Pericolosità corrente e tensione elettrica

P E R I C O L O S I T À DELLA C O R R E N T E E L E H R I C A
Inizia c o n questa UD l'esame d e i m e t o d i d i protezione d a l l e fulminaz i o n i elettriche, metodi aventi lo s c o p o d i a u m e n t a r e il livello d i sicur e z z a delle a t t i v i t à che c o m p o r t a n o l'uso d e l l ' e l e t t r i c i t à , c o n t e n e n d o il
rischio, inteso nel senso d e f i n i t o ne\\'UD4,
entro determinati limiti, in
m o d o d a r e a l i z z a r e un accettabile
livello di sicurezza, in r e l a z i o n e all ' a t t i v i t à svolta, alle c o n o s c e n z e specifiche possedute d a l l e p e r s o n e
c o i n v o l t e , a l l ' e n t i t à del d a n n o p r o b a b i l e che si a v r e b b e al verificarsi
d i un evento sfavorevole.
A p p r e s t a r e sistemi per la p r o t e z i o n e d a i pericoli d e l l a corrente
elettrica p r e s u p p o n e la c o n o s c e n z a d i tale p e r i c o l o s i t à , in termini d i
effetti d e la corrente elettrica sul c o r p o u m a n o e di v a l o r i limite a m messi: questo è p r o p r i o l'obiettivo specifico d e l l ' U D .
Per e v e n t u a l i , u teriori, a p p r o f o n d i m e n t i si r i m a n d a alla pubblicazione C E I 6 4 , fascicolo 4 9 8 5 R.
12.1
Percezione della corrente elettrica
G l i o r g a n i s m i v i v e n t i sono m o l t o sensibili alle correnti elettriche, com'è
noto s i n d a i t e m p i degli e s p e r i m e n t i d i G a l v a n i e Volta. Considerando l a
singola cellula, si rileva che essa h a u n potenziale elettrico negativo, detto
p o t e n z i a l e d i r i p o s o , della p a r t e i n t e m a rispetto all'esterno: nelle cell u l e del sistema nervoso centrale dei m a m m i f e r i t a l e potenziale h a i l V E J O r e d i circa 70 mV.
0
Fig. 12.1
Curva di eccitabilità di una cellula.
a Valore asintotico
t
Per effetto d i uno stimolo elettrico i m p u l s i v o , d i a p p r o p r i a t a intensità
e d u r a t a , i l potenziale cellulare s i modifica i n valore e segno, diventando
positivo e ritornando p o i a l valore i n i z i a l e ( p o t e n z i a l e d ' a z i o n e ) . L a
variazione d i potenziale è d o v u t a a uno scambio ionico t r a l ' i n t e r n o e l'esterno della cellula, attraverso l a m e m b r a n a cellulare. L'ampiezza m i n i m a dell'impulso occorrente per eccitare l a cellula e d e t e r m i n a r n e l ' i n v e r sione del potenziale decresce a l l ' a i m i e n t a r e della d u r a t a , tendendo a un
valore costante, secondo l a c u r v a d i eccitabilità m o s t r a t a i n d i c a t i v a m e n t e nella fìgura 12.1.
I segnaH elettrici connessi con l'attività cellulare vengono trasmessi
dai n e u r o n i del sistema nervoso, p a r t i c o l a r m e n t e s v i l u p p a t i nell'uomo, e
controllano l'attività dei v a r i o r g a n i ( b a t t i t o cardiaco, respirazione ecc.).
L a presenza d i stimoU e l e t t r i c i i m m e s s i dall'esterno, per esempio i n occasione del contatto con p a r t i elettriche, e che superino l a soglia d i eccitabilità, influisce s u t a l i f u n z i o n i v i t a h , d e t e r m i n a n d o effetti
fisiopatologici
(che s i configurano cioè come s t a t i d i m a l a t t i a fisica i n senso lato) v a r i a m e n t e pericolosi i n funzione d i v a r i f a t t o r i , d i cui i più i m p o r t a n t i sono
l'intensità della corrente, la durata del contatto, la natura della
corrente,
la frequenza, la massa corporea, lo stato di salute generale, il sesso del soggetto
interessato.
Per stabiUre i l valore d i corrente percepibile d a i m a persona occorre
a n z i t u t t o considerare che la percezione
della corrente è un fatto
individuale: per d e t e r m i n a r e q u i n d i dei v a l o r i d i riferimento bisogna rifarsi a
c r i t e r i statistici e a metodi sperimentaU.
Considerando i l minimo valore di corrente avvertito dal 50% delle per-
PERICOLOSITÀ DELIA CORREhfTE ELETTRICA
il
som c o s t i t u e n t i i l campione i n prova, n e l caso d i contatto t r a m a n o e filo
d i r a m e sono s t a t i r i l e v a t i i seguenti v a l o r i (per l a corrente a l t e r n a t a i l
valore è quello efficace):
— 5 m A ( u o m i n i ) e 3,5 m A (donne) per l a corrente continua;
— 1,1 m A ( u o m i n i ) e 0,7 m A (donne) per l a corrente a l t e r n a t a a 60 H z .
Si è notato che l a corrente c o n t i n u a per essere a v v e r t i t a (e anche per prod u r r e effetti equivalenti) necessita d i un'intensità maggiore d i quella
a l t e r n a t a a 50/60 H z , a causa d i u n fenomeno celluleire detto a c c o m o d a z i o n e : i n presenza d i i m o stimolo i n i n t e r r o t t o l a cellula s i a d a t t a alla
n u o v a situazione, aumentando l a soglia d i eccitabilità.
Se s i considerano come v a l o r i d i soglia q u e l l i a v v e r t i t i d a u n a m i n o r e p e r c e n t u a l e d i soggetti, s i ottengono o v v i a m e n t e r i s u l t a t i d i v e r s i da
q u e l l i r i p o r t a t i . Per esempio, per p e r c e n t u a l i dello 0,5% del c a m p i o n e i n
p r o v a , i v a l o r i m i n i m i p e r c e p i t i s u i p o l p a s t r e l l i delle d i t a sono circa
0,5 m A per l a corrente a l t e r n a t a a 50/60 H z e 2 m A per l a c o r r e n t e continua.
I documenti n o r m a t i v i fanno p r o p r i o r i f e r i m e n t o a questi v a l o r i e a
i m a sogha d i percezione così d e f i n i t a :
DEFINIZIONE
la soglia di percezione è il v a l o r e m i n i m o d i corrente c h e c a u s a u n a
s e n s a z i o n e a l l a p e r s o n a a t t r a v e r s o c u i fluisce la c o r r e n t e .
Sono s t a t i s t a b i l i t i i seguenti valori di massima p e r i l contatto con l a
mano, i n d i p e n d e n t i d a l l a d u r a t a del contatto stesso:
— 0,5 m A per l a corrente a l t e r n a t a a 50/60 H z ;
— 2 m A per l a corrente continua.
Si tenga presente che l a p a r t e del corpo u m a n o più sensibile a l l a corrente elettrica è l a l i n g u a , con u n a sogha d i percezione d i circa 45 pA.
N e l caso d i corrente a l t e r n a t a sinusoidale, sul valore della soglia d i
percezione h a notevole i n f l u e n z a l a fi'equenza: correnti di maggiore
frequenza sono meno avvertite, ossia i valori di soglia sono maggiori. Questa
caratteristica è comime anche a d a l t r i effetti causati d a l passaggio della
corrente elettrica n e l corpo u m a n o e d è d a ricercare nella f o r m a della
curva d i eccitabihtà della cellula.
L a corrente a l t e r n a t a può essere r i t e n u t a i n f a t t i come u n a serie d i
i m p u l s i d i d u r a t a inversamente proporzionale alla fi-equenza: a l crescere
d i questa diminuisce l a d u r a t a dell'impulso e deve pertanto a u m e n t a r e
l'intensità a t t a a p r o d u r r e l a modificazione del potenziale d i riposo della
cellula.
Per v a l u t a r e q u a n t i t a t i v a m e n t e l'aumento della corrente d i sogha
a l l ' a u m e n t a r e della frequenza, è stato i n t r o d o t t o i l fattore d i fi-equenza
(F^), così definito:
il fattore di frequenza (Ff) è il r a p p o r t o tra la c o r r e n t e d i s o g l i a alla
f r e q u e n z a c o n s i d e r a t a e la c o r r e n t e d i s o g l i a a 5 0 / 6 0 H z .
DEFINIZIONE
Per esempio alla fi-equenza d i 900 H z s i h a = 2, relativo a l l a sogha di
percezione; tale valore indica u n a corrente d i sogha doppia ( p a r i q u i n d i a
1 m A ) rispetto a quella a 50/60 H z .
234
Protezione dalle tensioni di contatto
^
Modulo C
L e figure 12.2 e 12.3 r i p o r t a n o i v a l o r i del f a t t o r e d i frequenza, r e l a t i v o
alla soglia d i percezione, rispettivamente p e r fì-equenze d a 50/60 H z a
1000 H z (1 k H z ) e da 1 a 10 k H z .
Fsg.
150
100
12.2
Variazione della soglia di percezione
d
per frequenze da 5 0 / 6 0 Hz
<s
a 1000 Hz.
FJg.
50
i
12.3
10
Variazione della soglia di percezione
per frequenze da 1000 a 10 0 0 0 Hz.
50/60
100
200
300
500
1000
2
frequenza f (Hz)
Fig. 12.2
12.2
3
5
10
frequenza /"(kHz)
rig. 12.3
Effetti fisiopatologici
I l passaggio d e l l a corrente elettrica attraverso i l corpo um£mo può p r o d u r r e v a r i effetti, consistenti generalmente i n a l t e r a z i o n i delle v a r i e f u n zioni v i t a l i (controllo dei m o v i m e n t i , respirazione, b a t t i t o cardiaco) e lesion i a l sistema nervoso, a i v a s i s a n g u i g n i , all'apparato visivo e u d i t i v o , all'epidermide ecc. T r a i v a r i fenomeni, a l c u n i sono p a r t i c o l a r m e n t e f r e q u e n t i
e pericolosi; l'indagine sperimentede, condotta sia s u persone che s u a n i m a h , h a permesso d i stabihre i v a l o r i s t a t i s t i c i m e d i della corrente per l a
quale si h a l'insorgenza dei fenomeni.
Tetanizzazione dei muscoli
DEFINIZIONE
La tetanizzazione dei muscoli consiste nella c o n t r a z i o n e i n v o l o n t a r i a
d e i muscoli interessati al p a s s a g g i o d e l i a c o r r e n t e , n o n p i ù c o m a n d a t i d a g l i impulsi elettrici f i s i o l o g i c i .
N e l l a forma più grave n o n consente all'interessato d i staccarsi dalla parte
i n tensione, p r o l u n g a n d o q u i n d i i l contatto e producendo effetti ancora più
dannosi.
DEFINIZIONE
II massimo v a l o r e d i c o r r e n t e per il q u a l e u n a p e r s o n a p u ò a n c o r a lasciare la presa u s a n d o i muscoli d i r e t t a m e n t e stimolati è c h i a m a t o
corrente di rilascio.
L'esperienza h a dimostrato che una persona può sopportare, senza conseguenze deleterie, d i essere sottoposta ripetutamente alla sua corrente d i rilascio, almeno per i l tempo necessario a staccarsi d a l contatto. D a esperiment i condotti con corrente alternata sinusoidale a 50/60 H z si è visto che U 50%
delle persone costituenti i l campione i n prova riesce a staccarsi dal contatto
per valori efficaci circa p a r i a 16 m A per gh u o m i n i e 11 m A per le donne.
PERICOLOSITÀ DELIA CORRENTE ELETTRICA
UD 12
235
CEI 64, fascicob 4985 R
L a pubblicazione C E I 64 s u g l i effetti della corrente attraverso i l corpo
u m a n o definisce
DEFINIZIONE
soglia di rilascio il m a s s i m o v a l o r e d i c o r r e n t e a cui u n a p e r s o n a p u ò
lasciare gli elettrodi c o n i q u a l i è in c o n t a t t o .
L a soglia d i rilascio dipende da v a r i p a r a m e t r i , come l'area d i contatto, la
forma o l a dimensione degli e l e t t r o d i , le caratteristiche fisiologiche dell'individuo, la f o r m a d'onda e l a frequenza della corrente.
N e l caso della corrente alternata a 50/60 H z viene assimto come soglia
d i rilascio i m valore d i m a s s i m a p a r i a 10 m A .
A l v a r i a r e della frequenza i l valore della sogUa d i rilascio presenta
u n a zona d i m i n i m o t r a 10 H z e 100 H z ; per frequenze s u p e r i o r i aument a notevolmente. Per esempio, a 10 k H z i l r e l a t i v o fattore d i frequenza è
circa uguale a 5 e q u i n d i i l v a l o r e d i sogha d i v e n t a 50 m A , risultato che
conferma la m i n o r e pericolosità delle c o r r e n t i a frequenza elevata.
L e figure 12.4 e 12.5 riportano i v a l o r i del fattore d i frequenza relativo alla
sogha d i rilascio, rispettivamente per frequenze d a 50/60 H z a 1000 Hz e
da 1 a 10 k H z .
Fig.
12.4
Variazione della soglia di rilascio per
frequenze do 5 0 / 6 0 Hz a 1000 Hz.
Fig.
12.5
Variazione della soglia di rilascio per
frequenze da 1000 a 10 0 0 0 Hz.
200
300
500
2
1000
frequenza/"(Hz)
Fig. 12.4
3
5
10
frequenza/" (kHz)
Kg. 12.5
N e l caso della corrente continua è più difficile p a r l a r e d i soglia d i rilascio; fino a correnti d i circa 300 m A i dolori e le contrazioni muscolari sono
provocati solo dallo s t a b i h r s i e d a l l ' i n t e r r o m p e r s i della corrente e non
dalla sua conduzione. Per v a l o r i approssimativamente s u p e r i o r i a 300 mA
i l rilascio può diventare impossibile o possibile solo dopo parecchio tempo,
anche dell'ordine dei m i n u t i .
Dato i l maggior valore del h m i t e indicato rispetto alla soglia d i 10 mA,
resta confermata l a m i n o r e pericolosità della corrente continua rispetto a
quella a l t e r n a t a a 50/60 H z .
Difficoltà e a r r e s t o d e l l a r e s p i r a z i o n e
C o r r e n t i d i d u r a t a maggiore e Uevemente superiori a l l i m i t e d i rilascio
possono provocare difficoltà e arresto della respirazione, con effetti sempre più g r a v i a l l ' a u m e n t a r e dell'intensità della corrente e della d u r a t a del
contatto.
L a causa v a ricercata n e l l a contrazione dei muscoh a d d e t t i alla respi-
Protezione dalle tensioni di contatto
236
Modulo C
razione e n e l l a paradisi dei c e n t r i n e r v o s i da c m dipende questa funzione.
H fenomeno è reversibile solo se s i i n t e r v i e n e entro pochi m i n u t i d a l l'infortunio.
Fibrillazione ventricolare
È l'effetto più pericoloso prodotto d a l passaggio della corrente n e l corpo
l u n a n o ed è quello che provoca i l m a g g i o r n u m e r o d i decessi per folgorazione e l e t t r i c a .
DEFINIZIONE
La fibrillazione ventricolare è u n o stato d i a s i n c r o n i s m o c o m p l e t o
d e l l e f i b r e m i o c a r d i c h e v e n t r i c o l a r i , d u r a n t e il q u a l e c i a s c u n a f i b r a
• s v i l u p p a una c o n t r a z i o n e p r o p r i a e i n d i p e n d e n t e .
Intensità della corrente che
N e l cuore attraversato da c o r r e n t i elettriche esteme, t a h c o r r e n t i s i sovrappongono a quelle fisiologiche, prodotte d a l nodo senoatriale, che h a n n o
l a funzione d i far contrarre i n modo ritmico e regolare le fibre m u s c o l a r i
dei ventricoli. L a presenza d i c o r r e n t i esteme fa perdere l'ordine d i azion a m e n t o ritmico, generando i m a contrazione scoordinata e caotica che
impedisce a l cuore d i svolgere l a sua funzione e che p o r t a alla m o r t e per
arresto cardiaco e della circolazione sanguigna.
L a f i b r i l l a z i o n e s i a u t o m a n t i e n e per c m , i m a v o l t a innescata, c o n t i n u a Euiclie se cessa l a causa che l'ha provocata. L a m o r t e d e l soggetto può
essere i m p e d i t a solo a t t u a n d o r a p i d a m e n t e l a d e f i b r i l l a z i o n e , che consiste nell'applicare a l miocardio, m e d i a n t e u n apposito apparecchio d e f i b r i l l a t o r e , i m a tensione a l t e r n a t a o i m p u l s i v a con v a l o r i d i circa 500 V
per l ' a l t e r n a t a e 4000 V per 0,3 s (valore d i cresta) per g h i m p u l s i . Questo
shock elettrico produce l a depolarizzazione r a p i d a e s i m u l t a n e a d i t u t t e
le fibre del muscolo cardiaco, p e r m e t t e n d o a l nodo senoatriale e alle v i e
d i conduzione d i ristabilire i l n o r m a l e ritmo cardiaco.
G h e s p e r i m e n t i c o m p i u t i per s t a b i l i r e i v a l o r i d i corrente pericolosa
n e i riguEU-di della fibrillazione v e n t r i c o l a r e h a n n o avuto come soggetti g h
a n i m a l i . L'estrapolazione all'uomo d e i risultati così o t t e n u t i i n t r o d u c e
delle incertezze. L e prove effettuate h a n n o evidenziato che l a corrente
necessaria per p r o d u r r e fibrillazione dipende dalla durata del contatto,
dalla massa corporea e dai punti di applicazione della corrente. G l i u l t i m i
due f a t t o r i influenzano l a d i s t r i b u z i o n e delle hnee d i corrente a l l ' i n t e r n o
del corpo; tenendo presente che l a corrente che interessa l a regione cardiaca è i m a fi-azione d i quella totale, v a r i a b i l e i n funzione della d i s t r i b u zione i n t e m a , risulta evidente che, a parità d i corrente totale, l a p r o b a b i Utà d'innesco della fibrillazione a u m e n t a a l crescere della densità d i corr e n t e n e l l a regione cardiaca.
E s p e r i m e n t i condotti su a n i m a l i d i v a r i a massa corporea con corrente
a l t e r n a t a a 50 H z e d u r a t a costante d i 5 s h a n n o f o r n i t o i l valore d i circa
180 m A per massa d i 70 k g e percorso più sfavorevole, con probabihtà d i
innesco della fibrillazione del 50%. A l t r i e s p e r i m e n t i , condotti a 60 H z con
d u r a t e v a r i a b i l i , hanno consentito d i stabilire, estrapolando all'uomo i
d a t i d i a n i m a h con massa corporea d i 70 k g , u n a s o g l i a d i
fibrillazion e con probabihtà 0,5% p a r i a:
/ = (165^ 185)/V^ ( m A )
produce fibrillazione in funzione
della durata del contatto
12.1
essendo t l a d u r a t a del contatto, i n secondi. D a l l a (12.1) s i deduce, p e r
PERICOLOSITÀ DELLA CORRENTE ELETTRICA
UD 12
237
esempio, che i n i m contatto d i d u r a t a 5 s si h a probabihtà d i fibrillazione
0,5% con corrente d i circa 80 m A , m e n t r e riducendo l a d u r a t a a 0,1 s essa
a u m e n t a a circa 550 m A . Per t e n e r conto dei p i m t i d i apphcazione della
corrente è stato i n t r o d o t t o u n
DEFINIZIONE
fattore d ì percorso, d e f i n i t o d a l r a p p o r t o :
d o v e /,,ye / sono le i n t e n s i t à d i c o r r e n t e aventi la stessa p r o b a b i l i t à di
innescare la f i b r i l l a z i o n e e r e l a t i v e , rispettivamente, al p e r c o r s o d i rif e r i m e n t o ( m a n o sinistra-piedi) e a q u e lo c o n s i d e r a t o .
*
I percorsi più pericolosi sono q u e l h a v e n t i F > 1 , per i q u a h si h a
per esempio:
— mano sinistra-torace
con F = 1,5
— m a n o destra-torace
con F = 1,3
Percorsi meno pericolosi sono:
— m a n o destra-dorso
— m a n o s i n i s t r a - m a n o destra
Pericolosità
del contatto intemo
Fattore di frequenza
I<Irif
come
con F = 0,3
con F = 0,4
U n caso p a r t i c o l a r e , e s t r e m a m e n t e pericoloso, è quello del c o n t a t t o i n t e r n o che si può v e r i f i c a r e , per esempio, n e i p a z i e n t i ricoverati i n i m i t a
coronariche e a v e n t i c a t e t e r i i n prossimità d e l cuore. I n questo caso l a
corrente può fluire a t t r a v e r s o i l catetere, andando t u t t a a i n t e r e s s a r e i l
muscolo cardiaco, raccogliendosi s u l l a piccola superficie a c o n t a t t o con
l'elettrodo. I n questa zona l a densità d i c o r r e n t e può d i v e n t a r e t a l e da
provocare fibrillazione, anche se l a c o r r e n t e t o t a l e immessa n e l corpo
h a v a l o r i m o l t o più piccoli rispetto a l caso d i contatto estemo. D a esperimenti
c o n d o t t i s u c a n i s i è v i s t o che i n queste condizioni u n a c o r r e n te d i 20 joA con f= (50 -i- 60 H z ) può innescare l a fibrillazione v e n t r i c o lare. P r u d e n z i a l m e n t e si può ritenere n o n pericoloso i l valore l i m i t e d i
10 |iA, v a l o r e e s t r e m a m e n t e basso, che i m p o n e l'uso d i sofisticati sistem i d i protezione.
A l l ' a u m e n t a r e della fi-equenza l a pericolosità della corrente d i m i n u i sce (la sogha d i fibrillazione a u m e n t a ) , come indicato n e l grafico l E C della
fìgura 12.6, che m o s t r a l'andamento d e l fattore d i fi-equenza r e l a t i v o alla
fibrillazione ventricolare i n funzione della fi-equenza, valido solo per d u r a te del contatto più l u n g h e del ciclo cardiaco e percorso della corrente l o n g i t u d i n a l e attraverso i l tronco del corpo.
U n a l t r o fattore da considerare è lo stato d i salute generale dell'infort u n a t o : l a debolezza fisica conseguente a m a l a t t i a o a l t r o fa d i m i n u i r e l a
soglia d i fibrillazione, rendendo più probabile i l suo innesco. Anche p e r
questa ragione g l i i m p i a n t i e l e t t r i c i per ospedali e locali medici sono soggetti a norme di prevenzione degli infortuni più severe rispetto a quelle per
ambienti normah.
Ustioni
L e u s t i o n i sono prodotte dal calore s v i l u p p a t o per effetto Joule d a l l a corrente che fluisce attraverso i l corpo. L'aumento d i t e m p e r a t u r a che ne con-
Protezione dalle tensioni di contatto
Modulo C
Fig.
12.6
Variazione della soglia
di fibrillazione ventricolare
per frequenze da 5 0 / 6 0 Hz
0 1000 Hz, per durate del contatto
superiori a un periodo cardiaco
e percorso della corrente longitudinale attraverso il tronco del corpo.
1000
frequenza /"(Hz)
segue risulta d i r e t t a m e n t e proporzionale a l q u a d r a t o della densità d i corrente, alla resistività del tessuto interessato e a l l a d u r a t a della corrente.
L a pelle, avendo maggiore resistività, è i l tessuto più esposto alle u s t i o n i .
Densità d i corrente d i qualche miUiampere a l m i l l i m e t r o quadrato provocano già u s t i o n i per durate dell'ordine d e l secondo, m e n t r e densità d i
circa 50 mA/mm^ provocano, i n pochi secondi, l a carbonizzazione della pelle.
L'eJBetto termico è quello più pericoloso per i c o n t a t t i i n alta tensione:
produce distruzione d i t e s s u t i e c e n t r i nervosi e r o t t u r a d i arterie.
12.3
L i m i t i di pericolosità della corrente
G h effetti della corrente elettrica e i l loro legame con i corrispondenti v a l o ri dell'intensità e della d u r a t a d e l contatto vengono d e s c r i t t i mediante
grafici tempo-corrente d i pericolosità c o n v e n z i o n a l e . N e l caso della
corrente a l t e r n a t a sinusoidale con frequenza 50/60 H z , le relative curve
sono riportate nella fìgura 12.7.
Fig.
12.7
Zone tempo-corrente relative agli
effetti sulle persone della corrente
alternata sinusoidale a 5 0 / 6 0 Hz.
corrente (mA)
PERICOLOSITÀ DELLA CORRENTE ELEHRICA
UD 12
239
I I grafico r i s u l t a diviso i n q u a t t r o zone, le c u i caratteristiche sono le
Zone di pericolosità
seguenti.
della corrente ohemata
•
Z o n a 1 , d e l i m i t a t a d a l l a sogUa d i percezione (0,5 m A , r e t t a a): n o n v i sono
reazioni a l passaggio della corrente, q u a l i m q u e sia l a sua d u r a t a .
•
Z o n a 2 , compresa t r a l a r e t t a a e l a spezzata 6 (sogha d i tetanizzazione):
n o n si verifica n o r m a l m e n t e nessim effetto fisiopatologico pericoloso. Con
corrente d'intensità 10 m A non s i h a alcvm effetto pericoloso qualunque
sia l a d u r a t a del contatto: per questa ragione esso rappresenta i l v a l o r e
d i n o n pericolosità c o n v e n z i o n a l e . Per c o r r e n t i più elevate l a d u r a t a ammissibile del contatto diminuisce.
•
Z o n a 3, compresa t r a l a spezzata ò e l a soglia d i fibrillazione v e n t r i c o lare c i con probabilità 0,5%, riferita a l percorso m a n o s i n i s t r a - p i e d i :
possono v e r i f i c a r s i e f f e t t i fisiopatologici pericolosi, generalmente reversibiU, q u a h c o n t r a z i o n i m u s c o l a r i , difficoltà d i respirazione e d i s t u r b i
cardiaci.
Z o n a 4, d e l i m i t a t a i n f e r i o r m e n t e d a l l a c u r v a c i e a t t r a v e r s a t a dalle
curve c2 e c3 (soghe d i fibrillazione con probabihtà, rispettivamente, del
5% e del 50%): i n questa zona s i innesca l a fibrillazione, con probabihtà
crescente per i p u n t i più l o n t a n i d a c i ; possono verificarsi, inoltre, a l t r i
effetti fisiopatologici, come arresto cardiaco, arresto respiratorio e g r a v i
ustioni.
N e l caso della corrente continua le zone d i pericolosità convenzionale sono
quelle riportate nella figura 12.8, s i m i l e a l grafico della figura 12.7, m a
caratterizzato d a v a l o r i diversi.
Zone di pericolosità
della corrente continua
Fig.
12.8
10 000
Zone tempo-corrente relative
agli effetti della corrente continua
sulle persone.
J
o
5000
^
• 2000
l
a'
1
:
\
\
1
1
1000
500
,
j
200
3
1
1
100
50
•
\
\
1
20
10
jc3
c
,
1
0,5
1
•
•
10
20
50
100
200
500 1000
5000
corrente (mA)
Protezione dalle tensioni di contatto
240
Modulo C
•
Z o n a 1: generalmente n o n si h a nessuna reazione a l passaggio della corr e n t e elettrica, fino a l l a soglia d i percezione d i 2 m A .
•
Z o n a 2: l a corrente viene a v v e r t i t a mediante i m a sensazione d i calore,
m a n o n si h a n o r m a l m e n t e a l c u n effetto fisiopatologico pericoloso e si è i n
grado d i rilasciare l a presa. I l t r a t t o verticale della spezzata 6 indica i l
valore d i n o n pericolosità convenzionale, per i l quale l a corrente n o n è
pericolosa, qualunque sia l a d u r a t a .
«
Z o n a 3: a b i t u a l m e n t e n o n s i h a nessun d a n n o organico. A u m e n t a n d o
l'intensità della corrente e i l t e m p o d i c o n t a t t o d i v e n t a n o p r o b a b i l i
d i s t u r b i r e v e r s i b i l i n e l l a formazione e conduzione d e g l i i m p u l s i n e l
cuore. I l l i m i t e superiore d e l l a zona ( c u r v a c i ) r a p p r e s e n t a l a soglia d i
fibrillazione
v e n t r i c o l a r e con probabilità 0,5% n e l percorso m a n o s i n i stra-piedi.
©
Z o n a 4: v i è probabilità d i fibrillazione v e n t r i c o l a r e crescente allontanandosi dalla curva l i m i t e . Con l'aumentare della corrente e del tempo d i
contatto, possono avvenire a l t r i effetti fisiopatologici, come g r a v i u s t i o n i ,
i n a g g i u n t a a q u e l h della zona 3. Le curve c2 e c3 sono r e l a t i v e a probabihtà d i fibrillazione d e l 5% e d e l 50%.
12.4
Resistenza elettrica del corpo umano
N e l paragrah 12.3 si è detto che, n e l caso della corrente a l t e r n a t a s i n u soidgde a 50 H- 60 H z , si può assumere p a r i a 10 m A i l h m i t e d i pericolosità convenzionale. A i fini p r a t i c i , però, interessa d i più sapere quale valore di tensione è i n grado d i f a r circolare attraverso i l corpo u n d e t e r m i n a to valore d i corrente.
Indicando con
l a corrente che fluisce attraverso l a persona e con Zg
l'impedenza del corpo t r a i p u n t i d i contatto, i l prodotto:
Z,I,
= Ur
è la t e n s i o n e d i c o n t a t t o a cui è soggetto i l corpo imiano. Ponendo
Ig < 10 m A dovrà essere:
^
< 10 X 10-^
Se si pone Zg = 3 k n = 3 x 10^ Q, u n a tensione d i contatto C/^. < 30 V non è
pericolosa, m e n t r e se l a Zg dovesse assumere v a l o r i m o l t o elevati, per
esempio 30 kD, risulterebbe n o n pericolosa anche i m a tensione Uj- fino a
300 V.
D a l l e considerazioni f a t t e risulta evidente l ' i m p o r t a n z a d i definire con
u n a buona approssimazione i v a l o r i che assume l'impedenza del corpo
u m a n o t r a i p u n t i d i contatto. Supponendo che essi siano e n t r a m b i estern i , con elettrodi che poggiano sull'epidermide, l'impedenza Zg si può ritenere composta da t r e t e r m i n i :
— l ' i m p e d e n z a d e l p u n t o d i e n t r a t a della corrente che, se n o n v i
sono i n t e r p o s t i a l t r i m a t e r i a h , è dovuta essenzialmente a l contatto
PERICOLOSITÀ DELLA CORRENTE ELETTRICA
UD 12
241
elettrodo-pelle e allo s t r a t o epidermico e h a carattere ohmico-capacitivo, date le caratteristiche d i e l e t t r i c h e dell'epidermide;
— l ' i m p e d e n z a i n t e r n a , d i carattere ohmico, dipendente d a l percorso
della corrente;
— l ' i m p e d e n z a d e l p u n t o d i u s c i t a della corrente, analoga a l primo
termine.
Ri
tCs
Fig. 12.9
Circuito elettrico equivalente
del corpo umano tra due punti.
Fattori influenti sulla resistenza
del corpo umano
I l circmto elettrico equivalente è quello della fìgura 12.9, i n cui
e
sono
la resistenza e la capacità d e i p i m t i d i contatto, e i2, l a resistenza i n t e m a .
E da rilevare che i v a l o r i R^ e
r e l a t i v i a i due p u n t i d i contatto possono essere diversi.
I l carattere capacitivo dell'impedenza
r i s u l t a evidente solo per frequenze superiori a 1000 H z ; alle frequenze i n d u s t r i a h le capacità
si
possono considerare dei c i r c u i t i a p e r t i e l'impedenza Zg si riduce aUa sola
resistenza del corpo u m a n o Rg = R^ + 2R^{> Fig. 12.9).
Assegnare dei v a l o r i a l l a resistenza d e l corpo è p i u t t o s t o difficile,
essendo molte le v a r i a b i h che l a influenzano; i n o l t r e , essa è u n parametro
personale e come t a l e v a l u t a b i l e solo statisticamente. I f a t t o r i da c u i
dipende sono moltephci.
P e r c o r s o d e l l a c o r r e n t e : i n f l u e n z a evidentemente l a sola resistenza
i n t e m a {R); come i n ogni conduttore essa varierà i n funzione d i sezione,
limghezza e resistività. L a resistenza maggiore è offerta d a l tragitto
mano-mano e mano-piedi, p a r i a circa 700 -s- 800 Q per i l solo t e r m i n e i?,.
A s s i m t o tale percorso come riferimento, è possibile assegnare agh a l t r i
t r a g i t t i xm. valore espresso i n percentuale rispetto a l r i f e r i m e n t o : per
esempio, per vm contatto mano-torace tale valore è 45%. L a resistenza si
riduce u l t e r i o r m e n t e se i l c o n t a t t o avviene t r a le due m a n i i m i t e e un'alt r a p a r t e del corpo: n e l caso precedente si h a i m valore d e l 2 3 % rispetto a l
riferimento.
•
S t a t o d e l l a p e l l e : h a i n f l u e n z a s u l l a resistenza R^, che d i m i n m s c e per la
presenza d i vunidità, sudore, t a g h , abrasioni ecc. L a presenza d i u n maggiore strato isolante, per esempio calli, fa a u m e n t a r e l a resistenza.
•
S u p e r f i c i e d i c o n t a t t o : a l suo a u m e n t a r e , come per g h a l t r i conduttori, l a resistenza R^ d i m i n u i s c e .
•
P r e s s i o n e d i c o n t a t t o : i m ' e l e v a t a pressione fa d i m i n u i r e l a resistenza
d i contatto t r a elettrodo e peUe.
•
T e n s i o n e d i c o n t a t t o : s i è v i s t o s p e r i m e n t a l m e n t e che, all'aimientare
della tensione apphcata, l a resistenza R^ diminuisce, fino a d i v e n t a r e t r a scurabile per tensioni s u p e r i o r i a circa 100 V; l a resistenza Rg tende asintoticamente a l valore i?,.
I v a l o r i indicativi deUa resistenza del corpo umano, misurati tra le due mxini
in condizioni di pelle asciutta e con elettrodi d i superficie 50 H- 100 cm^ sono
riportati nella fìgura 12.10, in. funzione della tensione d i contatto ([7^). Le
ciuve s i riferiscono a t r e d i v e r s i v a l o r i d i probabihtà, d a i n t e n d e r s i nel
seguente modo: l a curva inferiore indica i v a l o r i d i resistenza n o n supera-
Protezione dalle tensioni di contatto
Modulo C
0
25 50 75 100 125 150 175 200 225
tensione di contatto
Fig.
(V)
12,10
Grafico di variazione dello resistenza
elettrica del corpo umano in funzione
della tensione di contatto.
f:•
••
•
12.5
t i d a l 5% del campione i n prova, q u e l l a intermedia i v a l o r i n o n s u p e r a t i
dal 5 0 % del campione e quella superiore i v a l o r i n o n s u p e r a t i d a l 9 5 % del
campione.
Per c o n t a t t i con tensione dell'ordine d i 50 V, u n valore medio d i r e s i stenza (curva 50%) è circa 2600 Q; considerando, però, l a c u r v a 5% si o t t i e ne u n vedere più basso, a p p r o s s i m a t i v a m e n t e p a r i a 1500 Q, più i m p r o babile m a più favorevole alla sicurezza.
I n condizioni d i pelle bagnata con acqua i l valore d i
s i riduce d e l
2 5 % rispetto a i v a l o r i del grafico, per t e n s i o n i fino a 50 V. N e l caso d i m a n i
sudate (soluzione conduttrice) l a riduzione è anche del 50%.
N e l caso che i l c o n t a t t o avvenga m e d i a n t e l ' i n t e r p o s i z i o n e d i s t r a t i
i s o l a n t i ( g u a n t i , c a l z a t u r e , pedane ecc.), a l l a resistenza i?g occorre
aggiungere q u e l l a degli a l t r i e l e m e n t i ; l a resistenza complessiva p u ò
r a g g i u n g e r e i n questo caso v a l o r i m o l t o a l t i , rendendo t o l l e r a b i l i , a
parità d i c o r r e n t e f l u e n t e n e l corpo, t e n s i o n i d e l l ' o r d i n e delle m i g l i a i a
di volt.
L a c i u v a 5% indica u n valore d i circa 1000 Q per t e n s i o n i dell'ordine
d i 230 V; i l valore Rg = 1000 Q. è stato p r o p r i o assunto come r e s i s t e n z a
c o n v e n z i o n a l e del corpo umano, per l a definizione d i alcune procedure
d i p r o v a deUe t e n s i o n i d i contatto.
L i m i t i di pericolosità della tensione
N e l paragrafo
lensione
U^ = RgIg
di contatto
I
M
et
R.
—
Fig.
EB
TO
12.11
Distinzione fra tensione di contatto
e tensione di contatto a vuoto.
12.4 si è visto che i l p r o d o t t o
dà i l valore della tensione d i contatto a cui è soggetto i l corpo u m a n o
d u r a n t e i l passaggio della corrente Ig.
I v a l o r i d i corrente che n o n danno effetti pericolosi sono q u e l h della
zona 2 della figura 12.7 e hanno come h m i t e superiore i p u n t i della spezzata 6, m e n t r e se si vuole calcolare l a tensione d i contatto r e l a t i v a ad a l t r i
effetti bisogna considerare altre curve d e l l a figura. Per esempio, con i v a l o ri della c u r v a c2 s i ottengono q u e l l i d e l l a tensione d i contatto con probabihtà d i fibrillazione del 5%.
I n effetti l a questione s i complica per l a variabilità d i iJg i n funzione
della tensione, i n quanto d i v e n t a incerto i l valore della resistenza d a
usare n e l l a (12.3), e per l a differenza esistente t r a l a tensione d i contatto
effettiva (U-p) e quella d i c o n t a t t o a v u o t o iUgj.).
Q u e s t ' u l t i m a differenza verrà più approfonditamente e s a m i n a t a n e l le UD 13 e 14.
Per averne u n a p r i m a idea, s i consideri lo schema equivalente r a p presentato n e l l a figura J2. / /, i n c u i l a persona d i resistenza Rg è a cont a t t o con i l p u n t o M d i i m sistema elettrico; i n serie alla Rg è da consider a r e l a resistenza R^g che rappresenta l a r e s i s t e n z a v e r s o t e r r a della
persona, equivalente a t u t t o i l complesso d i resistenze esistenti t r a i p i e d i
(nel caso d i u n contatto mano-piedi) e i l p u n t o TO a cui viene convenzion a l m e n t e associato i l valore zero del potenziale.
I n assenza d i contatto, ossia considerando aperto i l c i r c u i t o comp r e n d e n t e l a persona, l a differenza d i potenziale t r a M e TO è l a tensione d i c o n t a t t o a vuoto, m e n t r e q u a n d o c'è i l contatto, supponendo che
PERICOLOSITÀ DELLA CORRENTE ELEHRiCA
UD 12
243
Usj. n o n sia vEiriata, con l a regola d e l partitore di tensione s i ottiene: F
Legame fra la tensione
Ur=a
di contatto e quella
ST
di contatto a vuoto
RB
+ ^EB
= uST
1 + ^
e dipende d a l r a p p o r t o R^
I n generale l a (12.4) m o s t r a che Uj. < Ugj.. L a tensione d i contatto pu{
assumere v a l o r i molto m i n o r i d i quella a vuoto quando l a resistenza verse
t e r r a è molto grande rispetto a quella della persona, come capita nel case
d i p a v i m e n t i molto i s o l a n t i , m e n t r e può anche d i v e n t a r e pressoché uguale a Ugj. quando R^-g è t r a s c u r a b i l e rispetto a Rg, come avviene n e i locali
da bagno, nelle piscine e i n a l c u n i l u o g h i d i lavoro.
Dato che la tensione d i contatto è alquanto variabile e dipende da fattori
contingenti e difficilmente prevedibili (mentre si riesce a determinare abbastanza agevolmente quella d i contatto a vuoto), i n sede normativa, per gli
impianti utilizzatori in bassa tensione funzionanti a corrente gdtemata a frequenza industriale o i n corrente continua, si è stabihto d i h m i t a r e i valori
della tensione d i contatto a vuoto, tenendo conto che essa n o n è m a i inferiore
a quella effettiva d i contatto. S i ottiene così u n grafico cartesiano, detto c u r v a
d i s i c u r e z z a , che mette i n relazione i valori deUa t e n s i o n e d i contatto a
v u o t o a m m i s s i b i l e Ug^^ con U t e m p o d i p e r m a n e n z a d e l guasto t^
Per g h i m p i a n t i u t i h z z a t o r i i n bassa tensione l a n o r m a t i v a fa riferim e n t o alle curve d i sicurezza m o s t r a t e nella fìgura 12.12, r e l a t i v e a cont a t t i che avvengono i n condizioni o r d i n a r i e e i n condizioni p a r t i c o l a r i (cancondizioni particolari
Fig. 12.12
Curve di sicurezza per corrente
alternata a 5 0 / 6 0 Hz
(condizioni ordinarie:
= 1 kfì;
condizioni particolari: R^j = 200 Q).
10
20
50
100
200
tensione di contatto a vuoto ammissibile
Protezione dalle tensioni di contatto
244
500 1000
USTP C V )
Modulo C
Norma CEI 64-8
DEFINIZIONE.
t i e r i d i costruzione e demolizione, locali a uso medico, s t r u t t u r e a uso a g r i colo e zootecnico), per i q u a l i l a pericolosità della corrente è maggiore.
Dall'esame delle curve si vede che a l l ' a u m e n t a r e della d u r a t a del cont a t t o d i m i n u i s c e i l valore della tensione ' ammissibile, tendendo a v a l o r i
costanti, i n q u a n t o a u m e n t a l a pericolosità della corrente e, q u i n d i , occorre ridurre i l valore della tensione ammissibile.
I n accordo con quanto s i è detto, l a n o r m a C E I 64-8 definisce l a t e n sione d i contatto l i m i t e convenzionale
n e l modo seguente.
La tensione di contatto limite convenzionale
è il m a s s i m o v a l o r e
d e l l a tensione d i contatto che è p o s s i b i l e m a n t e n e r e per un t e m p o ind e f i n i t o , in c o n d i z i o n i a m b i e n t a i s p e c i f i c a t e .
I v a l o r i d i t a l e tensione si deducono dalle curve d i sicurezza e sono p a r i a:
—
= 50 V per i c o n t a t t i i n condizioni o r d i n a r i e ;
— U,_ = 25 V per i c o n t a t t i i n condizioni p a r t i c o l a r i .
Normo CEI 11-1
N e l caso della corrente continua, i v a l o r i della tensione d i contatto h m i t e
convenzionale sono rispettivamente p a r i a 120 V per le condizioni o r d i n a rie e 60 V per quelle p a r t i c o l a r i .
Per gli impianti funzionanti a corrente alternata con tensione
superiore a 1000 V, l a n o r m a C E I 11-1 prevede a l t r i l i m i t i d i tensione, considerande sia l a t e n s i o n e d i c o n t a t t o a m m i s s i b i l e C/^p sia q u e l l a d i contatto a vuoto ammissibile
Usj.p. N e l l a fìgura 12.13 sono riportati i v a l o r i d i
Uj.p i n fimzione del tempo tf d i p e r m a n e n z a della corrente. Per g u a s t i d i
d u r a t a maggiore d i 10 s si può fare r i f e r i m e n t o a l valore 75 V.
fig. 12.13
Curva di sicurezza per corrente
alternata con tensione superiore
0 lOOOV.
I
I
I
100
9
8
7
6
6
0,05
0,1
0,2
0,3
0,4 0,5
0,7
1
2
3
4
5
6 7 8 9 10
tempo di permanenza della corrente tf (s)
L e fìgure 12.12 e 12.13 non sono confì-ontabUi: esse si basano su curve d i p e r i colosità diverse t r a loro e, nel caso della fìgura 12.13, non si fa riferimento a l
contatto a vuoto, cioè all'assenza d i contatto con l a parte i n tensione.
PERICOLOSITÀ DELLA CORRENTE ELETTRICA
UD 12
245