Jalur Kejutan Saat Ini

Seperti yang telah kita pelajari, listrik membutuhkan jalur (sirkuit) lengkap untuk terus mengalir. Inilah sebabnya mengapa kejutan yang diterima dari listrik statis hanya merupakan sentakan sesaat:aliran arus harus singkat ketika muatan statis disamakan antara dua benda. Guncangan dengan durasi terbatas seperti ini jarang berbahaya.

Tanpa dua titik kontak pada tubuh untuk arus masuk dan keluar, masing-masing, tidak ada bahaya kejutan. Inilah sebabnya mengapa burung dapat dengan aman beristirahat di saluran listrik bertegangan tinggi tanpa tersengat:mereka melakukan kontak dengan sirkuit hanya pada satu titik.

Agar arus mengalir melalui konduktor, harus ada tegangan yang ada untuk memotivasinya. Tegangan, seperti yang harus Anda ingat, selalu relatif antara dua titik . Tidak ada yang namanya tegangan "aktif" atau "pada" satu titik di sirkuit, sehingga burung yang menghubungi satu titik di sirkuit di atas tidak memiliki tegangan yang diterapkan ke seluruh tubuhnya untuk menghasilkan arus yang melaluinya.

Ya, meskipun mereka beristirahat di dua kaki, kedua kaki menyentuh kabel yang sama, membuatnya secara elektrik sama . Secara elektrik, kedua kaki burung menyentuh titik yang sama, sehingga tidak ada tegangan di antara keduanya untuk menggerakkan arus melalui tubuh burung.

Ini mungkin membuat seseorang percaya bahwa tidak mungkin disetrum oleh listrik hanya dengan menyentuh satu kabel. Seperti burung, jika kita yakin hanya menyentuh satu kawat pada satu waktu, kita akan aman, bukan? Sayangnya, ini tidak benar. Tidak seperti burung, orang biasanya berdiri di tanah ketika mereka menyentuh kabel “hidup”.

Sering kali, satu sisi sistem tenaga akan dengan sengaja dihubungkan ke pembumian, sehingga orang yang menyentuh satu kabel sebenarnya membuat kontak antara dua titik di sirkuit (kabel dan pembumian):

Simbol ground adalah himpunan tiga palang horizontal dengan lebar menurun yang terletak di kiri bawah sirkuit yang ditunjukkan, dan juga di kaki orang yang disetrum. Dalam kehidupan nyata, ground sistem tenaga terdiri dari semacam konduktor logam yang terkubur jauh di dalam tanah untuk membuat kontak maksimum dengan bumi.

Konduktor itu terhubung secara elektrik ke titik koneksi yang sesuai di sirkuit dengan kabel tebal. Sambungan tanah korban adalah melalui kaki mereka, yang menyentuh bumi.

Beberapa pertanyaan biasanya muncul di benak siswa ini:

• Jika keberadaan titik arde di sirkuit memberikan titik kontak yang mudah bagi seseorang untuk tersengat, mengapa harus ada di sirkuit? Bukankah sirkuit tanpa arde akan lebih aman?
• Orang yang terkejut mungkin tidak bertelanjang kaki. Jika karet dan kain adalah bahan penyekat, mengapa sepatu mereka tidak melindunginya dengan mencegah terbentuknya sirkuit?
• Seberapa bagus seorang konduktor dapat kotoran menjadi? Jika Anda bisa tersengat arus yang melalui bumi, mengapa tidak menggunakan bumi sebagai konduktor di sirkuit listrik kita?

Untuk menjawab pertanyaan pertama, keberadaan titik “pembumian” yang disengaja dalam rangkaian listrik dimaksudkan untuk memastikan bahwa satu sisinya adalah aman untuk dihubungi. Perhatikan bahwa jika korban kita pada diagram di atas menyentuh sisi bawah resistor, tidak akan terjadi apa-apa meskipun kaki mereka masih menyentuh tanah:

Karena sisi bawah sirkuit terhubung dengan kuat ke ground melalui titik pembumian di kiri bawah sirkuit, konduktor bawah sirkuit dibuat secara elektrikal dengan tanah bumi. Karena tidak akan ada tegangan di antara titik-titik listrik bersama, tidak akan ada tegangan yang diterapkan pada orang yang menghubungi kabel bawah, dan mereka tidak akan menerima kejutan.

Untuk alasan yang sama, kabel yang menghubungkan sirkuit ke batang/pelat pembumian biasanya dibiarkan kosong (tanpa insulasi), sehingga benda logam apa pun yang disikat akan sama-sama elektrik umum dengan bumi.

Pengardean sirkuit memastikan bahwa setidaknya satu titik di sirkuit akan aman untuk disentuh. Tapi bagaimana dengan membiarkan sirkuit benar-benar tidak terhubung ke ground? Bukankah itu membuat siapa pun yang menyentuh hanya satu kabel seaman burung yang duduk di satu kabel saja? Idealnya, ya. Praktis, tidak. Amati apa yang terjadi tanpa dasar sama sekali:

Terlepas dari kenyataan bahwa kaki orang tersebut masih menyentuh tanah, setiap titik di sirkuit harus aman untuk disentuh. Karena tidak ada jalur (sirkuit) lengkap yang terbentuk melalui tubuh orang tersebut dari sisi bawah sumber tegangan ke atas, tidak ada cara untuk mengalirkan arus melalui orang tersebut.

Namun, ini semua bisa berubah dengan arde yang tidak disengaja, seperti cabang pohon menyentuh kabel listrik dan menyediakan sambungan ke arde:

Sambungan yang tidak disengaja antara konduktor sistem tenaga dan pembumian (ground) disebut gangguan pembumian .

Ground Faults

Gangguan tanah dapat disebabkan oleh banyak hal, termasuk penumpukan kotoran pada isolator saluran listrik (menciptakan jalur air kotor untuk arus dari konduktor ke kutub, dan ke tanah, saat hujan), infiltrasi air tanah pada konduktor saluran listrik yang terkubur, dan burung-burung mendarat di kabel listrik, menjembatani kabel ke tiang dengan sayap mereka.

Mengingat banyak penyebab gangguan tanah, mereka cenderung tidak dapat diprediksi. Dalam kasus pohon, tidak ada yang bisa menjamin kawat mana cabang mereka mungkin bersentuhan. Jika sebuah pohon bersinggungan dengan kabel atas di sirkuit, itu akan membuat kabel atas aman untuk disentuh dan kabel bawah berbahaya—kebalikan dari skenario sebelumnya di mana pohon menyentuh kabel bawah:

Dengan cabang pohon yang menghubungi kabel atas, kabel itu menjadi konduktor yang diarde di sirkuit, yang secara elektrik sama dengan ground bumi. Oleh karena itu, tidak ada tegangan antara kabel dan arde tersebut, tetapi tegangan penuh (tinggi) antara kabel bawah dan arde.

Seperti disebutkan sebelumnya, cabang pohon hanyalah salah satu sumber potensial gangguan tanah dalam sistem tenaga. Pertimbangkan sistem daya yang tidak ditanahkan tanpa pohon yang bersentuhan, tetapi kali ini dengan dua orang menyentuh satu kabel:

Dengan setiap orang berdiri di tanah, menghubungi titik yang berbeda di sirkuit, jalur untuk arus kejut dibuat melalui satu orang, melalui bumi, dan melalui orang lain. Meskipun setiap orang berpikir mereka aman hanya dengan menyentuh satu titik di sirkuit, tindakan gabungan mereka menciptakan skenario yang mematikan. Akibatnya, satu orang bertindak sebagai ground fault yang membuatnya tidak aman bagi orang lain.

Inilah tepatnya mengapa sistem tenaga yang tidak dibumikan berbahaya:tegangan antara titik mana pun di sirkuit dan pembumian (arde) tidak dapat diprediksi karena gangguan pembumian dapat muncul di titik mana pun di sirkuit kapan saja. Satu-satunya karakter yang dijamin aman dalam skenario ini adalah burung, yang sama sekali tidak memiliki koneksi ke tanah!

Dengan menghubungkan secara kuat titik yang ditentukan dalam sirkuit ke arde ("mengardekan" sirkuit), setidaknya keselamatan dapat dipastikan pada satu titik itu. Ini lebih menjamin keamanan daripada tidak memiliki koneksi ground sama sekali.

Untuk menjawab pertanyaan kedua, sepatu bersol karet bisa memang menyediakan beberapa isolasi listrik untuk membantu melindungi seseorang dari melakukan arus kejut melalui kaki mereka. Namun, sebagian besar desain sepatu yang umum tidak dimaksudkan untuk “aman” secara elektrik, solnya terlalu tipis dan bukan dari bahan yang tepat.

Selain itu, kelembapan, kotoran, atau garam konduktif dari keringat tubuh di permukaan atau meresap melalui sol sepatu akan membahayakan nilai insulasi sepatu yang kecil. Ada sepatu yang khusus dibuat untuk pekerjaan listrik yang berbahaya, serta alas karet tebal yang dibuat untuk berdiri saat bekerja di sirkuit aktif, tetapi peralatan khusus ini harus dalam kondisi benar-benar bersih dan kering agar dapat berfungsi.

Cukuplah untuk mengatakan, alas kaki biasa tidak cukup untuk menjamin perlindungan terhadap sengatan listrik dari sistem tenaga.

Penelitian yang dilakukan pada resistensi kontak antara bagian tubuh manusia dan titik kontak (seperti tanah) menunjukkan berbagai angka (lihat akhir bab untuk informasi tentang sumber data ini):

• Kontak tangan atau kaki, diisolasi dengan karet:tipikal 20 MΩ.
• Kontak kaki melalui sol sepatu kulit (kering):100 kΩ hingga 500 kΩ
• Kontak kaki melalui sol sepatu kulit (basah):5 kΩ hingga 20 kΩ

Seperti yang Anda lihat, karet tidak hanya merupakan bahan isolasi yang jauh lebih baik daripada kulit, tetapi keberadaan air dalam bahan berpori seperti kulit sangat mengurangi hambatan listrik.

Untuk menjawab pertanyaan ketiga, kotoran bukanlah konduktor yang sangat baik (setidaknya tidak ketika sudah kering!). Konduktor tersebut terlalu buruk untuk mendukung arus kontinu untuk memberi daya pada beban. Namun, seperti yang akan kita lihat di bagian berikutnya, dibutuhkan arus yang sangat kecil untuk melukai atau membunuh manusia, sehingga konduktivitas kotoran yang buruk pun cukup untuk menyediakan jalur bagi arus yang mematikan ketika tersedia tegangan yang cukup, seperti biasanya. ada di sistem tenaga.

Beberapa permukaan tanah adalah isolator yang lebih baik daripada yang lain. Aspal, misalnya, yang berbahan dasar 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 air dan elektrolit (kimia konduktif) intrinsiknya.

TINJAUAN:

• Kejutan listrik hanya dapat terjadi jika terjadi kontak antara dua titik sirkuit; saat tegangan diterapkan ke seluruh tubuh korban.
• Sirkuit daya biasanya memiliki titik khusus yang "dibumikan:" terhubung dengan kuat ke batang atau pelat logam yang terkubur di dalam tanah untuk memastikan bahwa satu sisi sirkuit selalu berada pada potensial pembumian (tegangan nol antara titik tersebut dan pembumian) .
• Sebuah kesalahan tanah adalah koneksi yang tidak disengaja antara konduktor sirkuit dan bumi (arde).
• Sepatu dan alas berinsulasi khusus dibuat untuk melindungi orang dari sengatan listrik melalui konduksi tanah, tetapi bahkan peralatan ini harus dalam kondisi bersih dan kering agar efektif. Alas kaki biasa tidak cukup baik untuk memberikan perlindungan dari guncangan dengan mengisolasi pemakainya dari tanah.
• Meskipun kotoran adalah konduktor yang buruk, ia dapat mengalirkan arus yang cukup untuk melukai atau membunuh manusia.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Sengatan Listrik