Pilosofi Desain Listrik

1.0. U m u m.
Fasilitas yang akan dirancang mampu beroperasi sekurang-kurangnya 25 tahun, seperti ditetapkan pada dasar-dasar rancangan (Basis of Design). Semua bahan dan peralatan yang dipilih untuk kilang harus baru. Secara komersial barang tersebut sudah dikenal, terbukti penggunaannya dalam kilang minyak dan gas, dirancang dan dibuat sesuai dengan teknologi terbaru.
Peralatan yang sejenis atau sebagian identik agar dipilih dari yang pabrik sama. Namun semua akan tergantung pada keharusan yang tertuang dalam kontrak dan strategi pemilihan barang yang mungkin dapat diterapkan dibeberapa bagian kilang.
Sistem distribusi agar menggunakan switchgear dan pusat kontrol motor dan switchgear dengan teknologi yang baru (smart motor control centers).

2.0 Redundan dan Ketersediaan.
Secara umum, produksi tidak akan terhenti jika sebuah generator tidak beroperasi, atau sebuah pemutus tenaga bagian-bus atau sebuah trafo tidak beroperasi. Rancangan agar didasarkan pada persyaratan yang pada kontingensi pertama kejadian tidak akan menyebabkan proses penghentian darurat (emergency shutdown). Suatu pengecualian harus dilakukan di mana susunan pasokan redundant tidak dapat diterima secara ekonomis dan sistem harus memperlihatkan tingkat kebolehan dan keandalan yang dapat diterima.
Sistem daya untuk kilang minyak dan gas akan dikembangkan pada tahap berikutnya dan dilakukan studi untuk memenuhi persyaratan-persyaratan berikut ini.
· Pasokan beban operasi normal dengan sebuah generator tidak dioperasikan
· Mampu mengasut motor yang paling besar secara langsung dari jaringan dengan salah satu generator tidak beroperasi, tanpa mengganggu terhadap beban-beban motor yang lain.
· Agar dilengkapi dengan sebuah skema pengaman yang mampu memberi perlindungan yang memadai terhadap pengaruh gangguan yang terjadi pada sistem dan/atau bagian-bagian komponennya.
· Memenuhi standard yang berlaku.
· Melengkapi ketersediaan daya didalam sistem distribusi utama agar darurat (emergency) dan yang diharapkan bertahan akan dicatu dari lintasan alternatif jika terjadi gangguan pada setiap bagian dari pasokan daya normal.

3.0. Studi Sistem.
Studi listrik dilakukan oleh kontraktor/engineer sebagai dasar untuk melakukan pemilihan dan penentuan kemampuan peralatan listrik guna mendapatkan unjuk kerja sistem kelistrikan pada keadaan tunak (steady state) dan kondisi perubahan beban peralihan (transient) yang dapat diterima. Studi tersebut antara lain terdiri studi arus hubung singkat, studi aliran beban, studi pengasutan motor, studi koordinasi relay, studi stabilitas peralihan (transient stability study) dan studi pemulihan gangguan.
Di dalam melakukan studi akan banyak kasus yang harus disajikan, di mana kasus tersebut merupakan kemungkinan pengoperasian yang akan dilakukan. Hasil dari studi awal akan diperbaiki pada saat rancangan final (detail design) untuk memastikan bahwa rancangan sistem daya dapat diterima.
Perhitungan arus hubung singkat yang dilakukan menggunakan data dari pemasok untuk mendapatkan data parameter-parameter mesin dengan nilai toleransi rancangan yang dapat dipertimbangkan. Hasil perhitungan mampu mengenali nilai-nilai maksimum kemampuan switchgear terhadap arus hubung singkat pada kondisi tertutup (making) and membuka kontak (breaking) dengan mempertimbangkan kontribusi motor.
Nilai arus hubung singkat maksimum sistem dihitung berdasarkan semua generator terhubung ke sistem dan adanya kontribusi motor-motor listrik dengan mengabaikan keberadaan cadangan.
Kemampuan switchgear yang dipilih baik dalam kA atau MVA terhadap arus hubung singkat sekurang-kurangnya 10% di atas tingkat arus hubung singkat tiga fasa maksimum.

3.1. Studi Hubung singkat (Short-circuit study)
a. Perhitungan hubung singkat agar dilakukan untuk menentukan arus gangguan hubung singkat maksimum terhadap keseluruhan sistem listrik untuk menentukan bus bracing, dan untuk mengenali bahwa pemutus tenaga mempunyai pengenal kerja yang memadai untuk dilalui dan memutuskan arus gangguan tanpa kerusakan. Studi agar memasukan efek gangguan tiga fasa, fasa ke fasa, fasa ke tanah, dan fasa-ke-fasa-ke-tanah pada sistem kelistrikan dengan mengikut sertakan kontribusi motor dan generator.
b. Komponen arus searah (DC) dari arus hubung singkat tak simetris agar diperlihatkan penurunan yang memadai terhadap waktu pembukaan kontak pemutus tenaga untuk berusaha memadamkan busur api.
c. Study hubung singkat agar dilakukan dengan menggunakan criteria sebagai berikut:
1). IEC 60909 harus di adopsi untuk menghitung arus hubung singkat.
2). Toleransi IEC agar digunakan untuk impedansi trafo kecuali telah disetujui oleh perusahaan (COMPANY).
3). IEC 60909 metode C agar digunakan untuk menghitung puncak arus hubung singkat.
d. Hasil Studi arus hubung singkat agar digunakan untuk meninjau :
1). Kemampuan pengenal busbar.
2). Kemampuan pengenal switchgear
3). Kemampuan pengenal kabel

3.2. Studi aliran beban (Load flow study)
Sudi aliran daya agar dilakukan untuk menghitung semua tegangan rel (bus voltage), dan aliran daya ke seluruh fasilitas sistem listrik. Laporan aliran daya agar dibuatkan table mengenai besar daya aktif (real), daya reactive yang disuplai oleh setiap trafo, penyulang, dan rel-bar (busbar) dengan beban fasilitas terhubung. Diagram aliran daya agar dipersiapkan untuk sistem-sistem utama, essential, dan sistem emergency dan agar memperlihatkan gambar MW atau MVA, tegangan rel-bar, dan sudut tegangan.
Studi aliran daya agar termasuk persiapan perhitungan dan diagram yang memperlihatkan distribusi beban dalam keadaan kondisi operasi abnormal yang sudah diprediksi sebelumnya, seperti kehilangan salah satu penyulang atau trafo sehubungan dengan gangguan atau kondisi pemeliharaan

3.3 Studi Pengasutan Motor.
Studi pengasutan motor agar dilakukan untuk menentukan profile tegangan sistem pada saat pengasutan motor yang paling besar dalam kondisi minimum suplai smentara fasilitas lain beroperasi pada beban penuh, dengan penekanan terhadap sifat-sifat dinamis sistem listrik secara keseluruhan.
Studi agar membuat model impact dari pengasutan motor (static) dan percepatan motor (dinamis) terhadap keseluruhan sistem listrik.
Mode pengasutan untuk semua motor-motor listrik di kilang biasanya agar dilakukan pada tegangan penuh.

3.4. Stabilitas Peralihan
Analisa stabilitas peralihan (transient stability analysis) didasarkan pada konfigurasi sistem listrik yang paling akhir agar dilakukan untuk meninjau stabilitas sistem dan memverifikasi bahwa generator akan berusaha seimbang setalah adanya kegagalan atau gangguan. Analisa stabilitas peralihan dengan menggunakan ETAP power station.
Hasil dari studi ini dapat digunakan untuk merencanakan Load Shedding System.

3.5 Analisa Harmonis
Program computer agar digunakan untyuk mensimulasikan, membuat model, dan analisa harmonic sistem daya. Program agar digunakan untuk mendapatkan ketelitian model dari berbagai komponen sistem daya dan perlengkapan termasuk ketidak tergantungan frekwensi, ketidak lineran, dan karakteristik lain pada saat keberadaan sumber-sumber harmonis. Dua (2) metode analitikal agar digunakan dengan gabungan: aliran beban harmonis dan pemindaian frekwensi harmonis dalam hal menghitung perbedaan harmonis index dan permasalahan kualitas daya potential. Yang menyebabkan masalah ini agar diindentifikasi dan skema perbaikan agar dikembangkan dan diterapkan.

3.6. Penerangan dan Fotometri
Studi distribusi penerangan (fotometri) agar dilakukan untuk membuat tingkat penerangan disemua daerah kilang, termasuk semua area terbuka, proses atau penyimpanan, bangunan, jalan, dan rute evakuasi. Iluminasi agar seseragam mungkin, diambil pertimbangan gangguan yang dijumpai dikilang biasanya vessel, pipa, rak pipa, dan peralatan. Konsep umum dari disain agar pengiriman tingkat lux tertentu (foot-candle) dari iluminasi ke suatu bidang horizontal. Studi agar mengambil pertimbanagan penurunan kemampuan tingkat penerangan dan kehilangan keluaran sehubungan adanya kotoran dan faktor contaminant yang lain.

4.0 Rating Hubung Singkat.
Rating hubung singkat switchgear sekurang-kurangnya sama dengan 110% dari hasil perhitungan hubung singkat pada rel (bus) yang diamati.
Pertimbangan agar diberikan untuk memberikan suatu rating hubung singkat tunggal pada semua pada tegangan yang sama, terlepas dari lokasi trafo dan rating trafo.
Berikut ini rating arus hubung singkat switchgear yang diperoleh dari data hasil perhitungan saat melakukan engineering awal, seperti :
· Sistem tegangan menengah 11 kV, 6.900 Volt, masing-masing mempunyai kemampuan terhadap arus hubung singkat adalah 40 kA dan 65 kA RMS untuk 3 detik dan 100 kA puncak simetris.
· Sistem tegangan rendah (LV) 420 Volt mempunyai rating ketahanan terhadap arus hubung singkat adalah 65 kA RMS, untuk 1 detik dan 200 kA peak asimetris.
Kemampuan pengenal (rating) hubung singkat untuk komponen sistem daya agar di konfirmasikan dengan hasil perhitungan studi final.

5.0. Variasi Tegangan dan Frekwensi.

5.1. Variasi frekwensi.
Fluktuasi frekwensi yang ditentukan disini agar diterapkan untuk kondisi normal dan sistem daya khusus pada semua kondisi kasus pembangkit daya,
Frekwensi sistem daya agar dipertahankan pada ± 2% dari nilai nominal kondisi steady state dan frekwensi sistem daya agar dijaga dalam batas ± 5% dari nilai nominal untuk kondisi peralihan (transient) termasuk kondisi pengasutan motor.

5.2. Variasi Tegangan
Fluktuasi tegangan yang ditentukan disini dimaksudkan untuk beban sistem daya normal dan essential dalam kondisi semua kasus pembangkitan daya. Tegangan agar dijaga ±5% nilai nominal untuk kondisi tunak (steady state).
Tegangan-tegangan agar dijaga ± 10% dari tegangan nominal untuk kondisi peralihan (transient), termasuk pengasutan motor. Tegangan lebih tidak boleh melampaui 120% nilai nominal untuk waktu tidak lebih dari 2 detik atau 110% dari nilai nominal tidak lebih dari 4 detik.
Kondisi di atas dilakukan untuk mencapai kondisi sebagai berikut :
· Memilihan kabel yang sesuai untuk membatasi jatuh tegangan diujung rangkaian penerima dan mempertahankan tegangan terminal pada tingkat yang dapat diterima peralatan.
· Untuk mencegah kontaktor drop out atau kebutuhan pengasutan kembali motor pada tegangan yang terganggu.
· Memenuhi persyaratan kode.
Perubahan tegangan yang membahayakan sistem misalnya: melampaui 20% tegangan nominal yang berfinal tidak lebih dari 0.2 detik. Sebagai contoh adalah pemulihan arus hubung singkat oleh pengaman sesaat (instantaneous protection) yang tidak akan menyebabkan penghentian layanan kritis dan layanan khusus (essential). Hal ini dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut :
· Penundaan trip pengaman tegangan kurang pada kontaktor dan/atau pemutus tenaga (circuit breaker).
· Latches contactors untuk penyulang-penyulang trafo.
Komponen urutan fasa negatif dari tegangan tidak boleh melampaui 2% dari tegangan urutan positif. Peralatan yang mempunyai persyaratan khusus terhadap variasi tegangan atau bentuk gelombang agar dilengkapi dengan alat stabilisasi yang memadai atau pasokan daya penapis.

5.3. Tegangan Terminal Motor.
Batas-batas tegangan terminal motor yang dapat diterima didefinisikan pada saat merancang motor dan kemampuan menghasilkan torsi untuk percepatan beban mekanis pada tegangan yang dikurangi.
Motor-motor yang ditentukan sesuai dengan IEC 60034 cocok untuk pengasutan pada tegangan sebesar 80% dari nilai nominal. Nilai ini mewakili kriteria untuk menjamin kemampuan unjuk kerja pengasutan mekanis.
Pada umumnya, kabel-kabel dirancang untuk jatuh tegangan maksimum sebesar 15% pada saat pengasutan motor yang menyatakan tidak langsung perubahan peralihan (transient) maksimum pada busbar 5% sebagai batas normal yang dapat diterima. Namun demikian untuk motor-motor besar, kalkulasi agar mempertimbangkan impedansi rangkaian total dari sumber sampai ke terminal motor untuk menentukan tegangan sebenarnya pada dan terminal motor untuk membatasi variasi tegangan busbar seperti pada uraian di atas.

5.4. Pasokan Daya AC Kritis.
Pasokan daya AC kritis merupakan subjek terhadap tegangan peralihan (transient) dan tunak (steady state), dan perubahan frekwensi seperti pasokan normal, di mana pasokan by pass dikondisikan. Pada saat normal operasi inverter (setiap waktu kecuali pada posisi by pass) tegangan keluaran (output) UPS dan frekwensi agar masing-masing dijaga berkisar diantara ±2.5% dean ±1.5%. Pada saat kondisi peralihan variasi tegangan dapat mencapai ±10%. Peralatan agar ditentukan kemampuan kerja maksimum terhadap perubahan frekwensi 0.2 Hz/sec.

5.5. Pasokan Daya DC Kritis.
Pasokan daya DC kritis agar dirancang bahwa perubahan tegangan tunak (steady state) pada busbar pemasok tidak melampaui ±10%.
Pada saat kondisi transient tegangan ditekan sampai -20%.
Kondisi rancangan untuk peralatan paket dengan tambahan DC agar ditentukan oleh pemasok (supplier).

5.6. Harmonic Distortion.
Distorsi tegangan harmonis tidak boleh melampaui 5% pada rel (bus) tegangan menengah
Jika beban listrik seperti sistem kontrol thyristor menghasilkan tegangan dan gelombang arus yang cacat (distortion) yang memungkinkan mengganggu umur atau unjuk kerja peralatan listrik lainnya, maka pengukuran yang memadai seperti penapis harmonis (harmonic filtering), atau pergeseran fasa agar dipertimbangkan. Penapis agar ditempatkan sedekat mungkin dengan sumber distorsi. Distorsi harmonik ke tiga (3) tidak boleh melampaui 5%.

6.0. Jatuh Tegangan
Perhitungan jatuh tegangan (voltage drop) dan pengaturan tegangan agar dipersiapkan sebagai bagian study aliran daya. Program ETAP yang sesuai agar digunakan. Perhitungan ini harus ditentukan profile tegangan sistem dalam keadaan beban penuh dan ringan tanpa beban
Hasil dari studi di atas agar digunakan untuk memverifikasi kondisi berikut ini:
a. Kapasitas penyulang
b. Profile tegangan sistem
c. Pembebanan/kemampuan kerja Trafo
d. Penyetelan Tap trafo.
Mengacu ke Tabel 1. yang menguraikan bagaimana sistem listrik agar menjadi subjek untuk membatasi jatuh tegangan:

No. Elemen Sistem VDROPMax*1
1. Busduct atau kabel antara sekunder trafo dan MV switchboard atau LV switchboard 0.5%
2. Kabel antara LV switchboard dan MCC atau switchboard bantu.
a. Switchboard MCC/Bantu dekat LV switchboard 0.5%
b. Switchboard MCC/Bantu ditempatkan jauh membentuk LV switchboard 2 s/d 5%
3. Kabel antara MV switchboard dan MV Motor 3%
4. Kabel antara Switchboard LV switchboard dan motor 5%
5. Kabel antara MCC (ditempatkan dekat dengan switchboard) dan motor-motor 5%
6. Kabel antara MCC (ditempatkan jauh dari LV switchboard) dan motor-motor 3%
7. Kabel antara auxiliary switchboard dan panel penerangan
Rangkaian antara panel penerangan dengan titik lampu penerangan 5% (total)
8. Rangkaian suplai DC (electrical control) 5%
9. DC distribution board ke kontrol room 2% (note 1)
10. Rangkaian keluar UPS 2% (note 1)
11. Generator atau trafo ke motor terminal pada beban penuh 5%
12. Pada busbar switchboard yang paling buruk terkena akibat pengasutan (start-up)

motor besar MV dengan beban lain beroperasi pada rel (bus) 15%
13. Pada busbar switchboard yang paling buruk terkena akibat pengasutan (start-up)

motor besar LV dengan beban lain beroperasi pada rel (bus) 10%
14. Kabel antara LV switchboard dan motor. Motor start-up atau re-acceleration 5%
15. Kabel antara LV switchboard dan motor, pada saat pengasutan atau reacceleration 15%

Note-1. Tegangan minimum yang ada pada terminal instrument di lapangan agar disesuaikan dengan kriteria rancangan Instrumen dan kontrol proses.