i
ANALISA KOORDINASI PROTEKSI DENGAN
MEMPERTIMBANGKAN ARC FLASH PADA SISTEM
KELISTRIKAN DI PT PETROKIMIA GRESIK
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi
Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
ANUGRAH PUTRA YULIANTO
201410130311130
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2019
ii
iii
iv
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas
segala Nikmat-Nya, Rahmat-Nya, serta Hidayahnya-Nya. Sholawat serta salam
semoga senantiasa tercurah kepada Rasulullah Muhammad Shalallaahu 'Alayhi
Wasallam. Atas kehendak dan karunia Allah penulis mampu menyelesaikan tugas
akhir yang berjudul:
“ANALISA KOORDINASI PROTEKSI DENGAN
MEMPERTIMBANGKAN ARC FLASH PADA SISTEM KELISTRIKAN
DI PT. PETROKIMIA GRESIK ”
Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan
jenjang pendidikan S1 dan memperoleh gelar sarjana teknik di Jurusan Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang.
Dalam penulisan laporan tugas akhir ini, penulis telah berusaha maksimal
demi terciptanya kualitas penelitian yang baik. Namun besar harapan penulis
untuk menerima saran dan kritik guna perbaikan dan pengembangan tugas akhir
ini. Semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat yang luas.
Malang, Januari 2019
Penulis
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ........................................................................ iii
LEMBAR PERNYATAAN ......................................................................... iv
ABSTRAKS .................................................................................................. v
ABSTRACT ................................................................................................... vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ...................................................................... vii
KATA PENGANTAR .................................................................................. ix
DAFTAR ISI ................................................................................................ x
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL ........................................................................................ xv
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ..................................................................... 3
1.4 Tujuan...................................................................................... 3
1.5 Manfaat .................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................... 4
2.1 Gangguan Dalam Suatu Sistem Kelistrikan ............................... 4
2.2 Gangguan Beban Lebih ............................................................ 5
2.3 Gangguan Hubung Singkat....................................................... 5
2.3.1 Gangguan Hubung Singkat 3 fasa .................................... 9
2.3.2 Gangguan Hubung Singkat 2 fasa .................................... 9
2.3.3 Gangguan Hubung Singkat 2 fasa ke tanah ...................... 10
2.3.4 Gangguan Hubung Singkat 1 fasa ke tanah ...................... 10
2.4 Rele Pengaman ....................................................................... 10
2.4.1 Over Current Relay (OCR) .............................................. 11
2.4.2 Rele Arus Lebih Waktu Instan ........................................ 12
2.4.3 Rele Arus Lebih Waktu Definite ..................................... 12
2.4.4 Rele Arus Lebih Waktu Inverse....................................... 12
vii
2.5 Setting Over Current Relay ...................................................... 13
2.5.1 Setting Over Current Relay inverse time .......................... 13
2.5.2 Setting Over Current Relay instantaneous ....................... 16
2.6 Rele Differensial ...................................................................... 17
2.7 Pengertian Arc Flash ................................................................ 14
2.7.1 Perhitungan Energi Busur Api Berdasarkan Standart
IEEE 1584-2002 .............................................................. 18
2.7.2 Insiden Energi ................................................................. 19
2.7.3 Perhitungan Flash Protection Boundary Dengan
Menggunakan Standart IEEE 1584-2002 ......................... 21
2.8 Pengelompokkan Level Energi Busur Api Terhadap PPE
(Personal Protective Equipment) Sesuai Standart NFPA 70E ... 21
2.9 Motor Listrik ............................................................................ 24
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................. 25
3.1 Diagram Alir Perancangan Sistem ................................................ 25
3.2 Sistem Kelistrikan Pabrik Ammurea II PT. Petrokimia
Gresik ....................................................................................... 25
3.3 Sistem Pembangkitan Pabrik Ammurea II PT. Petrokimia
Gresik ..................................................................................... 27
3.4 Data Beban Pada Pabrik Ammurea II PT. Petrokimia
Gresik ...................................................................................... 28
BAB IV HASIL SIMULASI DAN ANALISIS ........................................... 30
4.1 Pemodelan Sistem Kelistrikan PT. Petrokimia Gresik .............. 30
4.2 Pemilihan Tipikal Koordinasi Pada PT. Petrokimia
Gresik ...................................................................................... 30
4.3 Analisa Dengan Gangguan Hubung Singkat ............................. 33
4.3.1 Arus Hubung Singkat Maksimum ................................... 33
4.3.2 Arus Hubung Singkat Minimum ..................................... 34
4.4 Sistem Koordinasi Proteksi Rele OverCurrent Gangguan
Fasa ......................................................................................... 35
4.5 Koordinasi Proteksi Arus Lebih Tipikal 1 ................................ 35
4.5.1 Koordinasi Proteksi Arus Lebih Tipikal 1A ..................... 36
viii
4.5.2 Koordinasi Proteksi Arus Lebih Tipikal 1B .................... 42
4.5.3 Koordinasi Proteksi Arus Lebih Tipikal 2 ...................... 50
4.6 Perhitungan Insiden Energi Busur Api Dengan Standar
IEEE 1584-2002 ...................................................................... 59
4.6.1 Perhitungan Nilai Busur Api Setelah Ditambahkan Rele
Differensial ..................................................................... 59
4.6.2 Perhitungan Nilai Busur Api Setelah Ditambahkan Rele
Differensial ..................................................................... 68
4.7 Perhitungan Batas Jarak Perlindungan dari Busur Api ............. 81
4.8 Personal Protective Equipment (PPE) atau APD
yang berguna untuk Pekerja .................................................... 88
BAB V PENUTUP ..................................................................................... 95
5.1 Kesimpulan ............................................................................. 95
5.2 Saran ....................................................................................... 95
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 96
LAMPIRAN .................................................................................................. 98
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkain Ekivalen 1 phase pada Hubung Singkat 3 Fasa ... 8
Gambar 2.2 Rangkaian Sederhana Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa ... 8
Gambar 2.3 Rangkaian Sederhana Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa
ke Tanah ............................................................................ 8
Gambar 2.4 Kurva Rele Arus Lebih Waktu Kerja Instant ...................... 10
Gambar 2.5 Kurva Rele Arus Lebih Sesuau Waktu Setting ................... 12
Gambar 2.6 Karakteristik Kurva Standard Inverse, Very Inverse,
dan Etremely Invers ............................................................... 13
Gambar 2.7 Prinsip Hukum Khirchof .................................................... 17
Gambar 2.8 Daerah Pengamanan Relay Differential.............................. 17
Gambar 2.9 Pengelompokan Alat Perlindungan Diri sesuai Kategori .... 24
Gambar 2.10 Balok Diberi Gaya Tekanan .............................................. 24
Gambar 3.1 Diagram Blok Koordinasi Rele dengan Mempertimbangkan
Arc Flash ........................................................................... 25
Gambar 3.2 Sistem Kelistrikan PT. Petrokimia Gresik .......................... 26
Gambar 3.3 Single Line Diagram Sederhana Pabrik Ammurea II
PT.Petrokimia Gresik......................................................... 26
Gambar 4.1 Single Line Diagram Pabrik Ammurea II ........................... 32
Gambar 4.2 Single Line Diagram pada Tipikal 1A ................................ 36
Gambar 4.3 Plot Pengaman Kurva Tipikal 1A ....................................... 41
Gambar 4.4 Sequencer Viewer Gangguan pada Bus 22.......................... 42
x
Gambar 4.5 Single Line Diagram pada Tipikal 1B ................................ 42
Gambar 4.6 Plot Pengaman Kurva pada Tipikal 1B ............................... 49
Gambar 4.7 Sequence Viewer Gangguan pada Bus 11A-3 ..................... 50
Gambar 4.8 Single Line Diagram Pada Tipikal 2 .................................. 50
Gambar 4.9 Plot Pengaman Kurva Tipikal 2 ......................................... 58
Gambar 4.10 Sequence Viewer Gangguan Bus 11A-3 Prioritas ............... 59
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Jenis Gangguan Pada Hubung Singkat ......................................... 8
Tabel 2.2 Konstanta Setting Time Dial Rele Sepam Series 10 ..................... 15
Tabel 2.3 Konstanta Setting Time Dial Rele GE Multilin 489 ...................... 16
Tabel 2.4 Faktor untuk Peralatan dan Tingkat Tegangan ....................... 16
Tabel 2.4 Faktor untuk Peralatan dan Tingkat Tegangan ...................... 16
Tabel 2.5 Typical Working Distance....................................................... 16
Tabel 2.6 Kategori Incident Energy ........................................................ 22
Tabel 2.7 PPE (Personal Protection Equipment) ................................... 23
Tabel 3.1 Data Spesifikasi Generator GGCP-1 ....................................... 27
Tabel 3.2 Data Tranformator pada Pabrik Amurea 2 .............................. 28
Tabel 3.2 Data Beban Motor 6 kV.......................................................... 29
Tabel 4.1 Hasil Simulasi Arus Hubung Singkat Maksimum ................... 33
Tabel 4.2 Hasil Simulasi Arus Hubung Singkat Minimum 30 cycle........ 34
Tabel 4.3 Hasil Simulasi Sebelum di Tambahkan Rele Differensial ....... 59
Tabel 4.4 Perbandingan Nilai Insiden Energi Sebelum Penambahan
Rele Differensial. .................................................................. 68
Tabel 4.5 Hasil Simulasi Sesudah di Tambahkan Rele Differensial ........ 69
Tabel 4.6 Perbandingan Nilai Insiden Energi Simulasi dan Perhitungan.. 77
Tabel 4.7 Hasil Perbandingan Besar Insiden Energi Busur Api Setelah
Penambahan Rele Differensial. ............................................... 78
Tabel 4.8 Data Hasil Perbandingan Flash Protection Boundary Sebelum dan
Setelah Penambahan Rele Differensial. .................................. 86
Tabel 4.9 Perlengkapan PPE Pekerja pada Tiap Bus.............................. 88
Tabel 4.10 Peringatan Label Sesuai Niliai Insiden Busur Api .................. 92
96
DAFTAR PUSTAKA
[1] Taufiq, M. I., Pujiantara, M., & Anam, S., “Analisa Arc Flash pada Sistem
Kelistrikan Di PT. Asahimas Flat Glass Tbk.Sidoarjo”. JURNAL TEKNIK
ITS.6(1),2015.
[2] Riyadi, R., Wibowo, R, S., & Pujiantara, M ., “Analisa Sistem Proteksi
dengan Metode Perhitungan yang Dimodifikasi untuk Diaplikasikan pada
Sistem Tegangan Menengah di PT. Pupuk Kaltim Unit 1 (PKT 1)”.
JURNAL TEKNIK ITS.1,2015.
[3] Zafirah, I. R., Pujiantara, M., & Mustofa, A., “Prosedur Strategis Untuk
Mengurangi Level Bahaya Arc-Flash Pada Medium Voltage Dengan
Menggunakan Metode Koordinasi Proteksi Di PT. Ipmomi Paiton”.
JURNAL TEKNIK ITS.5(2),2016.
[4] Nugroho, A. A., Pujiantara, M., & Mustofa, A., “Analisa Arc Flash Pada
Sistem Kelistrikan Di PT. Wilmar Nabati Indonesia”. JURNAL TEKNIK
ITS.6(1),2017.
[5] Firdaus, Y., Pujiantara, M.,Musthofa, A., “Penyederhanaan Analisa
Bahaya Arc flash Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bandara
Internasional Juanda”. JURNAL TEKNIK ITS.5(2),2016.
[6] Yudhistira, D. Z., Mardiyah, N, A., & Pakaya, I., “Optimalisasi
Koordinasi Rele Arus Lebih Dengan Menggunakan Modified Particle
Swarm Optimization (MPSO) Pada Sistem Kelistrikan Pabrik Indarung
PT.Semen Padang VI”. Jurnal Umm,2018.
[7] Aprilia, V. U., . Pujiantara, M., Musthofa, A. “Studi Koordinasi Proteksi
Dengan Mempertimbangkan Arc Flash Pada PItu Paiton Unit 3”.
JURNAL TEKNIK ITS.2017.
[8] Prasongko, F. A., Pujiantara, M., Penangsang, O. “Analisa Dan Reduksi
Bahaya Arc Flash Pada Sistem Kelistrikan”.JURNAL TEKNIK
POMITS.1(1),2012.
[9] Sa’adah, S. K., Pujiantara, M., Fahmi, D., Priyadi, A. “Studi Koodinasi
Proteksi Pabrik Ammure II PT. Petrokimia Gresik”. JURNAL TEKNIK
ITS.2017.
97
[10] Hakimi, M. K., Pujiantara, M. “Optimasi Koordinasi Proteksi Rele Arah
Arus Lebih Pada Sistem Distribusi Mesh Dengan Pembangkit Tersebar
Menggunakan Algoritma Genetika”. JURNAL TEKNIK ITS.2016.
[11] Muhammad, N. Pujiantara, M.,Negara, I. M. Y.,”Studi Koordinasi
Proteksi Pada Sistem Kellistrikan PT. Semen Tonasa”. JURNAL TEKNIK
ITS.2014.
[12] Wahyu firdaus, F., Effendy, M., & Suhardi, D. “Studi Analisis Arc Flash
Pada Sistem Kelistrikan PT,SC Johnson and Son Indonesia-Jakarta”.
Jurnal SinarFe7, 2018.
[13] Situngkir, J., Pujiantara, M., & Priyadi, A. “Analisa Arc fIash Pada Sistem
Tegangan Menengah di PT. Semen Padang Dengan Menggunakan Metode
Perhitungan Yang Dimodifikasi”. JURNAL TEKNlK lTS. 5 (2).2016.
[14] NFPA 70E., “Electrical Safety Requirements for Employee Workplaces
2009 Edition”, NFPA 70E-2009.
[15] IEEE Std. 1584-2002., “IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard
Calculation”, by the Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.,
2002.