Resistenza del corpo umano

I tempi d’interruzione sono desunti da una curva corrente-tempo, stabilita da norme internazionali, che fornisce la massima corrente che una persona può sopportare per un determinato tempo. Poiché è più comodo parlare di tensione anziché di corrente, si preferisce riferire la sicurezza della persona alla tensione applicata piuttosto che alla corrente sopportata dal corpo umano.

Si stabilisce in tal modo convenzionalmente un valore dell’impedenza standard del corpo umano (si parla d’impedenza, ma a 50 Hz con buona approssimazione la possiamo considerare una resistenza) che permette di rappresentare le curve di sicurezza tensione-tempo sulle quali è possibile desumere il massimo valore di tensione di contatto sopportabile nelle diverse condizioni.

La resistenza del corpo umano può, però, essere fissata solo convenzionalmente perché varia da un individuo all’altro; dipende dal percorso della corrente nel corpo, diminuisce all’aumentare della tensione e dell’area di contatto ed è influenzata dalle condizioni ambientali.

Si tratta quindi di stabilire un valore convenzionale di resistenza alla quale riferire la sicurezza delle persone.
Tra i dati convenzionali che permettono di determinare la resistenza di una persona verso terra (valore riferito ad un campione medio delle persone) ci sono la resistenza RB del corpo umano per un percorso mani-piedi e, in serie a questa, la resistenza verso terra REB che dipende essenzialmente dalle condizioni ambientali, dal tipo di pavimento e dalle calzature.

Figura 1-Resistenza della persona per un contatto due mani-due piedi e verso terra (RB+REB)

In figura 1 è rappresentato il circuito equivalente della resistenza verso terra di una persona per un percorso fra due mani e due piedi con la RB schematizzabile come un quadripolo, costituito dagli arti (non si considera il tronco, perché essendo costituito principalmente da acqua presenta una resistenza trascurabile), in serie con la resistenza verso terra REB.

Resistenza elettrica del corpo umano

Dare dei valori precisi alla resistenza elettrica del corpo umano RB risulta piuttosto difficoltoso essendo questa influenzata da molte variabili. È possibile valutarla solo statisticamente e quindi le norme CEI fanno riferimento a valori convenzionali riferiti ad un campione medio di popolazione.

Nel caso che il contatto avvenga tramite strati isolanti (guanti, calzari, pedane ecc.) alla RB occorre ovviamente aggiungere la resistenza di tali materiali.

Fig. 3 - Circuito equivalente del corpo umano tra due punti

Dal circuito equivalente di figura 3 si può rilevare che RP e CP sono la resistenza e la capacità dei punti di contatto mentre Ri la resistenza interna del corpo umano.
Tali valori possono essere diversi a seconda dei casi e l’impedenza capacitiva è rilevante solo per frequenze superiori a 1000 Hz perché a frequenza industriale l’impedenza si riduce alle sole resistenze del corpo umano.

La corrente elettrica, per frequenze di 50- 100 Hz, può risultare pericolosa a partire da valori di 10 mA.
Si parla di pericolosità della corrente ma, ai fini pratici, è più conveniente riferirsi ai valori di tensione che sono in grado di far circolare una particolare corrente piuttosto che a valori di corrente veri e propri.

Se indichiamo con ZB l’impedenza totale del corpo umano, con UST la tensione di contatto a vuoto e con IB la corrente che attraversa la persona e assumendo 10 mA come limite convenzionale di pericolosità della corrente elettrica a 50 Hz, il corpo umano risulta soggetto ad una tensione di contatto UST data dal prodotto ZB*IB.

Per ricondurre il rischio a livelli accettabili deve quindi essere: U>sub>ST/ZB ≤ 10mA

Ricordando che alla frequenza industriale di 50 Hz si può trascurare la componente reattiva, l’impedenza equivalente del corpo umano può essere vista come composta da tre resistenze collegate in serie fra loro:
- la resistenza relativa al contatto con la pelle nel punto di entrata Rpe;
- la resistenza interna Ri, che dipende in gran misura dal tragitto che compie la corrente all’interno del corpo umano;
- la resistenza relativa al contatto con la pelle nel punto di uscita Rpu.

Da cui: ZB = RB = Rpe + Ri + Rpu.

Come si è detto, determinare il valore di RB non è sempre agevole dipendendo Rpe, Ri ed Rpu da diversi fattori (tabella 1). Il valore complessivo della resistenza è influenzato notevolmente dallo stato della pelle, si riduce in presenza di sudore, umidità, ferite, graffi mentre aumenta in presenza di calli.
Dipende dal percorso della corrente all’interno del corpo umano (i percorsi che offrono la maggiore resistenza sono quello mano-mano e quello mano-piede), diminuisce se aumenta la superficie e la pressione di contatto ma anche se aumenta la tensione di contatto.

Corrente elettrica e corpo umano

Fig. 4 - Resistenza delle varie parti del corpo, espressa in percentuale della resistenza misurata in un contatto mano-mano o mano-piede

Fig. 5 - Valori statistici in funzione della tensione dell'impedenza totale del corpo umano di esseri viventi per un contatto mano-mano o mano-piede

In figura 4, di ogni parte del corpo, sono indicati i valori di resistenza espressa in percentuale della resistenza di riferimento, presa uguale a cento, relativa ad un contatto mano-mano.
In figura 5 è rappresentata l’impedenza del corpo umano in funzione della tensione applicata.

Il grafico si riferisce al contatto mano-mano o mano-piede, fra due elettrodi con area di 50-100 cm2, in condizioni di pelle asciutta, relativo a tre gruppi di individui che presentano tre diversi livelli di probabilità, riferiti rispettivamente al 5%, 50% e 95% delle persone, di superare i valori indicati.

Ad esempio, con riferimento alla curva relativa al 5% degli individui, si può notare che per tensioni intorno ai 50 V risulta RB=1500 ohm mentre per tensioni di 230 V risulta RB=1000 ohm.