SIMPLIFIED ARC FLASH HAZARD ANALYSIS USING ENERGY BOUNDARY CURVE AT IN JUANDA INTERNATIONAL AIRPORT

(1)

TUGAS AKHIR – TE141599

PENYEDERHANAAN ANALISA BAHAYA ARC FLASH

MENGGUNAKAN KURVA BATASAN ENERGI PADA

BANDARA INTERNASIONAL JUANDA

YOGA FFIRDAUS NRP 2213106028

Dosen Pembimbing

Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. Ir.Arif Musthofa, MT.

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri

(2)

FINAL PROJECT – TE141599

SIMPLIFIED ARC FLASH HAZARD ANALYSIS USING

ENERGY BOUNDARY CURVE AT IN JUANDA

INTERNATIONAL AIRPORT

YOGA FIRDAUS NRP 2213106028

Advisor

Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. Ir.Arif Musthofa, MT.

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING Faculty Of Industry Technology

(3)

(4)

(5)

i

PENYEDERHANAAN ANALISA BAHAYA

ARC

FLASH

MENGGUNAKAN KURVA BATASAN

ENERGI PADA BANDARA INTERNASIONAL

JUANDA

Yoga Firdaus 2213106028

Dosen Pembimbing 1 : Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. Dosen Pembimbing 2 : Ir.Arif Musthofa, MT.

ABSTRAK

Teknik penyederhanaan analisis digunakan untuk penentuan personal protective equipment (PPE) dari bahaya busur api (arc-flash) dengan berdasarkan IEEE std. 1584-2002 dan overcurrent protective device

(OCPD). Tidak seperti persamaan penyederhanaan dalam IEEE 1584, teknik analisis ini berpotensi dapat diterapkan untuk semua jenis perangkat pelindung arus lebih pada setiap sistem kelistrikan yang berada dalam jangkauan persamaan empiris IEEE 1584. Saat sebuah metode tidak tepat menghitung tingkat energi insiden dan batas pelindung api (flash-protection) pada bus, maka tidak dapat menentukan tingkat PPE yang dibutuhkan secara akurat dan batas jarak pelindung api (flash-protection) yang maksimal untuk memungkinkan pekerja melindungi diri secara memadai terhadap bahaya busur api. Studi aktual mengenai penyederhanaan analisa busur api dilakukan pada Bandara Internasional Juanda. Pada hasil akhir dari analisa busur api dengan menggunakan metode kurva batasan energi didapatkan proses penentuan kategori PPE yang lebih singkat daripada standart IEEE 1584-2002.

(6)

ii

(7)

iii

SIMPLIFIED ARC FLASH HAZARD ANALYSIS

USING ENERGY BOUNDARY CURVE IN JUANDA

INTERNATIONAL AIRPORT

Yoga Firdaus 2213106028

1st_Advisor _{: Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.}

2nd_Advisor _{: Ir.Arif Musthofa, MT.}

ABSTRACT

A simplified analysis technique that allows for the determination of required arc-flash personal protective equipment (PPE) based on IEEE Std. 1584-2002 and overcurrent protective device (OCPD). Unlike the simplified equation in IEEE 1584, this analysis technique can potentially be applied to any type of OCPD in any power system within the range of applicability of the IEEE 1584 empirical equations. While the method does not exactly calculate incident energy levels and flash-protection boundaries at the buses under consideration, it does allow for an accurate determination of required PPE levels of detail is often all that is required to enable workers to adequately protect themselves againts arc-flash hazards. Actual studies regarding to simplification arc arc-flash analysis conducted in Juanda International Airport. At the end of result, analysis of the arc flash using energy boundary curves showed a reduction in the amount of data-collection requirements and analysis time required than using IEEE 1584-2002 standard.

(8)

iv

(9)

vii

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang...1

1.2. Permasalahan ...1

1.3. Batasan Masalah ...2

1.4. Tujuan Tugas Akhir ...2

1.5. Metodologi ...2

1.6. Sistematika Penulisan ...3

1.7. Relevansi ...4

BAB 2 DASAR TEORI 2.1. Arc Flash ...5

2.2. Perhitungan Energi Busur Api Menggunakan Standart IEEE 1584-2002 ... 5

2.3. Metode Perhitungan Arc Flash dengan Kurva Batas Energi ...8

2.4. Lee Method ... 11

2.5. Flash Prootection Boundary ... 11

2.6. Pengelompokan Tingkat Energi Arc Flash... 13

BAB 3 SISTEM KELISTRIKAN BANDARA INTERNASIONAL JUANDA 3.1. Sistem Kelistrikan Bandara Internasional Juanda ... 17

3.2. Data Kelistrikan Bandara Internasional Juanda ... 19

3.3 Beban Sistem Kelistrikan Bandara Internasional Juanda ... 20

3.4 Tipikal Kelistrikan Bandara Internasional Juanda ... 22

a. Tipikal 1 ... 22

b. Tipikal 2 ... 23

(10)

viii

d. Tipikal 4 ... 25

BAB 4 SIMULASI DAN ANALISA ARC FLASH PADA

BANDARA INTERNASIONAL JUANDA

4.1 Analisa Arc Flash ... 27 4.2 Perhitungan Arc Flash Menggunakan Standart IEEE 1584-2002

Sebelum Penambahan Relay Diferensial... 27 4.2.1 Perhitungan Arc Flash Pada Level Tegangan 1-15 kV ... 28 4.2.2 Perhitungan Arc Flash Pada Level Tegangan >15 kV ... 32 4.3 Perhitungan Arc Flash Menggunakan Standart IEEE 1584-2002

Setelah Penambahan Relay Diferensial ... 34 4.4 Perbandingan Besar Energi Arc Flash Kondisi Sebelum dan

Setelah Penambahan Relay Diferensial ... 37 4.5 Perbandingan Nilai Flash Protection Boundary (FPB) Kondisi

Sebelum dan Setelah Penambahan Relay Diferensial ... 38 4.6 Perhitungan Arc Flash Menggunakan Metode Kurva Batasan

Energi ... 39 4.6.1 Penentuan Kurva Batasan Energi Pada Level Tegangan

1 - 15 kV ... 39 4.6.2 Penentuan Kurva Batasan Energi Pada Level Lebih Dari

15 kV ... 42 4.6.3 Perhitungan Jarak Aman Batas Perlindungan... 44 4.6.4 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan

Energi Pada Bus MPH 11 ... 45 4.6.5 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan

Energi Pada Bus RC-RB ... 46 4.6.6 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan

Energi Pada Bus 4 MPH 13 ... 48 4.6.7 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan

Energi Pada Bus MPH-M12 ... 49 4.6.8 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan

Energi Pada Bus AP1 ... 51 4.6.9 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan

Energi Pada Bus MPH M01 ... 52 4.6.10 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan

Energi Pada Bus 1 MPH3 ... 54 4.6.11 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan

(11)

ix

4.6.12 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan

Energi Pada Bus R10-28 ... 57

4.7 Perbandingan Antara Perhitungan Menggunakan IEEE 1584-2002 Setelah Penambahan Relay Diferensial dan Menggunakan Kurva Batasan Energi ... 58

4.8 Personal Protective Equipment (PPE) yang Harus Digunakan .... 60

BAB 5 PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 63

5.2 Saran ... 64

DAFTAR PUSTAKA ... 65

(12)

x

(13)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Flash Protection Boundaries ... 11

Gambar 3.1 Single Line Diagram Bandara Internasional Juanda ... 18

Gambar 3.2 Tipikal 1 ... 22

Gambar 4.1 Kurva Batasan Energi Level Tegangan 1-15 kV ... 41

Gambar 4.2 Kurva Batasan Energi Level Tegangan Lebih dari .... 43

15 kV Gambar 4.3 Relay 60 Sebagai Pengaman Bus MPH 11 ... 45

Gambar 4.4 Kurva Relay 60 Dengan Kurva Batasan Energi Pada Level Tegangan 1-15 kV ... 46

Gambar 4.5 Relay 44 Sebagai Pengaman Bus RC-RB ... 47

Gambar 4.7 Relay 34 Sebagai Pengaman Bus 4 MPH13 ... 48

Gambar 4.9 Relay 33 Sebagai Pengaman Bus MPH-M12 ... 50

Gambar 4.11 Relay 4 Sebagai Pengaman Bus AP1 ... 51

Gambar 4.13 Relay 1 Sebagai Pengaman Bus MPH M01... 53

Gambar 4.14 Kurva Relay 1 Dengan Kurva Batasan Energi Pada Level Tegangan Lebih Dari 15kV ... 53

Gambar 4.15 Relay 61 Sebagai Pengaman Bus 1 MPH3 ... 54

Gambar 4.17 Relay 23 Sebagai Pengaman Bus R10 ... 56

Gambar 4.19 Relay 18 Sebagai Pengaman Bus R10-28 ... 57

(14)

xii

(15)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Data Jarak Celah Bus (Jarak Bus)...7 Tabel 2.2 Data Parameter – Paremeter Yang Dibutuhkan Untuk

Perhitungan Insiden Energi ...8 Tabel 2.3 Pengelompokan Tingkat Energi Busur Api... 13 Tabel 3.1 Data Kapasitas Transformator Pada Bandara Internasional

Juanda ... 19 Tabel 3.2 Data Beban Lump Bandara Internasional Juanda ... 20 Tabel 4.1 Data Arus Gangguan Bolted (Ibf) dan FCT... 28 Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Arc Flash Menggunakan Standart IEEE

1584-2002 Sebelum Penambahan Relay Diferensial ... 34 Tabel 4.3 Data Arus Gangguan Bolted (Ibf) dan FCT Setelah

Penambahan Relay Diferensial ... 35 Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Arc Flash Setelah Penambahan Relay

Diferensial ... 37 Tabel 4.5 Data Perbandingan Besar Insiden Energi Untuk Kondisi

Sebelum dan Setelah Penambahan Relay Diferensial ... 38 Tabel 4.6 Data Perbandingan FPB Kondisi Sebelum dan Setelah

Penambahan Relay Diferensial ... 38 Tabel 4.7 Perbandingan IEEE 1584-2002 Sebelum Penambahan

Relay Diferensial Dengan Kurva Batasan Energi ... 59 Tabel 4.8 Perbandingan IEEE 1584-2002 Setelah Penambahan

Relay Diferensial Dengan Kurva Batasan Energi ... 59 Tabel 4.9 Jenis PPE Berdasarkan Kategori Bahaya Arc Flash Pada

(16)

xiv

(17)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini karakterisasi potensi bahaya arc flash dalam sistem tenaga listrik telah menyebabkan peningkatan kesadaran akan bahaya yang dihadapi oleh orang-orang yang bekerja dekat dengan peralatan yang terkena [1]. Sebuah penilaian bahaya dari arc flash harus dilakukan dalam rangka untuk menentukan tingkat personal protective equipment

(PPE) sebagai kebutuhan dalam pekerjaan agar dapat melindungi pekerja secara memadai. Analisa dari bahaya arc flash dapat menggunakan prosedur dan persamaan yang terdapat dalam IEEE 1584 [2]. Studi bahaya arc flash sering dilakukan bersamaan dengan arus hubung singkat dan koordinasi proteksinya. Studi hubung singkat diperlukan untuk mendapatkan arus bolted gangguan tiga fasa. Sedangkan studi koordinasi proteksi diperlukan untuk menentukan waktu pada peralatan proteksi dalam mengisolasi ketika terjadi gangguan hubung singkat [4]. Analisis

arc flash membutuhkan penentuan tingkat arus hubung singkat dan evaluasi karakteristik overcurrent protective device (OCPD), studi sistem perlu diperluas untuk mencakup peralatan ini [1] [4].

Metode yang digunakan untuk menganalisa fenomena arc flash

pada Tugas Akhir ini adalah menggunakan kurva batasan energi (energy boundary curves). Secara umum, metode ini mempersingkat analisa penentuan kategori PPE yang ditentukan dari insiden energi yang dihasilkan oleh fenomena arc flash. Jika perhitungan tersebut diterapkan pada sistem kelistrikan yang terdapat banyak bus, maka perhitungan tersebut membutuhkan waktu yang lama [3]. Berdasarkan hal tersebut maka digunakan perhitungan arc flash dengan menggunakan metode kurva batas energi. Dengan menggunakan metode kurva batas energi maka data yang diperlukan lebih sedikit dan waktu pengerjaannya lebih singkat [1] [5].

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang dibahas dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

(18)

2

2. Menghitung besar energi arc flash dengan metode kurva batas energi.

3. Mendapatkan kategori resiko yang ditimbulkan dari pengaruh energi arc flash sesuai NFPA 70E sehingga didapat perlengkapan keselamatan diri yang cocok untuk pekerja.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Memodelkan, mensimulasikan dan mengevaluasi unjuk kerja

sistem berdasarkan permasalahan bahaya arc flash.

2. Level tegangan bus yang dianalisa hanya pada level tegangan menengah.

3. Membuktikan bahwasanya dengan menggunakan metode kurva batas energi dapat mempercepat penentuan kategori PPE 4. Simulasi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak

ETAP.

1.4 Tujuan

1. Mendapatkan kategori level insiden energi arc flash sehingga dapat ditentukan jenis dari perlindungan diri yang harus digunakan.

2. Dapat menentukan jarak aman pekerja untuk meminimalisir resiko luka bakar akibat energi arc flash.

3. Membuktikan bahwa dengan menggunakan metode kurva batasan energi, maka perhitungan bahaya arc flash dapat dilakukan dengan cepat.

1.5 Metodologi

Metodologi yang digunakan pada penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Studi literatur

(19)

3 2. Pengumpulan Data

Melakukan pengambilan data sistem kelistrikan di Bandara Internasional Juanda, yang nantinya diperlukan dalam studi arc flash.

3. Pemodelan Sistem Kelistrian dan Simulasi

Memodelkan data – data yang diperoleh kedalam perangkat lunak ETAP dan kemudian melakukan simulasi kurva batas energi dengan menggunakan software ETAP STAR.

4. Analisa Data

Analisa data dari hasil pemodelan sistem kelistrikan Bandara Internasional Juanda untuk kemudian didapatkan Personal Protection Equipment (PPE) yang harus digunakan. Sebagai dasar bahaya arc flash yang digunakan mengacu dari National Fire Protection Association (NFPA) 70E-2004.

5. Kesimpulan

Merupakan pembuatan kesimpulan dari permasalahan yang telah dianalisa. Selain itu juga diberikan saran atau rekomendasi terkait hal yang telah dianalisa.

1.6 Sistematika Penulisan

Dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini disusun menjadi beberapa bab dan diuraikan dengan pembahasan sesuai daftar isi. Sistematika penyusunan laporannya adalah sebagai berikut :

Bab 1 : Pendahuluan

Berisi latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan, metodologi dan sistematika penulisan. Bab 2 : Landasan Teoi

Membahas pengertian arc flash, perhitungan arc flash

sesuai standar IEEE 1584-2002 dan perhitungan arc flash

dengan metode kurva batas energi.

Bab 3 : Sistem Kelistrikan Bandara Internasional Juanda Bab ini berisi penjelasan sistem kelistrikan pada Bandara Internasional Juanda

Bab 4 : Hasil Simulasi dan Analisis

(20)

4

energi berdasarkan standar IEEE 1584-2002 dengan kurva batas energi

Bab 5 : Penutup

Berisi tentang kesimpulan dan saran terhadap penelitian yang telah dilakukan.

1.7 Relevansi

Hasil yang diperoleh dari Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberikan informasi dan manfaat sebagai berikut :

1. Dapat digunakan sebagai referensi Bandara Internasional Juanda dalam penentuan standar PPE untuk pekerja listrik. 2. Pengelompokan klasifikasi besar energi arc flash sesuai dengan

perlengkapan pakaian keselamatan yang diharapkan dapat menghindari jatuhnya korban bagi para pekerja disekitarnya. 3. Dapat mempermudah dalam penentuan kategori PPE dalam

(21)

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Arc Flash

Berdasarkan National Fire Protection Association (NFPA) 70E-2004, arc flash adalah kondisi yang berbahaya akibat adanya pelepasan energi yang disebabkan oleh bunga api listrik [4]. Bunga api listrik tersebut timbul karena adanya arus gangguan atau arcing fault pada sebuah sistem kelistrikan. Penyebab arus gangguan sangat bermacam-macam misalnya adalah kegagalan mekanik, kegagalan isolasi, debu, korosi serta kesalahan pekerja yang bekerja pada peralatan bertegangan. Selain arcing fault, level energi yang dipancarkan oleh arc flash juga bergantung pada beberapa faktor diantaranya adalah tegangan, jarak pekerja dari titik arcing, dan durasi waktu yang dibutuhkan oleh perangkat proteksi untuk melokalisir adanya gangguan [5].

Saat insiden energi arc flash terjadi maka akan muncul pembakaran dari arc flash, temperatur yang panas mencapai >35.0000 _fahrenheit,

tekanan akibat adanya ledakan, suara ledakan yang berbahaya, serta gas beracun. Hal tersebut tentu sangat berbahaya karena menyebabkan kerusakan pada peralatan, luka bakar dan hingga kematian pada orang yang berada dekat dengan ledakan. Oleh karena itu level energi arc flash

harus diminimalkan sesuai parameter kategori energi berdasarkan NFPA 70E. Dengan tingkat energi arc flash yang sesuai maka dapat ditentukan

personal protective equipment (PPE) bagi pekerja [5].

2.2 Perhitungan Energi Arc flash Menggunakan Standart

IEEE 1584 – 2002

Pada metode ini, hal pertama yang harus diperhitungkan adalah mencari nilai dari arus arcing fault. Persamaan untuk menghitung dari arus arcing fault sendiri tergantung dari besarnya level tegangan bus.

A. Untuk level tegangan kurang dari 1kV, persamaan arus arcing fault

adalah :

lg Ia = K + 0,662 lg Ibf + 0,0966 V + 0,000526 G + 0,5588 V (lg

(22)

6

B. Untuk level tegangan 1kV – 15kV, perhitungan arus arcing fault

menggunakan persamaan :

Lg Ia = 0,00402 + 0,983 lg Ibf (2.2)

Maka nilai Ia dapat diperoleh :

Ia = 10lg Ia (2.3)

Keterangan :

lg = log10

Ia = arus arcing (kA)

K = konstanta untuk konfigurasi terbuka = -0,153 dan konstanta untuk konfigurasi box = -0,097

lg Ibf = bolted fault current pada gangguan tiga fase

(symmetrical RMS) (kA)

V = tegangan sistem (kV)

G = jarak celah antar konduktor (mm)

Setelah nilai arcing current diketahui maka nilai dari

incident energy normalisasi dapat dihitung. Dalam perhitungan besar energi yang normal, menggunakan referensi waktu arcing

dengan durasi 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 (2.4)

Keterangan :

En = incident energynormalized (J/cm2)

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/celah antar konduktor (mm)

(23)

7

Tabel 2.1 Tabel Data Jarak Celah Bus (Jarak Bus) Kelas Peralatan Jarak celah antar _{konduktor (mm)}

6-15kV Switchgear 153

5kV Switchgear 102

Low voltage switchgear 32

Low voltages MCCs and

panelboards 25

Cable 13

Other Not required

Setelah itu besar energi En dapat diketahui :

En = 10lgEn (2.5)

Setelah nilai En didapatkan, untuk menghitung besar insiden

energi E digunakan persamaan :

E = 4,184 𝐶𝑓𝐸𝑛(_0,2𝑡) (610

𝑥

𝐷𝑥 ) (2.6)

Keterangan :

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 kerja (mm)

X = jarak exponent

(24)

8

Tabel 2.2 Tabel Data Parameter – Paremeter yang Dibutuhkan Untuk Perhitungan Insiden Energi

Level

C. Ketika level tegangan berada diatas 15kV, maka untuk menghitung insiden energi dapat menggunakan metode Lee.

𝐸 = 2,142 𝑥 106_{𝑉 𝐼}

(25)

9

untuk tegangan dibawah 1kV dan 1,0 untuk 1-15kV)

En = Insiden energi saat keadaan normal (J/𝑐𝑚2₎

t = Lamanya gangguan arcing (detik)

D = Jarak pekerja dari sumber arc (millimeter)

x = Jarak eksponen berdasarkan tabel 4 IEEE 1584

Nilai dari 𝐸𝑛 dan t akan bergantung pada besarnya arus gangguan

pada lokasi yang dipertimbangkan dan karakteristik dari peralatan proteksi arus lebih (OCPD) pada bagian upstream. Persamaannya (2.8) dapat ditulis ulang sebagai berikut:

𝑡 = _𝐴𝐸

1𝐸𝑛 (detik) (2.9)

Dimana 𝐴1adalah konstanta, dituliskan sebagai berikut:

𝐴1= 4,184 _0,2𝐶𝑓 (610

𝑥

𝐷𝑥) (2.10)

IEEE 1584 menjelaskan incident energy normalisasi (En) sebagai berikut:

Log 𝐸𝑛= 𝐾1+ 𝐾2+ 1,081 𝑙𝑜𝑔 𝐼𝑎+ 0,0011 𝐺 (2.11)

Keterangan:

K1 = konstanta yang berhubungan dengan peralatan (-0,792) untuk

konfigurasi “open-air”; -0,555 untuk peralatan tertutup)

K2 = konstanta yang tergantung pada grounding sistem (-0,113

untuk sistem dengan grounding; 0 untuk sistem yang tidak digrounding atau untuk sistem dengan impedansi grounding),

Ia = arus gangguan arcing (kA),

G = jarak bus antar konduktor (mm).

Dengan menggabungkan persamaan (2.9) dengan persamaan (2.11) maka diperoleh persamaan kurva batas energi sebagai berikut:

𝑡 =

_𝐴 𝐸

(26)

10

Dimana 𝐴2 adalah konstan yang dituliskan sebagai berikut :

𝐴2 = 𝐾1+ 𝐾2+ 0,0011 𝐺 (2.13)

𝐴′2= 10𝐴2 (2.14)

Setelah konstanta didefinisikan berdasarkan pada peralatan dan konfigurasi sistem, nilai insiden energi E dapat dipilih berdasarkan kategori 1-4 PPE sesuai NFPA 70E-2004, dan persamaan (2.12) dapat digunakan untuk menentukan hubungan arus-waktu yang sesuai dengan tingkat energi insiden yang dipilih. Seperti ditunjukkan dalam kurva yang menghubungkan poin arus-waktu sesuai dengan tingkat insiden energi yang diberikan muncul linear pada grafik log-log. Persamaan (2.12) dapat diterapkan dilokasi dalam kisaran IEEE 1584 dengan range penerapan (208V - 15 kV, tiga fase, dan dengan tingkat arus bolted fault 700A-106 kA).

Untuk lokasi yang berada di luar jangkauan persamaan (2.8), nilai tegangan diatas 15kV, metode Lee dapat digunakan untuk menentukan kurva batas energi. Sehingga insiden energi dapat dituliskan sebagai berikut:

𝐸 = 2,142 𝑥 106_{𝑉 𝐼}

𝑏𝑓 (_𝐷𝑡2)

(

_𝑐𝑚𝐽2

)

(2.15)

Keterangan:

V = tegangan sistem (kV)

Ibf = nilai arus bolted fault (kA)

t = lama arus arc flash (detik)

D = jarak pekerja (milimeter)

Maka persamaan kurva batas energinya menjadi sebagai berikut:

𝑡 =

_{2,142 𝑥 10}𝐸 𝐷26_{𝑉 𝐼}_𝑏𝑓 (2.16)

Perbedaanya dengan persamaan (2.12), persamaan (2.16) berdasarkan pada arus bolted fault, tetapi nilai arus gangguan arcing

(27)

11

2.4 Lee Method

Persamaan ini digunakan untuk menghitung energi arc flash pada sistem dengan level tegangan di atas 15 kV. Berikut ini adalah persamaan berdasarkan IEEE std 1584-2002:

E = 2,142 x 106_x_{V x I}_bf₍𝑡

𝐷2 ) (2.17)

Keterangan:

E = insiden energi (J/cm2_{) (1 J/cm}2_{= 0.24 cal/cm}2₎ V = tegangan sistem (kV)

t = waktu arcing (detik)

D = jarak antara titik arcing dengan pekerja (mm)

Ibf = bolted fault current (kA) (Ibf ≈Ia)

Untuk tegangan lebih dari 15 kV, arc fault current dipertimbangkan sama dengan bolted faultcurrent.

2.5 Flash Protection Boundary

NFPA 70E-2004 mendefinisikan sebuah boundaries berhubungan dengan keselamatan ketika pekerja bekerja pada peralatan yang bertegangan. Hanya orang-orang yang memenuhi syarat yang dapat masuk ke area ini dan mereka diwajibkan memakai personal protection equipment (PPE) yang sesuai dengan protection boundaries.

Gambar 2.1Flash Protection Boundary

(28)

12

a. Flash Protection Boundary

Batas dimana level insiden energy sama dengan 1,2 cal/cm2_dengan fault clearing time lebih besar dari 0,1s. Pada batas ini apabila pekerja tidak dilengkapi peralatan pelindung beresiko terkena luka bakar hingga tingkat dua.

b. Limited Approach Boundary

Batas pendekatan jarak dari bagian konduktor aktif dimana terdapat sebuah bahaya sengatan listrik.

c. Restricted Approach Boundary

Batas perlindungan yang bisa dijangkau oleh seorang pekerja yang sudah mempunyai keahlian dalam bidang terkait. Ketika menjangkau wilayah tersebut dibutuhkan shock protection teknis dan peralatan yang memadai.

d. Prohibited Approach Boundary

Batas pendekatan jarak dari konduktor aktif dimana pekerja dianggap seperti melakukan kontak langsung dengan konduktor aktif.

Persamaan untuk perhitungan jarak aman perlindungan berdasarkan IEEE 1584 mengacu pada besarnya insiden energi normalisasi dari arc flash. Namun ketika menggunakan analisa metode kurva batas energi, nilai tepat mngenai insiden energi normalisasi tidak dihitung. Bagaimanapun akhirnya untuk menghitung jarak aman pekerja tetap harus dilakukan. Perhitungannya kali ini mengacu pada besarnya nilai insiden energi pada tiap-tiap kategori. Sehingga yang diperoleh adalah nilai jarak maksimum untuk setiap masing-masing kategori.

Perhitungan level insiden energi (EWD) untuk sistem tegangan antara

1-15kV pada jarak kerja (DWD) adalah :

perlindungan (DB) adalah. EB = 4,184 Cf En (𝑡

0,2) ( 610𝑥

𝐷𝑥_𝐵) (2.19)

Jika persamaan (2.18) diatas dibagi dengan persamaan (2.19) maka :

(29)

13

Sehingga untuk mencari jarak aman tiap kategori PPE :

𝐷𝐵= 𝐷𝑊𝐷 √_𝐸𝑊𝐷𝐸𝐵

𝑥 (2.21)

Sedangkan untuk sistem lebih dari 15 kV sebagai berikut :

𝐷𝐵= 𝐷𝑊𝐷 √_𝐸𝑊𝐷𝐸𝐵

2 (2.22)

2.6 Pengelompokan Tingkat Energi Arc flash

Pengelompokan tingkat energi arc flash dilakukan setelah mendapatkan nilai incident energy pada setiap bus. Pengelompokan tersebut bertujuan untuk menentukan perlengkapan keselamatan diri yang harus dipakai oleh pekerja saat berada di area tersebut. Personal protective equipment ini, diklasifikasikan berdasarkan insiden energi yang terjadi ketika peristiwa arc flash sedang berlangsung. Hal ini sesuai dengan standart NFPA 70E – 2004. Dimana standart tersebut memberikan kategori insiden energi serta dampak yang akan diterima seseorang bila terpapar arc flash serta peralatan yang harus diperlukan atau digunakan ketika seseorang berada pada zona yang berpotensi terjadi

arc flash. Berikut merupakan personel protective equipment (PPE) sesuai standar NFPA 70E – 2004 [7].

Tabel 2.3 Pengelompokan Tingkat Energi Arc flash Hazard

- Cotton Undergarment - Long Sleeved Shirt - Long Pants - Safety Glasses - Hearing Protection - Leather Gloves

(30)

14

Tabel 2.3 Pengelompokan Tingkat Energi Arc flash (Lanjutan)

Hazard

- Cotton Undergarment - Arc Rated Long Sleeved Shirt (FR Coveralls) - Arc Rated Long Pants (FR Coveralls)

- Hard Hat and Safety Glasses

- Hearing Protection - Leather Gloves and Shoes

4

2

- Cotton Undergarment - Short Sleeved “T” Shirt - Arc Rated Sleeved Shirt and Long Pants

- Hearing Protection - Leather Gloves and Shoes

8

3

- Cotton Underwear - Short Sleeved “T” Shirt - Arc Rated Long Sleeved Shirt and Long Pants - Arc Rated Coveralls - Arc Rated Suited Jacket (25 Cal)

- Arc Rated Suited Pants (25 Cal)

- Arc Rated Suited Hood (25 Cal)

- Hearing Protection - Arc Rated Leather Gloves - Leather Shoes

(31)

15

Tabel 2.3 Pengelompokan Tingkat Energi Arc flash (Lanjutan)

Hazard

Category PPE Description

Arc Rating

cal/cm2 PPE

4

- Cotton Underwear - Short Sleeved “T” Shirt - Arc Rated Long Sleeved Shirt and Long Pants - Arc Rated Coveralls - Arc Rated Suited Jacket (40 Cal)

- Arc Rated Suited Pants (40 Cal)

- Arc Rated Suited Hood (40 Cal)

- Hearing Protection - Arc Rated Leather Gloves - Leather Shoes

(32)

16

(33)

17

BAB III

SISTEM KELISTRIKAN BANDARA

INTERNASIONAL JUANDA

3.1 Sistem Kelistrikan Bandara Internasional Juanda

Sistem kelistrikan Bandara Internasional Juanda merupakan sistem yang terdiri dari 2 sumber yaitu dari PLN sebesar 20kV menggunakan 2

feeder utama yang terhubung dengan Main Power House utama sebagai sumber utama untuk menyuplai seluruh sistem kelistrikan Bandara dan menggunakan 5 buah generator dengan kapasitas masing-masing 1500 kVA sebagai sumber cadangan. Generator hanya digunakan apabila PLN mengalami gangguan dan hanya menyuplai sistem yang vital dalam jangka waktu tertentu. Sistem kelistrikan Bandara Internasional Juanda sampai saat ini masih mengandalkan suplai dari PLN sebesar 20 kV, karena sudah adanya kesepakatan kerja antara pihak PT. Angkasa Pura I sebagai pengelola Bandara Internasional Juanda dengan pihak PT. PLN (Persero) sebagai penanggung jawab unit kerja distribusi PLN di Bandara Internasional Juanda yang merupakan konsumen prioritas utama dalam pemakaian listrik.

Sistem distribusi yang dipakai oleh PT. Angkas Pura I selaku penanggung jawab dan pengelola Bandara Internasional Juanda merupakan jaringan distribusi tipe radial. Adapun kelebihan dari sistem ini adalah sederhana dan murah serta lebih mudah dari segi sistem koordinasi pengamannya. Untuk kekurangannya adalah saat terjadi gangguan pada salah satu bus maka suplai daya ke beban akan terputus karena daya yang disalurkan melalui satu line saja.

(34)

18

Gambar 3.1 Single Line Diagram Bandara Internasional Juanda

PLN FEEDER 1 500 MVAsc PLN FEEDER 2 500 MVAsc

(35)

19

3.2 Data Kelistrikan Bandara Internasional Juanda

Pada umumnya setiap bandara yang beroperasional baik untuk sipil maupun militer disuplai dari jaringan publik yaitu PLN dengan tegangan menengah 20 kV dan tegangn rendah 220/380 V, 50 Hz, 3 phase. Direkomendasikan bahwa suplai jaringan listrik PLN didapat dari 2 buah

feeder yang terpisah dan tidak tercampur dengan kebutuhan masyarakat. Namun catu daya utama juga dapat diperoleh dari suplai pembangkit milik sendiri (misalnya dari genset, solar cell, dan lain-lain). Untuk lebih jelas mengenai peralatan transformator yang digunakan pada single line diagram dapat dilihat pada tabel 3.1

Tabel 3.1 Data Kapasitas Transformator Pada Bandara Internasional Juanda

(36)

20

Tabel 3.1 Data Kapasitas Transformator Pada Bandara Internasional Juanda (Lanjutan)

No ID Trafo Kapasitas _KVA Tegangan (kV) Primer Sekunder T01-RC 100 6,6 0,38

3.3 Beban Sistem Kelistrikan Bandara Internasional Juanda

Setiap beban memiliki fungsi tertentu dengan kategori prioritas maupun untuk general seperti lampu runway yang berfungsi sebagai petunjuk sistem pendaratan dan lepas landas pesawat dan beban-beban lainnya baik untuk fasilitas kenyamanan penumpang maupun untuk peralatan navigasi dan komunikasi.

Tabel 3.2 Data Beban Lump Bandara Internasional Juanda

(37)

21

Tabel 3.2 Data Beban Lump Bandara Internasional Juanda (Lanjutan)

(38)

22

3.4 Tipikal Kelistrikan Bandara Internasional Juanda

Pada sistem kelistrikan Bandara Internasional Juanda ini akan ditentukan mengenai tipikal yang akan dikerjakan. Terdapat 4 tipikal yang telah dipilih antara lain adalah :

a. Tipikal 1

Gambar 3.2 Tipikal 1

Pada kondisi tipikal 1 yang ditunjukan oleh gambar 3.2 menjelaskan bahwa terdapat sebuah power grid dengan kapasitas 500 MVAsc yang terhubung dengan bus MPH M01 20 kV. Dari bus MPH M01 hingga ke bus MPH 11 terdapat sebuah trafo T01-MPH dengan kapasitas 4500 kVA. Trafo T01-MPH menurunkan tegangan dari 20 kV menjadi 6,6 kV. Terdapat 1 bus yang terhbung dengan bus MPH 11 yaitu bus RC-RB dengan level tegangan 6,6 kV.

500 MVAsc

CB01 MPH01

CB07 MPH02

T01-MPH 4500 kVA

CB01-MPH11

CB04-MPH11 PLN

FEEDER 1

Relay 1

Relay 48 BUS MPH M01

20 kV

Relay 60 BUS MPH 11

6.6 kV

Relay 44

(39)

23 b. Tipikal 2

(40)

24 c. Tipikal 3

Pada kondisi tipikal 3 yang ditunjukan oleh gambar 3.4 menjelaskan bahwa terdapat sebuah power grid dengan kapasitas 500 MVAsc yang terhubung dengan bus MPH M01 20 kV. Terdapat 3 bus dengan level tegangan 20 kV yaitu : bus MPH M01, bus MPH 3, dan bus R10. Sebelum mencapai beban lump, terdapat sebuah trafo T01-R10 dengan kapasitas 160 kVA. Trafo T01-R10 menurunkan tegangan dari 20 kV menjadi 0,38 kV.

CB1-MPH03

CB3 MPH03

CB1 R10-M01 Relay 61 BUS MPH 3

20 kV

Relay 22

Relay 23

BUS R10 20 kV

500 MVAsc

CB01 MPH01

CB08 MPH02 PLN

FEEDER 1

Relay 1

20 kV

T01-R10 160 kVA

(41)

25 d. Tipikal 4

Pada kondisi tipikal 4 yang ditunjukan oleh gambar 3.5 menjelaskan bahwa terdapat sebuah power grid dengan kapasitas 500 MVAsc yang terhubung dengan bus MPH M01 20 kV. Terdapat 3 bus dengan level tegangan 20 kV yaitu : bus MPH M01, bus MPH 3, dan bus R10-28. Sebelum mencapai beban lump, terdapat sebuah trafo T02-R28 dengan kapasitas 200 kVA. Trafo T02-R28 menurunkan tegangan dari 20 kV menjadi 0,38 kV.

CB1-MPH03

CB4 MPH03

CB2 R28-M01 Relay 61 BUS MPH 3

20 kV

Relay 12

Relay 23

BUS R10-28 20 kV

500 MVAsc

CB01 MPH01

CB08 MPH02 PLN

FEEDER 1

Relay 1

20 kV

T02-R28 200 kVA

(42)

26

(43)

27

BAB IV

SIMULASI DAN ANALISA

ARC FLASH

PADA

BANDARA INTERNASIONAL JUANDA

4.1 Analisa Arc Flash

Analisa yang dilakukan kali ini adalah untuk mengetahui nilai dari insiden energi arc flash dengan menggunakan metode IEEE 1584-2002. Selain nilai insiden energi arc flash, dari analisa ini juga akan didapatkan nilai arcing current, flash protection boundary, dan kategori dari nilai insiden energi arc flash. Nilai – nilai tersebut akan digunakan sebagai dasar penentuan pemakaian personal protective equipment (PPE) yang harus digunakan petugas ketika menangani gangguan dengan menggunakan standar NFPA 70E. Berikut ini adalah beberapa bus yang akan di analisa :

4.2 Perhitungan Arc Flash Menggunakan Standart IEEE

1584-2002 Sebelum Penambahan Relay Diferensial

Pada perhitungan arc flash menggunakan standart IEEE 1584-2002, yang harus diketahui sebelumnya adalah data mengenai arus gangguan bolted pada tiap bus yang dianalisa. Arus gangguan bolted

merupakan arus hubung singkat tiga fasa, ½ cycle saat pembangkitan maksimum. Pada arus gangguan bolted, arus kontribusi dari beban juga diperhitungkan. Setelah mendapatkan data arus gangguan bolted, maka data selanjutnya yang harus diketahui adalah data FCT (fault clearing time) pada setiap bus tersebut. FCT merupakan waktu yang diperlukan

(44)

28 tegangan lebih dari 15 kV.

4.2.1 Perhitungan Arc Flash Pada Level Tegangan 1-15 kV

Berdasarkan data tabel 4.1, maka dapat dicari arus arcing, energi nornalisasi, insiden energi dan jarak kerja dengan menggunakan metode IEEE 1584-2002. Berikut adalah rincian perhitungannya :

 BUS MPH 11

Perhitungan arus arcing (Ia) : log (IA) = 0,00402 + 0,983 log (IB)

log (IA) = 0,00402 + 0,983 log(13,50)

log (IA) = 1,115 ; IA = 13,036 kA

Perhitungan Insiden Energi (E) : En = 10𝐾1+𝐾2+1,081 log(𝐼𝑎)+ 0,0011 𝐺

En = 10−0,555+0+1,081× 1,115+0,0011 ×153

En = 6,588 J/cm2

Incident Energy = 4,184 Cf En (_0,2t) (610 x

Dx )

Incident Energy = 4,184 × 1 × 6,588 (0,565_0,2 ) (610₉₁₀0,973_0,973) Incident Energy = 52,766 J/cm2

(45)

29

Incident Energy = 52,766 / 4,184

Incident Energy = 12,611 cal/cm2

Perhitungan jarak batas perlindungan (D) :

DB = [4,184 Cf En (_0,2t) (610

log (IA) = 0,00402 + 0,983 log(13,50)

log (IA) = 1,115 ; IA = 13,036 kA

En = 10−0,555+0+1,081× 1,115+0,0011 ×153

En = 6,588 J/cm2

Dx )

Incident Energy = 4,184 × 1 × 6,588 (0,16_0,2) (610₉₁₀0,9730,973)

Incident Energy = 14,942 J/cm2 Incident Energy = 14,942 / 4,184

(46)

30  BUS 4 MPH 13

log (IA) = 0,00402 + 0,983 log(13,50)

log (IA) = 1,115 ; IA = 13,036 kA

En = 10−0,555+0+1,081× 1,115+0,0011 ×153

En = 6,588 J/cm2

Dx )

DB = [4,184 Cf En (_0,2t) (610

log (IA) = 0,00402 + 0,983 log(13,50)

log (IA) = 1,115 ; IA = 13,036 kA

En = 10−0,555+0+1,081× 1,115+0,0011 ×153

(47)

31

Dx )

DB = [4,184 Cf En (_0,2t) (610

log (IA) = 0,00402 + 0,983 log(13,50)

log (IA) = 1,115 ; IA = 13,036 kA

En = 10−0,555+0+1,081× 1,115+0,0011 ×153

En = 6,588 J/cm2

Dx )

(48)

32

4.2.2 Perhitungan Arc Flash Pada Level Tegangan >15 kV

Karena tegangan bus lebih dari 15kV, maka perhitungan arus

arcing menggunakan metode Lee :

 BUS MPH M01 Ia = Ibf = 16,29

Perhitungan Insiden Energi (E) :

Incident Energy = 2,142 × 106 _{× V × I}_B₍t D2)

Incident Energy = 2,142 × 106 _{× 20 × 16,29 × (}0,57 9102)

Perhitungan jarak batas perlindungan (D) : DB = [2,142×106×V×IB (_𝐸t

Incident Energy = 2,142 × 106 _{× 20 × 16,29 × (}0,565 9102)

(49)

33  BUS R10

Ia = Ibf = 16,29

Incident Energy = 2,142 × 106 _{× 20 × 16,29 × (}0,365 9102)

(50)

34

Setelah dilakukan perhitungan untuk mencari arus arcing, energi normalisasi, insiden energi dan jarak kerja dengan menggunakan metode IEEE 1584-2002, maka kategori PPE yang sesuai dapat ditentukan. Hasil penentuan kategori bahaya/resiko dapat dilihat pada tabel 4.2 berikut ini:

Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Arc Flash Menggunakan Standart IEEE 1584-2002 Sebelum Penambahan Relay Diferensial

No ID BUS Arus _(kA)Arcing Insiden Energi

4.3 Perhitungan Arc Flash Menggunakan Standart IEEE

1584-2002 Setelah Penambahan Relay Diferensial

Pada sub bab sebelumnya terdapat kategori PPE yang berada pada kategori >4 dikarenakan nilai insiden energi yang besar. Besar insiden energi yang berada diatas kategori 4 atau diatas 40 cal/cm2 tidak ada jenis dan kualitas dari PPE (Personal Protective Equipment). Hal yang mempengaruhi besar arc flash adalah lamanya waktu yang diperlukan untuk melokalisir gangguan. Sehingga diperlukan relay yang mampu bekerja dengan sangat cepat ketika terjadi hubung singkat. Maka disarankan untuk menambah relay diferensial pada bus – bus yang mempunyai besar insiden energi di luar kategori 4, karena relay

diferensial mempunyai waktu kerja yang sangat cepat, yaitu 1 – 3 cycle. Berdasarkan bus yang dianalisa, berikut ini merupakan tabel dari data arus gangguan bolted serta FCT (fault clearing time) setelah penambahan

(51)

35

Tabel 4.3 Data Arus Gangguan Bolted (Ibf) dan FCT Setelah Penambahan Relay Diferensial

No ID BUS Tegangan (kV) Ibf (kA) FCT (sec) dengan standar IEEE 1584-2002 untuk sistem kelistrikan di Bandara Internasional Juanda adalah sebagai berikut :

 BUS MPH M01 Ia = Ibf = 16,29

Incident Energy = 2,142 × 106 _{× 20 × 16,29 × (}0,127 9102)

Incident Energy = 107,026 J/cm2 1

3 2

(52)

36

Incident Energy = 2,142 × 106 _{× 20 × 16,29 × (}0,127 9102)

(53)

37

Dari hasil perhitungan setelah penambahan relay diferensial Setelah dilakukan perhitungan untuk mencari arus arcing, energi normalisasi, insiden energi dan jarak kerja dengan penambahan relay

diferensial, maka kategori PPE yang sesuai dapat ditentukan. Hasil penentuan kategori bahaya/resiko dapat dilihat pada tabel 4.4 berikut ini:

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Arc Flash Setelah Penambahan Relay

Diferensial

4.4 Perbandingan Besar Energi Arc Flash Kondisi Sebelum dan

Setelah Penambahan Relay Diferensial

Dengan menggunakan relay diferensial yang memiliki waktu kerja yang sangat cepat untuk mengamankan bus, maka ketika terjadi gangguan yang dapat menyebabkan arc flash, relay bekerja dengan seketika antara waktu 1 – 3 cycle. Waktu kerja relay yang cepat menurunkan besar insiden arc flash, karena salah satu faktor yang berpengaruh terhadap besar energi adalah waktu. Semakin cepat waktu pemutusan, semakin kecil energi yang dihasilkan. Data perbandingan besar insiden energi maupun kategori bahaya arc flash untuk kondisi sebelum dan sesudah penambahan relay diferensial dapat dilihat pada tabel 4.5 berikut. Penambahan relay diferensial dilakukan hanya pada bus – bus yang memiliki kategori bahaya melebihi kategori 4. Sedangkan untuk yang sudah berada dalam kategori 4 atau dibawah kategori 4, tidak

1

3 2

(54)

38

diberi relay diferensial, sehingga tidak terdapat perubahan besar insiden energi.

Tabel 4.5 Data Perbandingan Besar Insiden Energi Untuk Kondisi Sebelum dan Setelah Penambahan Relay Diferensial

BUS ID

4.5 Perbandingan Nilai Flash Protection Boundary (FPB) Kondisi

Sebelum dan Setelah Penambahan Relay Diferensial

Flash Protection Boundary merupakan jarak aman perkerja dari titik terjadinya arc flash, atau jarak dari titik arc flash yang dapat menghasilkan energi 1,2 cal/cm2_{. Dalam jarak batasan ini, seseorang}

masih diperbolehkan untuk tidak menggunakan alat perlindungan diri yang sesuai, tetapi ketika melewati batasan ini, seseorang diwajibkan untuk memakain alat perlindungan diri yang sesuai. Seberapa jauh jarak FPB ini tergantung dari besar energi yang dihasilkan. Semakin besar energinya maka semakin jauh pula jarak amannya, demikian sebaliknya. Nilai FPB akan dibandingkan ketika kondisi sebelum dan setelah penambahan relay diferensial. Data – data tersebut akan ditampilkan pada tabel 4.6 berikut :

Tabel 4.6 Data Perbandingan FPB Kondisi Sebelum dan Setelah Penambahan Relay Diferensial

BUS ID FPB Kondisi Sebelum (m) FPB Kondisi Setelah (m)

(55)

39

Dari tabel 4.6 diatas, terlihat bahwa jarak aman kondisi sebelum penambahan relay diferensial lebih jauh dari pada kondisi setelah penambahan relay diferensial. Hal ini sebanding dengan besar insiden energi untuk kedua kondisi tersebut. Ketika diberi penambahan relay

diferensial yang mampu bekerja sangat cepat dalam melokalisir gangguan, jarak aman pekerja ke titik yang berpotensi terjadinya arc flash

semakin pendek.

4.6 Perhitungan Arc Flash Menggunakan Metode Kurva

Batasan Energi

Pada perhitungan arc flash menggunakan metode kurva batasan energi ini, hal yang harus dilakukan pertama kali adalah mendapatkan kurva setiap kategori PPE. Kurva ini menunjukkan hubungan arus – waktu, dan garis kurva ini didapatkan dari persamaan yang tetap mengacu pada IEEE 1584 – 2002.

Pada tiap bus yang dianalisa, terdapat 2 level tegangan yang diambil. Yaitu bus pada level tegangan 1 – 15 kV dan bus dengan tegangan lebih dari 15 kV.

4.6.1 Penentuan Kurva Batasan Energi Pada Level Tegangan 1 - 15 kV

Sesuai dengan standart IEEE 1584 – 2002, pada perhitungan arc flash menggunakan metode kurva batasan energi, persamaan hubungan arus dan waktu yang digunakan untuk level tegangan 1 – 15 kV adalah sebagai berikut :

(56)

40

Berdasarkan tabel NFPA 70E-2004 untuk kategori 0 PPE nilai E adalah 8,36J/cm2_{maka persamaannya,}

t = _{A1 A2}_′𝐸_𝐼𝑎1,081 t = _{14,176 x0,410 x 𝐼𝑎}8,36 _1,081

t = 1,437 𝑥 𝐼𝑎1,081

Untuk PPE kategori 1 nilai E = 16,74 J/cm2_maka,

t = _{A1 A2}_′𝐸_𝐼𝑎_1,081 t = _{14,176 x0,410 x 𝐼𝑎}16,74 _1,081

t = 2,877 𝑥 𝐼𝑎1,081

t = _{A1 A2}_′𝐸_𝐼𝑎_1,081 t = _{14,176 x 0,410 x 𝐼𝑎}33,47 1,081

t = 5,752 𝑥 𝐼𝑎1,081

t = _{A1 A2}_′𝐸_𝐼𝑎_1,081 t = _{14,176 x0,410 x 𝐼𝑎}104,6 1,081

t = 17,976 𝑥 𝐼𝑎1,081

t = _{A1 A2}_′𝐸_𝐼𝑎_1,081 t = _{14,176 x 0,410 x 𝐼𝑎}167,36 _1,081

t = 28,762 𝑥 𝐼𝑎1,081

(57)

41

waktu yang “layak” atau “masuk akal” sebagai durasi maksimum untuk analisa arc flash.

Analisa selanjutnya adalah dengan mensimulasikan kondisi 85% - 100% arus arcing dan durasi berlangsungnya sampai relay pengaman memutus ganguan (FCT). Adapun plotting kurva batasan energi untuk level tegangan 1-15 kV adalah sebagai berikut :

Gambar 4.1 Kurva Batasan Energi Pada Level Tegangan 1-15 kV

Gambar 4.1 menjelaskan bahwa kurva yang paling kiri pada gambar diatas sesuai dengan insiden energi pada level 8,36 J/cm2 _yang

berada pada kategori 0. untuk titik arus-waktu yang jatuh dibawah atau disebelah kiri kurva ini nilai dari insiden energinya akan kurang dari 8,36 J/cm2_{. untuk titik arus-waktu yang jatuh diatas atau disebelah kanan kurva}

ini nilai dari insiden energi pasti lebih besar dari 8,36 J/cm2_{. Pada saat}

(58)

42

4.6.2 Penentuan Kurva Batasan Energi Pada Level Lebih Dari 15 kV

Pada perhitungan arc flash dengan menggunakan metode kurva batasan energi, untuk level tegangan lebih dari 15 kV persamaan yang digunakan adalah dengan menggunakan metode Lee. Untuk Kategori 0 PPE, Berdasarkan tabel NFPA 70E-2004 nilai E adalah 8,36 J/cm2_maka

persamaannya,

𝑡 =_{2,142 𝑥 10}𝐸𝐷2₆_𝑉𝐼

𝑏𝑓

𝑡 =_{2,142 𝑥 10}8,36 𝑥 910₆_{𝑥 20 𝑥 𝐼}2

𝑏𝑓

𝑡 = 0,1616 𝑥 𝐼𝑏𝑓−1

𝑡 =_{2,142 𝑥 10}𝐸𝐷2₆_𝑉𝐼

𝑏𝑓

𝑡 =_{2,142 𝑥 10}16,74 𝑥 910₆_{𝑥 20 𝑥 𝐼}2

𝑏𝑓

𝑡 = 0,324 𝑥 𝐼𝑏𝑓−1

𝑡 =_{2,142 𝑥 10}𝐸𝐷2₆_𝑉𝐼

𝑏𝑓

𝑡 =_{2,142 𝑥 10}33,47 𝑥 910₆_{𝑥 20 𝑥 𝐼}2

𝑏𝑓

𝑡 = 0,647 𝑥 𝐼𝑏𝑓−1

𝑡 =_{2,142 𝑥 10}𝐸𝐷2₆_𝑉𝐼

𝑏𝑓

𝑡 =_{2,142 𝑥 10}33,47 𝑥 910₆_{𝑥 20 𝑥 𝐼}2

𝑏𝑓

(59)

43

𝑡 =_{2,142 𝑥 10}𝐸𝐷2₆_𝑉𝐼

𝑏𝑓

𝑡 =_{2,142 𝑥 10}167,36 𝑥 910₆_{𝑥 20 𝑥 𝐼}2

𝑏𝑓

𝑡 = 3,235 𝑥 𝐼𝑏𝑓−1

Analisa selanjutnya adalah dengan mensimulasikan kondisi 85% - 100% arus arcing dan durasi berlangsungnya sampai relay pengaman memutus ganguan (FCT). Dari setiap persamaan hubungan arus-waktu tersebut diubah kedalam kurva, adapun plotting kurva batasan energi untuk level tegangan lebih dari 15 kV adalah sebagai berikut :

Gambar 4.2 Kurva Batasan Energi Level Tegangan Lebih dari 15 kV

Gambar 4.2 menjelaskan bahwa kurva yang paling kiri pada gambar diatas sesuai dengan insiden energi pada level 8,36 J/cm2 _yang

berada pada kategori 0. untuk titik arus-waktu yang jatuh dibawah atau disebelah kiri kurva ini nilai dari insiden energinya akan kurang dari 8,36 J/cm2_{. untuk titik arus-waktu yang jatuh diatas atau disebelah kanan kurva}

(60)

44

titik arus-waktu tersebut berada diatas kategori 0, PPE kategori 0 tidak cukup untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi. Maka dipilih PPE kategori 1 untuk mengamankan titik arus-waktu yang berada diatas kategori 0 dan dibawah kategori 1. Begitu pula untuk penjelasan gambar kurva selanjutnya baik kategori 1 – kategori 4.

4.6.3 Perhitungan Jarak Aman Batas Perlindungan

Pada perhitungan jarak aman batas perlindungan persamaan yang digunakan untuk level tegangan 1-15 kV adalah sebagai berikut: Untuk PPE kategori 0, Ewd = 8,36 J/cm2 _:

Adapun untuk jarak batas aman perlindungan pada level tegangan lebih dari 15 kV adalah sebagai berikut:

(61)

45

Dari hasil perhitungan diatas maka dapat diketahui seberapa jauh batas aman untuk pekerja agar terhindar dari bahaya arc flash

berdasarkan masing – masing kategori. Jarak aman ini tergantung dari besar energi yang dihasilkan. Semakin besar energinya maka semakin jauh pula jarak amannya, demikian sebaliknya.

4.6.4 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus MPH 11

Penentuan kategori PPE pada bus MPH 11 menggunakan relay 60 yang digunakan sebagai referensi kurva batasan energi. Relay 60 berfungsi untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus MPH 11.

(62)

46

Gambar 4.4 Kurva Relay 60 Dengan Kurva Batasan Energi Pada Level Tegangan 1-15 kV

Gambar 4.4 menunjukkan hasil plotting kurva relay 60 bahwa sebagian kurva relay 60 berada dibawah kurva batasan energi kategori 2. Sesuai dengan standar IEEE 1584 – 2002 maka dilakukan pengecekan dengan 85% hingga 100% arus arcing yang dihubungkan denganwaktu FCT pengaman relay 60 dan didapatkan 0,565 detik. Nilai maksimum arus arcing yang didapatkan saat 100% adalah sebesar 12,84 kA dan terjadi selama 0,565 detik. Titik tersebut berada diatas kategori 2, sehingga PPE kategori 2 tidak cukup untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus MPH 11. Maka dipilih PPE kategori 3 untuk mengamankan bus MPH 11. Jarak aman maksimum untuk daerah bus MPH 11 adalah pada 20,713 meter.

4.6.5 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus RC-RB

(63)

47

berfungsi untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus RC-RB.

Gambar 4.5Relay 44 Sebagai Pengaman Bus RC-RB

(64)

48

Gambar 4.6 menunjukkan hasil plotting kurva relay 44 bahwa sebagian kurva relay 44 berada dibawah kurva batasan energi kategori 0. Sesuai dengan standar IEEE 1584 – 2002 maka dilakukan pengecekan dengan 85% hingga 100% arus arcing yang dihubungkan dengan waktu FCT pengaman relay 44 dan didapatkan 0,16 detik. Nilai maksimum arus

arcing yang didapatkan saat 100% adalah sebesar 12,84 kA dan terjadi selama 0,16 detik. Titik tersebut berada diatas kategori 0, sehingga PPE kategori 0 tidak cukup untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus RC-RB. Maka dipilih PPE kategori 1 untuk mengamankan bus RB. Jarak aman maksimum untuk daerah bus RC-RB adalah pada 3,151 meter.

4.6.6 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus 4 MPH 13

Penentuan kategori PPE pada bus 4 MPH 13 menggunakan relay

34 yang digunakan sebagai referensi kurva batasan energi. Relay 34 berfungsi untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus 4 MPH 13.

(65)

49

Gambar 4.8 menunjukkan hasil plotting kurva relay 34 bahwa sebagian kurva relay 34 berada dibawah kurva batasan energi kategori 2. Sesuai dengan standar IEEE 1584 – 2002 maka dilakukan pengecekan dengan 85% hingga 100% arus arcing yang dihubungkan denganwaktu FCT pengaman relay 34 dan didapatkan 0,518 detik. Nilai maksimum arus arcing yang didapatkan saat 100% adalah sebesar 12,84 kA dan terjadi selama 0,518 detik. Titik tersebut berada berada diatas kategori 2, sehingga PPE kategori 2 tidak cukup untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus 4 MPH13. Maka dipilih PPE kategori 3 untuk mengamankan bus 4 MPH13. Jarak aman maksimum untuk daerah bus 4 MPH13 adalah pada 20,713 meter.

4.6.7 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus MPH-M12

Penentuan kategori PPE pada bus MPH-M12 menggunakan relay

(66)

50

berfungsi untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus MPH-M12.

Gambar 4.9Relay 33 Sebagai Pengaman Bus MPH-M12

(67)

51

Gambar 4.10 menunjukkan hasil plotting kurva relay 33 bahwa sebagian kurva relay 33 berada dibawah kurva batasan energi kategori 2. Sesuai dengan standar IEEE 1584 – 2002 maka dilakukan pengecekan dengan 85% hingga 100% arus arcing yang dihubungkan denganwaktu FCT pengaman relay 33 dan didapatkan 0,360 detik. Nilai maksimum arus arcing yang didapatkan saat 100% adalah sebesar 12,84 kA dan terjadi selama 0,360 detik. Titik tersebut berada tepat di kategori 2, sehingga PPE kategori 2 tidak cukup untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus MPH-M12. Maka dipilih PPE kategori 3 untuk mengamankan bus MPH-M12. Jarak aman maksimum untuk daerah bus MPH-M12 adalah pada 20,713 meter.

4.6.8 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus AP1

Penentuan kategori PPE pada bus AP1 menggunakan relay 4 yang digunakan sebagai referensi kurva batasan energi. Relay 4 berfungsi untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus AP1.

(68)

52

Gambar 4.12 menunjukkan hasil plotting kurva relay 4 bahwa sebagian kurva relay 4 berada dibawah kurva batasan energi kategori 0. Sesuai dengan standar IEEE 1584 – 2002 maka dilakukan pengecekan dengan 85% hingga 100% arus arcing yang dihubungkan denganwaktu FCT pengaman relay 4 dan didapatkan 0,165 detik. Nilai maksimum arus

arcing yang didapatkan saat 100% adalah sebesar 12,84 kA dan terjadi selama 0,165 detik. Titik tersebut berada diatas kategori 0, sehingga PPE kategori 0 tidak cukup untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus AP1. Maka dipilih PPE kategori 1 untuk mengamankan bus AP1. Jarak aman maksimum untuk daerah bus AP1 adalah pada 3,151 meter.

4.6.9 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus MPH M01

Penentuan kategori PPE pada bus MPH M01 menggunakan relay

(69)

53

berfungsi untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus MPH M01.

Gambar 4.13Relay 1 Sebagai Pengaman Bus MPH M01

(70)

54

Gambar 4.14 menunjukkan hasil plotting kurva relay 1 bahwa sebagian kurva relay 1 berada dibawah kurva batasan energi kategori 4. Sesuai dengan standar IEEE 1584 – 2002 maka dilakukan pengecekan dengan 85% hingga 100% arus arcing yang dihubungkan denganwaktu FCT pengaman relay 1 dan didapatkan 0,570 detik. Nilai maksimum arus

arcing yang didapatkan saat 100% adalah sebesar 15,89 kA dan terjadi selama 0,570 detik. Titik tersebut berada diatas kategori 4, sehingga PPE yang digunakan kategorinya lebih dari 4 untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus MPH M01. Jarak aman maksimum untuk daerah bus MPH M01 adalah pada 5,265 meter.

4.6.10 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus 1 MPH3

Penentuan kategori PPE pada bus 1 MPH3 menggunakan relay 61 yang digunakan sebagai referensi kurva batasan energi. Relay 61 berfungsi untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus 1 MPH3.

(71)

55

Gambar 4.16 Kurva Relay 61 Dengan Kurva Batasan Energi Pada Level Tegangan Lebih Dari 15kV

Gambar 4.16 menunjukkan hasil plotting kurva relay 61 bahwa sebagian kurva relay 61 berada dibawah kurva batasan energi kategori 3. Sesuai dengan standar IEEE 1584 – 2002 maka dilakukan pengecekan dengan 85% hingga 100% arus arcing yang dihubungkan denganwaktu FCT pengaman relay 61 dan didapatkan 0,565 detik. Nilai maksimum arus arcing yang didapatkan saat 100% adalah sebesar 15,89 kA dan terjadi selama 0,565 detik. Titik tersebut berada diatas kategori 4, sehingga PPE yang digunakan kategorinya lebih dari 4 untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus 1 MPH 3. Jarak aman maksimum untuk daerah bus 1 MPH 3 adalah pada 5,265 meter.

4.6.11 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus R10

(72)

56

berfungsi untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus R10.

Gambar 4.17Relay 23 Sebagai Pengaman Bus R10

(73)

57

Gambar 4.18 menunjukkan hasil plotting kurva relay 23 bahwa sebagian kurva relay 23 berada dibawah kurva batasan energi kategori 0. Sesuai dengan standar IEEE 1584 – 2002 maka dilakukan pengecekan dengan 85% hingga 100% arus arcing yang dihubungkan denganwaktu FCT pengaman relay 23 dan didapatkan 0,365 detik. Nilai maksimum arus arcing yang didapatkan saat 100% adalah sebesar 15,89 kA dan terjadi selama 0,365 detik. Titik tersebut berada diatas kategori 4, sehingga PPE yang digunakan kategorinya lebih dari 4 untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus R10. Jarak aman maksimum untuk daerah bus R10 adalah pada 5,265 meter.

4.6.12 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus R10-28

Penentuan kategori PPE pada bus R10-28 menggunakan relay 18 yang digunakan sebagai referensi kurva batasan energi. Relay 18 berfungsi untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus R10-28.

(74)

58

Gambar 4.20 Kurva Relay 18 Dengan Kurva Batasan Energi Pada level Tegangan Lebih Dari 15kV

Gambar 4.20 menunjukkan hasil plotting kurva relay 18 bahwa sebagian kurva relay 18 berada dibawah kurva batasan energi kategori 0. Sesuai dengan standar IEEE 1584 – 2002 maka dilakukan pengecekan dengan 85% hingga 100% arus arcing yang dihubungkan denganwaktu FCT pengaman relay 18 dan didapatkan 0,365 detik. Nilai maksimum arus arcing yang didapatkan saat 100% adalah sebesar 15,89 kA dan terjadi selama 0,365 detik. Titik tersebut berada diatas kategori 4, sehingga PPE yang digunakan kategorinya lebih dari 4 untuk mengatasi atau mengamankan gangguan yang terjadi pada bus R10-28. Jarak aman maksimum untuk daerah bus R10-28 adalah pada 5,265 meter.

4.7 Perbandingan Antara Perhitungan Menggunakan IEEE 1584-2002 dan Menggunakan Kurva Batasan Energi