Analisa Sistem Proteksi Dan Arc- Flash Pada Sistem Kelistrikan Ladang Minyak ConocoPhillips Indonesia Inc. Ltd

(1)

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

(2)

(3)

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).

(4)

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

(5)

(6)

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).

(7)

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

(8)

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

(9)

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

(10)

DAFTAR ISI

STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS

INDONESIA

(11)

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

Tidak Ya

Simulasi Arc Flah Bahaya Arc Flash Aman?

Ya

(12)

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.

(13)

TIPIKAL SISTEM KELISTRIKAN ID WHPB

(14)

STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS

INDONESIA

DAFTAR ISI

(15)

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

(16)

PENGAMAN SISTEM ELECTRIC SUBMERSIBLE

PUMP (ESP)

Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3

Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3

Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3

(17)

(18)

Plot Kurva Koordinasi

Eksisting

Pengaman Tipikal 3

LVCB Tidak sesuai Datasheet

produk

Rele dan Fuse tidak sesuai Fungsi 3.002 sec 8.783 sec

(19)

Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3

PENGAMAN SISTEM ELECTRIC SUBMERSIBLE

PUMP (ESP)

Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3

(20)

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

I_{FL Trafo WHPB-T sekunder}= 601.4 Amp V_{Trafo WHPB-T sekunder} = 480 Volt I_{FL 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.

Amp

I

_settingfus_etrafo



65 

1 .

33 

86 .

45

(21)

Resetting Koordinasi

Eksisting

Pengaman

Tipikal 3

(22)

Plot Kurva Resetting Koordinasi

Eksisting

Pengaman

Tipikal 3

0.262 sec 0.675 sec

(23)

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%

(24)

PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM

PENGAMAN

6.977 sec

(25)

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

(26)

(27)

PLOT REKOMENDASI PENAMBAHAN RELE ARUS

LEBIH

0.125 sec 0.325 sec

(28)

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 log

₁₀

normalized.

Persamaan ini berdasarkan data normalized untuk waktu

arcing yaitu 0.2 detik dan jarak dari titik arcing ke orang

yaitu 610 mm.

lg E

_n

= K1 + K2 + 1.081 lg I

_a

+ 0.0011 G (1)

Selanjutnya.

E

_n

= 10

lgEn

₍₂₎

Selanjutnya diconvert dari kondisi normalized

(29)

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

(30)

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

1 KATEGORI > 4

Kebanyakan pekerjaan

harus dilakukan secara

remote atau tidak sama

sekali.

Tabel NFPA70E tidak

menentukan PPE untuk

(31)

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

(32)

Analisa bahaya

arc flash

ketika kondisi

resetting

4

3

0 KATEGORI 3

Blue jeans

FR Shirts face hoods

protection

(33)

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

(34)

Analisa bahaya

arc flash

ketika kondisi

add

protection

0

Incident Energy = 4.884cal/cm² Flash Protection Boundary = 3.53 ft

2

1

0 KATEGORI 2

non-FR cotton shirt

Light weight FR Shirts

face protection

(35)

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

(36)

SIMULASI DAN ANALISA

STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS

INDONESIA

DAFTAR ISI

(37)