Analisa Sistem Proteksi Dan ArcFlash Pada Sistem Kelistrikan Ladang Minyak ConocoPhillips Indonesia Inc. Ltd Oleh: Firmansyah Rizal 2210105054 Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Margo Pujiantara I Gusti Ngurah Satriyadi Hernanda, ST., MT.
DAFTAR ISI
LATAR BELAKANG 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).
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 kelistrikan dan digunakan sebagai rekomendasi.
DAFTAR ISI
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).
Arindya, R, “Penggunaan Electric Submersible Pump (ESP) pada sumur minyak bumi”, Buku Pintar Migas Indonesia.
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
[2] SPLN 52-3 : 1983, ”Pola Pengaman Sistem Bagian Tiga, Sistem Distribusi 6 kV dan 20 kV”, Perusahaan UmumListrik Negara, Jakarta, Pasal 4, 1983
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
[3] Hewitson, L.G. Brown, Mark. Balakrisnan, Ramesh., “Practical Power System Protection” Elsevier, 2004
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
DAFTAR ISI
STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS INDONESIA
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 Resetting/Add Protection Sistem Koordinasi Aman? Tidak Ya Simulasi Arc Flah
Bahaya Arc Flash Aman? Tidak Ya Pembuatan Laporan STOP
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.
TIPIKAL SISTEM KELISTRIKAN ID WHPB
1
2
3
DAFTAR ISI
STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS INDONESIA
SIMULASI DAN ANALISA
ANALISA HUBUNG SINGKAT (short circuit)
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
Arus hubung singkat yang diperlukan adalah arus hubung singkat minimum dan arus hubung singkat maksimum.
PENGAMAN SISTEM ELECTRIC SUBMERSIBLE PUMP (ESP)
Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Plot Kurva Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
3.002 sec
Rele dan Fuse LVCB Tidak tidak sesuai sesuai Fungsi Datasheet produk
8.783 sec
PENGAMAN SISTEM ELECTRIC SUBMERSIBLE PUMP (ESP)
Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3 Setting LVCB Setting LVCB dapat dilihat dari datasheet produk CutlerHummer/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 IFL Trafo WHPB-T sekunder = 601.4 Amp V Trafo WHPB-T sekunder = 480 Volt IFL 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.
I settingfusetrafo 65 1.33 86.45 Amp
Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
Plot Kurva Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3
0.675 sec
0.262 sec
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
78.70%
1.38 kA
PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM PENGAMAN 6.977 sec
KOORDINASI SALAH
REKOMENDASI PENAMBAHAN PENGAMAN
Penambahan Pengaman Tambahan Pada Bus MCCWHPB: • 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 WHPBDOWN: • Sebagai pengaman saluran WHPB-DOWN-MCCWHPB, trafo, bus MCC-WHPB dan bus WHPB-DOWN • Menurunkan bahaya arc flash • Sebagai back up untuk pengaman pada beban
REKOMENDASI PENAMBAHAN RELE ARUS LEBIH
PLOT REKOMENDASI PENAMBAHAN RELE ARUS LEBIH
0.325 sec
0.125 sec
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 log10 normalized. Persamaan ini berdasarkan data normalized untuk waktu arcing yaitu 0.2 detik dan jarak dari titik arcing ke orang yaitu 610 mm. lg En = K1 + K2 + 1.081 lg Ia + 0.0011 G (1) Selanjutnya. En= 10lgEn (2) Selanjutnya diconvert dari kondisi normalized
E=
(3)
CONTOH PERHITUNGAN ARC FLASH
BUS ID WHPB-UP WHPB-DOWN MCC-WHPB VSP-DOWNHOLE AC-DOWNHOLE JWP-DOWNHOLE
Isc Bolted
kV 4.16 0.48 0.48 0.48 0.48 0.48
A 2.204 7.410 6.945 1.482 1.546 1.892
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi eksisting
KATEGORI > 4 1 Incident Energy = 1.2 cal/cm² Flash Protection Boundary = 3.0 ft
>4
Kebanyakan pekerjaan harus dilakukan secara remote atau tidak sama sekali.
Incident Energy = 86.6 cal/cm² Flash Protection Boundary = 36.5 ft
>4 4 Incident Energy = 148 cal/cm² Flash Protection Boundary = 28.2 ft Incident Energy = 27.9 cal/cm² Flash Protection Boundary = 10.2 ft
Tabel NFPA70E tidak menentukan PPE untuk tingkat ini
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi eksisting
ID VSPDOWNHOLE ACDOWNHOLE JWPDOWNHOLE
kV (kV)
Ia at FCT (kA)
Total Energy (cal/cm²)
Flash Protection Boundary (ft)
Hazard Category
0.25 0.48
1.284
Cat 0
0.065 0.28
0.48
1.331
Cat 0
0.076 10.19
0.48
1.582
Cat 4
27.868 28.21
MCC-WHPB
0.48
4.803
> Cat 4
148.035 36.52
WHPB-DOWN
0.48
4.906
> Cat 4
86.583 3.04
WHPB-UP
4.16
2.195
1.216
Cat 1
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 JWPDOWNHOLE. 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.
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi resetting KATEGORI 3 Blue jeans
0 Incident Energy = 0.52 cal/cm² Flash Protection Boundary = 1.27 ft
3 Winter jacket Incident Energy = 9.523 cal/cm² Flash Protection Boundary = 8.16 ft
3 4 Incident Energy = 16.659 cal/cm² Flash Protection Boundary = 7.45 ft Incident Energy = 27.9 cal/cm² Flash Protection Boundary = 10.2 ft
FR Shirts
face protection
hoods
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi resetting
ID VSPDOWNHOLE ACDOWNHOLE JWPDOWNHOLE MCC-WHPB
kV (kV)
Ia at FCT (kA)
Total Energy (cal/cm²)
Flash Protection Boundary (ft)
Hazard Category
0.25 0.48
1.284
0.065
Cat 0 0.33
0.48
1.331
0.102
Cat 0 10.19
0.48 0.48
1.582 4.803
27.868 14.193
Cat 4 6.76
Cat 3
7.81 WHPB-DOWN WHPB-UP
0.48 4.16
4.906 2.195
8.926 0.522
Cat 3 1.27
Cat 0
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].“
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi add
protection
KATEGORI 2
0
non-FR cotton shirt
Incident Energy = 0.522 cal/cm² Flash Protection Boundary = 1.27 ft
1 Light weight FR Shirts Incident Energy = 3.172 cal/cm² Flash Protection Boundary = 3.87 ft
2 0 Incident Energy = 4.884cal/cm² Flash Protection Boundary = 3.53 ft Incident Energy = 1.582 cal/cm² Flash Protection Boundary = 0.95 ft
face protection
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi penambahan rele arus lebih
ID VSPDOWNHOLE ACDOWNHOLE
kV (kV)
Ia at FCT (kA)
Total Energy (cal/cm²)
Flash Protection Boundary (ft)
Hazard Category
0.25 0.48
1.284
0.065
Cat 0 0.33
0.48
1.331
0.102
Cat 0 0.95
JWPDOWNHOLE
0.48
1.582
0.565
MCC-WHPB
0.48
4.803
6.670
Cat 0 4.27
Cat 2
4.74 WHPB-DOWN WHPB-UP
0.48 4.16
4.906 2.195
4.274 0.522
Cat 2 1.27
Cat 0
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].”
DAFTAR ISI
STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS INDONESIA
SIMULASI DAN ANALISA KESIMPULAN
KESIMPULAN
1. Berdasarkan hasil simulasi dan analisis pada tugas akhir ini, terdapat beberapa permasalahan setting eksisting sistem pengaman yang menyebabkan pengaman tidak berfungsi sebagaimana fungsinya, oleh karena itu perlu dilakukan resetting untuk memperbaiki kinerja sistem pengaman. 2. Panjang kabel pada sistem ESP menyebabkan arus hubung singkat daerah DOWNHOLE jauh lebih kecil dari daerah WELLHEAD dan menyebabkan LVCB WHPB-5A tidak dapat mengamankan arus hubung singkat minimum pada daerah DOWNHOLE, sehingga direkomendasikan untuk menambahkan pengaman tambahan. 3. Dari analisa arc flash kondisi eksisting, terdapat kategori incident energy yang melebihi standart NFPA 70E sehingga membahayakan pekerja. Setelah dilakukan resetting sistem pengaman, incident energy turun menjadi kategori 3 dan memenuhi standart NFPA 70E. Penambahan pengaman pada sistem menyebabkan incident energy turun menjadi kategori 2 dengan nilai total energi 2-6 cal/cm2.
Demikian Presentasi dari Saya
Terima Kasih
KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN PANJANG KABEL 5 M Saat panjang kabel 5 m arus hubung singkat WELLHEAD* dan DOWNHOLE memiliki beda 1.69%. Sehingga tidak perlu rele tambahan untuk mengamankan arus hubung singkat line-line. LVCB WHPB-5A mampu mengamankan hubung singkat dalam waktu 0.015 detik
6.5 kA
1.69%
6.39 kA
KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN PANJANG KABEL 5 M
0.721 sec
LVCB MAMPU MENGAMANKAN
0.362 sec
0.015 sec
KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN PANJANG KABEL 1000 M Saat panjang kabel 1000 m arus hubung singkat WELLHEAD* dan DOWNHOLE memiliki beda 78.70%. Sehingga perlu rele tambahan untuk mengamankan arus hubung singkat line-line.
6.48 kA
78.70%
1.38 kA
KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN PANJANG KABEL 1000 M 6.977 sec
LVCB TIDAK MAMPU MENGAMANKAN BUTUH PENGAMAN TAMBAHAN
PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM PENGAMAN
• •
Arus hubung singkat downhole
Arus hubung singkat downhole tidak dapat diamankan oleh LVCB Arus Hubung singkat Wellhead dapat diamankan oleh LVCB
Arus hubung singkat wellhead
PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM PENGAMAN 6.977 sec
Analisa bahaya arc flash ketika kondisi eksisting
4 Incident Energy = 27.9 cal/cm²
SIMULASI BAHAYA ARC-FLASH KONDISI PENAMBAHAN PENGAMAN 0.325 S
2
Demikian Presentasi dari Saya
Terima Kasih
