## ANALISA GANGGUAN HUBUNG SINGKAT SATU FASA KE TANAH PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kV PT. PLN TARAKAN
Arif fadillah 1 , Patria julianto 2
1,2 Universitas Borneo Tarakan, Tarakan, Kalimantan Utara, Indonesia
1 ariffadillah@borneo.ac.id
2 patria81@gmail.com
Abstract— Short-circuit interference can also occur due to translucent  or  broken  insulation  because  it  cannot  withstand overvoltages,  both  from  within  (Overvoltages  and  abnormal currents)  or  those  from outside.  This  study  aims  to determine the  short-circuit  current  of  one-phase  to  ground  disturbance, and the level of the busbar voltage during interference at PT. PLN  SELL  IT.  In  this  study  the  method  used  for  power  flow simulation  is  Newton  Repson  on  the  ETAP  software.  The equipment used is an Intel Pentium laptop with 1GB of RAM, in this study the simulation of this disturbance simulation was carried  out  on  all  feeders  with  the  largest  short  circuit  fault results  of  2,476  kA  in  feeder  2  and  the  smallest  disturbance current of 0.760 kA in feeder 4.
Keywords —  Etap software, short circuit,  power failure, single phase, voltage.
I ntisari — Gangguan  hubung  singkat  dapat  juga  terjadi akibat  adanya  isolasi  yang  tembus  atau  rusak  karena  tidak tahan  terhadap  tegangan  lebih,  baik  yang  berasal  dari dalam  (Tegangan  lebih  dan  arus  tak  normal)  maupun  yang berasal dari  luar.  Penelitian  ini bertujuan  untuk menentukan  arus  hubung  singkat  gangguan  satu  fasa  ke tanah,  dan  tingkat  tegangan  busbar  selama  gangguan  pada PT.  PLN  TATAKAN.  Dalam  penelitian  ini  metode  yang digunakan  untuk  simulasi  alaran  daya  adalah  newton Repson  pada  softwer  ETAP.  Peralatan  yang  digunakan adalah  laptop    acer  intel  pentium  dengan  RAM  1GB,  pada penelitian  ini  simulasi  gangguan  ini  simulasi  gangguan hubung singkat  di lakukan  pada semua feeder dengan  hasil gangguan  hubung  singkat  terbesar  2.476  kA  pada  feeder  2 dan arus gangguan terkecil sebesar 0,760 kA pada feeder 4.
Kata  Kunci — Etap software, gangguan  hubungan  singkat, daya, satu fasa, tegangan.

## I. PENDAHULUAN
Listrik  bukan  termasuk  kebutuhan  primer,  namun kenyataan  di  keseharian  kita  keberadaan  listrik  sangat berpengaruh  pada  kehidupan  kita,  pergerakan  roda perekonomian  sangat  bergantung  pada  kelistrikan. Kemajuan Era Teknologi menuntut untuk tergantung pada listrik karena hampir semua peralatan untuk pengoperasiannya membutuhkan listrik[1].
PT.  PLN  Tarakan  adalah  salah  satu  BUMN  yang bergerak  di  bidang  ketenagalistrikan.  PLN  bertanggung jawab atas ketersediaan listrik dari hulu sampai hilir yaitu mulai  dari  sisi  pembangkitan  sampai  pendistribusiannya ke pelanggan. Di dalam proses kontinyuitas ketersediaaan listrik  ke  pelanggan  PLN  menghadapi  berbagai  kendala, salah  satunya  adalah  adanya  gangguan,  baik  di  sisi
pembangkitan maupun pendistribusian. Gangguan ini bisa disebabkan oleh sistem maupun non sistem[2][3].
Dalam  operasi  sistem  tenaga  listrik  sering  terjadi gangguan-gangguan yang dapat mengakibatkan terganggunya  penyaluran  tenaga  listrik  ke  konsumen. Hubung  singkat  merupakan  suatu  hubungan  abnormal pada  impedansi  yang  relatif  rendah  terjadi  secara kebetulan atau disengaja antara dua titik yang mempunyai potensial  yang  berbeda.  Istilah  gangguan  atau  gangguan hubung  singkat  digunakan  untuk  menjelaskan  suatu hubungan  singkat.  Untuk  mengatasi  gangguan  tersebut, perlu  dilakukan  analisis  hubung  singkat  sehingga  sistem Proteksi  yang  tepat  pada  Sistem  Tenaga  Listrik  dapat ditentukan[4].  Hubung  singkat  terjadi  akibat  dari  faktor internal  dan  faktor  eksternal.  Faktor  internal  dari gangguan  adalah  rusaknya  peralatan  listrik.  Faktor eksternal  adalah  antara  lain  cuaca  buruk,  seperti  badai, hujan,  bencana,  seperti  gempa  bumi,  angin  ribut, kecelakaan  kendaraan;  runtuhnya  pohon,petir,  aktivitas konstruksi,  ulah  manusia,  dan  lain-lain.  Sebagian  besar gangguan  terjadi  karena  cuaca  buruk,  yaitu  hujan  atau badai,  dan  pohon[5].  Pembahasan  dalam  penelitian  ini adalah hubungan singkat satu fasa ke tanah menggunakan dimana  pengerjaannya  menggunakan software  ETAP powerstation 12.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menentukan  arus hubung  singkat  gangguan  satu  fasa  ke  tanah,  dan  tingkat tegangan  busbar  selama  gangguan  pada  PT.  PLN Tarakan.  Dapat  menjadi  bahan  pertimbangan  bagi PT.PLN  Tarakan  untuk  memperbaiki  kinerja  sistem proteksi  agar  dapat  menjaga  kontinuitas  pelayanan  daya kepada konsumen.

## II. LANDASAN TEORI
Analisis  hubung  singkat  adalah  analisis  yang mempelajari  kontribusi  arus  gangguan  hubung  singkat yang  mungkin  mengalir  pada  setiap  cabang  didalam sistem  (di  jaringan  distribusi,  transmisi,  trafo  tenaga  atau dari pembangkit) sewaktu gangguan hubung singkat yang mungkin  terjadi  di  dalam  sistem  tenaga  listrik .Berdasarkan  kesimetrisannya,  gangguan  terdiri  dari gangguan  simetris  dan  asimetris.  Gangguan  simetris adalah  gangguan  yang  terjadi  pada  semua  fasanya sehingga  arus  dan  tegangan  pada  masing-masing  fasa bernilai  sama.  mengalir  pada  setiap  fasa  tidak  seimbang, yaitu di antaranya hubung singkat 1 fasa ke tanah, hubung singkat fasa ke fasa, dan hubung singkat 2 fasa ke tanah.

## A. Sistem Distribusi Tenaga Listrik
Sistem  tenaga  listrik  terdiri  atas  tiga  bagian  utama yaitu  sistem  pembangkitan,  sistem  transmisi  dan  sistem distribusi.  Dari  ketiga  sistem  tersebut,  sistem  distribusi merupakan  bagian  yang  letaknya  paling  dekat  dengan konsumen,  fungsinya  adalah  menyalurkan  energi  listrik dari distribusi ke konsumen.

## B. Sistem Distribusi 20 kV
Keluaran  dari  trafo  daya  dikumpulkan  dulu  pada  Bus 20  KV  di  kubikel  Gardu  Induk  untuk  kemudian  di distribusikan  melalui  beberapa  penyulang  20  KV  ke konsumen  dengan  jaringan  berupa  Saluran  Udara Tegangan  Menengah  (SUTM)  atau  Saluran  Kabel Tegangan  Menengah  (SKTM).  Khusus  SUTM,  jaringan bisa  ditarik  sepanjang  puluhan  sampai  ratusan  Km termasuk  percabangannya  dan  biasanya  ada  diluar  kota besar.  Seperti  diketahui  di  Indonesia,  jaringan  dengan konduktor  telanjang  yang  digelar  di  udara  bebas  banyak mengandung resiko terjadi gangguan hubung singkat fasa- fasa  atau  satu  fasa-tanah.  Disepanjang  SUTM  terdapat percabangan yang dibentuk didalam Gardu Distribusi atau Gardu  Tiang.  Sementara  jaringan  SKTM  relatif  lebih pendek  dan  berada  di  dalam  kota  besar  dengan  jumlah gangguan relatif sedikit.
C. Klasifikasi Sistem Jaringan Distribusi
Jaringan  distribusi  dikategorikan  kedalam  beberapa jenis, sebagai berikut ;
1. Tegangan Pengenalnya :
- JTM 20kV
- JTR 380/220 volt
2. Konfigurasi Jaringan Primer
- Jaringan Distribusi Pola Radial Pola  radial  adalah  jaringan  yang  setiap  saluran primernya  hanya  mampu  menyalurkan  daya  dalam satu arah aliran daya. Jaringan ini biasa dipakai untuk melayani daerah dengan tingkat kerapatan beban yang rendah.
Gambar 1. Pola Jaringan Radial
- Jaringan Distribusi Pola Loop
Jaringan  pola  loop  adalah  jaringan  yang  dimulai dari  suatu  titik  pada  rel  daya  yang  berkeliling  di daerah  beban  kemudian  kembali  ke  titik  rel  daya semua.  Pola  ini  ditandai  pula  dengan  adanya  dua sumber  pengisian  yaitu  sumber  utama  dan  sebuah sumber  cadangan.  Jaringan  dengan  pola  ini  biasa dipakai  pada  sistem  distribusi  yang  melayani  beban dengan  kebutuhan  kontinyuitas  pelayanan  yang  baik (lebih baik dari pola radial)
Gambar 2. Pola Jaringan Loop
- Jaringan Distribusi Pola Grid
Pola  jaringan  ini  mempunyai  beberapa  rel  daya dan  antara  rel-rel  tersebut  dihubungkan  oleh  saluran penghubung yang disebut tie feeder .
Gambar 3. Pola Jaringan Grid - Jaringan Distribusi Pola Spindel Jaringan primer pola spindel merupakan pengembangan  dari  pola  radial  dan  loop  terpisah. Beberapa  saluran  yang  keluar  dari  gardu  induk diarahkan  menuju  suatu  tempat  yang  disebut  gardu hubung  (GH),  kemudian  antara  GI  dan  GH  tersebut dihubungkan dengan satu saluran yang disebut express feeder.
Gambar 4. Sistem Jaringan Spindel
3. Gangguan Hubung Singkat
Gangguan hubung singkat dapat juga terjadi akibat adanya isolasi yang tembus atau rusak karena tidak tahan terhadap tegangan lebih, baik yang berasal dari dalam (Tegangan lebih dan arus tak normal) maupun yang berasal dari luar (akibat sambaran petir)bila gangguan hubung singkat di biarkan berlangsung dengan lama pada suatu sistem daya.
4. Komponen Simetris Menurut teorema Fortescue , tiga fasor tak seimbang dari  sistem  tiga  fasa  dapat  diuraikan  menjadi  tiga sistem  fasor  yang  seimbang.  Himpunan  seimbang komponen itu adalah (Stevenson, 1982: 260):
- Komponen urutan positif
- Komponen urutan negatif
- Komponen urutan nol
5. Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah
Hubung  singkat  satu  phasa  ke  tanah  adalah gangguan  hubung  singkat  yang  terjadi  karena flashover antara  penghantar  phasa  dan  tanah  (tiang travers atau  kawat  tanah  pada  SUTM).  Persamaan yang  di  gunakan  untuk  menghitung  hubung  singkat satu phasa ke tanah adalah sebagai berikut :
Gambar 5. Gangguan Satu Fasa ke Tanah Kondisi terminalnya sebagai berikut :
Untuk persamaan arus yang digunakan diperoleh dari komponen simetris arus :
Sehingga:
Dengan :
: Arus gamgguan pada titik terjadi gangguan.
: Tegangan pragangguan ke fasa netral
𝑍 1 : Impedansi urutan positif rangkaian dalam Ohm 𝑍 2 : Impedansi urutan negatif rangkaian dalam Ohm 𝑍 0 : Impedansi urutan nol rangkaian dalam Ohm

## III. METODE PENELITIAN
A. Pengumpulan Data
Pada  tahap  ini  penulis  mengumpulkan  data  dari PT.PLN Tarakan berupa data generator, data Transformator,  data  Kawat  Penghantar,  data  Beban  dan data Bus. Data-data yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah:
1. Diagram  segaris  (single  line  diagram)  PT.PLN Tarakan
2. Data Busbar
3. Data pembangkit
4. Data transformator
5. Data saluran penghantar.
6. Data beban puncak PT.PLN Tarakan.
7. Data  data  tersebut  di  ambil  dari  PT  PLN TARAKAN pada tanggal 23 juli 2016 jam 20.00.
B. Tahap Pengolahan Data
1. Pengambilan data yaitu data rill PT. PLN Tarakan berupa data generator, data Transformator, data Kawat Penghantar, data Beban dan data Bus.
2. Membuat diagram segaris( single line diagram ) sistem distribusi 20 kV PT.PLN Tarakan berdasarkan data single line diagram yang diperoleh dari PT.PLN Tarakan pada software ETAP PowerStation 12.6 .0
3. Memasukkan parameter kelistrikan kedalam tampilan perangkat editor ETAP PowerStation12.6 .0 sesuai dengan data yang diperoleh dari PT.PLN Tarakan . 4. Melakukan simulasi aliran daya pada software alat bantu Power Station , software ETAP power station 12.6.0
5. Melakukan simulasi arus hubung singkat satu fasa ketanah pada software ETAP powerstation 12.6 .0 6. Menganalisis hasil simulasi arus hubung singkat satu fase pada software.

## C. Flowchart Penelitian
Gambar 6. Flowchart diagram penelitian

## D. Diagram alir analisis hubung singkat
Gambar 7. Diagram alur analisis hubungan singkat
Mulai Menentukan nilai komponen simetris Menghitung impedansi sumber Menghitung impedansi transformator Menghitung impedansi penyulang Lakukan analisis Menghitung impedansi ekivalen jaringan Berhasil Mendapatkan nilai arus hubung singkat Selesai Melakukan simulasi hubung singkat satu fasa ke tanah Mulai
Menggambar single line dan memasukkan data-data yang diperoleh dari PT.PLN tarakan pada software etap 12.6.0

## Melakukan simulasi aliran daya

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Sistem Tenaga Listrik PT.PLN Tarakan
Dalam sistem distribusi 20 kV PT. PLN Tarakan terdapat total 21 pembangkit dengan  menggunakan tenaga Diesel. Dan  terdapat  15  pembangkit  listrik  yang  beroperasi,  3 pembangkit  yang  tidak  beroperasi  (stand  by),  dan  3 pembangkit  mengalami  Gangguan.  Penyaluran  sistem tenaga  listrik  PT.  PLN  Tarakan  ke  beban  listrik  dengan mengoperasikan pembangkit listrik secara paralel. Sistem paralel  digunakan  agar  daya  listrik  yang  dihasilkan  oleh pembangkit  sesuai  dengan  beban  listrik  yang  ada.  Daya listrik yang disalurkan ke beban listrik melalui penyulang ( feeder )  PT.  PLN  Tarakan  dibagi  dalam  7  penyulang ( feeder) . Cosφ pada  PT.PLN  Tarakan  sebesar  0,85  dan Sinφ 0,52.

## B. Simulasi Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah
Setelah  melakukan  simulasi  aliran  daya  kemudian dilakukan  simulasi  hubung  singkat  pada  masing-masing bus.  Untuk  gangguan  ini  dapat  dianggap  fasa a mengalami  gangguan.  Kondisi  terminal  pada  saat  terjadi gangguan  hubung  simgkat  satu  fasa  ketanah  adalah tegangan  pada  fasa  yang  mengalami  gangguan  sama dengan  nol  (Va=0),  arus  pada  fasa  b  dan  fasa  c  sama dengan 0 (Ia = Ib = 0). Masing-masing arus urutan  sama besarnya  I1=I2=I0  dan  arus  urutannya  sama  dengan  1/3 arus  gangguan  hubung  singkat  satu  fasa  ketanah  (1/3Ia). Berikut adalah hasil simulasi hubung singkat satu fasa ke tanah pada software etab pada masing masing bus.
C. Dari hasil data gangguan di masing masing bus diperoleh data gangguan satu fasa ke tanah sebagai berikut
1. Arus di tiap feeder dalam kondisi nomal dan gangguan.
Feeder Arus Normal (A) Arus Gangguan (kA) 1 110,4 2,476 2 100,4 2,710 3 189,4 1,631 4 209,9 0,760 5 125,8 1,226 6 130,1 1,472 7 136,9 1,944 2. Perhitungan manual arus hubung singkat satu fase ke tanah.
Setelah  menganalisa  hasil  hubung  singkat  satu fasa  ke  tanah  kemudian  di  lakukan  lagi  analisa hubung  singkat  dengan  menggunakan  perhitungan manual  pada  lokasi  gangguan  tepatnya  di  beban bus 101 menentukan Z 1 ,Z 2 ,Z 0 . Dari perhitungan di etap di dapat nilai R dan X sehingga :
Z=(R+jX), maka Z1 = 0,3826 + J 0,5846 Z0=2,8447 + J 12,651
= 2,4228 kA
Hasil perbandingan hubung singkat feeder 1 bus 101 : Etap di dapat hasil pada feeder 1 : 2,476 kA Di perhuitungan manual di dapatkan :2,4228 kA

## V. KESIMPULAN
A. Hasil  dari  simulasi  ETAP  di  PT.PLN  Tarakan didapatkan  nilai  arus  terbesar  terletak  di  beban feeder 4 dengan nilai arus sebesar 209.9 kA dan dengan  beban  0,600  MW  dan  arus  terendah terdapat  di  beban  feeder  2  dengan  arus  110  kA dan dengan beban 0,400 MW.
B. Hasil  gangguan  hubung  siangkat  satu  fasa  ke tanah  pada  PT.PLN  Tarakan.di  dapatkan  arus hubung singkat terbesar terjadi di beban feeder 1 dengan arus sebesar 2,476 kA  dan arus terendah hubung  singkat  terjadi  di  beban  feeder  4  yaitu dengan arus 0,660 kA.
C. Hasil  perhitungan  manual  di  beban  feeder  1 adalah 2,4228 kA hasil di etap pada beban feeder 1 adalah 2,476 kA
D. Besarnya arus gangguan hubung singkat tergantung pada impedansi saluran yang bergantung pada panjang saluran, jenis konduktor,  dan  luas  penampang  konduktor, samakain  panjang  saluran  semakin  kecil  arus gangguan semakin besar hambatan jenis konduktor  semakin  kecil  arus  gangguan  dan semakin  besar  luas  penampang  konduktor semakin besar arus gangguan.

## REFERENSI
[1]  Affandi  Irfan,  Juni  2009,”Analisa  Setting  Relai  Arus  Lebih Dan  Relai  Gangguan  Amira,  Juli  2014,  "Studi  Analisa Gangguan Hubung Singkat
[2] Cekmas Cekdin,  1 Fasa Ke Tanah, . Sistem Tenaga Listrik. Palembang : Penerbit Andi Yogyakarta (2006).
[3] Cekmas Cekdin dan Taufik Barlian. Transmisi Daya Listrik, ‘’rangkaian listrik’’ Palembang : Penerbit Andi Yogyakarta R.H.Sianipar (2013)
.
[4]  Hidayat,  Ade  Wahyu,  September  2013,  "Analisa  Setting Rele Arus Lebih dan Rele Gangguan Tanah pada Penyulang
Topan  Gardu  Induk  Teluk  Betung  ".Volume  7,  No.  3,  hal 109, 22 april 2015
[5] Tomi.Dkk. gangguan hubung singkat satu phasa ke tenah 20 kv  pt.  PLN  (persero)  Sebatik  Menggunakan  Software  etap powerstation 12.6.0. 2015
[6] Pada SUTT 150 KV Untuk Setting Relay OCR (Aplikasi GI PIP PAUH  LIMO) ". Volume 3 No. 2, hal 96-97, 24 maret
2015.