## STUDI KAPASITAS HUBUNG SINGKAT SATU FASA KE TANAH PADA PENYULANG 5 PT PLN (PERSERO) UP3 TARAKAN
Ardi Setyo Purnomo 1 , Achmad Budiman 2 .
1,2,3 Teknik Elektro Universitas Borneo Tarakan, Tarakan, Kalimantan Utara, Indonesia
1 setyoardi20@gmail.com
2 achmad1177@gmail.com
Abstract— This  study  uses  the  etap  12.6.0  application  to simulate  the  power  flow  using  the  Newton  Rapshon  method and uses the impedance method to determine the single-phase short circuit current to the ground in the 5 feeder. 1820 A, on the  out  going  village  4  side,  the  largest  disturbance  current value is obtained on bus 112 of 2008 A, and on the out going charity side, the largest disturbance current value on bus 10 is 1734 A. out going results in feeders 5 of 0.330 MVA, out going for  charity  is  0.322  MVA  and  out  going  in  village  4  is  0.347 MVA,  at  capacity  of  circuit  breakers,  results  in  feeders  5  are 0.24 MVA and out going charity is 0.213 The MVA and in out going  village  4  were  0.213  MVA,  the  results  exceeded  the capacity of the existing circuit breakers, so what? if there is a single phase fault to ground in feeder 5 it will result in damage to the circuit breaker installed .
Keywords—Short Circuit Interference, circuit breaker capacity, Short Circuit Capacity, Etap 12.6.0.
I ntisari—Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui kelayakan  dari  circuit  breaker  yang  terpasang  pada penyulang  5  ,  terhadap  gangguan  hubung  singkat  satu  fasa ke  tanah.  Penelitian  ini  menggunakan  aplikasi  etap  12.6.0 untuk  melakukan  simulasi  aliran  daya  menggunakan Metode  newton  rapshon  dan  menggunakan  metode impedansi untuk menentukan arus hubung singkat satu fasa ke tanah pada penyulang 5. kemudian setelah mendapatkan arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah yatu pada penyulang 5 sebesar 1820 A, Pada sisi  out going kampung 4 didapatkan  nilai  arus  ganguan  terbesar  pada  bus  112 sebesar  2008  A,  Dan  pada  sisi  out  going  amal  didapatkan nilai  arus  gangguan  terbesar  pada  bus  10  sebesar  1734  A. kemudian  mencari  kapasitas  hubung  singkat  di  bagian penyulang dan di bagian out going di dapat hasil penyulang 5  sebesar  0,330  MVA,  pada  out  going  amal  sebesar  0,322 MVA  dan  pada  out  going  kampung  4  sebesar  0,347  MVA, pada kapasitas circuit breaker di dapat hasil pada penyulang 5 sebesar 0,24 MVA dan pada out going amal sebesar 0,213 MVA  dan  pada  out  going  kampung  4  sebesar  0,213  MVA hasil tersebut di dapat pada sisi tegangan menengah 20 KV
Kata  Kunci—Gangguan  Hubung  Singkat,  Metode  newton rapshon,  Kapasitas  circuit  breaker,  Kapasitas  hubung singkat, Etap12.6.0.

## I. PENDAHULUAN
PT  PLN  (Persero)  UP3  Tarakan  merupakan BUMN  yang  berlokasi  di  kota  Tarakan  tepatnya  di gunung  belah.  PT  PLN  bertanggung  jawab  atas penyediaan  energi  listrik  untuk  daerah  Tarakan  dan sekitarnya yaitu dari sisi pembangkit ke jaringan tegangan distribusi dan ke jaringan tegangan rendah hingga sampai kepelanggan.  Pada  sistem  tenaga  listrik  di  kota  Tarakan
memiliki  9  pembangkit  dengan  total  penyulang  9  dan  1 penyulang  untuk  cadangan  apabila  dalam  8  penyulang tersebut  salah  satunya  mengalami  gangguan  dalam melayani  penyaluran  energi  listrik  di  kota  Tarakan.  Pada penyulang 5 yang menyalurkan energi listrik pada daerah kampung  4,  kampung  6,  dan  pantai  amal  sampai binalatung.  Penulis  mengangkat  judul  yang  bertujuan untuk  mempelajari  proteksi circuit  breaker pada gangguan  tanah  yang  terdapat  pada  penyulang  5  yang sering  mengalami  gangguan  agar  kontinuitas  pelayanan energi  listrik  dapat  disalurkan  dengan  baik  ke  warga masyarakat dikota Tarakan.

## II. LANDASAN TEORI
1. Sistem Tenaga Listrik Menurut Samin (2019) sistem tenaga listrik terdiri atas 3 bagian yaitu pembangkit tenaga listrik, sistem transmisi dan sistem distribusi. Ketiga bagian ini merupakan bagian utama  pada  suatu  rangkaian  sistem  tenaga  listrik  yang bekerja  untuk  menyalurkan  daya  listrik  dari  pusat pembangkit ke pusat-pusat beban.
Energi  listrik  yang  dihasilkan  oleh  pusat  pembangkit listrik kemudian akan disalurkan melalui saluran transmisi selanjutnya  akan  disalurkan  melalui  saluran  distribusi yang pada akhirnya akan samp ai ke konsumen.
2. Jaringan Distribusi Primer Sistem  jaringan  distribusi  utama  yang  digunakan untuk  menyalurkan  daya  listrik  pada  setiap  beban  adalah disebut  pengumpan.  Secara  umum,  setiap  repeater  diberi nama  sesuai  dengan  area  beban  yang  dilayani.  Hal  ini bertujuan  untuk  membuat  lebih  mudah  untuk  mengingat dan menandai jalur yang dilayani oleh pengumpan.
Pada jaringan distribusi primer terdapat 4 jenis dasar yaitu :
✓ Sistem radial
✓ Sistem hantaran penghubung (tie line)
✓ Sistem loop
✓ Sistem spindle
✓ Sistem Radial
Sistem  dengan  pola  radial  adalah  sistem  penyaluran yang  paling  mudah  dan  murah.  Pada  sistem  ini  memiliki beberapa  penyulang  yang  menyuplai  beberapa  gardu distribusi secara radial.
3. Jaringan Distribusi Sekunder

## Gambar 2 Jaringan sistem radial [1]
Sistem distribusi daya AC dimana pelanggan dilayani dari  sirkuit  tegangan  rendah  tiga  fase,  empat  kawat  yang disuplai  oleh  dua  atau  lebih  banyak  trafo  jaringan  yang terminal  tegangan  rendahnya  terhubung  ke  tegangan rendah sirkuit melalui pelindung jaringan. Sistem jaringan sekunder  memiliki  dua  atau  lebih  tegangan  tinggi pengumpan  utama,  dengan  masing-masing  pengumpan utama  biasanya  memasok  1–30  jaringan  transformator, tergantung pada ukuran jaringan dan rancangan.

## Gambar 3 Jaringan distribusi sekunder [2]

## 4. Circuit Breaker
Perangkat  switching  yang  memutus  arus  abnormal atau  gangguan.  Ini  adalah  perangkat  mekanis  yang memutus  aliran  arus  (gangguan)  berkekuatan  tinggi  dan selain  itu  melakukan  fungsi  sakelar.  Pemutus  sirkuit terutama dirancang untuk menutup atau membuka sirkuit listrik,  sehingga  melindungi  sistem  kelistrikan  dari kerusakan.
5. Pertimbangan Dalam Pemilihan Pemutus Daya a.  Tegangan efektif dan frekuensi daya tertinggi dari jaringan tempat pemutus akan dipasang.
b.  Nilainya  tergantung  pada  jenis  pembumian  titik netral sistem.
c.  Arus  kontinu  maksimum  yang  akan  mengalir melalui  pemutus  sirkuit.  Nilai  arus  ini  tergantung pada  arus  maksimum  sumber  daya  atau  arus nominal beban di mana pemutus dipasang.
d.  Arus  hubung  pendek  tertinggi  yang  akan  pemutus daya putuskan.
e.  Lamanya  arus  hubung  pendek  tertinggi  yang melewati pemutus. Hal ini berkaitan dengan waktu pembukaan kotak yang di butuhkan.
f.  Jarak  antara  bagian  yang  bertegangan  tinggi  dan benda lain di sekitarnya.
g.  Jarak hantar arus  yang hilang pada pengamannya. h.  Kekuatan dielektrik media isolasi sela kontak.
i.  Cuaca dan ketinggian tempat pemasangan pemutus daya.
6. Kemampuan Arus Pemutus  daya
a. Tugas  interupsi,  yang  merupakan  nilai  efektif tertinggi  dari  arus  hubung  singkat  simetris  yang dapat  diputuskan  oleh  pemutus  daya  tanpa menyebabkan kerusakan pada kontak pemutus.
b.  Tugas  sesaat,  yang  merupakan  nilai  efektif tertinggi  dari  arus  hubung  singkat  asimetris  yang dapat  ditanggung  oleh  pemutus  daya  tanpa menyebabkan kerusakan pada pemutus sirkuit.
7.  Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik
Pada  sistem  saluran  tenaga  listrik  dalam  melakukan penyaluran  energi  listrik  tidak  selalu  berjalan  dengan baik,  pasti  selalu  terdapat  gangguan  baik  itu  gangguan yang berasal dari sistem tenaga listrik itu sendiri, maupun gangguan  yang  berasal  dari  luar  sistem  tenaga  listrik. Salah satu gangguan yang paling sering di temukan dalam sistem tenaga listrik adalah gangguan hubung singkat. 8.   Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah
Gangguan satu fasa ke tanah biasanya disebut sebagai gangguan  “hubung  singkat”  dan  terjadi  ketika  salah  satu konduktor  jatuh  ke  tanah.  Ketika  gangguan  terjadi  pada saluran  distribusi,  sangat  penting  untuk  mengidentifikasi lokasi  gangguan  secepat  mungkin  untuk  memulihkan daya sesegera mungkin.
Gangguan  ini  bersifat  sementara,  tidak  menimbulkan kerusakan yang tetap pada sisi gangguan. Pada gangguan yang  tembusnya  adalah  isolasi  udaranya,  oleh  karena  itu tidak  ada  kerusakan  yang  permanen.  Setelah  arus gangguannya terputus, misalnya karena terbukanya circuit breaker oleh  relai  pengamannya,  peralatan  atau  saluran yang terganggu tersebut siap dioperasikan kembali.
Zf Ek Ec E ɛ Zn Zs Va Ib=0 Ia Vb Vc Ic=0 Ia
Gambar 4 Gangguan Satu Fasa Ke Tanah [3]
Gangguan  satu  fasa  ke  tanah  terjadi  pada  fasa  a  melalui impedansi ,  dengan  menganggap  mula-mula  generator tanpa beban, syarat batas pada gangguan titik adalah:
(1) (2)
Substitusi  untuk
,  arus  komponen  simetris dari persamaan (2) adalah:
(3)
= Arus Fasa Urutan Nol
= Arus Fasa Urutan Positif
= Arus Fasa Urutan Negatif Dari persamaan di atas ditentukan bahwa:
(4)
Tegangan fasa a dalam bentuk komponen simetris adalah:
(5)
Dengan :
=  Tegangan Fasa Urutan Nol =  Tegangan Fasa Urutan Positif
=  Teganagan Fasa Urutan Negatif
Substitusi  untuk dan dari  persamaan  (4)  ke persamaan (5) dan didapatkan: (6) Dengan Substitusi  untuk dari persamaan (6),dan didapatkan: 3 Atau (7) Arus gangguan adalah: (8)
= Arus hubung singkat fasa-tanah dalam amper
= Tegangan fasa sistem dalam volt
=Impedansi urutan positif rangkaian dalam Ohm =Impedansi urutan negatif rangkaian dalam Ohm = Impedansi urutan nol rangkaian dalam Ohm
=Impedansi urutan netral rangkaian dalam Ohm
=  Impedansi gangguan rangkaian dalam Ohm
=  Impedansi sistem dalam Ohm
Jika (F)  ,  maka  persamaan  (9)  dapat  ditulis menjadi : (F) = (9)
9.  Kapasitas Hubung Singkat
Kapasitas  hubung  singkat  atau  MVA  hubung  singkat pada bus k didefinisikan sebagai hasil kali besarnya rating tegangan bus dan arus gangguan.
Persamaan dari kapasitas hubung singkat atau MVA pada bus k adalah sebagai berikut:
(10)
Persamaan  dari  rumus  gangguan  tiga-fasa  seimbang  di dalam per unit dapat ditulis sebagai berikut:
(11)
= tegangan saluran ke saluran dalam kilovolt
= dinyatakan dalam amper
persamaan  untuk  memberikan  arus  gangguan  yang maksimum dapat ditulis sebagai berikut:
(12)
= tegangan bus per unit sebelum ganguan
= reaktansi per unit pada titik gangguan
= merupakan MVA dasar
= tegangan dasar saluran ke saluran dalam kilovolt Persamaan  arus  gangguan  dalam  satuan  amper  dapat ditulis sebagai berikut:
(13) Subtitusi  untuk
dari  persamaan(12)  ke  dalam
Persamaan (11) menghasilkan:
(14)
Jika  tegangan  dasar  sama  dengan  rating  tegangan maka persamaan (14) menjadi:
(15)
Tegangan  setiap  bus  sebelum  gangguan  biasanya diasumsikan 1.0 per unit dan persamaan (15) menjadi:
(16)

## III. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  melakukan    pengumpulan  data berupa  single  line  diagram  sistem  tenaga  listrik  PLN khususnya  penyulang  5,  data  saluran  penyulang  5,  data pembangkit,  data  trafo  ( rating tegangan  dan  daya  trafo), data  beban  dan  data circuit  breaker yan  digunakan. Setelah  itu  membuat single  line  diagram dan input data pada software ETAP  dan  dilakukan  simulasi  aliran daya. Setelah  melakukan  simulasi  aliran  daya  di  lanjutkan dengan  memberi  gangguan  satu  fasa  ke  tanah  pada  tiap out going. Setelah dilakukan simulasi dilanjutkan dengan perhitungan untuk mencari kapasitas hubung singkat pada circuit breaker yang terpasang.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah  mendapatkan  hasil  dari  software  etap dilanjutkan  dengan  mencari    nilai  arus  gangguan  hubung singkat secara manual.  Dapat dilihat perbandingan antara hitungan  dengan  hasil  pada etap tepatnya  pada  bus  7 masih bisa dikatakan normal karena tidak ada beda antara hitungan dan etap. Untuk selanjutnya nilai arus gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah hasil perhitungan dan hasil etap ada pada tabel berikut. Tabel 1 Nilai arus gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah
Bus Ik(F) hitung Ik(F) ETAP GH IND 1,820 1,820 bus 7 1,669 1,669 bus10 1,734 1,734 bus15 1,687 1,687 bus 18 1,611 1,611 bus 19 1,570 1,570 bus 22 1,563 1,563 bus 23 1,690 1,690 bus 27 1,680 1,680 bus 29 1,642 1,642 bus 31 1,616 1,616
Bus Ik(F) hitung Ik(F) ETAP bus 33 1,603 1,603 bus 35 1,598 1,598 bus 37 1,552 1,552 bus 39 1,511 1,511 bus 41 1,486 1,486 bus 43 1,444 1,444 bus 45 1,539 1,539 bus 48 1,385 1,385 bus 50 1,343 1,343 bus 54 1,823 1,823 bus 108 1,902 1,902 bus 110 1,725 1,725 bus 112 2,008 2,008 bus 114 2,006 2,006 bus 116 2,002 2,002 bus 118 1,965 1,965 bus 120 1,959 1,959 bus 123 1,938 1,938 bus 127 1,962 1,962 bus 129 1,959 1,959 bus 131 1,950 1,950 bus 135 1,908 1,908 bus 137 1,919 1,919 bus 139 1,943 1,943 bus 141 1,890 1,890 bus 143 1,825 1,825 bus 145 1,890 1,890 bus 147 1,892 1,892 bus 149 1,779 1,779 bus 151 1,778 1,778 bus 153 1,751 1,751 bus 155 1,727 1,727 bus 157 1,716 1,716 bus 159 1,715 1,715 bus 161 1,698 1,698 bus 163 1,624 1,624 bus 165 1,603 1,603 bus 167 1,458 1,458 bus 169 1,584 1,584 bus 171 1,551 1,551 bus 173 1,541 1,541 bus 175 1,541 1,541 bus 177 1,587 1,587 bus 179 1,610 1,610 bus 181 1,537 1,537 bus 183 1,420 1,420 bus 185 1,408 1,408 bus 187 1,565 1,565 bus 189 1,529 1,529 bus 191 1,506 1,506 bus 193 1,550 1,550 bus 196 1,679 1,679 bus 197 1,666 1,666 bus 198 1,954 1,954 bus 203 1,610 1,610 bus 207 1,927 1,927 bus 213 1,541 1,541 bus 216 1,096 1,096 bus 219 1,686 1,686 bus 221 1,818 1,818 bus222 1,096 1,096 bus223 1,732 1,732
Tabel 2 Data dari tiap-tiap circuit breaker Nama In (A) Ihs (kA) Tegangan(kV) TRK 5 800 18 24 AML 630 16 24 KP4 630 16 24
Tabel  2  di  atas  memaparkan  data  dari  tiap-tiap circuit breaker yang  ada  pada  penyulang  5  dan  tiap out  going . Penyulang  5  di  amankan  menggunakan circuit  breaker dengan  ratting  tegangan  24  kv  dan  ratting  arus  nominal 800  A  maka  untuk  mencari  kapasitas  dari  circuit  breaker digunakan rumus sebagai berikut:
Pada  OG  kampung  4  di  amankan  menggunakan circuit breaker dengan ratting tegangan 24 kv dan ratting amper 630    A  maka  untuk  mecari  kapasitas  dari  circuit  breaker digunakan rumus sebagai berikut:
Pada OG amal di amankan menggunakan circuit breaker dengan  ratting  tegangan  24  kv  dan  ratting  amper  630  A maka  untuk  mecari  kapasitas  dari  circuit  breaker digunakan rumus sebagai berikut:
Tabel 3
Data kapasitas circuit breaker (exsist) BUS MVA HS (MVA) MVA CB (MVA) GH IND 0,289 0,24 10 0,322 0,213 112 0,347 0,213
Dari data tabel 3 bisa di lihat bahwa data kapasitas circuit breaker (exsist)  lebih  kecil  dari  kapasitas  short  circuit hitung  ini  menunnjukkan  bahwa  circuit  breaker  yang terpasang  tidak  layak  digunakan  karena  kapasitasnya lebih kecil dari kapasitas hubung singkatnya.

## V. KESIMPULAN
Dari  hasil  simulasi  arus  hubung  singkat  satu  fasa  ke tanah  pada  sisi  tegangan  menengah  20  KV  di  dapatkan nilai arus gangguan terbesar pada sisi penyulang 5 di GH Indoor  sebesar  1820  A,  Pada  sisi out  going kampung  4 didapatkan  nilai  arus  ganguan  terbesar  pada  bus  112 sebesar  2008  A,  Dan  pada  sisi out  going amal didapatkan nilai arus gangguan terbesar pada bus 10 sebesar 1734 A. Dari  perhitungan  kapasitas  hubung  singkat  pada  sisi tegangan  menengah  20  KV,  pada  penyulang  5  dan  pada tiap out  going di  dapat  hasil  pada  penyulang  5  sebesar 0,330 MVA, pada out going amal sebesar 0,322 MVA dan
pada out  going kampung  4  sebesar  0,347,  pada  kapasitas circuit  breaker di  dapat  hasil  pada  penyulang  5  sebesar 0,24  MVA  dan  pada out  going amal  sebesar  0,213  MVA dan  pada out  going kampung 4  sebesar  0,213  MVA.  Dari data  yang  di  dapat  semakin  dekat  jarak  gangguan  dari sumber tenaga listrik maka semakin besar arus gangguan hubung singkat yang di dapat dan begitu juga sebaliknya ketika  jarak  gangguan  semakin  jauh  dari  sumber  tenaga listrik  makan  arus  gangguan  hubung  singkatnya  semakin kecil.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terimakasih  saya  haturkan  kepada  allah  swt, kedua  orang  tua,  istri  saya,  dosen-dosen,  teman seperjuangan saya.

## REFERENSI
[1] Tomi.  2015,  Gangguan  hubung  singkat  satu  phasa  ke  tanah  20 KV  PT.PLN  (Persero)  Sebatik  Menggunakan  Software  etap powerstation 12.6.0.
[2] Kadir,  A.  2000. Distribusi  Dan  Utilisasi  Tenaga  Listrik , Universitas Indonesia.
[3] Cekdin, C dan Barlian, T., (2013). Transmisi Daya Listrik Palembang , Andi Yogyakarta.
[4] Cekdin, C.2007. Sistem Tenaga Listrik , Andi Yogyakarta
[5] Pandjaitan,  B.  (2012). praktik-praktik  Proteksi  Sistem  Tenaga Listrik, CV Andi Offset, Yogyakarta.
[6] Bongas  L.  Tobing  (2003).  Peralatan  Tegangan  Tinggi, PT.Gramedia Pustaka Utama Jakarta