study analisis arc flash pada sistem kelistrikan pt. sc...
TRANSCRIPT
STUDY ANALISIS ARC FLASH PADA SISTEM KELISTRIKAN
PT. SC JOHNSON AND SON INDONESIA,
PULOGADUNG – JAKARTA
SKRIPSI
Sebagai Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Oleh :
REZA WAHYU FIRDAUS
201510130312054
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2018
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat allah SWT, atas limpahan rahmat dan
hidayah-NYA sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul :
STUDY ANALISIS ARC FLASH PADA SISTEM KELISTRIKAN
PT. SC JOHNSON AND SON INDONESIA, PULOGADUNG - JAKARTA
Dalam penyusunan Tugas akhir ini penulis tidak akan mampu tanpa mendapat
bimbimbingan dari bapak dan ibu dosen , berkat ketekunan dan kesabaran beliau akhirnya
penulis mampu menyelesaikan tugas akhir ini yang merupakan salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyusunan laporan ini masih banyak
kekurangan , maka saran dan kritik yang bersifat membangun penulis harapkan untuk
perbaikan atas kelemahan dan kekurangan penulis. Semoga laporan ini dapat berguna dan
bermanfaat bagi pembaca. Amin
Malang , 9 Juli 2018
(Reza Wahyu Firdaus)
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN .............................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................... iii
LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................... iv
ABSTRAKSI ........................................................................................................ v
LEMBAR PERSEMBAHAN ........................................................................... vii
KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiv
BAB.1 PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................. 3
1.3 Batasan Masalah ..................................................................................... 4
1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................... 4
1.5 Metodologi ............................................................................................. 5
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................................ 6
BAB.2 TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 8
2.1. Konsep Dasar Bahaya Listrik (Electrical Hazard) ............................... 8
2.1.1. Kejut listrik (Electrical shock) ......................................................... 8
2.1.2. Busur listrik (arc) ........................................................................... 11
2.2.Analisis aliran daya (load flow) ............................................................. 16
2.2.1. Klasifikasi Bus .............................................................................. 17
2.2.2. Analisa Aliran Daya dalam Metode Newton Raphson .................. 19
2.3. Analisis hubung singkat (short circuit) ................................................. 21
2.3.1. Standar ANSI/ IEEE .......................................................................... 22
2.3.2. Standar IEC 60909 .............................................................................. 22
2.4. Analisis koordinasi proteksi ................................................................. 25
2.4.1. Karakteristik sistem proteksi ......................................................... 25
2.4.2. Koordinasi peralatan proteksi ........................................................ 26
2.4.3. Koordinasi selektif ......................................................................... 29
x
2.4.4. Konsep zona proteksi ..................................................................... 31
2.4.5. Studi koordinasi (coordination study) ............................................ 33
2.4.6. Karakteristik peralatan proteksi ...................................................... 35
2.5. Arc flash ................................................................................................ 42
2.5.1. Karakteristik terjadinya arc flash .................................................. 43
2.5.2. Standar-standar dalam analisis arc flash ........................................ 45
2.5.3. Arc flash boundaries ..................................................................... 47
2.5.4. Tahap pelaksanaan analisis arc flash dengan standar
IEEE 1584-2002 .......................................................................... 49
2.5.5. Metode perhitungan arc flash ........................................................ 54
2.5.6. Batasan-batasan arus dalam fuse ( current limiting fuses) ............ 58
2.5.7. Circuit breaker ................................................................................ 58
2.6. Alat pelindung diri/ Personal protective equipment (PPE) 64
2.6.1. Pemilihan alat pelindung diri ......................................................... 64
2.6.2. Standar-standar dalam alat pelindung diri........................................ 65
2.6.3. Approach boundaries dan kategori level alat pelindung diri terhadap
bahaya arc flash ............................................................................ 68
2.6.4. Jenis-jenis alat pelindung diri beserta fungsinya ........................... 70
BAB.3 PERANCANGAN SISTEM
3.1. Flowchart Pelaksanaan Tugas Akhir ..................................................... 79
3.2. Sistem Kelistrikan PT. SC Johnson and Son, Pulogadung – Jakarta .... 80
3.3. Data- Data Sistem Kelistrikan Sistem Kelistrikan .............................. 83
3.3.1. Suplai daya ..................................................................................... 83
3.3.2. Transformator ................................................................................. 85
3.3.3. Circuit Breaker ............................................................................... 84
3.3.4. Beban Listrik .................................................................................. 94
3.4. Perancangan Sistem Kelistrikan Dalam software ETAP 12.6 .............. 99
3.4.1. Parameter-parameter kerja software ETAP 12.6 ........................ 100
BAB.4 IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN .................................... 110
4.1.Tujuan Implementasi ............................................................................. 110
4.2.Tahap Pengujian ..................................................................................... 110
4.2.1. Analisa aliran daya ( Load flow study) ............................................. 111
4.2.1.1. Set up data parameter untuk simulasi load flow study ................ 111
4.2.1.2. Study case editor simulasi load flow study ................................. 111
xi
4.2.1.3. Hasil analisa dengan simulasi load flow study .......................... 113
4.2.2.Analisa hubung singkat ( Short circuit study) ................................... 123
4.2.2.1. Set up data parameter untuk simulasi short circuit study .......... 124
4.2.2.2. Study case editor simulasi short circuit study ............................ 124
4.2.2.3. Hasil simulasi dan analisa Short circuit study .......................... 125
4.2.3.Analisa koordinasi proteksi (protection coordination study) ........... 132
4.2.1.2. Hasil simulasi dan analisa koordinasi proteksi ......................... 133
4.2.4. Analisa Arc Flash ............................................................................. 136
4.2.4.1. Arc Flash Incident energy .......................................................... 138
4.2.4.2. Arc Flash Hazard ........................................................................ 139
4.2.4.3. Label dan dokumentasi Arc Flash .............................................. 141
4.2.4.4. Rekomendasi hasil analisa arc flash pada sistem kelistrikan ... 144
4.2.4.5. Rekomendasi reduksi level arc flash pada sistem kelistrikan
PT SC Johnson and Son Indonesia, Pulogadung – Jakarta....... 147
BAB.5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................... 159
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR LAMPIRAN
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel range frekuensi terhadap tingkat luka akibat listrik
(electrical injury) .................................................................................... 9
Tabel 2.2. Nominal resistansi (tahanan) untuk berbagai bagian tubuh manusia ... 10
Tabel 2.3. Nominal resistansi (tahanan) untuk berbagai jenis material ................ 10
Tabel 2.4. Respon manusia terhadap besaran arus ............................................... 11
Tabel 2.5. Tabel ringkasan kategori bus dalam sistem kelistrikan ..................... 18
Tabel 2.6. Setting kemampuan peralatan yang diperoleh dari jaringan ANSI yang
berbeda .............................................................................................. 22
Tabel 2.7. Klasifikasi nomenklatur penomoran fungsi peralatan sistem tenaga
(power) .............................................................................................. 27
Tabel 2.8. Tipe-tipe circuit breaker tegangan rendah ......................................... 38
Tabel 2.9. Waktu trip circuit breaker .................................................................. 52
Tabel 2.10. Kelas peralatan dan pengaturan jarak kerja (working distance) ....... 53
Tabel 2.11. Kriteria Sistem untuk implementasi persamaan IEEE 1584 -2002 ... 54
Tabel 2.12. Faktor jarak (x) untuk berbagai variasi tegangan ............................. 56
Tabel 2.20. Persamaan untuk incident energy dan batasan arc flash boundary
berdasarkan frame ............................................................................ 59
Tabel 2.21. Variasi standar OSHA untuk alat pelindung diri/ personal protective
equipment ......................................................................................... 65
Tabel 2.21. Batas proteksi pendekatan (approach boundaries) terhadap konduktor
listrik bertegangan untuk perlindungan bahaya kejut listrik (jarak
dihitung dari bagian konduktor bertegangan ke pekerja) ................ 68
Tabel 2.22. Klasifikasi pemilihan kategori alat pelindung diri/ personal protective
equipment (PPE) berdasarkan nominal incident energy ................. 69
Tabel 2.23. Kriteria helm pelindung kepala berdasarkan standar ANSI ............. 73
Tabel 2.24. Perbandingan kelebihan-kekurangan ear plug dan ear muff .......... 76
Tabel 2.25. Klasifikasi isolasi dan tegangan sarung tangan karet ........................ 77
Tabel 3.1. Konfigurasi khusus pada operasi sistem kelistrikan .......................... 82
Tabel 3.2. Parameter KWH meter PLN PT. SC Johnson and Son, Pulogadung–
Jakarta ............................................................................................... 84
xv
Tabel 3.3. Parameter generator PT. SC Johnson and Son,
Pulogadung – Jakarta .......................................................................... 84
Tabel 3.4. Data teknis parameter Transformator ............................................... 85
Tabel 3.5. Parameter circuit breaker pada beban-beban listrik ........................... 85
Tabel 3.6. Parameter beban lumped load ............................................................ 94
Tabel 3.7. Parameter beban motor ...................................................................... 95
Tabel 4.1. Kondisi sistem operasi normal (PLN) ................................................ 113
Tabel 4.2. Kondisi pembangkitan pada operasi normal (PLN) ........................... 114
Tabel 4.4. Branch/ cable dalam kondisi critical dan marginal pada operasi normal
(PLN) ................................................................................................. 114
Tabel 4.5. Kondisi pembebanan critical pada operasi normal (PLN) ............... 117
Tabel 4.7. Kondisi pembangkitan pada operasi emergency (Generator) ............ 119
Tabel 4.8. Kondisi bus critical pada operasi emergency (Generator) ................. 119
Tabel 4.9. Kondisi branch/cable critical pada operasi emergency (Generator) . 120
Tabel 4.10. Kondisi beban critical pada operasi emergency (Generator) ........... 122
Tabel 4.11. Kemampuan peralatan pada arus gangguan 3 fasa
(standar ANSI) ................................................................................. 125
Tabel 4.11. Kemampuan peralatan pada arus gangguan 3 fasa
(standar IEC) .................................................................................... 127
Tabel 4.13. Analisa short circuit pada ½ cycle ................................................... 128
Tabel 4.14. Analisa short circuit pada 1.5-4 cycle .............................................. 130
Tabel 4.15. Analisa short circuit pada 30 cycle .................................................. 131
Tabel 4.16. Nilai Incident energy pada sistem kelistrikan .................................. 138
Tabel 4.17. Hasil analisa arc flash pada sistem kelistrikan ................................ 139
Tabel 4.18. Tabulasi kategori arc flash terhadap alat pelindung diri.................. 145
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Dampak kerusakan busur listrik yang diakibatkan oleh busur listrik
tegangan 240 V .............................................................................. 12
Gambar 2.2. Silinder dan bidang ekuivalen busur listrik .................................... 14
Gambar 2.3. Luka bakar yang diakibatkan oleh busur listrik tegangan tinggi ... 15
Gambar 2.4. Skema ilustrasi terjadinya busur listrik .......................................... 15
Gambar 2.5. Contoh kurva koordinasi arus lebih (overcurrent coordination) .... 28
Gambar 2.6. Contoh 1 sistem kelistrikan dengan koordinasi selektif .................. 29
Gambar 2.7. Contoh 2 sistem kelistrikan dengan koordinasi selektif ................. 30
Gambar 2.8. Zona proteksi primer ideal untuk sistem kelistrikan ...................... 32
Gambar 2.9. Zona proteksi back up untuk sistem kelistrikan ............................... 32
Gambar 2.10. Contoh koordinasi proteksi pada desain jaringan cascade ........... 34
Gambar 2.11. Karakteristik range trip circuit breaker ...................................... 35
Gambar 2.12. Ilustrasi pemilihan waktu (timing) fuse ........................................ 36
Gambar 2.13. Karakteristik umum waktu-arus (time-current) pada fuse ............ 36
Gambar 2.14. Contoh koordinasi antar fuse ........................................................ 37
Gambar 2.15. Tipikal karakteristik band waktu arus circuit breaker tipe thermal
magnetic molded case ................................................................. 39
Gambar 2.16. Karakteristik adjustable waktu arus pada circuit breaker tipe thermal
magnetic ..................................................................................... 39
Gambar 2.17. Karakteristik waktu arus untuk circuit breaker tipe elektronik .. 41
Gambar 2.18. Tipikal karakteristik waktu arus untuk circuit breaker tipe current
limiting ........................................................................................ 42
Gambar 2.19. Proses pelepasan energy Arc flash ............................................... 43
Gambar 2.20. Efek luka bakar akibat terjadinya Arc flash 4 ............................... 44
Gambar 2.21. Standar-standar internasional yang berlaku dalam
analisis arc flash ........................................................................... 45
Gambar 2.22. Skema ruang lingkup protection boundaries ................................ 47
Gambar 2.23. Grafik ringkasan batasan-batasan protection boundaries berdasarkan
NFPA 70E ..................................................................................... 49
Gambar 2.24. Perbandingan incident energy terhadap arus gangguan untuk frame
circuit breaker 100 A- 400A ....................................................... 60
xiii
Gambar 2.25. Perbandingan incident energy dan adanya arus gangguan yang
disamaratakan pada circuit breaker .............................................. 61
Gambar 2.26. Karakteristrik tipikal waktu-arus (time-current) circuit breaker . 63
Gambar 2.27. Pakaian pelindung panas (thermal protective clothing) ............... 70
Gambar 2.28. Setelan flash suit dan pelindung wajah flash suit .......................... 71
Gambar 2.29. Jaket flash suit dan baju monyet/coveralls flash suit .................... 71
Gambar 2.30. Helm pelindung kelas E yang sesuai untuk pekerjaan dalam instalasi
listrik ............................................................................................ 72
Gambar 2.31. Label helm pelindung kelas E ..................................................... 73
Gambar 2.32. Kacamata safety ........................................................................... 74
Gambar 2.33. Goggles ........................................................................................ 74
Gambar 2.34. Kacamata pengaman laser ............................................................ 74
Gambar 2.35. Pelindung wajah ........................................................................... 75
Gambar 2.36. Sumbat telinga (ear plug) ............................................................. 75
Gambar 2.37. Tutup telinga (ear muff) .............................................................. 76
Gambar 2.38. Sarung tangan karet (rubber gloves) ........................................... 77
Gambar 2.39. Sepatu lars safety .......................................................................... 78
Gambar 3.1. Flowchart Pelaksanaan Tugas Akhir .............................................. 79
Gambar 3.2. Single Line Diagram Utama Sistem Kelistrikan PT. SC Johnson and
Son, Pulogadung – Jakarta (disederhanakan) ................................ 80
Gambar 3.3. Konfigurasi khusus pada operasi sistem kelistrikan dalam configuration
manager software ETAP 12.6 ........................................................ 83
Gambar 3.5. Power Grid Editor- PLN 101
Gambar 3.6. Synchronous Generator Editor-Gen1 ........................................... 102
Gambar 3.7. Bus Editor- P. Listrik 005 ............................................................ 103
Gambar 3.8. 2- Winding Transformer Editor – T1 ........................................... 104
Gambar 3.9. High voltage Circuit Breaker Editor – To_PB Trafo ................... 105
Gambar 3.10. Lumped Load Editor- (sample Lump2) ..................................... 106
Gambar 3.11. Static Load Editor- (sample HT G 2) ......................................... 107
Gambar 3.12. Induction Machine Editor (sample Cooling S) .......................... 108
Gambar 3.13. Cable Editor- (sample Cable19) ................................................ 109
Gambar 4.1. Load flow study case editor ........................................................... 112
Gambar 4.2. Summary sistem kelistrikan pada operasi normal (PLN) ............... 113
Gambar 4.3. Summary sistem kelistrikan pada operasi emergency (Generator). 118
xiv
Gambar 4.4. Short circuit study case editor ....................................................... 125
Gambar 4.5. Koordinasi circuit breaker pada Panel Listrik 122 ........................ 134
Gambar 4.6. Koordinasi circuit breaker pada Panel Listrik 056 ........................ 135
Gambar 4.7. Simulasi arc flash pada P.Chapper (level 1) .................................. 136
Gambar 4.8. Simulasi arc flash pada P. Listrik 005 (level 3) ............................. 137
Gambar 4.9. Simulasi arc flash pada Panel Listrik 028 (level 4) ....................... 137
Gambar 4.10. Label peringatan arc flash pada sistem kelistrikan PT. SC Johnson and
Son, Pulogadung- Jakarta ............................................................. 141
Gambar 4.11. Dokumentasi pelabelan peringatan arc flash pada panel-panel sistem
kelistrikan PT. SC Johnson and Son, Pulogadung- Jakarta .......... 142
Gambar 4.12. Summary nilai awal incident energy dan arc flash hazard pada sistem
kelistrikan existing ........................................................................ 148
Gambar 4.13. Simulasi arc flash pada single line diagram program ETAP 12.6 untuk
sistem kelistrikan existing ............................................................. 149
Gambar 4.14. Kurva hubungan arus-waktu (TCC – time current curve)
dalam kondisi awal existing………………………….…………..151
Gambar 4.15. Kurva hubungan arus-waktu (TCC – time current curve) pada main
breaker P. Listrik 005 ................................................................... 152
Gambar 4.16. Parameter setting pada main breaker P. Listrik 005 (INC_MDP)
dalam kondisi awal - reseting ....................................................... 153
Gambar 4.17. Simulasi arc flash pada single line diagram program ETAP 12.6 untuk
sistem P. Listrik 005 ..................................................................... 154
Gambar 4.18. Kurva hubungan arus-waktu (TCC – time current curve) pada main
breaker Panel Listrik 028 (MB_FG) ............................................ 155
Gambar 4.19. Parameter setting pada main breaker Panel Listrik 028 (MB_FG)
dalam kondisi awal - reseting ...................................................... 156
Gambar 4.20. Simulasi arc flash pada single line diagram program ETAP 12.6
untuk sistem Panel Listrik 028 (MB_FG) setelah dilakukannya proses
resetting ........................................................................................ 157
Gambar 4.21. Kurva hubungan arus-waktu (TCC – time current curve) pada main
breaker P. Listrik 001 (INC_MDP), P. Listrik 005 (INC_LVMD) dan
Panel Listrik 028 (MB_FG) dalam kondisi setelah resetting ....... 158
DAFTAR PUSTAKA
[1] J. Cadick, M. Capelli-Schellpfeffer, D. Neitzel, and A. Winfield, Electrical
Safety Handbook. 2012.
[2] A. S. Wahjosoedibjo, Keselamatan dan kesehatan kerja di bidang
kelistrikan (Electrical Safety), Edisi ke-1. penerbit adimeka media grafika,
2016.
[3] U. M. Sandeep and S. Seetharamudu, “Load flow analysis by Newton
Raphson Method with and without UPFC,” no. 2, pp. 435–439, 2015.
[4] A. Vijayvargia, S. Jain, S. Meena, V. Gupta, and M. Lalwani, “Comparison
between Different Load Flow Methodologies by Analyzing Various Bus
Systems,” Int. J. Electr. Eng., vol. 9, no. 2, pp. 127–138, 2016.
[5] E. Engineering, “ANSI and IEC Standards Based Short Circuit Analysis of
a Typical 2 × 30 MW,” vol. 23, no. 8, pp. 1617–1625, 2015.
[6] S. Khan, Industrial Power System. Boca Raton Florida: CRC Press, 2007.
[7] Schneider, “Guide to Power System Selective Coordination 600V and
Below,” in System, no. 0100, Palatine, Illinois: Schneider Electric, 2006.
[8] D. W. Esser and D. D. Meyer, “Setting-Specific Representation of Tripping
Characteristics and Brief summary Setting-specific representation of
tripping characteristics and competent assessment of their interaction,”
Test, 2014.
[9] C. Davis, D. Castor, R. Luo, and S. Shrestha, Practical Solution Guide to
Arc Flash Hazards. ESA Inc., 2003.
[10] Electrical Safety Hazards Handbook Liitlefuse. Des Plaines, USA, 2005.
[11] NFPA 70E, Standard for Electrical Safety in the Workplace 2012 Edition.
2015.
[12] IEEE1584, IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations.
2002.
[13] P. K. Kolankar and U. B. Sarode, “Practical Approach for Arc Flash
Hazard Assessment,” no. 1, pp. 33–39, 2012.