Elettrofisiologia - Elementi

APPUNTI DEL CORSO DI "SISTEMI IMPIANTISTICI E SICUREZZA"

INTRODUZIONE AGLI IMPIANTI ELETTRICI: PERICOLOSITÀ DELLA CORRENTE ELETTRICA

Elementi di elettrofisiologia

I fenomeni elettrici inerenti il corpo umano e l'analisi degli effetti su di esso della corrente elettrica esterna sono studiati da una disciplina scientifica denominata elettrofisiologia.

I segnali elettrici connessi con l'attività biologica del corpo umano controllano il funzionamento dei suoi vari organi; essi vengono trasmessi dai neuroni del sistema nervoso.

Uno stimolo elettrico esterno, provocato da un contatto tra una persona ed una parte in tensione dell'impianto, riesce a interferire con il funzionamento elettrico del corpo umano soltanto quando è in grado di produrre, nella zona di contatto con il corpo, un flusso di corrente la cui intensità e durata siano superiori ad una soglia che prende il nome di reobase.

Stimoli elettrici esterni che superano la sopra

La soglia indicata, denominata anche di eccitabilità, può influire significativamente sulle funzioni vitali e risultare pericolosi. La pericolosità di questi stimoli può variare a seconda dell'intensità e della natura della corrente, dalla durata del contatto elettrico esterno, dalla costituzione fisica della persona interessata dal contatto elettrico esterno (massa corporea e stato di salute) e dalla frequenza della corrente elettrica causata nel corpo umano a seguito del contatto. Correnti di elevata frequenza sono meglio sopportate di quelle a bassa frequenza; la corrente continua però (corrente a frequenza zero) è meno pericolosa di quella alternata a bassa frequenza (per esempio a 50 Hz).

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Per stabilire quali sono i valori minimi di corrente che superano la soglia di percezione da parte di una persona si ricorre a criteri statistici e/o a metodi sperimentali.

Quando un contatto elettrico esterno dovesse provocare

Una corrente elettrica nel corpo umano con caratteristiche che lo pongono al di sopra della soglia di percettibilità, può produrre effetti pericolosi consistenti generalmente in alterazioni delle varie funzioni vitali, lesioni al sistema nervoso, ai vasi sanguigni, all'apparato visivo e uditivo, all'epidermide, ecc. Alcuni di questi effetti risultano essere particolarmente pericolosi e/o mortali.

Tetanizzazione: si contraggono i muscoli interessati al passaggio della corrente, risulta difficile staccarsi dalla parte in tensione con cui si è venuti in contatto, prolungando quindi il contatto stesso e provocando effetti ancora più dannosi. Il valore più grande di corrente per cui una persona è ancora in grado di staccarsi dalla sorgente elettrica si chiama corrente di rilascio e mediamente è compreso tra i 10mA e i 15mA per una corrente di 50Hz. Da notare che correnti molto elevate non producono solitamente la tetanizzazione.

Perché quando il corpo entra in contatto con esse, l'eccitazione muscolare è talmente elevata che i movimenti muscolari involontari generalmente staccano il soggetto dalla sorgente.

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Arresto della respirazione

Una complicanza dovuta alla tetanizzazione è la paralisi dei centri nervosi che controllano la respirazione. Se la corrente elettrica attraversa i muscoli che controllano il movimento dei polmoni, la contrazione involontaria di questi muscoli altera il normale funzionamento del sistema respiratorio e il soggetto può morire soffocato o subire le conseguenze di traumi dovuti all'asfissia. In questi casi il fenomeno è reversibile solo se si provvede con prontezza, anche con l'ausilio della respirazione artificiale, al soccorso dell'infortunato per evitare danni al tessuto cerebrale.

Fibrillazione ventricolare

È l'effetto più pericoloso ed è dovuto alla sovrapposizione delle

correnti provenienti dall'esterno con quelle fisiologiche che, generando delle contrazioni scoordinate, fanno perdere il giusto ritmo al cuore. Questa anomalia è particolarmente pericolosa quando si verifica nella zona ventricolare perché diventa un fenomeno non reversibile in quanto il fenomeno persiste anche se lo stimolo è cessato. Meno pericolosa, grazie alla sua natura reversibile, è invece la fibrillazione atriale. La fibrillazione ventricolare è reversibile entro i primi due o tre minuti soltanto se il cuore è sottoposto ad una scarica elettrica molto violenta. Solo così si possono evitare gravi danni al tessuto del cuore stesso, al cervello e nel peggiore dei casi la morte dell'infortunato. Per raggiungere lo scopo viene impiegato il defibrillatore, un'apparecchiatura medica che applica un impulso elettrico al torace dell'infortunato tramite due elettrodi. Elementi di elettrofisiologiaIl percorso seguito dalla

La corrente ha una grande influenza sulla probabilità d'innesco della fibrillazione, per questo motivo è stato definito un "fattore di percorso" che indica la pericolosità dei diversi percorsi seguiti dalla corrente considerando come riferimento il percorso mano sinistra-piedi.

Fattori di percorso:

• Fattore di percorso percorso Mani - Piedi: 1
• Fattore di percorso percorso Mano sinistra - Piede sinistro: 1
• Fattore di percorso percorso Mano sinistra - Piede destro: 1
• Fattore di percorso percorso Mano sinistra - Entrambi i piedi: 1
• Fattore di percorso percorso Mano sinistra - Mano destra: 0,4
• Fattore di percorso percorso Mano sinistra - Dorso: 0,7
• Fattore di percorso percorso Mano sinistra - Torace: 1,5
• Fattore di percorso percorso Mano destra - Piede sinistro: 0,8
• Fattore di percorso percorso Mano destra - Piede destro: 0,8
• Fattore di percorso percorso Mano destra - Entrambi i piedi: 0,8
• Fattore di percorso percorso Mano destra - Dorso: 0,3
• Fattore di percorso percorso Mano destra - Torace: 1,3
• Fattore di percorso percorso Glutei - Mani: 0,7

Elementi di elettrofisiologia:

• Ustioni: Sono prodotte dal calore che si sviluppa per effetto Joule dalla corrente elettrica che fluisce attraverso il corpo (per esempio, se attraverso la pelle si innesca un flusso di corrente la cui densità è di circa 60 milliampere al mm).

questa verrà carbonizzata in pochi secondi). Limiti di pericolosità della corrente elettrica I limiti convenzionali di pericolosità della corrente elettrica (nel nostro caso in alternata), in funzione del tempo per cui fluisce attraverso il corpo umano, sono stati riassunti, dalle Norme, in un grafico tempo-corrente. Zona 1 - normalmente non si hanno effetti dannosi; Zona 2 - non si hanno normalmente effetti fisiopatologici pericolosi; Zona 3 - (soglia di fibrillazione ventricolare) possono verificarsi effetti quasi sempre reversibili che possono divenire pericolosi se a causa del fenomeno della tetanizzazione, che impedisce il rilascio, ci si porta nella zona 4; Zona 4 - Si può innescare la fibrillazione con conseguente arresto cardiaco, arresto della respirazione e ustioni. Zone di pericolosità della corrente alternata a 50, 60 Hz Elementi di elettrofisiologia Nella figura sono sintetizzate le conseguenze del passaggio della corrente elettrica alternata nel corpo

terreno, Rt La resistenza del corpo umano dipende da diversi fattori, come la superficie di contatto, l'umidità della pelle e la presenza di eventuali ferite o lesioni. In generale, si stima che la resistenza del corpo umano sia di circa 1000-1500 ohm. La resistenza tra il corpo umano e il terreno dipende principalmente dal tipo di terreno e dalla distanza tra il punto di contatto e il punto a potenziale zero. Ad esempio, se il terreno è umido e la distanza è breve, la resistenza sarà più bassa rispetto a un terreno secco e a una distanza maggiore. La corrente che attraversa il corpo umano dipende dalla tensione applicata e dalla resistenza del corpo umano. Secondo la legge di Ohm, la corrente (I) è uguale alla tensione (V) divisa per la resistenza (R): I = V/R. Per determinare i limiti di pericolosità della tensione elettrica, si utilizzano delle curve di pericolosità che mostrano i valori di tensione che possono causare danni al corpo umano. Queste curve sono basate su studi statistici e tengono conto della resistenza del corpo umano. In generale, si considera che una tensione superiore a 50 volt possa essere pericolosa per il corpo umano. Tuttavia, la pericolosità dipende anche dalla durata dell'esposizione e da altri fattori individuali, come la salute e la sensibilità della persona. È importante sottolineare che la corrente alternata è più pericolosa della corrente continua, poiché può causare contrazioni muscolari involontarie che possono rendere difficile o impossibile liberarsi dal contatto con la sorgente di corrente. In conclusione, i limiti di pericolosità della tensione elettrica dipendono dalla resistenza del corpo umano e dalla durata dell'esposizione. È fondamentale adottare precauzioni per evitare il passaggio di corrente attraverso il corpo umano e proteggersi da eventuali rischi elettrici.

punto a potenziale zero,RTuTensione di contatto Valori di Rc non superati[V] dal 5% della popolazione Condizioni ordinarie Condizioni non ordinarie(percorso mani - piedi) (piscine, locali medici, cantieri)Ω50 725100 Ω600 Ω Ω125 1000 200Ω562220 Ω500Limiti di pericolosità della tensione elettrica Tensione di contatto Tempo sopportazzione[V] [s]Infinito< 50 550 175 0,590 0,2110 0,1150 0,05220 0,03280Valida per condizioni ordinarieLa tensione corrispondente al tempo 5s è denominata tensione di contatto limite, U .LQuesto è il limite superiore delle tensioni che possono permanere sul corpo umano per un tempo indefinito, senza pericolo. Incondizioni normali si considera U = 50V mentre in condizioni particolari U = 25V.L LProtezioni contro i contatti elettrici pericolosiClassificazione dei contatti elettriciI contatti elettrici pericolosi per l’uomo, sono classificati in:× contatti diretti× contatti indiretti Classificazione dei contatti

elettrici

Contatti indirettiContatti diretti

Un contatto indiretto è il contatto di una persona con unaSi parla di contatto diretto quando si entra in contatto con una massa o con una parte conduttrice a contatto con una massaparte attiva dell'impianto e cioè con conduttori che sono durante un guasto all'isolamento (ad esempio la carcassa di unnormalmente in tensione, ad esempio i conduttori di una linea elettrodomestico). Mentre ci si può difendere dal contattoelettrica compreso il neutro. Il contatto diretto può avvenire diretto, mantenendosi a distanza dal pericolo visibile, nelanche tramite una parte conduttrice purché non sia una massa contatto indiretto, essendo un pericolo invisibile, ci si puòo in contatto con una massa. difendere solo con un adeguato sistema di protezione.(CEI 64-8 art. 23-5). (CEI 64-8 art 23-6).

Altre Definizioni utili

IsolamentoIsolamento funzionale: isolamento esistente tra le parti attive e tra queste e

La carcassa di un apparecchio elettrico. Senza questo isolamento la macchina non potrebbe funzionare.

Isolamento principale: isolamento delle parti attive necessario a proteggere contro la folgorazione.

Isolamento supplementare: isolamento che garantisce la protezione delle persone nel caso di cedimento dell'isolamento principale.

Doppio isolamento: isolamento principale più isolamento supplementare.

Isolamento rinforzato: sostituisce il doppio isolamento se garantisce lo stesso grado di protezione.

Tipi di isolamento

Altre Definizioni utili

Massa: Parte conduttrice facente parte dell'impianto elettrico che può essere toccata e che non è normalmente in tensione ma che può andarci se si ha un cedimento dell'isolamento principale. Una parte conduttrice che avvolge una parte a doppio isolamento non è da considerare una massa. Una parte conduttrice che può andare in tensione