## Sensor Kebocoran Arus Listrik pada Aliran Air Water Heater
Hartono * , Sugito dan R.Farzand Abdullatif
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Jenderal Soedirman Jl . Dr. Soeparno 61 Karangwangkal Purwokerto * Corresponding Autor: harlaras@gmail.com
Abstrak  – Kebocoran  arus listrik  pada  water  heater  elektrik  tidak  dapat  dideteksi  secara  visual.  Hal  ini  dapat berdampak  buruk  pada  penggunanya,  karena  arus  listrik  bocor  akan  mengikuti  aliran  air.  Sensor  arus  listrik merupakan  sensor  yang  dapat  mendeteksi  terjadinya  kebocoran  arus  listrik  pada  water  heater.  Sensor  akan mendeteksi  terjadinya  kebocoran  arus  listrik  dalam  aliran  air  dari  water  heater.  Sensor  dibuat  dari  elektroda tembaga  yang ditanam  dalam pipa PVC. Pengujian sensor dilakukan terhadap variasi tegangan pada  hambatan tetap  dan  variasi  hambatan  pada  tegangan  tetap.  Variasi  tegangan  AC  dilakukan  dari  0  sampai  220  volt sementara variasi hambatan mulai dari 1 K  sampai 100 K  . Kondisi hambatan 1 K  mewakili hambatan kulit tubuh  manusia  dalam  keadaan  basah  dan  100  K  mewakili  hambatan  kulit  tubuh  dalam  keadaan  kering terisolasi. Hasil analisis menunjukkan bahwa sensasi syok tidak nyeri mulai dapat dirasakan pada tegangan 30 V arus sebesar 5,16 mA pada kondisi hambatan 1 K  . Sementara pada kondisi kebocoran tegangan 220 V, sensasi syok tidak nyeri mulai dirasakan pada kondisi hambatan tubuh 42 K  dengan arus sebesar 4,99 mA.
Kata kunci: sensor arus, kebocoran arus listrik, water heater, syok tidak nyeri.
Abstract – Leakage  of  electric  current  in  electric  water  heater  cannot  be  detected  visually.  This  can  have  a negative impact on the user, because a leaky electric current will follow the flow of water. An electric current sensor  detecting current  leak  into  water flowing  out  from  a  water heater has  been  constructed.  The  sensor  is made of a copper electrode  implanted  in  a PVC  pipe. It  is subjected to tests  in which the voltage  is  varied  at constant resistance and otherwise the resistance is varied at constant voltage. The variation of the AC voltage is conducted  from  0  to  220 volt whereas  that of the  resistance is from  1 K  to 100  K  .  The  1  K  resistance is meant  to  represent  the  resistance  of  human  skin  in  wet  condition  and  the  100  K  represents  that  of  dry insulated skin. Analysis shows that unpainful shock sensation surges at 30 V, 5.16 mA, with 1 K  resistance. In the  current  leak  condition  at  220  V,  unpainful  shock  is  sensed  at  body  resistance  of  42  K  with  4,99  mA current.
Key words: Current sensor, current leak, water heater, unpainful shock

## PENDAHULUAN
Kebocoran  arus  listrik  pada  water  heater merupakan  masalah  yang  serius.  Arus  listrik tidak hanya mengalir melalui bahan penghantar atau  konduktor  padat,  melainkan  juga  dapat terjadi  melalui  medium  cair,  seperti  air.  Akibat terjadinya kebocoran arus listrik dapat menyebabkan  terjadinya  sengatan  listrik  pada tubuh  manusia.  Kebocoran  arus  listrik  dari pemanas  air  elektrik  pernah  terjadi  dan  tidak terdeteksi  secara  visual,  akibatnya  adalah pengguna meninggal dunia.
Setiap penghantar mempunyai hambatan  yang  bervariasi  dalam  mengalirkan arus  listrik.  Tubuh  manusia  merupakan  salah satu  penghantar  listrik  yang  baik  sekalipun tubuh  manusia  memiliki  hambatan  listrik.
Hambatan  tubuh  manusia  pada  kondisi  kulit kering  berkisar  antara  1000  sampai  dengan 100.000  , sedangkan pada kondisi kulit basah akan  menurun  sampai  1000  [1].  Sengatan arus  listrik  yang  terjadi  pada  tubuh  manusia akan memberikan  dampak negatif yang bervariasi.  Dampak  yang  dapat  terjadi  mulai yang  paling  ringan  adalah  kejutan  otot,  kejang pada  sebagian  organ  termasuk  jantung  sampai pada  terbakarnya  jaringan  tubuh  [2].  Kejadian sengatan  arus  listrik  yang  selama  ini  sering terjadi  adalah  karena  aliran  arus  listrik  bolak balik  (AC).  Berdasarkan    pada  penelitian  yang pernah  dilakukan  Cekin  N,  dkk  menunjukkan bahwa kematian akibat sengatan listrik tegangan rendah  di  rumah  tangga  dan  tempat  kerja mencapai 34,9% [3].
Perubahan  polaritas  yang  terjadi  setiap waktu  menyatakan  frekuensi  dari  arus  AC. Frekuensi  arus  AC  akan  mempengaruhi kontraksi pada otot.  Hal  ini  yang  menyebabkan arus  AC  jauh  lebih  berbahaya  dibandingkan arus  DC  pada  nilai  tegangan  yang  sama  [4]. Sengatan  arus  listrik  AC  dapat  mengakibatkan kontraksi  otot  secara  terus  menerus  selama aliran arus belum terputus. Hal ini menyebabkan korban  mengalami  kejang  pada  bagian  organ- organ  tubuhnya  termasuk  tangan  dan  kaki.  Hal ini yang menyebabkan korban tidak mempunyai kemampuan  untuk melepaskan  diri  dari sengatan  arus  listrik.  Otot  rangka  merupakan jaringan yang membawa arus listrik paling besar karena  otot  rangka  memiliki  proporsi  volume yang  paling  besar  dibandingkan  jaringan lainnya [5].
Pengaruh  yang  dapat  terjadi  akibat sengatan  listrik  adalah  kerusakan  organ  atau jaringan  tubuh.  Tingkat  kerusakan  yang  terjadi pada  tubuh  korban  dipengaruhi  oleh  hambatan tubuh,  tegangan  dan  arus  listriknya.  Hambatan tubuh  dipengaruhi  oleh  tingkat  kebasahan bagian  luar  tubuh.  Hambatan  tubuh  yang  basah atau  berkeringat  akan  menurun  sampai  1000  . Penurunan hambatan tubuh akan memudahkan  arus  listrik  masuk  dalam  tubuh. Semakin  besar  arus  listrik  yang  masuk  dalam tubuh  akan  semakin  besar  juga  pengaruh  yang terjadi.  Pengaruh  sengatan  listrik  pada  tubuh manusia pada berbagai nilai arus seperti terlihat pada Tabel 1 .
Tabel  1. Pengaruh  sengatan  listrik  terhadap  organ  tubuh manusia  dengan  asumsi  terjadi  kontak  langsung  dengan kulit [4]
I(mA ) Efek fisiologis V pada R tubuh 1 KΩ 100 KΩ 1 batas ambang merasa geli 1 10 5 sensasi syok, tidak nyeri 5 500 10 – 20 nyeri  disertai  kontraksi  otot yang  hebat  dan  kesulitan bernafas 10 1000 100 – 300 fibrilasi ventrikel dan kelumpuhan pernafasan 100 10000 6000 fibrilasi ventrikel, kelumpuhan pernafasan, dan luka bakar 6000 600000
Sesuai  dengan  hukum  Kirchhoff,  aliran  arus listrik  (I)  hanya  akan  terjadi  dalam  loop tertutup. Dalam sebuah loop tertutup terdiri dari sumber tegangan dan hambatan yang terhubung sehingga  menyebabkan  terjadinya  aliran  arus listrik.  Tubuh  manusia  merupakan  salah  satu penghantar sekaligus hambatan untuk membentuk  loop  tertutup.  Menurut  hukum Ohm,  kemudahan  aliran  muatan  listrik  pada suatu  penghantar  ditentukan  oleh  dua  faktor, yaitu  hambatan  (R)  dari  penghantar  dan  beda potensial (V) pada kedua ujungnya [6], sehingga dapat dituliskan sebagai berikut:
(1)

## METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN
Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen di  laboratorium.  Sensor  digunakan  untuk mendeteksi  terjadinya  kebocoran  arus  listrik dalam  aliran  air  yang  keluar  dari  water  heater. Sinyal  listrik  yang  terdeteksi  oleh  sensor dikarakterisasi  untuk  mendapatkan  nilai  arus dan  tegangan  pada  berbagai  nilai  tegangan  dan kondisi hambatan tubuh. Karakterisasi dilakukan  terhadap  variasi  tegangan  pada kondisi hambatan konstan dan variasi hambatan pada  tegangan  konstan.  Variasi  hambatan dilakukan mulai dari 1 sampai 100  K  setiap 1 K  .  Variasi  hambatan  ini  untuk  menggantikan nilai  hambatan  tubuh  manusia  mulai  dari keadaan  kulit  basah  sampai  kering.  Hambatan kulit  tubuh  manusia  berkisar  dari  300  sampai 1000 ohm [1]. Hasil karakterisasi diperoleh arus dan  tegangan  yang  dapat  digunakan  untuk menentukan  pengaruhnya  terhadap  kesehatan. Rancangan sensor seperti terlihat pada Gambar 1 .
Gambar 1 . Rancangan sensor kebocoran arus listrik.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Sensor  kebocoran  arus  dibuat  dari  bahan  pipa PVC  dan  elektroda  tembaga.  Sambungan  pipa PVC  berukuran  ½  inch  diberi  lobang  untuk
memasukkan elektroda tembaga. Sambungan ini dapat  langsung  dipasang  pada  pipa  aliran  air yang  keluar  dari  water  heater.  Elektroda  yang terdapat  didalamnya  yang  bertugas  mendeteksi apabila  terjadi  kebocoran  arus  listrik  dalam aliran  air.  Sementara  hambatan  uji  sebagai pengganti hambatan tubuh manusia menggunakan  hambatan  tetap  sebesar  1  K  sebanyak  100  buah.  Rangkaian  hambatan disusun  dengan  konfigurasi  seri,  sehingga hambatan  totalnya  sebesar  100  K  .  Tampilan sensor dan variasi hambatan seperti terlihat pada Gambar 2.
Gambar 2 . Sensor kebocoran arus listrik dan hambatan uji
Karakterisasi  pertama  dilakukan  terhadap  sensor adalah  variasi  tegangan  kebocoran  arus  untuk hambatan  konstan.  Nilai  hambatan  ditetapkan sebesar 1 K  , 10  K  , 20 K  , 50  K  dan 100 K  . Tegangan  divariasikan  mulai  0  sampai  220  volt  AC setiap  5  volt.  Hasil  pengukuran  arus  pada  variasi tegangan  seperti  terlihat  pada  grafik Gambar  3 . Menurut  Prasad,  2010,  sensasi  syok  tidak  nyeri terjadi  pada  sengatan  arus  listrik  sebesar  5  mA. Batasan  efek  sensasi  syok  tidak  nyeri  ditetapkan sebagai batas terendah. Hal ini dengan pertimbangan bahwa  pada  efek  ini  manusia  masih  dapat memberikan  reaksi  untuk  menyelamatkan  diri. Sementara efek yang lebih besar dari ini sudah mulai membahayakan  bagi  kondisi  tubuh.  Hasil  analisis menunjukkan  bahwa  sensasi  syok  tidak nyeri  terjadi pada  tegangan  AC  yang  berbeda  untuk  kondisi hambatan  tubuh  yang  berbeda.  Batas  tegangan  yang mulai  memberikan  sensasi  syok  tidak  nyeri  seperti terlihat pada Tabel 2 .
Tabel 2 . Efek syok  tidak nyeri  dari kebocoran  arus  listrik dalam air untuk kondisi hambatan tubuh yang berbeda.
1 K 10 K
20 K 30 K 50 K 100 K Arus (mA) 5,16 5,08 4,95 4,9 4,14 2,15 Tegangan (V AC ) 30 75 120 165 220 220
Gambar  3 .  Respon  kebocoran  arus  listrik  dalam  air pada variasi tegangan
Berdasarkan  pengujian  sensor  diperoleh respon  arus  pada  beberapa  nilai  hambatan bervariasi.  Respon  arus  listrik  yang  mulai memberikan  sensasi  syok  tidak  nyeri  terjadi pada  hambatan  1KΩ  sebesar  5,16  mA  pada tegangan  sumber  30  V AC .  Hambatan  1  KΩ merupakan  tubuh  dalam  kondisi  basah,  dengan demikian  dapat  diartikan  bahwa  tubuh  mulai merasakan  sensasi  syok  tidak  nyeri  pada tegangan  sumber  30  V AC .  Respon  arus  listrik pada  hambatan  yang  semakin  besar  yang memberikan  sensasi  syok  tidak  nyeri  terjadi pada  tegangan  sumber  yang  makin  besar.  Pada hambatan 50 dan 100  KΩ dapat  diartikan  tidak sampai  memberikan  sensasi  syok  tidak  nyeri sekalipun tegangan sumber yang bocor mencapai  220  V AC .  Pada  pengujian  ini,  dapat disimpulkan  bahwa  sensor  mampu  merespon terjadinya kebocoran arus listrik dalam air.
Karakterisasi  yang  kedua  dilakukan  terhadap variasi hambatan tubuh pada kondisi tegangan tetap. Tegangan  ditetapkan  sebesar  220  V AC ,  sementara hambatan  pengganti  tubuh  divariasi  dari  1  sampai 100  K  setiap  1  K  .  Hasil  pengukuran  dapat ditunjukkan  seperti  pada Gambar  4 .  Berdasarkan pada  data  hasil  pengukuran  untuk  tegangan  tetap sebesar  220  V AC ,  sensasi  syok  tidak  nyeri  mulai dirasakan  pada  hambatan  tubuh  42  K  dengan  arus kebocoran  sebesar  4,99  mA.  Dengan  demikian, untuk hambatan tubuh yang lebih rendah dari 42 K  akan merasakan efek kejutan listrik yang lebih besar.
Gambar  4 .  Respon  kebocoran  arus  listrik  dalam  air  pada variasi hambatan untuk tegangan tetap 220 V.
Berdasarkan  pada  hasil  karakterisasi sensor  dapat  dinyatakan  bahwa  sensor  dapat merespon  terjadinya  kebocoran  arus  listrik  AC dengan  baik.  Dengan  demikian  sensor  dapat diaplikasikan  pada  jaringan  pipa  pemanas  air. Sensor  dapat  diintegrasikan  dengan  rangkaian pengendali  sebagai  sistem  otomatisasi.  Dengan sistem otomatisasi semacam ini diharapkan akan dapat  menekan  jatuhnya  korban  jiwa  yang diakibatkan  oleh  kebocoran  arus  listrik  dalam air.

## KESIMPULAN
1. Sensor  dapat  merespon  kebocoran  arus
listrik dalam air dari tegangan 5 hingga 220
V AC .
2. Sensasi  syok  tidak  nyeri  mulai  dirasakan pada kondisi hambatan  tubuh 1 K  terjadi
pada tegangan 30 V, hambatan 10 K  pada tegangan  75  V,  hambatan  20  K  pada tegangan  120  V,  hambatan  tubuh  30  K  pada  tegangan  165  V.  Sementara  pada hambatan 50 K  dan 100 K  tidak terjadi sensasi  syok  tidak  nyeri  sampai  pada tegangan 220 V.
3. Kebocoran  pada  tegangan  220  V AC mulai memberikan  efek  sensasi  syok  tidak  nyeri
pada kondisi hambatan tubuh  42 K  .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan  terimakasih  kepada    pihak-pihak yang  sudah  membantu  terlaksananya  penelitian ini. Penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Lembaga  Penelitian  dan  Pengabdian  Pada Masyarakat UNSOED yang sudah memberikan dana penelitian. 2. Laboratorium  Elektronika  Instrumentasi dan  Geofisika  Jurusan  Fisika  FMIPA UNSOED.

## PUSTAKA
[1] Reddy,  G.  N.,  &  Reddy,  G.  J.  (2013).
Effects  of  Wireless  Electricity  on  Human Bodies. International Journal of Engineering  Trends  and  Thechnology (IJETT) , 2567-2569.
[2] AllAboutCircuits.  (2015).  Physiological Effects of Electricity.
[3] Cekin, e. a. (2005). Childhood Deaths Due To Electrocution In Adana. Tohoku J. Exp.
Med , 73-80
[4] Prasad,  D.,  Sharma,  A.  K.,  &  Sharma,  H. C.  (2010). International  Journal  of
Electrical and Power Engineering, Electric
Shock  and  Human  Body. India:  National
Institute of Technology
[5] Hannig, J., Lee, R. C., & Zhang, D. (2000).
Biophysical Injury Mechanisms In Electrical  Shock  Trauma. Annual  Review Biomedical Engineering , 477-509.
[6] Alonso.  M  dan  Edward  J.  Finn.  1994. Dasar-Dasar  Fisika  Universitas , Edisi Kedua Jilid 2 . Penerbit Erlangga: Jakarta