comportamento passagem da corrente do corpo humano eléctrica

ENGENHARIA
DE SEGURANÇA
o comportamento do corpo humano
"a
passagem da corrente eléctrica
Novas orientacões em estudo na Comissão
Electrotécnica Internacional (C. E. I.)
~
L. M. VILELA PINTO
Engenheiro
Electrotécnico
tu
P.)
resumo
abstract
Faz-se uma breve resenha dos conhecimentos recentes e indicam-se as novas orientações em estudo na
Comissão Electrotécnica Internacional (C. E. 1.)Comité de Estudos 64, relativas aos efeitos da corrente
eléctrica sobre o corpo humano.
This paper deals with new orientations on study
in I. E. C. - TC N.O 64 -·ElectricaJ Installations on
Buildings, concerning the eftects 01 current through
the hurnan body.
1
Introdução
O conhecimento, tão preciso e completo quanto
possível, dos efeitos da corrente eléctrica sobre o
corpo humano é um dos factores principais para a
definição da qualidade da segurança oferecida pelas
instalacões
eléctricas.
_,
Por esta razão, após a publicação da Recomendação n." 479 da Comissão Electrotécnica Internacional
CC.E. I.- Comité de Estudos n.? 64) ocorrida em
1974, prosseguiram os estudos médicos com vista a
um melhor conhecimento dos efeitos patofisiol6gicos
da corrente eléctrica sobre o corpo humano.
Como resultado desses estudos ao mais alto nível
científico foi já possível chegar a algumas conclusões,
sendo estas recentemente apresentadas pelo citado
454
ELECTRICIDADE.
organismo internacional em forma de Projecto de Revisão da Recomendação n.? 479 (1974).
Uma vez que há diferenças de análise e aproximação aos problemas, interessa passar em revista esses
novos elementos. :É o que se pretende efectuar, de
forma sucinta, neste trabalho.
2-
Os efeitos da corrente eléctrica sobre
o corpo humano
O Projecto de Revisão referido e em estudo é apresentado em partes, tendo especial interesse, no que
respeita a instalações de utilização de energia eléctrica
em Baixa Tensão, a parte 1 - «Efeitos da corrente
alternada de frequência compreendida entre 15 e
100 Hz» [1], parte 4 - «Efeitos da corrente contí-
ENERGIA.
ELECTRÓNICA
- N," 193 - Novembro 1983
r]
li parte b-dlllpldftnC'Ín
eléctrica
do
~ I po h lim ,lili.) \\ l "i Iti).
1:. da II .spc ilicidnde de 'lc1n tema 1,.. unr-sc-ã
, 1 II~ Ju me 1\ h:' cadn parte, UI r \ cntnn lo-se os tópicos
c mpurnndo-s
o resultado
ugoru propo IL)~ COIll
S nnterí
nnentc vâliclos,
11\1,)
_.1 -
Et it ~ da corre nte alternada de [rcquên ia
compr tendida C17II'l 15 II Z
1(}()II =
inter ssc cm [1111,;1'(11' li zona limltada infcriormeute
pela
curva limite de efeitos pntofisiológlcos
não perigosos
dcíinida autcrionucnlc
(1- 10 f 10/t). resultando
para
IlOVOS
zonas de efeitos [IS propostas
na figura 2.
A cuda uma das zonas numeradas COI responde um
conjunto de efeitos, li saber:
-
t;;
... I ..,U II
Idos nprcsen f ado sobre o tema em q 1I1,;StI
tão pro nt 111 'nl incluídos
na Rccorn sndução
. E. 1. n." 47
I 74) cuja r senha foi apresentada
cru trabnlho ja publi ado I b I.
partir da lata r ferida c. c nuo foi já dito, foram
realiz id s numero ...os .studos com abundante recolha
d dados en lo h [c passivei um melhor conhecimento
d
omp rt mente do orpo humano, cm especial no
qu resj ite a impedância l ao fcnóme no da fibrilação
\ ntri ular.
Emb 1"0 seja de ..alicntar não ter sido registado
nenhum acident mortal com parâmetros físicos situados nas zonas consideradas
actur Ime nte corno de
seguran a, tem todo o interesse o conhecimento de
nov os dados, uma vez que estes permitem um melhor
ajustamento das curv as de segurança à realidade, com
a consequ nte melhoria substancial do binómio «seguran a intríns ca» /il1\ e..t intento das instalações eléct ri-
cas.
partir de estudos de Biegelmeier
Lce [41,
em especial realizados na fai ra das frequências
industriais (50/60 Hz) foi possível definir dois limiares de
fibrilação
ventricular,
em função do tempo de exposi ão à corrente eléctrica:
-
-
-
I: f Iahitualmcnte
alguma reacção até ao
limiur de }K'J'C\;PÇrio;
Zona 2: H abi I 1I<t1 mcn te algum efeito fisiológico
perigoso aré ao limiar de contracção muscular
(« non-Iâchcn
/ « le t-go»):
Zona 3: Habitualmente
algum dano orgânico.
No cn ran to. com o aumento U~I intensidade
de
corrente e do tempo de exposição, podem prod llZ ir-51,; pert li rbaçõe
reversíveis na formação
e
ZOIlU
lO
• ....---.
..-~•
II)
1
10
1
1
Duraç50 do choque eléctr~co
5
I ig. I - Relação entre li intensidade
de corrente mínima de
Iibrila fio e a duração do choque eléctrico para tempos compr endidos entre 3 s e 60 s l4 J
a intensidade de corrente necessária à fibrilação
é elevada para um tempo de passagem curto,
isto é, inferior a um terço do ciclo cardíaco;
a intensidade
de corrente neces ária à fibrilação
é bastante menor para um tempo de passagem
longo, isto é, superior a vários ciclos cardíacos.
A situação referida pode ser apreciada no gráfico
apresentado
na figura 1.
Testes termos, o limiar de fibrilação ventricular.
para durações de choques inferiores a 0.1 S é de alguns
amperes e apenas ocorre durante o período vulneráv el
do electrocardiograma
(E. C. C.) eL correspondendo
este a cerca de 10 00 a 20 °ó do ciclo cardíaco.
Os limiares para durações de choques entre 10 e
100 ms situam-se sobre uma recta entre 400 e 500 mA.
Para durações
superiores
aIs,
os limiares baixam
sensivelmente
para valores da ordem dos 40 a 50 mA.
Assim, atendendo
aos dados agora conhecidos,
há
ELECTRICIDADE.
ENERGIA.
ELECTRÓNICA
-
N.O 193 -
I rmA)
fig. 2 -
Zonas
de efeitos
fisiológicos.
Recomendação
Projecto
de Revisão
da
CEI 479 (1974)
A~ partes restantes referem s C a: Parte 2-«Efeitos
da corrente alternada
de frequência
superior a 100 Hz», a
Parte 3 - « E feitos da corrente
alternada
com componente
contínua,
compreendendo
as correntes
alternadas
com controlo de ângulo de fase c comando sincrono por trens de
alternância»
e a Parte 5 - «Efeitos da corrente de impulsos».
(2)
Período vulnerável
é o que corresponde
a uma situação tal do coração cm que as fibras deste estão num estado
não homogéneo de excitação (1. parte da onda T do E. C. G .).
(I)
Novembro
1983
455
propagação de impulsos no coração (fibrilação
ventricular e paragens cardíacas temporárias
incluídas) e ainda contracções musculares e
dificuldades respiratórias (acima dos limiares de
«non-lâcher») C);
-
Zona 4: Fibrilação ventricular possível. Além
dos efeitos característicos da zona anterior poderão ainda ocorrer efeitos patofisiológicos, tais
como, paragem cardíaca, respiratória, queimaduras graves (estas mais vulgares com o aumento
da intensidade de corrente e o tempo de exposição) (4).
Em relação às anteriores zonas de efeitos verifica-se que as zonas 1 e 2 são mantidas no essencial,
limitando-se a última ao ponto 500mA/20 ms. A zona 3
é substancialmente alterada (zona actual de operação
das curvas de segurança Uc(t)) com a introdução dos
novos limiares de fibrilação em função dos tempos de
exposição (curva c da figura 2).
As zonas designadas por 4 e 5 passem agora a ser
englobadas nurna só zona - a zona 4 -limitada
inferiormente pela curva anterior.
a trajecto da corrente eléctrica tem importância
fundamental nos efeitos de um acidente por acção
desta [6, 7]. Tal situação, não tratada especialmente
na anterior Recomendação, pode ser facilmente averiguada pela análise da equaçao de risco eléctrico
onde: W1 - energia em joule, U - tensão em volt,
I - intensidade em ampere, R - resistência (impedância) do corpo humano em ohm e t - tempo de exposição em segundos. Esta equação pode escrever ..se
localmente nos tecidos afectados com a forma
w ==
f:
R I' dt ,
!
Os diversos valores propostos para o factor de
corrente de coração F no projecto de revisão são apresentados no Quadro I.
QUADRO
I
Factores de corrente de coração F em função dos trajectos
TRAJECTOS
Mão esquerda -
FACTOR
. ..
mão direita
Mão direita - pé esquerdo
ou dois pés . ...
...
0,4
ou pé direito
...
0,8
...
... ...
1,3
. ..
1,5
Peito -
mão direita
.. .
Peito -
mão
... .. .
esquerda
... ... ...
F
A utilização do coeficiente referido permite com
toda a facilidade «reduzir» todos os trajectos ao trajecto-base através do cálculo de uma «corrente equivalente» a uma dada probabilidade de fibrilação obtida
para o trajecto-base.
Como exemplo, verifica-se que uma corrente real
de 200 mA é equivalente, em termos de risco de fibri-
Este limiar depende de diversos factores entre os
quais a superfície de contacto, forma e dimensões dos eléctrodos e características momentâneas do acidentado. São aceites \ alores de 10 e 16 mA, respectivamente para mulheres e
homens [5].
(4) Os limiares de queimaduras
são muito difíceis de
determinar. Para exposições de alguns segundos, uma densidade de corrente de 10 mA/mm2 pode provocar queimaduras
ligeiras. Para valores da ordem dos 70 mA/mm2 podem
ocorrer verdadeiras carbonizações (segundo Biegelmeier).
(5) Em baixa tensão existe ainda um parâmetro
determinante: é a quantidade de electricidade Q = I X t a nível
do coração. Esta grandeza condiciona os fenómenos de fibrilação ventricular.
(6) De acordo com as nox as orientações
são definidos
dois tipos de acidentes: a electrização e a electrocussão.
O primeiro corresponde a uma situação de qualquer origem
e consequências; o segundo corresponde a uma situação com
morte por contacto eléctrico acidental.
(3)
a
risco eléctrico é, assim, condicionado, por um
lado, pela energia W (impossível de medir e responsável pelas lesões localizadas) e, por outro, pela energia WI (mensurável e responsável pela acção global da
fonte de energia (W1 = fUI
dt) (5).
Uma análise mais completa do assunto [7] poderia
fazer-nos concluir que, dos trajectos possíveis da
corrente eléctrica através do corpo humano em caso
de acidente (6), os que incluem a zona do coração são
os que provocam efeitos mais agravados, em virtude
da energia dissipada ao nível desse órgão.
A consideracão
desta situacão
não foi feita cIara~
~
mente no documento de 1974. A revisão em estudo
propõe a consideração dos efeitos para trajectos dife-
456
rentes de um trajecto-base (mão esquerda-pés) através
da utilização de um coeficiente de correcção, o factor
de corrente de coração, designado por F.
Este coeficiente permite estimar os valores reais
das intensidades de corrente (Ir) para trajectos diferentes do trajecto-base que representam o mesmo risco
de fibrilação ventricular (Is), pela utilização da expressao
ELECTRICIDADE.
ENERGIA.
ELECTRÓNICA
_ N:" 193 - Novembro 1983
1.\\
(Ira] cro real muo iiI .itu-pé ), ri umn corrente
I' 1{'O 111 \ p irn \. trnjc 'to mao e querela-pés.
11..\
).., icidentes em l irrcn: ' l. inííuun ~HO muito menos
Ire jucnt is, mb 1"1 num 'I' de apli .. IÇOU) seja consid '1.1\ el.
]
uma mau 'ir ..l geral, O~ ocidcnrcs mortnis pclu
a .10 de te (i 1'0 LI' orrentc só i prod uzcm cm c )0li
muit dr CU\ 01' a v 'i . A razão de tal facto deve-se
a ~llll. ll1 con nre conunua
l
mcno difícil «largnr»
fi 1118....,..
111}lInh 1\ eis (limiar de ontracção
muscular
D1Ui td \ ad
c. J LH' i , o limiar til: Iibrilnçâo vcnu i ular torna- e muis elevado do que t'111 corrente
alternada. me m para t mp ti ' exposição supe ri o res
a
i lo cardí ..l .
\ principais
ii rcrenças ent rc o cfci tos devem-se
80 Ia to d qu
as e cita
s introduzidas
nas células
do tecid
..itrave sad s pela
orrente
léctri a em
a de acident
s~ÍL Icrtern
11 k de pendeu tes das vu riao d inren idade,
A análise tXP rimental dos dados actualmente
disp nn i [_] permite d Iinir Ulll factor de equivalênia
ntre ef itos da
orrente
contínua
(C. C.) c
alternada
( . . - f atol' k - calculado a partir da
e pre ão s guinte:
Nu que rcspeirn ti fibrilação ventricular,
experiências feitas cm animais c dados recolhidos LI partir de
uc idcnrcs não são ,lindu suliclcntcs 11(11'{1 a definição
de valores concretos.
No entanto, o projecto de revisuo em estudo aponta que, para durações de clectrizução superiores
ao ciclo cardíaco,
os limiares são
scnsivclmcn Ic ma iores do q ue os registados
para
corrente ulrernada.
Pura durações inferiores. os limiarcs são iguais ou até inferiores <lOS registados
para
correu Ic [II remada.
Por analogia
situação apresentada
para corrente
ti lte rnudn
e (I presentada
cm scgu ida a proposta
da
'. E. I. relativa ao assunto (fig. 3) com inclusão das
ZOJWS de elei tos para
corren tes longitudi nais ascendentes c descendentes.
Assim temos:
,I
-
õ
-
t
k
J c. \.
flhrlla
-III
1
\ Ü ti r
-
Zona 1: Habitualmente
alguma reacção;
Zona 2: Habitualmente
algum efeito patofisiológico pe rigoso:
Zona 3: Habitualmente
algum dano orgânico.
Podem aparecer perturbações
reversíveis na formação e propagação
de impulsos no coração
aumentando
com a intensidade
de corrente e o
tempo de expo ição:
Zona 4: Fibrilação ventricular possível. Outros
efeitos patofi iol6gicos podem ocorrer tais como
queimaduras
grax e , aumentando
com a intensidude de corrente e o tempo de exposição, além
dos efeitos típicos da zona anterior (zona 3).
"hClll)
.-- ,
T
para uma dada probabilidade
de aparecimento
de
fibrila ão ventricular e).
Para os valores
normalmente
aceites para as
intensidades
de corrente
que provocam
Fibrilação
e Ic. ~. Hhrilaçliu = 80 mA,
valor eficaz) resulta que k === 3,75.
Este resultado
reafirma,
com aproximação,
anteriores dados apresentados
sobre o assunto (Ic. c. =
= I c. \. X log t pa ra 1O 000 > t > 1O ms).
Em corrente contínua os trajectos da corrente e
seu sentido tem importância
fundamental.
Assim, consoante o trajecto, são definidas intensidades de corrente
longitudinais
(no sentido mão-pés, por exemplo), transversais (no sentido mão-mão): as correntes longitudinais podem ser ascendentes
(representando
os pés o
polo positivo) e descendentes
(representando
os pés
o polo negativo).
A definição de limiares em corrente contínua não
é possível de forma tão concreta como em corrente
alternada. Pode, no entanto, aceitar-se corno limiar de
percepção o valor médio de 2 mA (sensação contínua)
e como limiar de contracção muscular o valor médio
de 300 mA (8).
(I . . 1ibrila\ão = 300
ELECTRICIDADE.
(m
,
I
1
l-
ELECTRÓNICA
-
N:" 193 -
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I'
I
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•
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I·i
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s. '
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' ~,
.
~"
"
I[ C1A)
Zonas de efeitos para corrente contínua.
Projecto
de rcx i ão da Recomendação
CEI 4 79 ~1974). (Traço cheio:
correntes longitudinai
a cendentes: traço-traço: correntes longitudinais descendentes
Fig. 3 -
(1) A probabilidade
de aparecirnentc
de fibrilação ventricular varia cm função do tempo de exposição
Este esta
relacionado com a intensidade
de corrente por uma expressão
do tipo (2, t = K2 (Estudos de Dalzicl e Lee citados em [7],
com K variável com a espécie e o peso.
(8) Abaixo
deste valor não é possível estabelecer
um
limiar com precisão. apenas se verificando efeitos de contracção muscular e calor nos instantes de ligação ou interrupção
de corrente (valo máximo de di/dO.
Novembro
1983
457
As curvas apresentadas são válidas para pessoas
adultas.
As correntes transversais de intensidade inferior a
300 mA com tempos de exposição de vários minutos
podem provocar outros efeitos não referidos ainda,
tais como, arritmias cardíacas reversíveis, marcas eléctricas, queimaduras, vertigens e, por vezes, inconsciência. Acima de 300 mA a contracção muscular
toma-se intensa e a inconsciência produz-se com fre" .
quencia.
2.3 -
A impedância eléctrica do corpo humano
A electrização exige desde logo a presença de três
factores circunstanciais fundamentais: a existência de
contactos com materiais condutores de electricidade,
a existência de uma malha de defeito (que possibilite
o estabelecimento de uma corrente) e a existência de
uma diferença de potencial.
Para uma dada diferença de potencial, a determinação da intensidade de corrente que percorrerá a
malha de defeito será função, entre outros factores,
das características do electrizado, isto é, do seu comportamento em termos de impedância.
Como se sabe [8], a impedância do corpo humano
não é linear, dependendo de inúmeros factores, nomeadamente, do trajecto da corrente, da tensão de contacto, do tempo de exposição, da frequência da
corrente, do estado de humidade da pele, da superfície de contacto e pressão exercida pelos eléctrodos
e da temperatura.
A análise do problema toma-se, pois, muito complexa.
De acordo com o projecto de revisão em estudo,
ciaI das tensões de contacto e do estado de humidade
da pele.
Nestes termos, não faz muito sentido a indicação
de valores fixos de impedância. A revisão da publicação citada aponta para valores em termos probabilísticos, ou seja em termos de probabilidade acumulada, isto é, com uma dada probabilidade de não serem
ultrapassados (9).
Os valores propostos são apresentados no Quadro II.
QUADRO II
Impedância total do corpo humano (adultos vivos, trajecto
mão ou mãos - pés, superfícies de contacto entre 50 e
100 cm2 e para tensões no máximo iguais a 1000 V)
Tensões de contacto
Valores probabilísticos da impedância do corpo humano En]
[V]
5%
50%
95 %
25
1750
3250
6100
50
1450
2800
5100
220
1000
1800
3000
1000
700
1050
1500
650
750
850
Valor assimptótico
... . ..
Os valores agora apresentados diferem substancialmente dos considerados anteriormente, não só na
metodologia de estudo e recolha de dados, mas também em valor absoluto.
3
Conclusões
-+
a impedância global do corpo humano (Zg) em regime
permanente é decomposta em duas componentes: a
-+
impedância interna do corpo (Zt) e a impedância da
-+
pele (Zp). A impedância global será a soma vectorial
das duas componentes indicadas, ou seja:
-+
-+
Zg == Zt
+
-+
Zp .
A impedância interna pode ser considerada principalmente resistiva, dependendo essencialmente do trajecto da corrente.
A impedância da pele pode ser considerada equivalente a um conjunto de resistência/capacidade
em
paralelo, dependendo da tensão de contacto, da frequência, do tempo de exposição, da superfície de
contacto, do estado de humidade da pele e da temperatura ambiente.
As experiências realizadas (em seres vivos e mortos) permitiram avaliar a dispersão estatística dos
resultados em função das variáveis indicadas, em espe-
458
ELECTRICIDADE.
A análise dos dados recentes permite inferir da
evolução dos conhecimentos relativos ao comportamento do corpo humano à passagem da corrente eléctrica e consequentemente aquilatar quais as alterações
previsíveis a proceder nas metodologias actualmente
usadas para garantia da protecção de pessoas em instalações eléctricas.
O nível atingido, resultando da Recomendação
CEI 479 (1974), mostrou-se perfeitamente satisfatório
tendo em atenção os dados experimentais recolhidos
até ao presente.
No sentido de uma melhoria, encontra-se presentemente em estudo nos Comités respectivos da C. E. I.
um guia para a protecção contra choques eléctricos.
Define-se a função F como função de distribuição
acumulada de uma variável aleatória X por F(x) = P (X
x).
Para uma variável aleatória discreta, F(x) = L P(xj) com
(9)
<
somatório para todo o j que verifique xJ
ENERGIA.
ELECTRÓNICA
< x.
- N," 193 -
J
Novembro 1983
I II
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Lei·)
1980.
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Envie cheque ou vale postal de
Rlla D. Estefânia, 48,
ENERGIA.
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sur
s ao corrente 3110
liquidadas até final
111e
ELECTRICIDADE.
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1983
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