analisa sistem proteksi dan arc- flash pada sistem kelistrikan

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


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


Plot Kurva Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3

LVCB Tidak

sesuai

Datasheet

produk

Rele dan Fuse

tidak sesuai

Fungsi

3.002

sec

8.783

sec


PENGAMAN SISTEM ELECTRIC SUBMERSIBLE

PUMP (ESP)


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%


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


>4



>4



1

KATEGORI > 4

Kebanyakan pekerjaan

harus dilakukan secara

remote atau tidak sama

sekali.

Tabel NFPA70E tidak

menentukan PPE untuk

tingkat ini


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



4 Incident Energy = 16.659 cal/cm²


3



3



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



0 Incident Energy = 4.884cal/cm²


2



1



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


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%


PANJANG KABEL 5 M

0.015

sec

LVCB MAMPU

MENGAMANKAN 0.362

sec

0.721

sec


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%


PANJANG KABEL 1000 M

6.977

sec

LVCB TIDAK MAMPU

MENGAMANKAN

BUTUH PENGAMAN

TAMBAHAN


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


PENGAMAN

6.977

sec



4

SIMULASI BAHAYA ARC-FLASH KONDISI

PENAMBAHAN PENGAMAN

0.325 S 2

Demikian Presentasi dari Saya

Terima Kasih

analisa sistem proteksi dan arc- flash pada sistem kelistrikan

Documents