## Pengaruh Sistem Pentanahan Terhadap Arus Gangguan Tanah Pada Sistem Distribusi 20 kV
Muhammad Sidik 1 , Sabar Setiawidayat 2 , Mohammad Mukhsim 3 123 Universitas Widyagama Malang e-mail: muhammadsidik.te@gmail.com 1 ,masdapro@yahoo.com 2 ,07muhsin@gmail.com 3 Diterima: 06-06-2020 Disetujui: 11-08-2020 Diterbitkan: 13-08-2020

## Abstract
The process of channeling electrical power often experiences problems, including disturbance to the ground. This study aims to analyze the effect of the grounding system on disturbance currents to the ground in a 20 kV distribution system. The earth systems analyzed are solid systems and resistors. Using the comparison method by assessing at tables and graphs using ETAP 12.6 shows that the closer the disturbance location, the greater the ground fault current The solid grounding on Bus 2 with a distance of 300 m from the plant has a 1 phase to ground fault current of 30,066 kA and for a Resistor system of 29,852 kA. The 2 phase fault current to the ground has a fault current of 30,903 kA for the Solid system and 28,694 kA for the Resistor system..
Keywords : ground system, etap 12.6, land disturbance

## Abstrak
Proses penyaluran daya listrik sering mengalami gangguan, diantaranya gangguan ke tanah. Penelitian ini bertujuan  menganalisa  pengaruh  Sistem  pentanahan  terhadap  arus  gangguan  ke  tanah  pada  sistem distribusi 20 kV. Sistem pentanahan yang dianalisa adalah sistem solid dan resistor. Menggunakan metode perbandingan  dengan  melihat  tabel  dan  grafik  menggunakan  ETAP  12.6  menunjukkan  bahwa  semakin dekat lokasi gangguan maka semakin besar arus gangguan tanahnya  Hasil pentanahan solid pada Bus 2 dengan jarak 300 m dari pembangkit memiliki arus gangguan 1 fasa ke tanah  sebesar 30.066 kA.dan untuk sistem Resistor sebesar 29.852 kA  Arus gangguan 2 fasa ke tanah memiliki arus gangguan sebesar 30.903 kA untuk sistem Solid dan 28.694 kA untuk sistem Resistor.
Kata kunci : Sistem Pentanahan , ETAP 12.6, Gangguan Tanah

## Pendahuluan
Sistem  distribusi  tegangan  menengah  memiliki  area  yang  luas  dan  dekat  konsumen  sehingga sangat  rentan  terjadi  gangguan-gangguan  yang  dapat  menyebabkan  terganggunya  sistem distribusi (Utomo & Raharjo, 2013). Sistem distribusi adalah keseluruhan komponen dari sistem tenaga  listrik  yang  menghubungkan  secara  langsung  antara  sumber  yang  besar  dengan konsumen (Basuki, Muksim, & Setiawidayat, 2018). Sistem komponen simetri dapat digunakan untuk Analisa operasi simetris dan asimetris dari sistem tenaga (Alfidin, 2016).
Pada  Sistem  pentanahan  untuk  jaringan  distribusi  20  kV  berdasarkan  SPLN  26:1980 bahwa arus gangguan ke Tanah Sebesar 25 A (SPLN 26 : 1980, n.d.). Peneliti telah mengamati bahwa  80%  dari  gangguan  penyaluran  energi  listrik  terjadi  karena  gangguan  dalam  sistem distribusi.
e-ISSN  2549-3701
Gangguan yang sering timbul pada penyulang adalah gangguan hubung singkat fasa ke fasa 11% dan 1 fasa ke tanah 15% (Suswanto, (2009), Pradhana & Setiawidayat, (2018). Hasil penelitian  menunjukkan  adanya  pengaruh  dari  jenis  impedansi  pengetanahan,  nilai  impedansi pengetanahan, serta lokasi gangguan tanah terhadap arus gangguan tanah (Alfidin, 2016). PLN Rayon Balikpapan Selatan disuplai oleh G.I Industri dan memiliki 30 penyulang, salah satunya penyulang  I.3.  PT.  PLN  (Persero)  Area  Balikpapan –  Rayon  Balikpapan  Selatan  khususnya Jaringan Tegangan Menengah memiliki program yaitu Zero Gangguan. Hal inilah yang menjadi ketertarikan  peneliti  untuk  mengangkat  topik  ini  sebagai  bahan  penelitian  yang  akan  diukur secara kualitatif dan pengembangan bagi perusahaan.

## Studi Pustaka (optional)
Sistem pentanahan adalah untuk mengamankan sebuah sistem kelistrikan. Bagian-bagian yang diketanahkan meliputi titik netral suatu sistem tenaga listrik, bagian pembuangan muatan listrik dari arrester, kawat petir pada sepanjang saluran transmisi dan peralatan-peralatan yang pada keadaan  normal  tidak  dialiri  arus  listrik  tetapi  berpotensi  dialiri  arus  listrik.  Tujuan  dari  sistem pentanahan antara lain(Hutauruk, T.S, 1999).
1)  Mengalirkan arus gangguan ke dalam tanah baik arus gangguan yang berasal dari surja hubung maupun surja petir.
2) Melindungi manusia dari peralatan-peralatan yang dalam keadaan normal tidak teraliri arus tetapi berpotensi mengalirkan arus saat terjadi gangguan.
3)  Sistem  pentanahan  juga  berfungsi  untuk  membatasi  tegangan  dari  fasa-fasa  yang tidak terganggu bila terjadi gangguan.
4)  Menjaga tingkat kinerja peralatan sehingga sistem dapat berjalan dengan baik

## A.  Metode Pentanahan Netral
Sistem pentanahan netral menggunakan beberapa metode Grounding pada satu atau beberapa titik.  Metode  ini  dapat  dibagi  menjadi  dua  kategori  umum: solid  Grounding dan impedance grounding . Impedance  grounding dapat dibagi  lagi  menjadi  beberapa  sub  kategori : reactance grounding,  resistance  grounding, dan ground  fault  neutralizer  grounding tegangan  dari  fasa – fasa  yang tidak terganggu  bila terjadi  gangguan kawat tanah (Sultan, Mustafa, & Saini, 2012). Adapun sistem pentanahan titik netral ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1. Pentanahan Langsung
e-ISSN  2549-3701

## B. Titik Netral ditanahkan Melalui Tahanan (Resistor)
Sistem Pentanahan melalui Resistor dimana ada penambahan pada sisi sekunder trafo dengan resistor.  Apabila  sistem  terjadi  arus  gangguan  tanah  besarnya  tegangan  sistem  dan  kapasitas sistem  dimana  semakin  besar  arus  nya  maka  gangguan  tanahnya  lebih  kecil  karena  melalui impedansi (Sultan et al., 2012). Adapun sistem pentanahan titik netral ditunjukkan pada gambar 2.

## Gambar 2.  Pentanahan Melalui Tahanan Resistor

## C.  Komponen Sistem Pentanahan
Komponen  sistem  pentanahan  secara  garis  besar  terdiri  dari  dua  bagian,  yaitu  hantaran penghubung dan elektroda pentanahan.

## a.  Hantaran Penghubung
Hantaran  penghubung adalah  suatu  saluran  penghantar  (conductor) yang menghubungkan titik kontak pada badan atau kerangka peralatan listrik dengan elektroda bumi.  Fungsi  hantaran  penghubung  adalah  untuk  menyalurkan  arus  gangguan  ke elektroda  pada  sistem  pentanahan.  Penghantar  yang  digunakan  dapat  berupa penghantar yang berisolasi atau kabel dan juga penghantar yang tidak berisolasi seperti BC  (Bare  Conductor),  ACSR  ( Aluminium  Conductor  Steel  Reinforced). Hantaran penghubung ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Penghantar ACSR dan Penghantar BC
b.  Elektroda Pentanahan
Elektroda  pentanahan  merupakan  sebuah  penghantar  yang  ditanam  dalam  bumi  dan mempunyai kontak yang erat dengan bumi dan menyertai hubungan listrik dengan bumi. Elektroda  pentanahan  tertanam  sedemikian  rupa  dalam  tanah  berupa  elektroda  pita, logam,  batang  konduktor,  pipa  air  minum  dari  tulang  besi  beton  pada  tiang  pancang. Pada  umumnya  elektroda  -  elektroda  pentanahan  ditanam  sejajar  satu  sama  lainnya
e-ISSN  2549-3701
untuk kedalaman beberapa puluh sentimeter didalam tanah. Beberapa macam elektroda pentanahan  yang  biasa  dipakai  seperti  elektroda  batang,  elektroda  pita, dan  elektroda plat.

## D.  Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah
Gangguan  yang  sering  terjadi  pada  sistem  tenaga  listrik  merupakan  gangguan  asimetris sehingga memerlukan metode komponen simetris untuk menganalisa tegangan dan arus pada saat terjadinya gangguan. Gangguan yang terjadi dapat dianalisa dengan menghubung singkat semua  sumber  tegangan  yang  ada  pada  sistem  dan  mengganti  titik  (node)  gangguan  dengan sebuah  sumber  tegangan  yang  besarnya  sama  dengan  tegangan  sesaat  sebelum  terjadinya gangguan  di  titik  gangguan  tersebut  (SARI,  2016).  Adapun  jenis  gangguan  1  fasa  ke  tanah ditunjukkan seperti pada gambar 4.
Gambar 4. Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah
𝐼 𝐴 = 𝑉₁ 𝑍₀+𝑍₁+𝑍₂ =   ................................................................................................ (1) Keterangan : 𝐼 𝐴 =  Arus gangguan tanah
v 1 = Tegangan di titik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan
Z ₀ = Impedansi urutan nol dilihat dari titik gangguan
Z ₁
= Impedansi urutan positif dilihat dari titik gangguan
Z ₂ = Impedansi urutan negatif dilihat dari titik gangguan

## E.  Gangguan Hubung Singkat 2 Fasa ke Tanah
Gangguan  hubung  singkat  2  fasa  ke  tanah,  yaitu  gangguan  yang  terjadi  ketika  kedua  fasa terhubung singkat ke tanah (SARI, 2016). Adapun jenis gangguan 2 fasa ke tanah ditunjukkan seperti pada gambar 5.
e-ISSN  2549-3701
Gambar 5.Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah
𝐼 𝐴 = Vf 𝑍₁+ 𝑍₂𝑍₀ 𝑍₂+𝑍₀ = ...................................................................................................................... (2)
Keterangan :
𝐼 𝐴 = Arus gangguan tanah Vf = Tegangan di titik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan Z ₀ = Impedansi urutan nol dilihat dari titik gangguan Z ₁ = Impedansi urutan positif dilihat dari titik gangguan
Z ₂ = Impedansi urutan negatif dilihat dari titik gangguan

## Metodologi
Tahapan penelitian untuk Simulasi pengaruh sistem pentanahan terhadap arus gangguan tanah menggunakan  Etap  12.6  dibagi  menjadi  tahapan-tahapan.  Tahapan  tersebut  meliputi  studi literatur  hingga  analisis  dan  pembahasan.  Tahapan-tahapan  dapat  dilihat  pada  diagram  alir seperti pada gambar 6 .
e-ISSN  2549-3701
Gambar 6. Diagram alir
- Pengumpulan bahan pustaka yang berhubungan dengan judul penelitian diantaranya :
1)  M. K. Hamid and S. Abubakar, “Sistem Pentanahan Pada Transformator Distribusi 20 kV di PT.PLN (Persero) Area Lhokseumawe Rayon Lhoksukon,” vol. 1, no. 2, p. 4.
Hasil   :  Sistem  pentanahan  pada  transformator  distribusi  20  kV  rayon    Lhoksukon
PT.PLN (Persero) area Lhokseumawe rayon Lhoksukon menggunakan elektroda batang yang ditanamkan dengan kedalaman 2 meter diperoleh sebesar 2 Ohm dengan menggunakan 4 buah elektroda batang. Kelemahan penelitian ini tidak dijelaskan jenis pentanahan yang dipakai pada transformator.
2) Asnawi,  “Analisa  Gangguan  SUTM  20  kV  Penyulang  Senggiring  3  di  PT.  PLN (Persero) Area Pontianak.”
Hasil  :  Pada  tahun  2017  dari  bulan  Januari –  Juli  pada  penyulang  Senggiring  3 diketahui  total  gangguan  sebanyak  20  kali  dalam  sebulan.  Kelemahan penelitian ini bahwa pemeliharaan jaringan tidak dilakukan secara berkala.
Pengambilan Data (transformator, Jaringan, beban) Pengumpulan Bahan Pustaka
Melakukan Simulasi Sistem Pentanahan Melalui
Software ETAP 12.6
Hasil gangguan tanah
Analisa dan pembahasan
e-ISSN  2549-3701
Gambar 7. Single Line Diagram Feeder I.3
- Pengambilan data  Single Line Diagram Penyulang I.3 , data kapasitas trafo dan beban trafo, data jenis penghantar.  Feeder I.3 memiliki 30 gardu distribusi. Panjang total pada penyulang I.3 adalah 9.317 meter dengan kabel AAAC 150 mm dengan 3 phasa 3 kawat. Panjang ini terukur dari GI Industri sampai GD terakhir.
- Simulasi  sistem  pentanahan  dilakukan  menggunakan  Software  ETAP  12.6  dengan memasukkan data yang telah diperoleh, guna mengetahui pengaruh sistem pentanahan terhadap arus gangguan tanah. Hasil dari simulasi dilanjutkan dengan pembahasan dan analisis.

## Hasil dan Pembahasan
Simulasi  dilakukan  dengan  menempatkan  lokasi  gangguan  hubung  singkat  ke  tanah  dengan sistem pentanahan Solid dan Resistor secara bergantian. Lokasi gangguan yang dipilih adalah transformator pada bus 2,11, 24, 26, 62, 67 seperti ditunjukkan pada gambar 8.
e-ISSN  2549-3701
Gambar 8. Kondisi Aktual Pada Penyulang I.3 Dengan Pentanahan Solid,Resistor
Running Simulasi didapatkan bahwa Pentanahan Solid mempunyai Arus gangguan Tanah yang lebih Besar dibandingkan dengan sistem Resistor. Hasil simulasi ditunjukkan pada gambar 9.
Gambar 9. Grafik Hasil Simulasi Arus Gangguan 1 Fasa ke Tanah
Pada Gambar 9 dengan sistem pentanahan Solid memiliki nilai arus gangguan 1 fasa ke tanah yang paling besar 30.066 kA pada bus 2, sedangkan pada bus yang sama dengan Pentanahan Resistor dengan impedansi 0.3 ohm didapatkan nilai arus gangguan yang lebih kecil yaitu 29.852 kA.  Gambar 9 diperoleh berdasarkan data dari Tabel 1.
30.066 17.016 12.928 12.034 11.277 10.665
29.852
16.823 12.853 11.93 11.184 10.586 0 5 10 15 20 25 30 35 bus 2 bus 11 bus 24 bus 26 bus 62 bus 67 A ru s G an gg u an T an ah (I) Grafik Hasil Simulasi Gangguan 1 Fasa ke Tanah Solid resistor
e-ISSN  2549-3701
Tabel 1. Hasil simulasi Arus Gangguan 1 Fasa ke tanah
No. Lokasi Gangguan Sistem Pentanahan Solid Sistem Pentanahan Resistor 1 Bus 2 30.066 kA 29.852 kA 2 Bus 11 17.016 kA 16.823 kA 3 Bus 24 12.928 kA 12.853 kA 4 Bus 26 12.034 kA 11.930 kA 5 Bus 62 11.277 kA 11.184 kA 6 Bus 67 10.665 kA 10.586 kA Rata- rata - 15.664 kA 15.538 kA
Gambar 10. Grafik Hasil SImulasi Arus Gangguan 2 Fasa ke Tanah
Pada Gambar 10 dengan sistem pentanahan Solid memiliki nilai arus gangguan 2 fasa ke tanah yang paling besar 30.903 kA pada bus 2. Untuk sistem pentanahan Resistor dengan impedansi 0.3  ohm  Didapatkan  Nilai  arus  gangguan  2  fasa  ke  tanah  sebesar  28.694  kA.  Gambar  10 diperoleh berdasarkan data dari tabel 2.
Tabel 2. Hasil simulasi Arus Gangguan 2 Fasa ke Tanah
No. Lokasi Gangguan Sistem Pentanahan Solid Sistem Pentanahan Resistor 1 Bus 2 30.903 kA 28.694 kA 2 Bus 11 18.623 kA 14.765 kA 3 Bus 24 14.620 kA 10.997 kA 4 Bus 26 13.725 kA 10.186 kA 5 Bus 62 12.944 kA 9.516   kA 6 Bus 67 12.311 kA 8.962   kA Rata- rata - 17.187 kA 13.853 kA 30.903 18.623 14.62 13.725 12.944 12.311 28.694 14.765 10.997 10.186 9.516 8.962 0 10 20 30 40 Bus 2 Bus 11 Bus 24 Bus 26 Bus 62 Bus 67 A ru s G an gg u an T an ah (I) Grafik Hasil Simulasi Gangguan 2 Fasa ke

## Tanah
Solid Resistor
e-ISSN  2549-3701

## Kesimpulan
Pengaruh sistem pentanahan terhadap arus gangguan tanah dari sistem pentanahan Solid dan Resistor  didapatkan  bahwa  besar  kecil  gangguan  tanah  dipengaruhi  oleh  jarak  titik  gangguan. Semakin jauh titik gangguan maka semakin kecil arus gangguan. Sebaliknya semakin dekat titik gangguan maka semakin besar arus gangguan. Hasil pentanahan solid pada Bus 2 dengan jarak 300 m dari pembangkit memiliki arus gangguan 1 fasa ke tanah sebesar 30.066 kA.dan untuk sistem  Resistor  sebesar  29.852  kA.  Arus  gangguan  2  fasa  ke  tanah  memiliki  arus  gangguan sebesar 30.903 kA untuk sistem Solid dan 28.694 kA untuk sistem Resistor.

## Referensi
Utomo, E. P., &  Raharjo, A. (2013).  Analisa Sistem Proteksi Relay  Arus Lebih  Dan Gangguan Tanah Pada Penyulang Limo. Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia.
Basuki, R. A., Muksim, M., & Setiawidayat, S. (2018). Analisis Aliran Daya Pada Feeder Lapindo Rayon  Porong  Sidoarjo  Menggunakan  Etap  12.6.  Conference  On  Innovation  And Application Of Science And Technology (Ciastech), 1(1), 652 –659.
Alfidin,  M.  P.  (2016).  Pengaruh  Sistem  Pentanahan  Terhadap  Arus  Gangguan  Tanah  Pada Sistem Distribusi 20 Kv Di  Pln  Palur Dengan Menggunakan Etap 12.6. Skripsi,  Teknik Elektro, Fakultaas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Spln  26:  1980.  (N.D.).  Standart  Perusahaan  Listrik  Negara,  Pedoman  Penerapan  Sistem Distribusi 20 kV.
Suswanto, D. (2009). Sistem Distribusi Tenaga Listrik. Universitas Negeri Padang, Padang. Pradhana, R., & Setiawidayat, S. (2018). Sistem Deteksi Arus Gangguan Satu Fasa Ke Tanah Secara Wireless. Conference On Innovation And Application Of Science And Technology (Ciastech), 1(1), 555 –562.
Hutauruk,  T.S.  (1999).  Pengetanahan  Netral  Sistem  Tenaga  Dan  Pengetanahan  Peralatan.
Jakarta Erlangga.
Sultan,  A.  R.,  Mustafa,  M.  W.,  &  Saini,  M.  (2012).  Ground  Fault  Currents  In  Unit  Generator- Transformer At Various Ngr And Transformer Configurations. 2012 Ieee Symposium On Industrial Electronics And Applications, 136 –140. Ieee.
Sari, P. N. (2016). Analisa Gangguan Hubung singkat Fasa R ke Tanah pada Line Motor Gam- 106-A  (Steam  Condensate  Pump)  Di  Pabrik  Pusri  1b  (Thesis).  Politeknik  Negeri Sriwijaya.
e-ISSN  2549-3701

## Lampiran 1 Hasil Running