Shock Current : Keselamatan dalam Kelistrikan

Seperti yang kita pelajari, listrik membutuhkan jalur yang lengkap (sirkuit) untuk terus mengalir. Inilah sebabnya mengapa kejutan yang diterima dari listrik statis hanyalah sentakan sesaat: arus elektron tentu singkat bila muatan statis disamakan antara dua benda. Guncangan durasi self-limited seperti ini jarang berbahaya.

Tanpa dua titik kontak pada saat masuk dan keluar dari tubuh , tidak ada bahaya shock. Inilah sebabnya mengapa burung dapat beristirahat dengan aman di jalur listrik bertegangan tinggi tanpa mendapat kejutan: mereka melakukan kontak dengan sirkuit hanya pada satu titik.

Agar elektron mengalir melalui konduktor , pasti ada tegangan yang ada untuk memotivasi mereka. Tegangan, seperti yang harus Anda ingat, selalu relatif antara dua titik . Tidak ada yang namanya tegangan "on" atau "at" satu titik di sirkuit, sehingga burung yang menghubungi satu titik di sirkuit di atas tidak memiliki tegangan yang diterapkan di seluruh tubuhnya untuk membentuk arus yang melewatinya. Ya, meskipun mereka beristirahat dengan dua kaki, kedua kaki menyentuh kawat yang sama, membuat mereka menjadi terbiasa secara elektrik . Secara elektris, kedua kaki burung menyentuh titik yang sama, sehingga tidak ada tegangan di antara mereka untuk memotivasi arus melalui tubuh burung.

Ini mungkin meminjamkan seseorang untuk percaya bahwa hal itu tidak mungkin dikejutkan oleh listrik hanya dengan menyentuh satu kawat saja. Seperti burung, jika kita hanya menyentuh satu kawat sekaligus, kita akan aman kan? Sayangnya, ini tidak benar. Tidak seperti burung, orang biasanya berdiri di tanah saat mereka menghubungi kawat "hidup". Seringkali, satu sisi sistem tenaga akan terhubung dengan sengaja ke ground bumi , sehingga orang yang menyentuh kawat tunggal benar-benar melakukan kontak antara dua titik di sirkuit (kabel dan tanah bumi):

Simbol tanah adalah himpunan tiga batang horizontal dengan lebar yang menurun yang terletak di kiri bawah sirkuit yang ditunjukkan, dan juga di kaki orang yang dikejutkan. Dalam kehidupan nyata, ground sistem tenaga terdiri dari beberapa jenis konduktor logam yang terkubur jauh di tanah untuk membuat kontak maksimal dengan bumi. Konduktor itu terhubung secara elektrik ke titik sambungan yang sesuai pada sirkit dengan kawat tebal. Koneksi tanah korban adalah melalui kaki mereka, yang menyentuh bumi.

Beberapa pertanyaan biasanya muncul pada saat ini dalam pikiran siswa:

• Jika kehadiran titik tanah di sirkuit memberikan titik kontak yang mudah bagi seseorang untuk mendapatkan kejutan, mengapa memilikinya di sirkuit sama sekali? Bukankah rangkaian ground-less lebih aman?
• Orang yang mendapat kejutan mungkin tidak telanjang kaki. Jika karet dan kain adalah bahan isolasi, mengapa sepatu mereka tidak melindungi mereka dengan mencegah rangkaian terbentuk?
• Seberapa bagus konduktor bisa kotor ? Jika Anda bisa terkejut dengan arus yang ada di bumi, mengapa tidak menggunakan bumi sebagai konduktor di sirkuit listrik kita?

Sebagai jawaban atas pertanyaan pertama, kehadiran titik "grounding" yang disengaja dalam rangkaian listrik dimaksudkan untuk memastikan bahwa satu sisi aman untuk bersentuhan dengannya. Perhatikan bahwa jika korban kita dalam diagram di atas menyentuh sisi bawah resistor, tidak akan terjadi meskipun kaki mereka masih menyentuh tanah:

Karena sisi bawah sirkuit terhubung dengan kuat ke ground melalui titik grounding di kiri bawah sirkuit, konduktor yang lebih rendah dari rangkaian dibuat secara elektrik umum dengan ground bumi. Karena tidak ada tegangan antara titik umum elektrik, tidak akan ada tegangan yang diterapkan pada orang yang menghubungi kabel yang lebih rendah, dan mereka tidak akan menerima kejutan. Untuk alasan yang sama, kabel yang menghubungkan sirkuit ke grounding rod / plates biasanya dibiarkan kosong (tanpa insulasi), sehingga benda logam yang disikatnya juga sama dengan bumi.

Alur sirkuit memastikan bahwa setidaknya satu titik di sirkuit akan aman untuk disentuh. Tapi bagaimana dengan meninggalkan sirkuit yang sama sekali tidak dikeluhkan? Bukankah itu yang membuat seseorang menyentuh hanya satu kawat seaman burung yang duduk di salah satunya? Idealnya ya. Praktis, tidak. Amati apa yang terjadi tanpa dasar sama sekali:

Terlepas dari kenyataan bahwa kaki orang tersebut masih menyentuh tanah, satu titik pun di sirkuit seharusnya aman untuk disentuh. Karena tidak ada jalur lengkap (sirkuit) yang terbentuk melalui tubuh seseorang dari sisi bawah sumber tegangan ke atas, tidak ada jalan bagi arus yang bisa dibangun melalui orang tersebut. Namun, ini semua bisa berubah dengan tanah yang tidak disengaja, seperti cabang pohon yang menyentuh kabel listrik dan menyediakan koneksi ke ground bumi:

Sambungan tak disengaja antara konduktor sistem tenaga dan bumi (ground) disebut ground fault . Kesalahan dasar mungkin disebabkan oleh banyak hal, termasuk penumpukan kotoran pada isolator listrik (menciptakan jalur air kotor untuk arus dari konduktor ke kutub, dan ke tanah, saat hujan turun), infiltrasi air tanah pada konduktor saluran listrik yang dikuburkan , dan burung mendarat di saluran listrik, menjembatani garis ke tiang dengan sayap mereka. Mengingat banyak penyebab kesalahan tanah, mereka cenderung tidak dapat diprediksi. Dalam kasus pohon, tidak ada yang bisa menjamin kawat mana yang mungkin disentuh oleh cabang mereka. Jika sebuah pohon disikat dengan kawat atas di sirkuit, kabel itu akan membuat kawat paling atas aman untuk disentuh dan bagian bawahnya berbahaya-justru kebalikan dari skenario sebelumnya dimana pohon tersebut menyentuh kabel bawahnya:

Dengan cabang pohon yang menghubungi kawat atas, kawat itu menjadi konduktor grounded di sirkuit, yang umumnya berhubungan dengan tanah bumi. Oleh karena itu, tidak ada tegangan antara kawat dan ground itu, tapi tegangan penuh (tinggi) antara kabel bawah dan ground. Seperti disebutkan sebelumnya, cabang pohon hanya satu sumber potensial kesalahan tanah dalam sistem tenaga. Pertimbangkan sistem tenaga tanpa kabel tanpa pepohonan yang bersentuhan, tapi kali ini dengan dua orang menyentuh kabel tunggal:

Dengan setiap orang berdiri di atas tanah, menghubungi titik-titik yang berbeda di sirkuit, jalan untuk shock saat ini dilakukan melalui satu orang, melalui bumi, dan melalui orang lain. Meskipun setiap orang berpikir mereka aman hanya menyentuh satu titik di sirkuit, tindakan gabungan mereka menciptakan skenario yang mematikan. Akibatnya, satu orang bertindak sebagai ground fault yang membuatnya tidak aman untuk lawan bicara. Inilah mengapa sistem tenaga tidak bertenaga berbahaya: voltase antara titik di sirkuit dan ground (bumi) tidak dapat diprediksi, karena kesalahan pada permukaan dapat terjadi kapan saja. Satu-satunya karakter yang dijamin aman dalam skenario ini adalah burung, yang sama sekali tidak memiliki hubungan dengan bumi! Dengan menghubungkan titik yang ditunjuk dengan tepat di sirkuit ke ground bumi ("grounding" sirkuit), paling tidak keamanan dapat diyakinkan pada satu titik itu. Ini lebih menjamin keamanan daripada tidak memiliki koneksi ground sama sekali.

Sebagai jawaban atas pertanyaan kedua, sepatu bersol karet memang memberi beberapa insulasi listrik untuk membantu melindungi seseorang dari melakukan arus goncangan melalui kaki mereka. Namun, desain sepatu yang paling umum tidak dimaksudkan untuk elektrik "aman," sol mereka terlalu tipis dan bukan bahan yang tepat. Selain itu, setiap kelembaban, kotoran, atau garam konduktif dari keringat tubuh pada permukaan atau terserap melalui telapak sepatu akan mengkompromikan nilai isolasi kecil yang harus diawali dengan sepatu. Ada sepatu khusus yang dibuat untuk pekerjaan listrik berbahaya, serta tikar karet tebal yang dibuat untuk berdiri saat mengerjakan sirkit live, namun potongan gigi khusus ini harus benar-benar bersih dan kering agar efektif. Cukup dikatakan, alas kaki yang normal tidak cukup untuk menjamin perlindungan terhadap sengatan listrik dari sistem tenaga.

Penelitian yang dilakukan mengenai resistensi kontak antara bagian tubuh manusia dan titik kontak (seperti tanah) menunjukkan rentang angka yang luas (lihat akhir bab untuk mendapatkan informasi mengenai sumber data ini):

• Kontak tangan atau kaki, terisolasi dengan karet: 20 MΩ khas.
• Kontak kaki melalui sepatu kulit (kering): 100 kΩ sampai 500 kΩ
• Kontak kaki melalui sepatu kulit (basah): 5 kΩ sampai 20 kΩ

Seperti yang bisa Anda lihat, karet tidak hanya merupakan bahan isolasi yang jauh lebih baik daripada kulit, namun kehadiran air dalam zat berpori seperti kulit sangat mengurangi daya tahan listrik.

Sebagai jawaban atas pertanyaan ketiga, kotoran bukanlah konduktor yang sangat baik (paling tidak saat kering!). Terlalu buruk konduktor untuk mendukung arus kontinu untuk menyalakan beban. Namun, seperti yang akan kita lihat di bagian selanjutnya, dibutuhkan arus yang sangat sedikit untuk melukai atau membunuh manusia, sehingga konduktivitas kotoran yang buruk cukup untuk memberi jalan bagi arus yang mematikan saat ada voltase yang memadai, karena biasanya ada berada dalam sistem tenaga

Beberapa permukaan tanah adalah isolator yang lebih baik daripada yang lain. Aspal, misalnya, berbasis minyak, memiliki ketahanan yang jauh lebih besar daripada kebanyakan bentuk tanah atau batu. Beton, di sisi lain, cenderung memiliki ketahanan yang cukup rendah karena kandungan intrinsik air dan elektrolit (zat kimia konduktif). 

ULASAN:

• Kejutan listrik hanya bisa terjadi bila kontak dilakukan antara dua titik rangkaian; ketika tegangan diterapkan di tubuh korban.
• Sirkuit daya biasanya memiliki titik yang ditunjuk yang "membumi:" terhubung dengan kuat ke batang logam atau piring yang dikubur di tanah untuk memastikan bahwa satu sisi rangkaian selalu berada pada potensial tanah (tegangan nol antara titik itu dan tanah bumi).
• Kesalahan tanah adalah hubungan kebetulan antara konduktor rangkaian dan bumi (ground).
• Sepatu dan tikar khusus terisolasi dibuat untuk melindungi orang dari guncangan melalui konduksi tanah, namun bahkan perlengkapan gigi ini harus dalam keadaan bersih dan kering agar efektif. Sepatu biasa tidak cukup baik untuk memberikan perlindungan dari kejutan dengan mengisolasi pemakainya dari bumi.
• Meskipun kotoran adalah konduktor yang buruk, namun kotoran ini bisa cukup untuk melukai atau membunuh manusia.