Efectes de l'electricitat i riscos associats

El cos humà és conductor de l’energia elèctrica. Si un individu se sotmet a una diferència de potencial el cos conduirà l’energia elèctrica i es produirà una circulació de corrent a través seu. La llei d’ohm ens explica quina és la relació entre la intensitat elèctrica que circula per un conductor segons la resistència i el voltatge al que se sotmet:

S’anomena xoc elèctric al fet que per una persona hi circuli una intensitat elèctrica. Perquè es produeixi un xoc elèctric, segons la llei d’Ohm, serà necessari que dues parts diferents del cos entrin en contacte amb qualsevol de les combinacions següents:

• Entre dues línies: L1-L2, L2-L3 o L1-L3
• Entre una línia i neutre: L-N
• Entre una línia i terra: L-CP

Si no hi ha una diferència de potencial (és a dir, si només hi ha contacte elèctric amb una sola part del cos o el contacte es produeix a un mateix potencial), no es produirà circulació de corrent elèctric i, en conseqüència, no es patirà cap xoc elèctric. El xoc elèctric només existeix quan hi ha circulació d’intensitat elèctrica a través del cos. Els efectes en el cos humà seran diversos i dependran del valor de la intensitat i la durada d’un xoc elèctric.

Els efectes del corrent sobre el cos humà poden anar des de lesions físiques indirectes —cops, caigudes, etc.— fins a la mort per electrocució. Segons la gravetat de la lesió es distingeixen diferents efectes fisiològics:

• Cremades
• Tetanització
• Asfíxia
• Fibril·lació

Les cremades són alteracions de la pell que dependran de la densitat de corrent (mA/mm²) i la durada de l’exposició (s). Al voltant dels 10 mA/mm² pot aparèixer un envermelliment de la pell amb una inflamació prop de la zona on s’ha produït el contacte elèctric. Fins als 40 mA/mm² el color de la pell s’enfosquirà i augmentarà la inflació. I a partir dels 50 mA/mm2 hi ha risc de carbonització.

Es coneix per tetanització la impossibilitat de poder controlar els moviments del cos a conseqüència del pas de l’electricitat pel cos humà. El mecanisme que té el nostre cos per a poder realitzar qualsevol moviment es basa en corrents elèctrics que circulen a través dels nostres músculs governats pel sistema nerviós. Es tracta de valors d’intensitat molt baixos que no són detectats. Però quan la intensitat de corrent que traspassa el nostre cos des de l’exterior a través d’un xoc elèctric és superior al valor que produeix un moviment, el múscul no podrà actuar de manera voluntària i reaccionarà amb moviments espasmòdics o contraccions musculars.

Quan la tetanització afecta els mecanismes de respiració, apareix el fenomen de l’asfíxia. És la conseqüència de no poder controlar els moviments dels pulmons i, per tant, deixar de respirar amb normalitat. L’asfíxia pot provocar des d’accidents neurovasculars i fins i tot la mort.

Si l’òrgan que es veu afectat per l’electricitat és, en canvi, el cor, la conseqüència de la pèrdua del control del seu moviment es coneix com a fibril·lació. La fibril·lació consisteix en el moviment anàrquic del cor, el qual, deixa d’enviar sang als diferents òrgans i, encara que estigui en moviment, no segueix el seu ritme normal de funcionament.

Per tal de quantificar correctament els efectes comentats anteriorment, es defineixen diferents zones segons la intensitat i la durada del xoc (figura).

Observem la presència de tres corbes divisòries importants:

1. Corba A: llindar de percepció
2. Corba B: llindar de no poder deixar anar
3. Corba C: llindar de fibril·lació ventricular

Quan ens afecten petits valors de corrent, el cos no arriba a tenir cap sensació ni serà capaç de notar la circulació d’intensitat de corrent a través seu. Aquesta primera àrea s’anomena zona sense reaccions i finalitza al llindar de percepció. El llindar de percepció és la línia a partir de la qual l’ésser humà ja és capaç de percebre l’electricitat.

Un cop superat el llindar de percepció, la intensitat serà perceptible però els seus efectes no seran nocius per a l’organisme. Entrarem a la zona sense efectes fisiològics perillosos que arribarà fins al llindar de no deixar anar. El llindar de no deixar anar es correspon al valor de la intensitat de corrent que impedirà a les persones poder controlar els seus moviments. En aquest moment, la persona no serà capaç d’actuar i, en conseqüència, no tindrà la possibilitat de despendre’s dels elements que li provoquin la descàrrega elèctrica. La zona que segueix el llindar de no deixar anar s’anomena zona de tetanització.

Si la intensitat que afecta el cos és encara superior i se supera la zona anterior, s’arriba al llindar de fibril·lació, a partir del qual apareixen probabilitats que el corrent afecti el funcionament del cor. Aquestes probabilitats augmenten a mesura que s’incrementa la intensitat de corrent elèctric.

Tots aquests efectes i d’altres que completen la llista, estan descrits per a cada zona de la gràfica de quantificació dels efectes de l’electricitat:

• Zona 1 (a l’esquerra de la corba A): cap perill. No es produeix cap efecte sobre l’organisme
• Zona 2 (entre la corba A i la corba B): es percep el pas de l’elctricitat però no es pateix cap dany
• Zona 3 (entre la corba B i la corba C): existeix la probabilitat de contraccions musculars no controlades i de dificultat respiratòria. El cor pot patir alteracions de batec, però aquestes són reversibles.
• Zona 4 (a la dreta de la corba C): apareix la possibilitat de fibril·lació ventricular, que augmenta amb la quantitat de corrent i amb el temps d’exposició (veure corbes secundàries a dintre de la zona). També hi ha una alta probabilitat de patir cremades greus, asfíxia o aturada respiratòria.

Cal tenir en compte que a la figura s’indiquen els efectes que produeix un corrent altern amb un recorregut entre la mà esquerra i els dos peus.

El model elèctric que presenta el cos humà enfront a un circuit elèctric és bàsicament resistiu i es basa en el recorregut que la intensitat elèctrica seguirà. Segons s’ha exposat anteriorment, el contacte es produirà a través de dues parts diferents del cos. Aleshores, ens trobem que el recorregut que els electrons realitzaran pel cos humà seguirà sempre el mateix esquema: primer, la pell a l’entrada; després, el recorregut pels diferents òrgans i, finalment, de nou pell a la sortida. A la figura s’hi troba el circuit elèctric equivalent que representa la impedància de la pell d’entrada i sortida del corrent (representades com una resistència amb un condensador en paral·lel), en sèrie amb la resistència interna del cos.

Del model anterior es desprèn que el comportament del cos enfront l’electricitat dependrà de la freqüència. Com sabem, la reactància capacitiva varia amb la freqüència, segons la fórmula següent:

En corrent continu, la reactància capacitiva és infinita i els condensadors, per tant, es comporten com un circuit obert. A mesura que augmenta la freqüència, la reactància capacitiva disminueix.

Atès que el valor de la reactància en paral·lel disminueix amb la freqüència, la impedància de la pell també disminuïrà. En aquest sentit, es pot deduir que els efectes de l’electricitat al cos humà seran sempre més severs a major freqüència.

La quantificació dels valors de la impedància del cos humà enfront a un xoc elèctric és, per tant, variable i dependrà de molts factors diferents. La Nota Tècnica de Prevenció NTP 400 Corriente eléctrica: efectos al atravesar el organismo humano de l’Instituto Nacional de Seguridad y Salud (INSST), abans Seguridad e Higiene en el Trabajo (INSHT) és una guia de bones pràctiques que aporta una taula de resultats estadístics de valors de la impedància del cos humà.

Hi trobem dues taules: una per al corrent continu (taula) i una altra per al corrent altern de 50 Hz (taula), essent ambdues les freqüències d’ús del sistema de distribució elèctrica a l’Estat espanyol. S’observa que les impedàncies en corrent continu són superiors, tal com s’ha explicat anteriorment.

Els resultats de les dues taules depenen de la tensió de contacte. És per això, que a l’hora de determinar la impedància del cos humà, caldrà conèixer en quin voltatge s’ha produït el xoc elèctric. Així mateix, cal també parar atenció que els valors expressats depenen igualment del recorregut del corrent a través del cos. Els valors de les taules representen la impedància quan el xoc elèctric es produeix entre una mà i l’altra. Però, què passa si el contacte s’ha produït entre dues parts diferents el cos humà? A la figura s’hi troben els factors de correcció corresponents als possibles recorreguts del xoc elèctric, tant per la part frontal (esquerra de la imatge) com per la posterior (dreta de la imatge).

Esquerra, part anterior; dreta, part posterior.

Un cop coneguda la impedància del cos, amb la llei d’ohm ja podem conèixer quina serà la intensitat que circularà pel cos quan es produeixi un xoc elèctric. I amb la informació de la figura, que ja havíem vist, amb els efectes de l’electricitat sobre el cos humà ja en podríem determinar les conseqüències. Cal recordar que els efectes exposats a la gràfica corresponen a un recorregut entre la mà esquerra i els dos peus.

No obstant això, per tal d’extrapolar els valors extrets de la gràfica a qualsevol recorregut, s’utilitza l’anomenat factor de cor (figura). El factor de cor serà el factor de correcció que s’aplicarà al corrent que circuli pel cos humà per obtenir l’equivalent a la figura.

Per obtenir el valor del corrent de referència (I_ref) —que serà del qual n’extraurem els efectes a l’organisme— caldrà multiplicar el corrent que circula pel cos (I_h) pel Factor de cor (f_c):

Això, de fet, seria el mateix que fer una segona correcció del valor de la impedància. El motiu d’aquesta modificació del valor del corrent elèctric a través del cos és expressar la importància que té el fet que el corrent passi (o no) a prop del cor, que com se sap, és un òrgan especialment sensible al pas d’un corrent elèctric. Com podeu veure a la figura, els corrents que travessen el cor penalitzen molt el valor del corrent de referència (el fan pujar) i els més allunyats fins i tot l’alleugen.

Els conductors elèctrics són els materials que, quan es posen en contacte amb un cos carregat elèctricament, transmeten l’electricitat a tots els punts de la seva superfície. Els millors conductors elèctrics són els metalls i els seus aliatges. Hi ha altres materials, no metàl·lics, que també posseeixen la propietat de conduir l’electricitat, com el grafit, les solucions salines (com, per exemple, l’aigua de mar) i qualsevol material en estat de plasma. El coure en forma de cables d’un o diversos fils és el metall més emprat en les instal·lacions d’ús domèstic i industrial i en el transport de l’energia elèctrica. Alternativament es fa servir l’alumini, metall que si bé té una conductivitat elèctrica de prop del 60% de la del coure, és un material molt més lleuger, cosa que n’afavoreix l’ús en línies de transmissió d’energia elèctrica en les xarxes d’alta tensió. Per a aplicacions especials es fa servir l’or com a conductor.

Els dielèctrics són els materials que no condueixen l’electricitat, per la qual cosa es poden utilitzar com a aïllants. Alguns exemples d’aquest tipus de materials són el vidre, la ceràmica, la porcellana, els plàstics, la goma, la mica, la cera, el paper, la fusta seca, alguns greixos d’ús industrial i electrònic i la baquelita, entre d’altres.

Si bé no hi ha materials absolutament aïllants ni absolutament conductors, hi ha cossos que són millors o pitjors conductors i que s’utilitzen molt per evitar curtcircuits. Per exemple, hi ha materials que es fan servir per folrar conductors elèctrics a fi de mantenir allunyades de l’usuari determinades parts dels sistemes elèctrics que, si es toquessin accidentalment mentre estan en tensió, podrien produir una descàrrega. D’altres s’utilitzen per confeccionar aïllants com, per exemple, els elements que es fan servir en les xarxes de distribució elèctrica per fixar els conductors en els suports sense que es produeixi contacte elèctric.

La distribució de l’energia elèctrica es realitza mitjançant una xarxa de conductors elèctrics amb els suports necessaris perquè pugui arribar a qualsevol receptor. La xarxa de distribució pot ser aèria o subterrània. L’energia elèctrica arriba fins als destinataris empesa pels efectes del camp elèctric que és el responsable del moviment dels electrons al conductor. Com és sabut, perquè un electró es desplaci d’un àtom a un altre i generi moviment de càrregues —el que es coneix com a intensitat elèctrica—, cal que al material que el transporta la banda d’energia de valència i la banda d’energia de conducció se superposin, és a dir, que sigui un element metàl·lic conductor. La resistivitat d’un material és la característica física que ens descriu la dificultat que troben els electrons per a moure’s al seu interior. Els materials metàl·lics conductors com el coure o l’alumini tenen valors de resistivitat baixos. La resistivitat ens determinarà també la resistència d’un conductor en funció de la longitud i la secció:

El recorregut de l’energia elèctrica dependrà de la resistivitat dels materials que es trobi al seu camí. Les xarxes de transport i distribució de l’electricitat han de garantir l’aïllament suficient respecte al seu entorn per tal d’assegurar que el corrent elèctric no trobarà cap altra via de conducció. Si per alguna forma de defecte o d’accident dels conductors els electrons localitzessin un camí amb menor resistivitat elèctrica ben segur que l’escollirien. És en aquest sentit que caldrà assegurar que els sistemes elèctrics són prou aïllants respecte a l’entorn per tal d’evitar fuites de corrent que puguin afectar altres materials o persones.

D’altra banda, el moviment dels electrons dins del conductor també genera un sobreescalfament al material conductor. L’energia calorífica que genera el moviment dels electrons en un material es quantifica amb la llei de Joule:

L’escalfament dels conductors dependrà de la intensitat elèctrica que hi circula, de la resistència del material així com del temps de durada de la conducció de l’energia elèctrica pel seu interior. Si un conductor està sotmès a una intensitat de corrent elevat durant molt de temps es pot arribar a escalfar de manera que assoleixi el roig viu. La calor produïda és susceptible d’iniciar un incendi si en l’entorn s’hi troben els altres elements del triangle del foc: combustible i comburent.

És per això que els defectes en una instal·lació elèctrica poden acabar provocant un incendi. Si recuperem la llei de Joule que acabem de veure, s’observa que tant la resistència del conductor com la intensitat i el temps poden incrementar la calor generada. En conseqüència, caldrà reduir qualsevol dels tres factors per assegurar que la instal·lació sigui segura. Atès que el temps d’utilització no podrà ser reduït, caldrà que la resistència del material sigui suficient per a poder suportar la intensitat requerida.

A l’expressió amb què calculàvem la resistència d’un conductor trobem que els paràmetres que determinen la resistència dels materials són:

• Longitud
• Resistivitat
• Secció

Serà, per tant, aquesta darrera, la secció del conductor, la que podrem dimensionar correctament per tal d’assegurar que l’escalfament del conductor no esdevindrà cap risc a la instal·lació. El procediment de càlcul es determinarà més endavant en aquesta unitat.

Els principals factors que repercuteixen sobre els efectes de l’electricitat al cos humà són:

• Intensitat de corrent
• Temps d’exposició
• Freqüència del senyal elèctric

Qualsevol increment d’aquests factors produirà majors danys tant si afecta a les persones en un xoc elèctric com si resulta en l’escalfament dels conductors.

Existeixen altres factors que condicionen els efectes de l’electricitat en les persones. S’ha observat que la intensitat que recorrerà l’individu dependrà de la seva impedància corporal. Amb les mateixes condicions de la instal·lació, en funció de la resistència que presenti cadascú, el corrent que l’afectarà serà diferent. És en aquest cas quan apareixen factors que redueixen la impedància corporal i que seran perjudicials en cas de patir un xoc elèctric.

La humitat ambiental. És sabut que l’aigua és bona conductora de l’electricitat. Aleshores, si un cos està mullat o humit, la pell la conduirà millor i la seva impedància externa disminuirà. En conseqüència, els efectes d’un xoc elèctric augmentaran.

El mateix passa amb el consum d’alcohol. Aquest element també és un bon conductor elèctric. Si s’ha efectuat consum de begudes alcohòl·liques, la sang tindrà una aportació d’alcohol i, en conseqüència, la impedància interna del cos disminuirà. Addicionalment, el consum alcohòlic també redueix el temps de reacció enfront els estímuls externs, cosa que augmentarà el temps d’exposició perquè la resposta davant d’un xoc elèctric s’alentirà.

El gèrere de la persona també influeix en l’efecte de l’electricitat. Estadísticament, les dones presenten una impedància corporal menor que els homes. Les taules de valors d’impedància que vam veure quan apreníem el model elèctric del cos humà ens mostren que la impedància de les persones no és cap valor constant i que depèn de la població. Si s’observa el detall respecte el gènere es pot concloure que les persones del gènere femení tendeixen a presentar una resistència corporal menor.

Finalment, s’ha demostrat que l’excitació nerviosa també redueix la impedància corporal. Una situació que ens afecti a nivell emocional i ens produeixi una reacció nerviosa serà perjudicial de cara als efectes de l’electricitat per al cos humà. El sistema nerviós, com ho fan altres factors interns, quan es troba actiu per una situació de perill redueix la resistència pròpia. És important, per tant, que davant d’una situació de risc elèctric siguem prudents i respectem totes les normes i els procediments de treball per tal de reduir la sensació de perill i que el nostre cos no reaccioni en contra.

El Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió (REBT) es va aprovar amb el Real Decret 842/2002, de 2 d’agost i és una normativa de compliment obligat que prescriu les condicions de muntatge, explotació i manteniment d’instal·lacions de baixa tensió. Qualsevol instal·lació elèctrica ha de satisfer els requeriments del REBT per garantir tant la seguretat de les persones com de la instal·lació.

El REBT es troba organitzat en Instruccions Tècniques Complementàries (ITC). Cada ITC tracta diferents aspectes de les instal·lacions elèctriques. A més, descriu i regula les diferents tipologies d’instal·lacions segons la seva ubicació dins del sistema elèctric, segons la seva funcionalitat o segons les condicions ambientals en les quals es troba ubicada. Les instal·lacions elèctriques regulades pel REBT descriuen els elements necessaris per a la seguretat elèctrica així com els dispositius de protecció.

Com hem dit, el REBT és de compliment obligat. Juntament amb el REBT s’hi troben les Guies Tècniques, que són documents que desenvolupen les regulacions del reglament, amb exemples d’aplicació juntament amb referències dels dispositius i els elements exposats. Les guies no són documents normatius i, en conseqüència, no són de compliment obligat. Tanmateix, és important seguir les recomanacions que s’hi troben perquè faciliten l’aplicació de cada instrucció.

Des del punt de vista de la seguretat elèctrica i les proteccions cal destacar les ITC següents: