Penyebab Burung Tidak Kesetrum pada Tiang Listrik

Seperi yang kita tahu, listrik membutuhkan jalur yang lengkap agar listrik itu dapat mengalir. Inilah mengapa kejutan yang dihasilkan dari listrik statis hanyalah berupa sentakan sesaat: aliran elektron terjadi dalam waktu yang singkat hingga muatan kedua benda sudah sama. Kejutan listrik sesaat ini umumnya tidaklah berbahaya.

Tanpa adanya titik-titik kontak antara tubuh dengan arus untuk masuk dan keluar, maka tidak mungkin ada resiko kesetrum. Inilah mengapa burung dapat dengan aman hinggap di atas kabel saluran listrik bertegangan tinggi tanpa terkena sengatan listrik. Karena burung hanya hinggap pada satu titik kontak dalam rangkaian itu.

Burung tidak kesetrum saat hinggap di kabel karena kedua kakinya berada dalam satu titik (tidak ada beda potensial)

Agar elektron mengalir melalui konduktor, harus ada tegangan untuk “menggerakkannya”. Tegangan, seperti yang kita tahu, adalah besaran antara dua titik. Jadi tidak ada nilai tegangan hanya pada satu titik, karena burung hinggap pada satu titik pada rangkaian itu, sehingga tidak mungkin ada drop tegangan pada tubuh burung itu dan arus tidak bisa mengaliri tubuh burung itu. Satu titik? Tetapi burung punya dua kaki. Ya, meskipun burung itu mempunyai dua kaki, sehingga membuat dua titik pada rangkaian itu, tetapi kedua kaki burung itu hinggap pada kawat yang sama. Jadi tidak ada beda tegangan yang dihasilkan pada tubuh burung, dan tidak ada “penggerak” bagi arus untuk mengaliri tubuh burung.

Mungkin anda sulit untuk percaya bahwa burung yang hinggap pada suatu kabel tidak kesetrum. Seperti burung, apabila anda yakin bisa menyentuh hanya satu titik/menyentuh kabel yang sama pada waktu yang bersamaan, anda akan aman. Tetapi ini tidaklah benar. Tidak seperti burung yang bisa terbang, manusia biasanya berdiri di atas ground saat mereka menyentuh kawat yang beraliran listrik. Pada banyak penggunaan, salah satu ujung dari sistem kelistrikan salah satu sisinya dihubungkan ke tanah/ground bumi, sehingga saat seseorang kelihatannya hanya menyentuh satu titik pada kawat/kabel tetapi sebenarnya orang tersebut membuat kontak diantara dua titik pada rangkaian itu (yaitu kawat dengan ground bumi).

Seseorang yang menyentuh kabel dapat kesetrum karena tubuhnya memiliki beda potensial antara tangan dan kakinya

Simbol ground pada gambar adalah gambar tiga buah garis yang semakin kecil kebawah yang diletakkan pada bagian kiri bawah rangkaian pada gambar, sehingga kaki dari orang itu juga “kena setrum”. Pada kehidupan nyata, ground pada sistem daya listrik terdiri dari beberapa macam konduktor logam yang dibenamkan di dalam tanah untuk membuat kontak yang maksimum dengan bumi. Konduktor tersebut secara elektris terhubung dengan sebuah titik koneksi tepat pada rangkaian tersebut dengan kawat yang tebal. Sambungan ground dari korban yaitu melalui kakinya, karena kakinya menyentuh tanah/bumi.

Mungkin beberapa pertanyaan di benak para siswa :

• Bila keberadaan titik ground pada rangkaian membuat seseorang mudah terkena sengatan listrik, mengapa rangkaian itu harus mempunyai ground? Bukannya rangkaian tanpa ground menjadi lebih aman?
• Seseorang yang terkena sengatan listrik menggunakan alas kaki. Bila karet dan kain adalah bahan insulator (isolator), mengapa alas kaki yang mereka kenakan tidak melindungi korban dari sengatan listrik?
• Seberapa bagus konduktor dapat mengalirkan listrik? Bila anda bisa kesetrum karena arus listrik bisa melewati bumi, mengapa tidak memakai bumi saja sebagai penghantar listrik?

Jawaban untuk pertanyaan nomor satu adalah, keberadaan titik “ground” adalah disengaja pada suatu rangkaian dimaksudkan untuk menyakinkan bahwa salah satu sisi dari rangkaian aman untuk disentuh. Perhatikan apabila korban pada diagram di atas menyentuh bagian bawah dari resistor, tidak akan terjadi apa-apa walaupun kaki dari orang itu menyentuh ground/tanah:

Seseorang tidak kesetrum karena menyentuh bagian ground dari rangkaian (seluruh anggota badan berada dalam satu titik yaitu ground sehingga tidak ada arus listrk yang mengalir)

Karena bagian bawah dari rangkaian benar-benar terhubung ke ground melalui titik grounding dibawah kiri rangkaian, sehingga konduktor di bagian bawah rangkaian dibuat common (sejenis)secara elektris dengan bumi. Karena tidak akan ada tegangan di antara titik common, tidak akan ada tegangan pada orang yang menyentuh kawat bagian bawah, dan mereka tidak akan kesetrum. Karena alasan yang sama, kawat yang menghubungkan rangkaian dengan batang grounding biasanya dibiarkan telanjang (tidak diselimuti insulator), sehingga benda logam yang menyentuhnya akan sama-sama secara elektris common dengan bumi.

Grounding pada rangkaian meyakinkan bahwa paling sedikit terdapat satu titik pada rangkaian itu yang aman untuk disentuh. Tetapi apa yang terjadi apabila rangkaian itu tidak di-grounding sama sekali? Bukankah seseorang menjadi aman untuk menyentuh satu titik pada rangkaian itu seperti yang dilakukan burung? Idealnya adalah ya. Tetapi secara praktek, tidak. Coba perhatikan apabila rangkaian tidak mempunyai ground sama sekali.

Seseorang aman memegang rangkaian yang tidak memiliki grounding tetapi rangkaian yang tidak di grounding memiliki potensi bahaya

Meskipun faktanya kaki orang itu masih menyentuh ground, tetapi titik tunggal pada rangkaian itu menjadi aman untuk disentuh. Karena tidak ada jalur lengkap (rangkaian) yang terbentuk melalui badan orang itu dari bagian bawah sumber tegangan ke bagian atas, tidak mungkin ada arus yang mengaliri orang itu. Namun, semuanya akan berubah apabila terjadi grounding yang tidak disengaja, seperti sebuah batang pohon yang menyentuh kawat sehingga membuat jalur grounding ke bumi:

Grounding yang tidak sengaja terbentuk bisa menyebabkan seseorang kesetrum

Sambungan yang tidak disengaja antara kawat dengan bumi (ground) disebut kesalahan ground (ground fault). Kesalahan ground dapat disebabkan banyak hal, termasuk kotoran yang terbentuk pada insulatornya kawat (membentuk suatu jalur lumpur bagi arus dari konduktor ke kutub, dan ke ground, ketika hujan), saringan air ground yang dibenamkan, dan burung yang hinggap di kawat, menjembatani jalur ke kutub dengan sayap mereka. Dari banyak kasus kesalahan ground, mereka cenderung tidak dapat diprediksi. Pada kasus batang pohon, tidak ada orang yang menjamin kawat yang mana yang bersentuhan dengan dahan pohon. Bila sebuah pohon bersentuhan dengan kawat yang bagian atas pada rangkaian, ini akan membuat bagian atas dari kawat menjadi aman untuk disentuh tetapi bagian bawah yang menjadi bahaya apabila disentuh, seperti kebalikan dari skenario sebelumnya dimana pohon menyentuh bagian bawah rangkaian:

Skenario berbahaya yang terjadi bila rangkaian tidak di grounding

Dengan menyambungnya dahan pohon pada bagian atas kawat pada rangkaian, kawat tersebut menjadi konduktor ground pada rangkaian itu, secara elektris berarti tersambung dengan ground bumi. Sehingga tidak ada tegangan antara kawat atas dengan ground, tetapi tegangan penuh ada di antara kawat bagian bawah dan ground. Seperti disebutkan sebelumnya, dahan pohon adalah satu-satunya kemungkinan terjadinya kesalahan ground pada sistem tenaga listrik.

Lihat sistem tenaga listrik tanpa ground dan tanpa kontak dengan dahan pohon, tetapi sekarang ada dua orang yang menyentuh kawat di satu titik.

Skenario berbahaya lainnya bila suatu rangkaian listrik tidak di grounding

Dengan masing-masing orang berdiri di atas ground, menyentuh titik yang berbeda pada rangkaian itu, sebuah jalur arus listrik tercipta melewati satu orang, melewati bumi, dan melewati orang yang lainnya. Walaupun masing-masing orang berpikir mereka dapat dengan aman menyentuh suatu titik pada rangkaian itu, tetapi kombinasi dari aksi mereka menciptakan skenario mematikan. Efeknya, salah satu orang melakukan kesalahan ground yang membuat orang lainnya tidak aman. Inilah mengapa sistem tenaga listrik tanpa grounding sangatlah berbahaya: tegangan antara suatu titik pada rangkaian dengan ground (bumi) menjadi tidak bisa diprediksi, karena kesalahan ground bisa saja terjadi pada suatu titik dan pada suatu waktu. Satu-satunya karakter yang terjamin secara aman pada semua skenario dan kondisi ini adalah burung, yang sama sekali tidak mempunyai sambungan ke ground bumi. Dengan menyambungkan suatu titik pada rangkaian ke ground bumi (men-grounding rangkaian), paling tidak keamanan bisa dijamin pada suatu titik pada rangkaian itu. Ini lebih aman dari pada tidak punya ground sama sekali.

Untuk pertanyaan kedua, sepatu kulit memang memiliki sifat isolator dalam menghantarkan listrik untuk melindungi penggunanya dari sengatan listrik melalui kakinya. Namun, kebanyakan disain sepatu pada umumnya tidak benar-benar aman secara elektris, bagian tapak sepatu terlalu tipis dan substansi bahannya tidak tepat. Juga, kelembapan, kotoran, atau garam konduktif yang dihasilkan dari keringat membuat sepatu tidak lagi aman. Ada beberapa sepatu yang dibuat khusus untuk menanggulangi bahaya listrik, bagian telapak terbuat dari karet yang tebal sehingga bisa menahan listrik saat si pemakai bekerja pada rangkaian listrik yang sedang beroperasi, tetapi penggunaan sepatu ini harus benar-benar bersih, kering sehingga bisa bekerja secara efektif. Jadi, alas kaki yang biasa tidaklah cukup untuk menjamin pelindungan dari sengatan listrik.

Penelitian tentang konduksi dan resistansi kontak antara bagian tubuh manusia dengan titik kontak (seperti ground) menunjukkan nilai-nilai yang berbeda-beda. Seperti tertera pada data ini.

• Kontak tangan atau kaki, tertutup oleh karet : umumnya 20 MΩ
• Kontak kaki menggunakan sepatu yang alasnya dari kulit (kering) : 100 kΩ hingga 500 kΩ
• Kontak kaki menggunakan sepatu yang alasnya dari kulit (basah) : 5 kΩ hingga 20 kΩ

Seperti yang anda lihat, tidak hanya karet yang lebih baik dari pada kulit sebagai insulator, tetapi kehadiran air pada bahan-bahan ini akan mengurangi nilai resistansi insulator ini dalam jumlah yang sangat besar.

Jawaban untuk pertanyaan nomor tiga, kotoran/debu bukanlah konduktor yang baik. Kotoran terlalu miskin sebagai konduktor untuk mengalirkan arus listrik. Namun, ia akan mengalirkan sedikit arus untuk mencederai atau bahkan membunuh manusia, jadi, bahkan nilai konduktivitas yang sangat kecil pada debu pun dapat menghasilkan jalur arus listrik yang mematikan ketika ada cukup tegangan yang besar.

Beberapa permukaan ground adalah insulator yang lebih baik dari pada lainnya. Misalnya aspal yang diminyaki, mempunyai nilai resistansi yang lebih besar dari pada kotoran atau batu. Namun beton cenderung mimiliki resistansi yang rendah karena ia tersusun dari air dan bahan elektrolit (bahan kimia yang konduktif).

Sumber : elkaasik