.2016.

[11] Muhammad, N. Pujiantara, M.,Negara, I. M. Y.,”Studi Koordinasi

Proteksi Pada Sistem Kellistrikan PT. Semen Tonasa”. JURNAL TEKNIK

ITS.2014.

[12] Wahyu firdaus, F., Effendy, M., & Suhardi, D. “Studi Analisis Arc Flash

Pada Sistem Kelistrikan PT,SC Johnson and Son Indonesia-Jakarta”.

Jurnal SinarFe7, 2018.

[13] Situngkir, J., Pujiantara, M., & Priyadi, A. “Analisa Arc fIash Pada Sistem

Tegangan Menengah di PT. Semen Padang Dengan Menggunakan Metode

Perhitungan Yang Dimodifikasi”. JURNAL TEKNlK lTS. 5 (2).2016.

[14] NFPA 70E., “Electrical Safety Requirements for Employee Workplaces

2009 Edition”, NFPA 70E-2009.

[15] IEEE Std. 1584-2002., “IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard

Calculation”, by the Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.,

2002.