Studi Busur Api Listrik pada Sistem Kelistrikan Joint Operating Body Pertamina Petrochina East Java (JOB P-PEJ), Tuban.

(1)

Abstrak - Arc flash merupakan kejadian berbahaya yang

dapat terjadi di sistem kelistrikan industri. Hal ini salah satunya dapat disebabkan oleh kesalahan sistem ataupun karena kesalahan prosedur dalam maintenance. Arc flash dapat mengakibatkan kerusakan peralatan bahkan kematian pekerja yang berada di sekitar tempat kejadian. Oleh sebab itu pengamanan terhadap hal ini sangatlah diperlukan untuk menjaga peralatan maupun pekerja di dalam dunia industri. Pada tugas akhir ini akan dilakukan studi tentang arc flash di Joint Operating Body Pertamina –

Petrochina East Java (JOB P-PEJ) Tuban. Studi tersebut

menghitung arc flash sesuai standar dan melakukan pengurangan incident energy melalui rekoordinasi dan penambahan peralatan proteksi bila diperlukan. Hasil dari studi ini menunjukkan bahwa kondisi eksisting memerlukan rekoordinasi karena incident energy yang dihasilkan melebihi standar. Setelah dilakukan rekoordinasi terjadi penurunan kategori dari incident

energy.

Kata Kunci— busur api listrik, arc flash, incident energy.

I. PENDAHULUAN

OB P-PEJ (Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java) merupakan salah satu perusahaan yang bergerak

dalam bidang perminyakan di Indonesia yang terletak di Tuban, Jawa Timur. Sebagai perusahaan, tentu saja sangatlah penting untuk menjaga keselamatan dan keamanan pekerjanya.

Arc flash merupakan kejadian berbahaya yang dapat

terjadi di sistem kelistrikan industri. Hal ini salah satunya dapat disebabkan oleh kesalahan sistem ataupun karena kesalahan prosedur dalam maintenance. Arc flash dapat mengakibatkan kerusakan peralatan bahkan kematian pekerja yang berada di sekitar tempat kejadian. Karena JOB P-PEJ bergerak di bidang perminyakan, tentu saja akan sangat berbahaya jika terjadi api dari arc flash. . Oleh sebab itu pengamanan terhadap hal ini sangatlah diperlukan untuk menjaga peralatan maupun pekerja di dalam dunia industri.

Studi ini dilakukan di JOB P-PEJ untuk mengetahui seberapa besar energi arc flash yang dapat ditimbulkan di sistem kelistrikan. Dengan penggolongan besar energi menurut NFPA 70E akan dapat diketahui kategori yang timbul untuk menghindarkan kecelakaan kerja. Selanjutnya dilakukan tindakan memperkecil incident energy yang terjadi dengan

cara rekoordinasi sistem kelistrikan sehingga keamanan pekerja dapat lebih baik.

II. BUSURAPILISTRIK(ARCFLASH) A. Pengertian Arc Flash

Arc flash atau busur api listrik adalah suatu kondisi

berbahaya disertai dengan adanya pelepasan energi yang disebabkan oleh arcing listrik [1]. Arc flash dapat menghasilkan temperatur sampai 35000o F. Ketika terjadi arc

flash akan ada cahaya berintensitas tinggi yang dapat merusak

mata dan juga ledakan udara yang sangat panas yang dapat menyebabkan luka bakar. Selain hal itu juga terjadi ledakan suara yang sangat keras dan lelehan besi yang sangat berbahaya bagi keselamatan [3]. Fenomena arc flash dapat mengakibatkan arc blast yaitu konduktor dan udara di sekeliling busur dipanaskan dan menguap menyebabkan tekanan gelombang yang sering menyebabkan peralatan, bahan isolasi, dan struktur pendukung meledak dengan kekuatan yang mengancam kehidupan [5].

Ada beberapa hal yang menyebabkan terjadinya arc

flash, diantaranya :

 Debu, pengaratan, binatang.

 Spark discharge dari sentuhan/ peralatan yang

terjatuh.

 Kegagalan isolasi dari peralatan  Kegagalan kerja peralatan pengaman

Besar energi yang dihasilkan arc flash dipengaruhi beberapa hal, diantaranya adalah besar level tegangan, jarak antar konduktor, dan juga waktu kerja rele untuk mengisolasi gangguan yang terjadi [2].

B. Perhitungan Busur Api Listrik Menggunakan Standart IEEE 1584-2002

Pada perhitungan dengan standar IEEE 1584-2002 yang harus pertama kali diketahui adalah nilai dari arcing fault. Nilai arcing fault dapat digunakan perhitungan selanjutnya.

Untuk perhitungan arcing fault pada level tegangan dibawah 1000 Volt dapat diselesaikan dengan persamaan :

lg = K + 0.662 lg + 0.0966 V + 0.000526 G + 0.5588 V (lg ) – 0.00304 G (lg ) ...(1)

Untuk perhitungan arcing fault pada level tegangan diatas 1000 Volt dapat diselesaikan dengan persamaan :

Studi Busur Api Listrik pada Sistem Kelistrikan Joint

Operating Body Pertamina – Petrochina East Java

(JOB P-PEJ), Tuban.

Raditya Fahmi Bachtiar, Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.

1)

, Ir. Arif Musthofa, MT.

2)

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

Email: margo@ee.its.ac.id

1)

, arif@ee.its.ac.id

2)

(2)

lg Ia = 0.00402 + 0.983 lg …...(2) Lalu nilai Ia dapat diperoleh :

Ia = 10lg Ia ...(3)

Dimana : lg log10

lg Ia arus arcing (kA)

K -0.153 untuk konfigurasi terbuka dan

-0.097 untuk konfigurasi box

lg Ibf bolted fault current pada gangguan tiga fase (kA)

V tegangan sistem (kV)

G jarak antar konduktor (mm)

Setelah Ia (arcing current) didapatkan, selanjutnya untuk menghitung incident energy yang dipakai kembali adalah nilai dari lg Ia . Setelah nilai arcing current diketahui maka nilai dari incident energy dapat dihitung. Untuk mendapatkan besar energy yang normal, waktu arcing yang digunakan adalah 0.2 detik dan jarak dari titik arcing ke manusia sebesar 610 mm. Persamaan yang digunakan adalah :

lg En = K1 + K2 + 1.081 lg Ia + 0.0011 G ...(4)

Dimana :

En incident energy (J/cm2) normalized untuk waktu dan

jarak

K1 –0.792 untuk konfigurasi terbuka (no enclosure) –0.555 untuk konfigurasi box (enclosed equipment) K2 0 untuk sistem ungrounded and high-resistance

grounded

–0.113 untuk sistem grounded G jarak antar konduktor (mm)

Setelah itu besar energi En dapat diketahui :

En= 10lgEn ...(5)

Setelah nilai En didapatkan, untuk menghitung besar

energi E digunakan persamaan :

E = 4.184 _. ...(6) Dimana :

E incident energy (J/cm2)

Cf faktor pengali

1.0 untuk tegangan diatas 1kV, dan 1.5 untuk tegangan dibawah 1kV

En incident energy normalized

t waktu arcing (detik)

D jarak dari kemungkinan titik arcing ke orang (mm) x jarak exponent

Ketika level tegangan berada diatas 15 kV atau jarak bus tidak terdapat di tabel, maka untuk menghitung energi dapat menggunakan metode Lee.

= 2.142 10

...(7) Dimana :

E incident energy (J/cm2)

V level tegangan (kV)

D jarak dari kemungkinan titik arcing ke orang (mm) Ibf bolted fault current

C. Perhitungan Flash Protection Boundary Menggunakan Standart IEEE 1584-2002

Flash protection boundary adalah batas jarak dari

peralatan tanpa isolasi dengan pekerja secara langsung yang dapat mengakibatkan luka bakar tingkat 2.

Perhitungan flash protection boundary dilakukan dengan persamaan :

DB =4.184

. ...(8)

Dimana :

DB jarak batas dari titik arcing (mm)

Cf faktor pengali

1.0 untuk tegangan diatas 1kV, dan 1.5 untuk tegangandibawah 1kV

En incident energy normalized

EB incident energy in J/cm2 at the boundary distance

t waktu arcing (detik) x jarak exponent

Untuk metode Lee, flash protection boundary dapat dihitung dengan persamaan berikut :

= 2,142 10 I ...(9) Dimana :

DB jarak batas dari titik arcing (mm)

V level tegangan (kV) Ibf bolted fault current

EB incident energy in J/cm2 at the boundary distance

D. Pengelompokan Besar Energi Sesuai Standart NFPA 70E - 2003

PPE (Personel Protective Equipment) merupakan

pakaian atau peralatan yang didesain untuk mengendalikan risiko terhadap kesehatan dan keselamatan di tempat kerja [6]. Ini termasuk:

 Perlindungan mata (kaca mata pengaman)

 Perlindungan pendengaran (sumbat telinga, penutup telinga)

 Perlindungan pernapasan (alat pernapasan, masker muka, penyaring isian)

 Perlindungan kaki (bot pengaman)

 Perlindungan kepala (topi keras, helm, topi matahari)  Perlindungan tubuh (pakaian yang mudah dilihat,

pakaian hangat, pakaian kerja, apron, celemek, harness pengaman)

 Bahan yang digunakan untuk melindungi kesehatan (krim matahari)

 Pakaian luar (rombi reflektif, jaket fluoro).

Untuk mengetahui perlindungan apa saja yang harus dibutuhkan, maka dibutuhkan standar yang digunakan untuk pengelompokannya. Dengan menggunakan standar NFPA 70E diharapkan meminimalisir kecelakaan kerja ketika pekerja bekerja di dekat peralatan kelistrikan dan juga konduktor [4].

(3)

Berikut adalah tabel dari NFPA 70E Table 130.7(C)(11): Tabel 1 Kategori Incident Energy[4]

Incident Energy (cal/cm2) Hazard Risk Category Required Minimum Arc Rating of PPE (cal/cm2) Class Color From To 0 1.2 0 N/A * 1.2 4.0 1 4 ** 4.0 8.0 2 8 *** 8.0 25.0 3 25 **** 25.0 40.0 4 40 *****

Ket. : (*)hijau , (**)biru, (***)kuning,( ****)oranye, (*****)merah Tabel 2 PPE (Personal Protection Equipment) [4]

Hazard Risk Category

Perlindungan

0

 Kemeja Lengan Panjang  Celana Panjang

 Kacamata Pengaman  Sarung Tangan

 Peralatan yang Berisolasi

1

 Kemeja Lengan Panjang (Tahan Api)  Celana Panjang (Tahan Api)

 Kacamata Pengaman (Tahan Api)  Sarung Tangan

 Peralatan yang Berisolasi  Pelindung Kepala (Tahan Api)

2

 Pelindung Kategori 1

 Pakaian Berlapis yang Terbuat dari Fiber Alami

 Sepatu Kerja

3

 Pelindung Kategori 2  Pakaian Tahan Api  Pelindung Wajah  Pelindung Telinga 4  _ Pelindung Kategori 3 _{Flash Suit}

Dengan menggunakan PPE diatas diharapkan dampak dari kecelakaan akibat arc flash berkurang.

III. PEMODELANSISTEM

Sistem kelistrikan JOB P-PEJ dimodelkan dengan

software ETAP 7.0 dalam bentuk single line diagram. Pada

analisa arc flash ini single line diagram dibagi menjadi dua kondisi, yaitu kondisi eksisting dan juga saat sudah direkoordinasi (resetting). Selanjutnya pemodelan akan dibagi menjadi 5 tipikal.

Penggunaan software ETAP untuk mendapatkan nilai dari arc flash yang terjadi. Hasil running simulasi arc flash berupa nilai boulted fault current dan juga fault clearing time. Nilai tersebut yang akan menjadi acuan perhitungan besar arc

flash.

Pada kondisi eksisting, semua data sistem pengaman dimodelkan sesuai dengan kondisi di lapangan. Berikut pemodelan sistem pengaman JOB P-PEJ. :

M M M M M M M M M M M M M M M M G .EN G GEN .G102-D G.EN G GEN.G102 -C G.ENG GEN.G 102-B G.ENG GEN .G102- A GEN TG101-A GEN TG101 -B GEN TG101 -C GEN TG 101-D D IESL.EN G KBT (R EN TAL) ON AN DIESL ENG GEN GN 1102 U 2 Gen 1 Bus76 Bus78 LV-SWGR- 01-3500A MV-SWGR-03 -BB-" A"-2500 A M V-SW GR -03-BB-" B"-2500A

Gambar 1 Single line diagram JOB P-PEJ

IV. PENGUJIANDANANALISA

Pada paper ini digunakan tipikal 1 sebagai contoh. Gambar 2 dibawah adalah pemodelan sistem pengaman eksisting tipikal 1. Dimulai dari MV-SWGR-03-BB-“B”-2500A sampai ke Mtr-20. Pengaman yang digunakan pada tipikal ini berupa rele R-F.1.1, R-F.1.2, CB-F.1.1, CB-F.1.2, CB-F.1.3, CB-M20. M MV-SWGR-03-BB-"B"-2500A MV-SWGR-05 1250 A BB MCC PAD C Mtr-20 320 HP CB-M20 TR-MD-C1 1.25 MVA TR-MD-C 5 MVA CB-F.1.3 R-F.1.2 CB-F.1.2 CB-F.1.1 R-F.1.1

Gambar 2 Sistem Pengaman JOB P-PEJ Tipikal 1 Berikut ini adalah bentuk kurva koordinasinya:

1

(4)

Gambar 3 Kurva Koordinasi Sistem Pengaman Tipikal 1 Hasil plot eksisting terdapat tanda lingkaran merah yang menandakan bahwa koordinasi sistem pengaman kurang tepat, yaitu:

1. Setting rele R-F.1.1 dan R-F.1.2 adalah sama. Hal ini mengakibatkan saat terjadi gangguan, rele ini akan bekerja secara bersamaan. Seharusnya rele tersebut memiliki setting yang berbeda karena mengamankan tempat yang berbeda.

Setelah melihat kurva koordinasi proteksi kondisi eksisting selanjutnya dilakukan simulasi arc flash.

Tabel 3 Hasil Simulasi Arc Flash Tipikal 1 TIPIKAL 1 BUS kV Ibf (kA) Incident energy (cal/cm2₎ Protection boundary (ft) Hazard Risk Category MV-SWGR- 03-BB-“B”-2500A 4.16 6.102 7.887 20.771 2 MV-SWGR-05-1250A 13.8 1.164 0.754 1.862 0 BB MCC PAD-C 0.48 15.84 24.264 15.396 3

Setelah dilakukan resetting, maka kurva koordinasi pengaman pada tipikal 1 akan menjadi seperti gambar 4 dibawah ini :

Gambar 4 Kurva Koordinasi Resetting Tipikal 1 Hasil dari simulasi arc flash setelah resetting adalah sebagai berikut :

Tabel 4 Hasil Simulasi Arc Flash Tipikal 1 Resetting TIPIKAL 1 BUS kV Ibf (kA) Incident energy (cal/cm2) Protection boundary (ft) Hazard Risk Category MV-SWGR- 03-BB-“B”-2500A 4.16 6.102 6.102 13.107 2 MV-SWGR-05-1250A 13.8 1.164 0.503 1.227 0 BB MCC PAD-C 0.48 15.84 6.769 6.472 2

Untuk perhitungan menggunakan standar IEEE 1582-2003 pada bus MV-SWGR-03-BB-“B”-2500A adalah sebagai berikut:

Bus MV-SWGR-03-BB-“B”-2500A Mencari Ia (Arcing current) :

lg Ia = 0,00402 + 0,983 lg Ibf lg Ia = 0,00402 + 0,983 lg (6,102) lg Ia = 0,776139

Ia = 10 lg (0,776139) Ia = 5,97227 kA

Mencari besar Incident energy: lg En = K1 + K2 + 1,081 lg Ia + 0,0011 G lg En = (-0,555) + 0 + 1,081 (0,776139) + 0,0011 (102) lg En = 0,396206 En = 10 lg (0,396206) En = 2,490040719 J/cm2 = 4,184 0,2 610 = 4,184 (1) (2,490040719 ) 0,6 0,2 610 , (36 2,54 10) , = 21,079474 / = 21,079474 0,24 = 5,05907376 /

Mencari jarak protection boundary:

= 4,184 0,2 610 = 4,184 (1) (2,490040719 ) 0,6 0,2 610, 5 , = 4012,048662 = 4,012

Untuk perbandinga hasil dari arc flash seluruh tipikal adalah sebagai berikut :

Tabel 5 Perbandingan Arc Flash Kondisi Eksisting dan

Resetting Tipikal 1

TIPIKAL 1 Eksisting Resetting

MV-SWGR-03-BB-“B”-2500A

Ibf (kA) 6.102 6.102

Incident energy (cal/cm2₎ _7.887 _5.039

Protection boundary (ft) 20.771 13.107

Hazard Category 2 2

MV-SWGR-05-1250A

Ibf (kA) 1.164 1.164

Incident energy (cal/cm2) 0.754 0.503

BB MCC PAD-C

Ibf (kA) 15.84 15.84

MV-SWGR-06-2500A

Ibf (kA) 5.982 5.982

MV-SWGR-03-BB-“A”-2500A

Ibf (kA) 6.102 6.102

(5)

Resetting Tipikal 4a

TIPIKAL 4a Eksisting Resetting

LV-SWGR-01-3500A

Ibf (kA) 37.67 37.67

Hazard Category >4 3

2500A-MV-SWGR-02B

Ibf (kA) 3.605 3.605

Resetting Tipikal 4b

TIPIKAL 4b Eksisting Resetting

MCC PAD A

Ibf (kA) 22.35 22.35

2500A-MV-SWGR-02B

Ibf (kA) 3.605 3.605

Bus76 Ibf (kA) 35.46 35.46 Incident energy (cal/cm2₎ 15.725 15.725 Protection boundary (ft) 11.469 11.469 Hazard Category 3 3 Bus78 Ibf (kA) 14.6 14.6 Incident energy (cal/cm2) - 34.868 Protection boundary (ft) - 16.201 Hazard Category - 4 V. KESIMPULAN

Dari simulasi dan analisa arc flash di sistem kelistrikan JOB P-PEJ (Joint Operating Body Pertamina –

Petrochina East Java) didapatkan kesimpulan sebagai

berikut.

1. Pada kondisi eksisting sistem kelistrikan JOB P-PEJ masih terdapat kesalahan setting pengaman, tetapi untuk kategori incident energy-nya sebagian besar masih masuk dalam NFPA 70E.

2. Pada bus78 tipikal 1 eksisting, bus tanpa pengaman dapat mengakibatkan timbulnya arc flash diluar kategori menurut standar NFPA 70E.

3. Untuk memperkecil incident energy dapat dilakukan dengan cara mempercepat waktu kerja rele sehingga

FCT (Fault Clearing Time) yang didapat akan kecil.

4. Koordinasi yang tepat dapat menurunkan resiko timbulnya incident energy yang besar karena fault

clearing time juga akan kecil nilainya.

5. Pada sistem kelistrikan JOB P-PEJ kondisi eksisting, nilai incident energy yang terbesar terdapat pada bus LV-SWGR-01-3500A yaitu sebesar 118,795 cal/cm2 dengan hazard kategori >4 dan dapat diturunkan menjadi 21,099 cal/cm2 dengan hazard kategori 3. 6. Untuk nilai incident energy terkecil pada kondisi

eksisting yaitu sebesar 0,754 cal/cm2 dengan hazard kategori 0 dan diturunkan menjadi 0,503 cal/cm2 dengan hazard kategori 0.

DAFTARPUSTAKA

[1]. IEEE Std. 1584-2002. “Guide for Performing Arc flash

Hazard Calculations”.

[2]. Timothy B. Dugan, “Reducing The Arc flash Hazard,”IEEE

Industry Application Magazine., May-June 2007

[3]. Yasser Moustafa Atwa , “Mitigating Arc-Flash Exposure,” IEEE

Industry Application Magazine., July-August 2011

[4]. NFPA 70E “Standard for Electrical Safety Requirements for

Employee Workplaces”, 2003 Edition.

[5]. Daniel Doan, George DG, Herman O.Kemp, “How to Hamper Hazards,” IEEE Industry Application Magazine., May-June 2005

[6]. “PERALATAN PELINDUNG PRIBADI,” WorkCover NSW Government.

[7]. Chet Davis PE, Conrat St. Pierre, “Practical Solution Guide to Arc

flash Hazards,” ESA Inc, 2003 [8]. ETAP FAQ arc flash calculations

[9]. ELECTROTECHNIK, “What is a Bolted Short Circuit,” A Magazine of Electrical Engineering

[10]. Daniel Doan, Jennifer Slivka, and Chris Bohrer, “A Summary of

Arc flash Assessment and Safety Improvements,” IEEE Paper No.

PCIC-2007-40

[11]. Ottmar D Thiele, P.E. Vernon Beachum, BSET, “Case Studies In

Arc flash Reduction To Improve Safety And Productivity” [12]. Irwin Lazar, “Electrical System Analysis and Design for

Industrial Plants,” McGraw-Hill Book Company, 1980

[13]. Muhammad Nashrudin. “Studi Koordinasi Proteksi Pada Joint

Operating Pertamina-Petrochina Di Tuban Akibat Integrasi Sukowati Plant..” Jurusan Teknik Elektro, Surabaya, 2013.

LV-SWGR-02-BB-“B”-5000A

Ibf (kA) 51.53 51.53

LV-SWGR-02-BB-“A”-5000A

Ibf (kA) 51.53 51.53

LV-SWGR-01-3500A

Ibf (kA) 37.67 37.67

BUS-11.1

Ibf (kA) 37.67 37.67

BUS-16-17

Ibf (kA) 51.53 51.53