Efectele curentului electric asupra corpului uman

Cele mai importante efecte pe care le poate produce curentul electric la trecerea prin corpul uman, atunci când depășește o anumită valoare a curentului, sunt:

• electrotraumatismele, ce constau din arsuri sau metalizări ale epidermei, prin pătrunderea stropilor de metal topit sub acțiunea arcului electric. Arsurile pot fi superficiale în locurile unde curentul electric intră şi iese din corp, dar pot fi şi intense, atunci când ating organele interne ale corpului. Acestea din urmă pot provoca moartea;
• electroșocurile (electrocutările), ce se produc prin acțiunea curentului asupra sistemului nervos şi pot avea diferite aspecte, în funcție de intensitatea curentului, traseul prin corp şi durata acestuia.

Electroșocurile constau în: zguduiri sau contracții; pierderea temporară a auzului sau vocii; paralizia temporară a centrilor nervoşi respiratori (oprirea respiraţiei); paralizia temporară a inimii şi fibrilaţia (contracţia neregulată a fibrelor musculare).

Prin acordarea unui ajutor adecvat – respiraţie artificială; masaj cardiac – victima poate fi reanimată, adesea, după un timp îndelungat de la producerea morţii aparente.

Efectele cele mai periculoase sunt produse de curentul electric de frecvenţă industrială (40-60 Hz), la care apar convulsii, ce fac ca omul să nu se poată elibera de sub acţiunea curentului. La frecvenţe foarte înalte (peste 400 Hz) riscul de electrocutare se reduce semnificativ, iar electrotraumatismele sunt dependente de valoarea curentului. Limita maximă a curenţilor nepericuloşi care pot trece prin corpul omului este de 50 mA în curent continuu şi 10 mA în curent alternativ de 50 Hz.

Cazuri de electrocutare.Reţelele electrice trifazate de joasă tensiune pot fi: legate la pământ; izolate faţă de pământ.

Reţelele legate la pământ sunt utilizate, practic în exclusivitate, în instalațiile de joasă tensiune. Aceste reţele sunt deosebit de periculoase din punctul de vedere al electrocutării omului. Totuși, sunt foarte utilizate, deoarece neutrul reţelei legat la pământ oferă tensiune constantă între fazele reţelei şi neutru, indiferent de natura sarcinii, fie ea echilibrată sau dezechilibrată.

Reţelele izolate faţă de pământ sunt utilizate rar, de regulă atunci când este alimentat un receptor de putere mare sau un grup redus de receptoare cu puteri identice pe faze. Indiferent de modul de execuție al reţelelor – aerian, subteran sau în conducte montate în tuburi de protecție, între fiecare linie electrică şi pământ, există o impedanţă ce poate fi mai mare sau mai mică, în funcţie de caracteristicile stratului de izolaţie dintre linie şi pământ (figura 2.101). Astfel, nici rețelele izolate faţă de pământ nu sunt complet izolate faţă de acesta. Impedanţa dintre fiecare linie şi sol este uniform distribuită de-a lungul reţelei.

Cazuri de electrocutare prin atingere directă. Atingerea simultană a unei linii electrice şi a pământului sau a două dintre liniile reţelei provoacă trecerea unui curent electric prin om.

Indiferent de tipul reţelei, dacă omul intră în contact cu una din fazele acesteia şi se află în legătură directă cu pământul (figura 2.102.a şi b), prin corpul acestuia va trece un curent electric a cărui valoare depinde de impedanţa circuitului ce se formează. Deoarece rezistențele de izolaţie Z_iz (figura 2.102.b) au, în general, valori mari, curentul ce trece prin om, în cazul atingerii unei faze a unei reţele izolate faţă de pământ, va fi mai mic decât curentul ce trece prin om la atingerea unei faze dintr-o reţea legată la pământ (figura 2.102.a). Din punctul de vedere al pericolului de electrocutare, rezultă că rețeaua legată la pământ este mult mai periculoasă. În cazul atingerii simultane a două dintre fazele reţelei (figura 2.102.c şi d), indiferent de tipul reţelei, curentul prin ce trece om este același. Reţelele, în acest caz, sunt la fel de periculoase pentru om. Pentru a evita asemenea cazuri de electrocutare, omul trebuie să utilizeze echipamentul individual de protecție. Acesta este format din mânuși, cizme şi șorț electroizolante, care au fost verificate în prealabil că au rezistența de izolaţie corespunzătoare. Utilizând acest echipament, omul va putea interveni în instalațiile electrice numai sub supravegherea unui partener de lucru, care îi va dirija acțiunile din aproape în aproape.

Normele tehnice impun pentru rezistenţa prizei de pământ o valoare maximă de 4 Ω. În acest fel, prin om ar putea să treacă un curent periculos, peste 10 mA, numai dacă rezistenţa de izolaţie ajunge sub 250 Ω, ceea ce este puţin probabil să se întâmple în condiţiile în care instalaţia electrică funcţionează normal. Totuşi, pentru siguranţa exploatării instalaţiilor electrice, acestea sunt prevăzute cu echipamente de măsură a rezistenţei de izolaţie. În acest fel, la începutul unui ciclu (zi, schimb de lucru de exploatare) se verifică buna funcţionare a instalaţiei de protecţie prin măsurarea rezistenţei de izolaţie. În practică, instalaţia de legare la pământ dintr-o clădire cuprinde:

• priza de pământ, ce poate fi naturală, atunci când este utilizată armătura metalică a fundaţiei clădirii, și artificială, atunci când rezistenţa prizei naturale are rezistenţa mai mare de 4 Ω;
• reţeaua generală de legare la pământ, formată dintr-un conductor metalic, amplasat în interiorul clădirii, la care se leagă părţile metalice (ale receptoarelor) ce accidental ar putea ajunge sub tensiune;
• legăturile (cel puţin două) dintre priza de pământ şi reţeaua generală de legare la pământ. Pe fiecare din aceste legături şi restul instalaţiei, pentru a da posibilitatea măsurării rezistenţei de dispersie a prizei;
• ramificaţiile conducătoare, ce asigură continuitatea electrică dintre reţeaua generală de legare la pământ şi părţile metalice ce, accidental, ar putea ajunge sub tensiune.

Metoda de legare la nulul de protecţie (conductorul de protecţie) este o metodă proprie reţelelor legate la pământ, de tipul TN, în care neutrul reţelei este legat la pământ (figura 2.102.a şi c) (la postul de transformare) şi masele metalice ce, accidental, ar putea ajunge sub tensiune sunt legate la acesta prin conductoare de protecţie. Neutrul reţelei este legat la pământ printr-o priză de pământ de exploatare (PPE). Reţeaua cuprinde, în afara conductoarelor active (L1, L2, L3), conductoarele legate la neutrul acesteia:

• conductorul de neutru (N, sau nul de lucru) necesar racordării receptoarelor monofazate;
• conductorul de protecţie (PE, sau nulul de protecţie), care se distribuie la masele metalice ce accidental ar putea ajunge sub tensiune.

În cazul în care, la unul dintre receptoare, are loc un defect ce ar putea pune sub tensiune masele metalice ale acestuia (cu care omul ar putea intra în contact în timpul exploatării), rezultă un curent pe traseul: faza defectă (L1) – masa metalică a receptorului – conductorul de protecţie (PE) – neutrul reţelei – faza defectă (L1) (figura 2.103). Acest curent de defect are valoarea:

unde: \(R_{L 1}\), \(R_{P E}\) sunt rezistenţele liniei (L1) şi conductorului de protecţie (PE), iar \(R_{C}\) – rezistenţa de contact în locul defect.

Cum rezistenţele \(R_{L 1}\), \(R_{P E}\) şi \(R_{C}\) au valori foarte mici, curentul de defect \(I_1\) ajunge la valori mari, comparabile cu cele ale curentului de scurtcircuit. În acest fel, echipamentul de protecţie aflat pe linia defectă (siguranţă fuzibilă, releu electromagnetic sau echipament diferenţial) acţionează şi scoate de sub tensiune receptorul. Carcasa metalică a acestuia este scoasă de sub tensiune şi omul nu se mai află în pericol. Dacă omul s-ar afla în contact cu carcasa metalică, chiar în momentul punerii acesteia sub tensiune, pericolul este redus, deoarece aparatele de protecţie acționează într-un timp de ordinul milisecundelor. Metoda prezintă dezavantajul că în cazul întreruperii conductorului de protecţie (figura 2.103) există pericolul ca omul să fie supus unui şoc electric în cazul în care, la unul din receptoare, masa sa metalică a fost pusă sub tensiune din cauza unui defect. În figura 2.103 conductorul de protecție (PE) este întrerupt în punctul A.

Deci, toate receptoarele aflate între transformator şi punctul A au conductorul de protecție continuu şi legat la neutrul rețelei, ca în figura 2.103, astfel că, orice punere sub tensiune a uneia dintre mase duce la scoaterea de sub tensiune a receptorului unde s-a produs defectul. Un defect la unul din receptoarele aflate în aval de punctul A, ce ar duce la punerea sub tensiune a părților metalice ale acestuia (de exemplu, receptorul R2 din figura 2.103), are ca efect punerea sub tensiunea fazei defecte a conductorului de protecție PE pe toată lungimea sa, ca şi a părților metalice legate la acesta. Astfel, dacă un om se află în contact cu carcasa receptorului R3 (la care nu există niciun defect), acesta va fi supus unui șoc electric din cauza curentului ce se instalează pe traseul: fază defectă (L1) – carcasa metalică a receptorului R2 – conductorul de protecție PE – carcasa metalică a receptorului R3 – corpul omului – pământ – neutrul reţelei – faza defectă (L1). Dacă rezistența traseului este sub 22 kΩ, curentul care va trece prin om va fi mai mare de 10 mA şi omul se află în pericol. Pentru a reduce la minimum pericolul de punere sub tensiune, metoda de legare la nulul de protecţie este completată cu una sau mai multe metode, cum ar fi: legarea la pământ şi/sau deconectarea automată de protecţie. Reţelele legate la pământ sunt utilizate, aproape în exclusivitate, în alimentarea receptoarelor de joasă tensiune. În funcţie de modul în care sunt distribuite conductorul neutru (N) şi conductorul de protecţie (PE), reţelele legate la pământ sunt de următoarele tipuri:

• TN-S, în care se folosesc conductoare distincte pentru neutru (N) şi pentru conductorul de protecţie (PE) pentru întreaga reţea, așa cum se arată în figura 2.104;
• TN-C, în care funcțiile celor două conductoare sunt îndeplinite de un singur conductor (PEN) pentru întreaga reţea, ca în figura 2.104.a;
• TN-C-S, în care funcțiile celor două conductoare sunt îndeplinite de un singur conductor numai pe o porțiune a rețelei. O astfel de reţea se compune dintr-o reţea de tip TN-C şi una TN-S (numai în această ordine), figura 2.104.b;
• TT, în care neutrul rețelei este legat la pământ şi părțile metalice (masele) ale receptoarelor ce, accidental, ar putea ajunge sub tensiune sunt, de asemenea, legate la pământ, independent, de neutrul rețelei (vezi figura 2.104.c, unde Rp1 – priza de pământ de exploatare a transformatorului rețelei; Rp2 – priza de pământ la care se leagă masele metalice ale consumatorului).