< Curent continuu

3 Electrocutarea

3.1 Siguranţa în domeniul electric

Pe măsură ce curentul electric „curge” printr-un material, orice opoziţie în calea deplasării electronilor (rezistenţă) are ca rezultat disiparea de energie, de obicei sub formă de căldură. Acesta este efectul principal şi cel mai uşor de înţeles al electricităţii asupra ţesutului viu: încălzirea acestuia datorită curentului. În cazul generării unei cantităţi suficiente de căldură, ţesutul poate prezenta arsuri. Fiziologic vorbind, efectul este asemănător celui cauzat de o flacără deschisă sau orice altă sursă de căldură ridicată, doar că electricitatea poate arde ţesutul în adâncime, nu doar la suprafaţa pielii, şi poate afecta chiar şi organele interne.

Un alt efect al curentului electric asupra corpului, probabil cel mai periculos, este cel asupra sistemului nervos. Prin „sistem nervos” înţelegem reţeaua de celule speciale din corp denumite „celule nervoase” sau „neuroni” ce procesează şi conduc o multitudine de semnale responsabile pentru controlul multor funcţiilor corpului. Creierul, coloana vertebrală şi organele de simţi si motoare funcţionează împreună pentru a permite corpului să simtă, să se deplaseze, să raspundă şi să gândească.

Comunicarea dintre celulele nervoase este asemenea unor „traductoare”: crează semnale electrice (curenţi şi tensiuni mici) ca şi răspuns la prezenţa unor compuşi chimici numiţi neurotransmiţători, şi elibereză neurotransmiţători atunci când sunt stimulati de un curent electric. Dacă printr-un corp viu (uman sau nu) trece un curent electric suficient de mare, acesta va înlocui impulsurile de intensitate mică generate în mod normal de neuroni, suprasolicitând sistemul nervos şi prevenind acţionarea muşchilor cu ajutorul reflexelor şi a semnalelor voite. În cazul în care muşchii sunt excitaţi (acţionaţi) de o sursă externă de curent (şoc electric), aceştia se vor contracta involuntar, iar victima nu poate face nimic în această privinţă.

Această situatie este cu atât mai periculoasă dacă victima strânge conductorul aflat sub tensiune în mâini. Muşchii antebraţelor responsabili pentru mişcare degetelor tind să fie mai bine dezvoltaţi pentru acei muşchi reasponsabili cu contractarea degetelor decât pentru întinderea lor; prin urmare, dacă ambele seturi de muşchi sunt excitate la maxim datorită curentului electric prezent prin mâna victimei, muşchii de „contractare” vor câştiga, iar persoana va strânge mâna într-un pumn. În cazul în care conductorul atinge exact palma mâinii, această strângere va forţa mâna să prindă strâns firul în mână ducând la o agravare a situaţiei datorită contactului excelent dintre corp şi fir prin intermediul mâinii. Victima nu va fi capabilă să lase firul din mână fără un ajutor extern.

Din punct de vedere medical, această condiţie de contracţie involuntară a muşchilor se numeşte tetanos, şi poate fi întrerupt doar prin oprirea curentului prin victimă.

Chiar şi după încetarea curentului, s-ar putea ca victima să nu-şi recapete pentru o perioadă de timp controlul voluntar asupra muşchilor, până la revenirea la normal a stării neurotransmiţătorilor. Acesta este şi principiul aplicat la construcţia pistoalelor tip „Taser” ce induc un şoc electric asupra victimei prin intermediul a doi electrozi. Efectul unui şoc electric bine poziţionat poate imobiliza temporar (câteva minute) victima.

Dar efectele curentului electric asupra victimei nu se reduc doar la muşchi. Muşchiul ce controlează plămânii şi inima (diafragma toracică) poate fi şi el blocat de efectul curentului electric. Chiar şi curenţii mult prea slabi pentru a induce în mod normal tetanosul sunt suficienţi pentru a da peste cap semnelele celulelor nervoase în aşa măsură încât inima să nu mai funcţioneze corect ducând la o conduţie cunoscută sub numele de fibrilaţie. Inima aflată în fibrilaţie mai mult trepidează decât bate, şi este ineficientă la pomparea sângelui spre organele vitale din organism. În orice caz, în urma unui curent electric suficient de mare prin corp, există posibilitatea decesului prin asfixiere sau stop cardiac. În mod ironic, personalul medical foloseşte un şoc electric aplicat deasupra pieptului victimei pentru a „porni” inima aflată în fibrilaţie.

Efectele curentului alternativ faţă de cele ale curentului continuu

Modul în care curentul alternativ afectează corpul viu depinde în mare măsura de frecvenţă. Frecvenţele joase (50 şi 60 Hz, folosita în Europa, respectiv SUA) sunt mai periculoasă decât frecvenţele înalte, iar curentul alternativ este de până la cinci ori mai periculos decât curentul continuu la aceeiaşi valoarea a curentului şi a tensiunii. Curentul alternativ de frecvenţă joasă produce o contracţie îndelungată a muşchilor (tetanie, sau spasm muscular intermitent) ce blochează mâna pe sursa de curent electric prelungind timpul de expunere la efectele acestuia. Curentul continuu este mult mai probabil să cauzeze doar o singură contacţie, ce permite adesea victimei să se îndepărteze de locul pericolului.

Curentul alternativ, prin natura sa, tinde să ducă pacemaker-ul inimii într-o stare de fibrilatie, în timp de curentul continuu tinde doar să oprească inima. Odată ce şocul electric încetează, este mult mai uşor de „repornit” o inimă blocată decât una aflată în stare de fibrilare. Acesta este şi motivul pentru care echipamentul de „defibrilare” folosit de personalul medical de urgenţa funcţionează: şocul de curent produs de echipament este sub formă de curent continuu şi are ca şi efect oprirea fibrilaţiei inimii pentru a permite inimiii să revină la normal.

Oricare ar fi cazul, curenţii electrici suficienţi de mari pentru a cauza contracţia involuntară a muşchilor sunt periculoşi şi trebuie evitaţi cu orice preţ.

3.2 Drumul curentului în cazul electrocutării

După cum am văzut deja, deplasarea continuă a electronilor necesită prezenţa unui circuit închis. Acesta este motivul pentru care şocul electric datorat electricităţii statice este doar de moment: deplasarea electronilor este de scurtă durată, până când se reface echilibrul electric dintre cele două obiecte. Aceste tipuri de şocuri limitate sunt rareori periculoase.

Fără existenţa a două puncte pe corp necesare intrării şi ieşirii curentului, nu există riscul electrocutării. Din acest motiv păsărilor pot sta pe liniile de înaltă tensiune fără a suferi nicio electrocutare: contactul între acestea şi circuit se realizează doar într-un singur punct.

Pentru ca electronii să circule printr-un conductor, este necesară prezenţa unei tensiuni pentru motivarea lor. Tensiunea este tot timpul realtivă între două puncte. Nu există tensiune „la” sau „pe” un anumit punct dintr-un circuit; prin urmare, nu există nicio tensiune aplicată păsării ce face contact cu circuitul în exemplul de mai sus într-un singur punct, prin urmare, nu există nici curent. Da, chiar dacă aceasta atinge circuitul cu ambele picioare, totuşi, ele ating acelaşi fir comun din punct de vedere electric. Din moment ce picioarele păsării ating acelaşi fir electric comun, nu există diferenţă de potenţial (tensiune) între cele două puncte şi nu există nici curent.

Aceste consideraţii pot duce la formarea părerii (greşite!) că nu putem fi electrocutaţi prin atingerea unui singur fir electric. Spre deosebire de păsări, oamenii stau de obicei pe suprafaţa pământului atunci când ating un fir prin care trece curent electric. Adesea, o parte din sistemul de alimentare este conectată întenţionat la pământ, iar persoana ce atinge un singur fir, realizează de fapt contactul între două puncte din circuit (firul şi pământarea):

Simbolul împământării (legării la pământ) este setul de trei linii orizontale cu lungimi descrescătoare, aflat în partea stângă-jos a circuitului de mai sus, precum şi la piciorul persoanei curentate. În realitate, sistemul de împământare a sistemelor de alimentare constă dintr-un conductor metalic îngropat în pământ la o adâncime mare pentru un contact maxim cu acesta. Acel conductor este conectat la rândul său într-un punct din circuit. Conectarea victimei la pământ (împământare) se realizează prin piciorul acesteia, datorită faptului că acesta atinge pământul.

Câteva întrebări sunt binevenite:

• Dacă prezenţa unui punct de împământare în circuit poate duce la electrocutarea unei persoane, de ce îl avem în circuit în primul rând? Nu ar fi mai sigur un circuit fără împământare?
• Persoana electrocutată probabil că nu este desculţă. Dacă cauciucul şi materialele din care este realizată încălţămintea sunt materiale izolatoare, atunci de ce aceasta nu protejează persoanele electrocutate prin împiedicarea formării unui circuit închis
• Cât de bun conductor electric poate pământul să fie? Dacă putem fi electrocutaţi datorită curgerii curentului prin pământ, de ce să nu folosim pământul ca şi conductor în circuitele noastre de putere?

Motivul legării la pământ a circuitelor (împământarea)

Cât priveşte prima întrebare, prezenţa unui punct de împământare „intenţional” asigură faptul că cel puţin contactul cu o parte din circuit este sigură. Dacă persoana din cazul precedent ar fi să atingă partea de jos a rezistorului, aceasta nu s-ar electrocuta, chiar dacă picioarele sale vin în contact cu pământul:

Deoarece partea de jos a circuitului este conectată la împământare în partea stângă, conductorul din dreapta jos este comun din punct de vedere electric cu acesta, atunci când este atins precum în figura de mai sus. Din moment ce nu poate exista o diferenţă de potenţial (tensiune) între două puncte comune electric, asupra persoanei ce vine în contact cu firul nu va fi aplicată nicio tensiune iar aceasta nu va suferi niciun şoc electric. Din acelaşi motiv, firul ce conectează circuitul la împământare nu are de obicei izolaţie; orice obiect metalic ce vine în contact cu acesta se va transforma într-un punct electric comun cu pământul, eliminând orice periocul de electrocutare.

Legarea unui circuit la pământ asigură faptul că există cel puţin un punct din circuit care dacă este atins nu duce la electrocutare. Dar dacă nu am lega circuitul deloc la pământ? Nu ar înseamna asta că atingerea oricărui fir ar fi la fel de sigură? Ideal, da. Practic însă, nu. Observaţi ce se întâmplă fără niciun fel de împământare:

În ciuda faptului că picioarele persoane vin în contact direct cu pământul, atingerea oricărui punct din circuit este sigură. Din moment ce nu se formează un drum complet/închis prin corpul persoanei, nu este posibilă trecerea niciunui curent prin corpul acesteia. Totuşi, toate acestea se pot schimba radical în momentul formării unei legături accidentale cu pământul, precum atingerea liniilor de înaltă tensiune de către o creangă ce duce la formarea unei legături directe cu pământul:

nu este sigură atunci când există o conectare accidentală a circuitului

O asemenea conexiune accidentală dintre conductorul circuitului şi pământ poartă numele de defect de împământare. Cauzele defectelor de împământare pot fi numeroase şi prin urmare nu pot fi luate toate în considerare la proiectarea liniilor electrice. În cazul copacilor, este imposibil de prezis cu care fir ar putea aceştia să intre în contact. Dacă contactul se realizează între firul de sus, atunci aceste poate fi atins în siguranţă; dacă în schimb contactul se realizează între copac şi firul de jos, atunci atingerea acestui fir este cea care nu prezintă riscul electrocutării, adică exact invers faţă de cazul precedent.

Precum am spus şi mai sus, ramurile copacilor sunt doar o sursă potenţială ale defectelor de împământare. Să considerăm un circuit neconectat la pământ, fără niciun contact accidental dintre copac şi pământ, dar de data aceasta avem doi oameni ce ating circuitul în două puncte cu potenţiale diferite:

În acest caz, contactul fiecărei persoane cu pământul asigură închiderea circuitului prin pământ şi prin ambele persoane. Chiar dacă fiecare din cele două persoane crede că se află în siguranţă în momentul atingerii punctului respectiv din circuit, atingerea lor concomitentă transformă situaţia de mai sus într-un scenariu periculos. De fapt, una dintre persoane reprezintă defectul de împământare în acest caz, ceea ce face ca atingerea conductorului de către cealaltă persoană să fie periculoasă pentru ambii. Acesta este motivul pentru care circuitele fără împământare sunt periculoase: tensiunea dintre oricare punct din circuit şi pământ este imprevizibilă, deoarece este posibilă apariţia unui defect de împământare în orice moment în oricare punct al circuitului. În acest scenariu, doar pasărea este sigură, doarece nu are niciun contact cu pământul. Prin conectarea unui punct din circuit la pământ, putem asigura siguranţa atingerii cel puţin în acel punct. Deşi nu reprezintă o măsură de siguranţă 100%, tot este mai mare decât lipsa completă a împământării.

Protecţia la electrocutare prin purtarea încălţămintei adecvate

Pentru a răspunde celei de a doua întrebări, încălţămintea cu talpă de cauciuc asigură întradevăr o anumită protecţie la electrocutare prin prevenirea închiderii circuitului între victimă şi pământ. Cu toate acestea, majoritatea tipurilor de încălţăminte nu sunt sunt proiectate pentru asigurarea siguranţei electrice, având în majoritatea cazurilor o talpă prea subţire sau dintr-un material neadecvat. De asemenea, orice umeazeală, mizerie sau săruri conductive provenite de la transpiraţie aflate pe suprafaţă sau ce străpung talpa încălţămintei duce la compromiterea valorii izolaţiei iniţiale ale acesteia. Există încălţăminte special concepută pentru lucrul la tensiune înaltă, precum şi preşuri din cauciuc pentru stat, dar aceste echipamente speciale de lucru trebuiesc menţinute uscate şi într-o stare perfectă de curăţenie pentru a-şi dovedi eficienţa. În concluzie, încălţămintea obişnuită nu este o garanţia a protecţiei la electrocutare atunci când intrăm în contact cu un circuit electric.

Cercetările efectuate asupra rezistenţei contactului dintre corpul uman şi pământ au relevat aproximativ următoarele valori:

• Contact prin intermediul mâinii sau piciorului protejat prin izolaţie de cauciuc: 20 MΩ
• Contact prin intermediul piciorului protejat cu încălţăminte de piele (uscat): între 100 kΩ şi 500 kΩ
• Contact prin intermediul piciorului protejat cu încălţăminte de piele (ud): între 5 kΩ şi 20 kΩ

Din cele de mai sus reiese că faţă de piele, cauciucul este un material izolator mult mai bun, iar prezenţa apei într-un material poros precum pielea, reduce semnificativ rezitenţa electrică a acestuia.

Pământul nu este un foarte bun conductor

Ca să răspundem şi la a treia întrebare, pământul nu este un conductor foarte bun, cel puţin nu atunci când este uscat. Acesta este un conductor mult prea slab pentru a putea susţine un curent continuu pentru alimentarea unei sarcini. Totuşi, pentru accidentarea sau decesul unei persoane este suficientă chiar şi o cantitate foarte mică de curent, prin urmare chiar şi conductivitatea slabă a pământului poate fi suficientă pentru a conduce o cantitate suficientă de curent atunci când există o tensiune suficientă la îndemână (care de obicei în sistemele de alimentare există).

Unele suprafeţe de pământ sunt materiale izolatoare mai bune decât altele. Asfaltul de exemplu, fiind o substanţă în mare uleioasă, prezintă o rezistenţă mult mai mare decât majoritatea tipurilor de piatră sau pământ. Betonul pe de altă parte, posedă o rezistenţă electrică mică datorită conţinutului său de apă şi electrolit (substanţă chimică conductoare).

3.3 Legea lui Ohm (din nou!)

În cadrul teoriei siguranţei electrice este rostită adeseori fraza: Nu tensiunea omoară, ci curentul! Deşi există o urmă de adevăr în această zicală, trebuie să înţelegem mult mai multe despre pericolul electrocutării decât atât.

Principiul conform căruia „curentul omoară” este în esenţă corect. Curentul electric este cel responsabil de arderea ţesuturilor, blocarea muşchilor şi intrarea inimii în fibrilaţie. Totuşi, curentul electric nu poate exista singur: trebuie să existe o anumită cădere de tensiune pentru motivarea deplasării electronilor prin corpul victimei. Corpul persoanei are şi el o anumită rezistenţă electrică, rezistentă ce trebuie luată de asemenea în considerare.

Conform legii lui Ohm, curentul este egal cu raportul dintre tensiune şi rezistenţă:

I = E / R

Cantitatea de curent printr-un corp este egală cu raportul dintre valoarea tensiunii aplicate între două puncte distincte de pe corp şi rezistenţa electrică oferită de acesta între cele două puncte. Evident, cu cât valoarea tensiunii disponibile pentru „împingerea” electronilor este mai mare, cu atât aceştia se vor deplasa mai uşor (curent mai mare) pentru aceeiaşi valoare a rezistenţei. De aici rezultă si pericolul tensiunii înalte: tensiunea înaltă înaseamnă un potenţial mai mare de trecere a unor cantităţi mari de curent prin corp. Invers, cu cât corpul oferă o rezistenţă electrică mai mare împotriva curentului, cu atât deplasarea electronilor este mai lentă (curent mai mic). Pericolul tensiunii este dat până la urmă de valoarea rezistenţei totale disponibilă în circuit pentru împiedicarea transferului de electroni prin corp.

Rezistenţa corpului nu este nici ea o valoarea fixă. Aceasta variază de la o persoană la alta şi nu este aceeiaşi de-a lungul timpului. Dintre factorii ce afectează rezistenţa totală a unei persoane se numără procentul de grăsime şi gradul de hidratare al organismului.

Rezistenţa organismului depinde şi de modul de realizare al contactului dintre fir şi piele: între cele două mâini, între mână şi picior, între cele două picioare, între picior şi cot, etc. Sudoarea, fiind un lichid bogat în săruri şi minerale, este un conductor excelent de electricitate. La fel este şi sângele. Prin urmare, contactul realizat cu o mână transpirată sau o rană deschisă va reduce substanţial valoarea rezistenţei disponibile.

Dacă măsurăm rezistenţa electrică între cele două mâini, valoarea indicată de un multimetru va fi de aproximativ un milion de ohmi (1 MΩ) (ţinând cele două sonde, fiecare într-o mână). Multimetrul indică o rezistenţă mai mică dacă strângem puternic sondele în mână decât atunci când le ţinem uşor.

Valoarea curentului peste care acesta devine periculos

Care este valoarea pentru care curentul este periculos? Răspunsul la această întrebare depinde şi el de câţiva factori. Fiecare corp este diferit din punct de vedere chimic, iar acest lucru duce la reacţii diferite la trecerea aceluiaşi curent prin două corpuri diferite. În ciuda acestor diferenţe, de-a lungul timpului s-au stabilit unele valori cu ajutorul testelor ce indică efectele curentului electric asupra organismului. Toate valorile curenţilor sunt date în miliamperi (1 mA = 0.001 A):

EFECT ASUPRA CORPULUI   CURENT CONTINUU   CURENT ALTERNATIV (60 Hz)   CURENT ALTERNATIV (10 kHz)
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Senzaţia uşoară         Bărbaţi = 1.0 mA        0.4 mA                      7 mA 
de gâdilire             Femei = 0.6 mA          0.3 mA                      5 mA 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Pragul de               Bărbaţi = 5.2 mA        1.1 mA                      12 mA 
percepţie               Femei = 3.5 mA          0.7 mA                      8 mA 
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Apariţia durerii,       Bărbaţi = 62 mA         9 mA                        55 mA 
dar se poate menţine    Femei = 41 mA           6 mA                        37 mA 
controlul voluntar
al muşchilor                                           
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Apariţia durerii,       Bărbaţi = 76 mA         16 mA                       75 mA 
victima nu poate lăsa   Femei = 51 mA           10.5 mA                     50 mA 
firul din mână
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Durere severă,          Bărbaţi = 90 mA         23 mA                       94 mA 
apar dificultăţi        Femei = 60 mA           15 mA                       63 mA 
de respiratie                                                    
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Posibilitatea           Bărbaţi = 500 mA        100 mA             
apariţiei fibrilaţiei   Femei = 500 mA          100 mA             
inimii după 3 secunde                                              
--------------------------------------------------------------------------------------------------- 
            

Atenţie, aceste date sunt doar aproximative, pentru că fiecare individ s-ar putea să reacţioneze diferit la trecerea curentului prin organism. S-a sugerat că o valoarea a curentului de doar 17 mA (0.017 A!) este suficientă în anumite condiţii pentru inducerea fibrilaţiei inimii atunci când este aplicată de-a lungul pieptului.

Scenarii

Să presupunem de exemplu că am prinde în ambele mâini terminalele unei surse de tensiune alternativă la o frecvenţă de 60 Hz. Care este valoarea tensiunii necesare pentru a produce un curent de 20 mA (suficient pentru a face imposibilă desprinderea voluntară de pe fir) în condiţiile în care pielea este uscată şi curată? Folosim legea lui Ohm pentru a determina această valoare:

E = IR
E = (20 mA)(1 MΩ)
E = 20.000 V = 20 kV  

Ţineţi minte că aceasta este situaţia cea mai favorabilă victimei (piele curată şi uscată) din punct de vedere al siguranţei electrice, iar valoarea tensiunii de 20 kV este valoarea necesară inducerii tetanosului. Pentru cauzarea unui şoc electric dureros, este suficientă o valoare mult mai mică a tensiunii! De asemenea, ţineţi minte că efectele fiziologice ale curentului electric variază în mare măsură de la o persoană la alta, iar aceste valori calculate sunt doar aproximări.

Dacă ne udăm pe mâini pentru a încerca să simulăm transpiraţia, rezistenţă electrică dintre cele două mâini scade până la o valoare de aproximativ 17.000 de ohmi (17 kΩ) (încercaţi să folosiţi un multimetru în diferite scenarii pentru calcularea rezistenţei electrice dintre diferite puncte ale corpului dumneavoastră!), atingând cu doar un deget fiecare dintre cele două sonde. O recalculare a tensiunii necesare inducerii unui curent de 20 mA, duce la următorul rezultat:

E = IR
E = (20 mA)(17 kΩ)
E = 340 V          

În această situaţie realistă, este nevoie de o cădere de tensiune de doar 340 de volţi între cele două mâini pentru a induce un curent de 20 mA (vedeţi tabelul efectelor curentului asupra corpului). Totuşi, este posibilă apariţia unui şoc electric la o tensiune mult mai mică decât aceasta. În cazul în care rezistenţa electrică a corpului scade şi mai mult datorită contactului cu un inel purtat pe deget (un inel din aur în jurul degetului reprezintă un contact excelent pentru apariţia şocului electric), sau cu o suprafaţă de contact cu un corp metalic mare precum o ţeavă sau mânerul unei scule de lucru, valoarea rezistenţei poate coborâ până la valori în jurul a 1.000 de ohmi (1 kΩ), caz în care chiar şi o tensiune joasă prezintă un risc crescut de electrocutare:

E = IR
E = (20 mA)(1 kΩ)
E = 20 V    

În această situaţie, sunt suficienţi 20 V pentru producerea unui curent de 20 mA prin corpul victimei, suficient pentru inducerea tetanosului. Luând în considerare faptul că, teoretic, 17 mA sunt suficienţi pentru inducerea fibrilaţiei inimii, o rezistenţă electrică de 1 kΩ între cele două mâini face ca o cădere de tensiune de doar 17 V să fie extrem de periculoasă:

Şaptesprezece volţi nu este o valoare foarte mare din punct de vedere al reţelelor electrice. Desigur, aceasta este situaţia cea mai proastă posbil, cu o tensiune alternativă la 60 Hz şi conductivitate excelentă a corpului, dar utilitatea ei constă în exemplificarea faptului că o tensiune foarte mică se poate dovedi periculoasă în anumite condiţii şi situaţii.

Nu este necesar ca aceste condiţii de realizare a rezistenţei electrice de 1 kΩ să fie atât de extreme precum a fost prezentat mai sus. Rezistenţa corpului poate scădea odată cu aplicarea tensiunii (în special dacă tetanosul face ca victima să strângă şi mai bine conductorul în mână), asfel încât cu o tensiune constantă, severitatea unui şoc electric se poate agrava în timp după contactul iniţial. Ceea ce începe ca un şoc uşor - suficient pentru a „îngheţa” victima pe fir, asfel încât să nu-l poată lăsa din mână - se poate transforma într-un şoc suficient de sever pentru a cauza decesul pe măsură ce rezistenţa corpului scade iar curentul corespunzător creşte.

Următoarele seturi de date au fost prelevate prin intermediul cercetărilor asupra valorilor rezistenţei corpului între diferite puncte şi condiţii de contact:

----------------------------------------------------------------------------------------------------
|                Scenariu                       |   Rezistenţa electrică  |  Rezistenţa electrică  |
|                                               |   (condiţii uscate)     |  (condiţii umede)      |
----------------------------------------------------------------------------------------------------
| Fir atins de deget                            |   40 kΩ - 1 MΩ          |  4 kΩ - 15 kΩ          |
| Fir prins în mână                             |   15 kΩ - 50 kΩ         |  3 kΩ - 5 kΩ           |
| Cleşti metalici ţinuţi în mână                |   5 kΩ - 10 Ωk          |  1 kΩ - 3 kΩ           |
| Contact cu palma mâinii                       |   3 kΩ - 8 kΩ           |  1 kΩ - 2 kΩ           |
| Bară metalică de 4 cm ţinută cu o mână        |   1 kΩ - 3 kΩ           |  0.5 kΩ - 1,5 kΩ       |
| Bară metalică de 4 cm ţinuta cu ambele mâini  |   0.5 kΩ - 1,5 kΩ       |  0.25 kΩ - 0.75 kΩ     |
| Mână introdusă în lichid conductor            |   0.2 kΩ - 0.5 kΩ       |                        |
| Picior introdus în lichid conductor           |   0.1 kΩ - 0.3 kΩ       |                        |
----------------------------------------------------------------------------------------------------
            

Obervaţi valorile rezistenţei pentru scenariul contactului cu o bară groasă de 4 cm. Rezistenta măsurată în cazul contactului cu ambele mâini este exact jumătate cazului de contact cu o singură mână.

Cu ambele mâini pe bară, suprafaţa de contact este de două ori mai mare decât cu o singură mână. Aceasta este o lecţie importantă de ţinut minte: rezistenţa electrică dintre două puncte de contact scade odată cu creşterea suprafeţei contactului, toţi ceilalţi factori rămânând constanţi. Dacă ţinem bara metalică cu ambele mâini, electronii au două căi paralele de curgere dinspre bară spre corp şi invers.

Conexiunea în paralel rezultă tot timpul într-o rezistenţă electrică totală mai mică decât oricare dintre rezistenţele conectate luate individual.

În industrie, valoarea de 30 V este considerată ca fiind pragul maxim de siguranţă; tot ce depăşeşte această valoare reprezintă un potenţial pericol de electrocutare.

Folosiţi o singură mână când lucraţi cu circuitele electrice

Drumul urmat de curent prin corpul uman este foarte important atunci când vorbim de efectele sale asupra organismului. Curentul afectează orice fel de ţesut/muşchi prin care trece, şi din moment ce muşchii inimii şi ai plămânilor sunt cei mai importanţi pentru supravieţuire, şocurile de curent ce traversează pieptul trebuiesc privite ca fiind cele mai periculoase. Din această cauză, închiderea circuitului prin mâini (electrocutare) este cea mai probabilă cauză a accidentelor şi deceselor.

Pentru a veni în întimpinarea acestor scenarii neplăcute, este indicat să folosim o singură mână atunci când lucrăm cu circuitele electrice alimentate la tensiuni ce pot pune viaţa în pericol; cealată mână se va ţine departe de sursa de tensiune, preferabil în buzunar pentru a nu atinge din greşeală circuitul. Evident, cel mai sigur este să lucrăm tot timpul pe un circuit electric nealimentat, dar acest lucru nu este tot timpul practic sau posibil. Pentru lucrul cu o singură mână, este indicat să folosim mâna dreaptă, şi nu cea stângă, din două motive: majoritatea oamenilor sunt dreptaci (prin urmare îndemânarea este mai mare), iar inima este de obicei situată în partea stângă sau la mijlocul pieptului. Desigur, stângacii vor folosi mâna stângă pentru că deşi pericolul este mai mare în eventualitatea unui şoc electric, şansele apariţiei acestuia sunt mai mici datorită coordonării crescute faţă de mâna dreapta a acestora.

Folosiţi echipamente şi instrumente de lucru izolate electric

Cea mai bună protecţie împotriva electrocutării este rezistenţa electrică, iar aceasta poate fi adăugată rezistenţei corpului prin folosirea instrumentelor de lucru, echipamentelor, mănuşilor şi încălţămintei izolate electric. Curentul prin circuit (factorul periculos la electrocutare) este raportul dintre tensiunea electrică prezentă şi valoarea totală a rezistenţei în calea curgerii curentului. Valoarea totală a rezistenţelor conectate în serie este mai mare decât valoarea oricărei rezistenţe luată individual (link!).

Circuitul echivalent pentru aceeiaşi situaţie, dar cu persoana în cauză purtând mănuşi şi încălţăminte de protecţie (izolate electric):

Deoarece curentul trebuie acum să treacă prin încălţăminte, prin corp şi prin mănuşi pentru a închide circuitul spre baterie, suma tuturor acestor rezistenţe se opune trecerii curentului într-o măsură mai mare decât oricare rezistenţă luată în parte.

Siguranţa liniilor de înaltă tensiune

Siguranţa este unul din motivele pentru care conductoarele electrice sunt de obicei acoperite cu izolaţie de plastic sau cauciuc: pentru a creşte substanţial valoarea rezistenţei dintre conductori şi persoanele ce ar putea veni în contact cu acestea, oricare ar fi motivul. Din păcate, izolarea conductorilor din liniile electrice de înaltă tensiune este mult prea scumpă datorită cantităţii de izolaţie necesară pentru protecţia în caz de contact accidental; siguranţa la electrocutare în acest caz este asigurată prin construirea şi menţinerea acestora la înălţime (de aici şi denumirea de linii electrice aeriene (LEA)), pentru a evita în primul rând contactul accidental dintre acestea şi persoanele neautorizate.

3.4 Practici de bază

Dacă este posibil, închideţi întotdeauna alimentarea reţelei electrice înainte de atingerea oricăror elemente de circuit. Trebuie de asemenea asigurate toate sursele de energie înainte ca un sistem să poate fi considerat sigur. Asigurarea faptului că în circuit nu se află energie periculoasă (starea de energie zero) se face prin înlăturarea energiei potenţiale sau stocate din circuit.

Asigurarea circuitelor cu ajurotul întrerupătoarelor

Toate circuitele ar trebui să aibă mecanisme de „deconectare” pentru asigurarea tensiunii din circuit. În unele cazuri, aceste dispozitive servesc un scop secundar în circuit, şi anume, deschiderea automată a acestuia în cazul în care valoarea curentului depăşeşte valoarea nominală permisă în circuit; În alte situaţii, întrerupătoarele de deconectare sunt operate manual nu automat. În ambele cazuri, acestea sunt utilizate pentru protecţie şi este necesară folosirea lor corespunzătoare. Trebuie avut în vedere faptul că aceste dispozitive de deconectare trebuie să fie diferite faţă de întrerupătoarele ce închid şi deschid circuitul în mod normal. Acestea sunt dispozitive de siguranţă pentru asigurarea stării de energie zero a circuitului:

Cu întrerupător în poziţia deschis (precum în figură), continuitatea circuitului este întreruptă şi curentul din circuit este zero. Caderea de tensiune pe sarcină este şi ea zero, deoarece întreaga tensiune a sursei se regăseşte la bornele contactelor întrerupătorului deschis. Observaţi că nu este nevoie de încă un întrerupător în partea de jos a circuitului. Datorită faptului că acea parte din circuit este conectată la împământare, ea este electric comună cu pământul şi nu sunt necesare măsuri suplimentare de siguranţă. Pentru o siguranţă maximă a persoanelor ce lucrează pe partea de sarcină a circuitului, se poate stabili o legătură temporară la pământ a părţii superioare a circuitului, pentru a ne asigura că nu este posibilă în niciun fel apariţia unei căderi de tensiune la bornele sarcinii:

După realizarea împământării temporare, ambele părţi ale sarcinii sunt conectate la pământ, asigurând o stare de energie zero la bornele acesteia.

Din moment ce existenţa împământărilor pe ambele părţi ale circuitului înseamnă practic scurt-circuitarea sarcinii cu un conductor, putem asigura circuitul prin exact această metodă:

Indiferent de măsura luată, ambele părţi ale sarcinii se vor afla la aceelaşi potenţial, cel al pământului, neexistând nicio cădere de tensiune între oricare parte/bornă a sarcinii şi persoanele ce lucrează în acel loc prin intermediul pământului. Această tehnică este des întâlnită atunci când se lucrează la întreţinerea liniilor electrice de înaltă tensiune din reţeaua de distribuţie a energiei electrice.

Chiar şi după luarea acestor măsuri de siguranţă, trebuie să ne asigurăm că într-adevăr nu există niciun fel de energie electrică prezentă în circuit. O modalitate este să acţionăm (închidem) întrerupătorul motorului/becului/ sau oricărui alt element din circuit la care lucrăm. Dacă acesta porneşte, înseamnă că încă mai există energie în circuit.

Folosirea aparatului de măsură pentru asigurarea electrică a circuitului

În afară de asta, va trebui întotdeauna să ne asigurăm de prezenţă tensiunilor electrice periculoase din circuit cu ajutorul unui aparat de măsură înaintea atingerii directe a oricărui element sau conductor din circuit. Paşii pentru asigurarea circutului cu ajutorul aparatului de măsură sunt următorii:

• Asiguraţi-vă că aparatul de măsură folosit indică corect o cădere de tensiune cunoscută; folosiţi-l pentru a măsura tensiunea unei bateri, de exemplu
• Folisiţi aparatul de măsură pentru determinarea prezenţei oricărei tensiuni electrice periculoase din circuit, doar după ce aţi urmat pasul de mai sus
• Este important să verificaţi încă odată funcţionalitatea aparatului de măsură pentru a vă asigura că şi acum indică valoarea corectă; puteţi folosi aceeiaşi baterie şi în acest caz

Chiar dacă aceste metode par exagerate sau chiar paranoice, cei trei paşi de mai sus sunt o metodă a cărei eficienţă a fost demostrată în practică. Există tot timpul riscul ca aparatul de măsură din dotare să fie defect chiar în momentul în care îl folosiţi pentru determinarea tensiunilor potenţial periculoase din circuit. Urmând paşii de mai sus, vă puteţi asigura că nu sunteţi păcăliţi de un aparat de măsură stricat. Eventual, folosiţi un al doilea aparat de măsură în cazul în care nu sunteţi absolut sigur de indicaţia primului aparat.

Atingerea circuitului după luarea tuturor măsurilor de siguranţă

Într-un final, după ce toate măsurile de siguranţă au fost luate, atingerea directă a elementelor şi conductorilor din circuit este permisă. Atenţie totuşi, chiar şi după ce toate măsurile de siguranţă au fost urmate, este posibil ca încă să mai existe surse de tensiuni periculoase în circuit (deşi este puţin probabil). O ultimă măsură de precauţie constă în atingerea uşoară şi de scurtă durată a circuitului cu partea anterioară a palmei înainte de prinderea oricărui element de circuit în mână. De ce? În cazul în care încă mai există tensiune prezentă între acel element şi pământ, atingerea acestuia duce la strângerea degetelor în pumn datorită efectului curentului electric asupra muşchilor (link!) şi la îndepărtarea persoanei de locul periculos. Acesta este însă ultima măsură de siguranţă ce trebuie luată şi nu prima, şi nu trebuie folosită ca şi metodă alternativă de verificare a existenţei tensiunilor periculoase în circuit.

3.5 Reacţia în cazuri de urgenţă

În ciuda tuturor măsurilor de siguranţă luate, din când în când au loc şi accidente neplăcute. În majoritatea cazurilor acestea sunt urmarea nerespectării procedurilor de siguranţă. Dar indiferent de natura lor, este bine ca cei ce lucrează în domeniul sistemelor electrice să cunoască măsurile de prim ajutor ce trebuiesc acordate victimei electrocutării.

Primul lucru atunci când observăm o persoană „îngheţată pe circuit” este să oprim alimentarea cu energie electrică de la cel mai apropiat întrerupător. Dacă o a doua persoană vine în contact cu victima, există riscul ca valoarea căderii de tensiune asupra ambelor persoane să fie suficient de mare pentru electrocutarea amândoura, ducând la „îngheţarea” ambelor persoane pe circuit, nu doar a victimei iniţiale. Nu faceţi pe eroul! Electronii nu respectă eroismul.

Una dintre problemele acestei proceduri este imposibilitatea depistării la timp a sursei de energie electrică pentru salvarea victimei. Dacă funcţionarea inimii şi respiraţia victimei electrocutate sunt paralizate de curentul electric, durata de supravieţuire este extrem de limitată. Dacă şocul de curent este suficient de mare, carnea şi organele interne ale victimei sunt făcute scrum într-un timp foarte scurt.

Dacă nu se poate localiza întrerupătorul circuitului într-un timp suficient de scurt, se poate încerca dezlipirea victimei de pe circuit prin smulgere sau lovire cu ajutorul unui lemn uscat(coadă de mătură, de ex) sau orice alt material nonmetalic, izolant, ce poate fi găsit în împrejurime. O metodă bună de îndepărtare a victimei este folosirea unui prelungitor electric plasat în jurul corpului victimei şi tragerea acesteia din preajma circuitului. Ţineţi minte că victima va strânge conductorul cu toată forţ, prin urmare tragerea şi dezlipirea acesteia de pe circuit nu va fi deloc uşoară!

După îndepărtarea victimei de la sursa de energie electrică, cea mai mare problemă din punct de vedere medical este respiraţia şi circulaţia (pulsul). Pentru a preveni deoxigenarea victimei, se vor aplica metodele de resuscitare cardio-pulmonara (RCP), dacă salvatorul le cunoaşte, până la sosirea unui echipaj medical specializat.

Dacă victima este conştientă, aceasta trebuie ţinută pe loc până la sosirea unui echipaj medical specializat la locul accidentului. Există posibilitatea căderii victimei într-un şoc fiziologic - o situaţie în care circulaţia sângelui nu este suficientă, situaţie diferită de cea a şocului electric - prin urmare, temperatura şi confortul victimei trebuie să fie o prioritate. Este posibil ca un şoc electric iniţial insuficient pentru a cauza întreruperea imediată a bătăii inimii, să cauzeze probleme şi să duc la un infarct câteva ore mai târziu; victima va trebui să fie foarte atentă la condiţia ei generală după inicident, ideal, sub supraveghere.

3.6 Surse potenţiale de pericol

Cu siguranţă că există un adevărat pericol de electrocutare atunci când lucrăm într-un circuit electric. Totuşi, posibilitatea apariţiei electrocutării depăşeşte această graniţă datorită răspândirii aparatelor electrice în jurul nostru.

După cum am văzut, rezistenţa electrică a corpului şi a pielii este un factor foarte important atunci când vorbim de pericolul electrocutării. Cu cât rezistenţa corpului este mai mare, cu atât pericolul apariţiei unui curent periculos pentru aceeiaşi valoare a tensiunii este mai scăzut, şi invers.

Cea mai sigură modalitate de descreştere a rezistenţei pielii este udarea acesteia. Atingerea dispozitivelor electrice cu mânile sau picioarele ude sau transpirate (apa sărată este un conductor electric mult mai bun decât apa dulce) este periculoasă. În casă, baia este locul cel mai periculos din acest punct de vedere; din aceasta cauză se recomandă ca prizele să fie montate în afara baii iar pentru descurajarea utilizării dispozitivelor electrice deasupra căzii, chiuvetei sau a duşului. Nu folosiţi niciodată telefoane (fixe sau mobile), radiouri, casetofoane, laptop-uri sau orice alte dispozitive electrice, alimentate fie direct de la reţeaua de alimentare sau cu baterii, în incinta băii.

O altă sursă potenţială de pericol o reprezintă prelungitoarele electrice folosite acasă sau în industrie. Toate prelungitoarele trebuiesc verificate regulat; trebuie să ne asigurăm că izolaţia acestora nu este deteriorată sau crăpată. O metodă sigură de scoatere din funcţiune a prelungitoarelor deteriorate ce prezintă risc de electrocutare este scoaterea acestora din priză şi tăierea prezei mascul ce se conectează în mod normal la priză de alimentare; în acest fel, ne putem asigura că nimeni nu va folosi acel prelungitor până când nu este reparat. Această operaţie este importantă mai ales în industrie, acolo unde mai mulţi oameni folosesc acelaşi echipament şi nu toţi cunosc pericolul la care se pot expune.

Nu folosiţi niciodată un dispozitiv sau instrument electric dacă acesta prezintă probleme electrice de funcţionare. Acesta trebuie scos imediat din funcţiune şi nu trebuie refolosit până la remedierea situaţiei. La fel ca şi în cazul prelungitoarelo, orice dispozitiv electric poate fi scos (temporar) din funcţiune prin tăierea cablului de alimentare dupa deconectarea din circuit.

Liniile electrice căzute la pământ sunt un real pericol de electrocutare şi trebuiesc evitate în toate cazurile. Tensiunile prezente între liniile de alimentare sau între o linie de alimentare şi pământ sunt îm mod normal foarte mari. Dacă o linie electrică se rupe iar conductorul metalic cade la pământ, rezultatul imediat este producerea arcurilor electrice (scântei) suficient de puternice pentru smulgerea bucăţilor de ciment sau asfalt. Intrarea în contact cu o linie electrică alimentată căzută la pământ este moarte sigură, dar există şi alte pericole ce nu sunt aşa de evidente.

Când o linie atinge pământul, circuitul electric se închide prin pământ, ceea ce duce la apariţia unui curent prin acesta până la cel mai apropiat punct de împământare din sistem, asfel:

Pământul, fiind un conductor (chiar dacă unul prost), va conduce curentul între linia căzută la pământ şi cel mai apropiat punct de împământare, reprezentat de un conductor îngropat în pământ pentru un contact cât mai bun. Datorită faptului că pământul este un conductor electric mult mai slab decât conductoarele electrice de pe stâlpi, majoritatea căderii de tensiune se va regăsi între punctul de contact al cablului căzut la pământ şi conductorul folosit pentru împământare; căderea de tensiune în lungul cablului electric va fi mult mai mică (cifrele din figură sunt foarte aproximative):

Dacă distanţa dintre punctul de contact al liniei cu pământul şi locul împământării este mică, atunci va exista o cădere mare de tensiune pe o distanţă relativ scurtă. Prin urmare, o persoană ce stă pe pământ între aceste două puncte este în pericol de electrocutare datorită diferenţei de potenţial dintre picioarele sale (!!! Curentul „alege” calea cea mai puţin rezistentă din punct de vedere electric !!!)

Din nou, aceste cifre sunt foarte aproximative, dar ilustrează foarte bine principiul conform cărei o persoană poate deveni victimă a electrocutării datorită unei linii electrică căzute la pământ fără să intre în contact direct cu aceasta!

Un mod de a evita acest tip de electrocutare este ca atunci când obervăm o linie electrică căzută la pământ să facem contact cu pământul doar într-un singur punct; acest lucru îl putem realiza alergând (când alergăm, doar un singur picior atinge pământul deodată), sau, dacă nu avem unde fugi, să stăm într-un singur picior. Desigur, dacă putem să o facem, alegatul este cea mai bună opţiune. Eliminând contactul în două puncte cu pământul, nu va exista o diferenţă de potenţial şi nici o cădere de tensiune asupra corpului pentru pentru apariţia unui potenţial curent periculos prin organism.

3.7 Proiectarea aparatelor electrice

Odată cu realizarea împământării circuitului, cel puţin un punct din circuit este comun cu pământul şi prin urmare nu prezintă niciun risc de electrocutare. Într-un sistem electric simplu, format din două fire, conductorul conectat la împământare se numeşte neutru, iar celălalt conductor este conductorul sub tensiune sau fază:

În ceea ce priveşte sursa de alimentare şi sarcina propriu-zisă, existenţa punctului de împământare nu are niciun efect asupra funcţionării circuitului. Acesta există doar pentru siguranţa persoanelor ce intră în contact cu circuitul, şi înseamnă o căderea de tensiunea de 0 volţi între circuit şi pământ, tensiune la care atingerea circuitului este sigură. Conductorul aflat sub tensiune, în schimb, poate produce electrocutarea persoanelor ce vin în contact cu acesta în cazul în care alimentarea cu energie electrică nu este întreruptă în prealabil.

Este bine de înţeles această diferenţă de pericole între cei doi conductori într-un circuit electric simplu. Următoarele ilustraţii sunt realizate pe baza unui circuit electric de apartament/casă tipic (folosind curentul continuu în acest caz pentru simplitatea prezentării, şi nu curent alternativ).

Dacă luăm, de exemplu, un aparat electric, precum un prăjitor de pâine, cu o carcasă metalică, putem observa că teoretic acesta nu ar trebui să prezinte niciun pericol de electrocutare în cazul în care funcţionează corespunzător. Firele metalice din interiorul aparatului ce conduc curentul spre elementul de încălzire sunt izolate faţă de carcasa metalică, precum şi între ele, cu un material plastic sau de cauciuc.

Totuşi, în cazul în care unul dintre firele existente în interiorul aparatului vine în contact direct cu carcasa metalică, potenţialul electric al acesteia va fi egal cu cel al firului, iar atingerea carcasei va fi în acest caz la fel de periculoasă precum atingerea directă a firului. Dacă aceasta situaţie duce sau nu la electrocutare depinde de natura firului ce atinge carcasa:

În cazul în care firul ce intră în contact cu carcasa metalică este faza (firul aflat „sub tensiune”), utilizatorul aparatului se află într-un real pericol. Pe de altă parte, dacă neutrul este cel ce atinge carcasa metalică, nu există niciun pericol de electrocutare:

Pentru a se asigura că primul caz este mai puţin probabil decât celălalt, se încearcă în general proiectarea aparatelor electrice asfel încât riscul ca faza să intre în contact direct cu carcasa metalică să fie minim. Totuşi, această măsură preventivă este eficientă doar în cazurile în care polaritatea prizei poate fi garantată. Dacă polaritatea acesteia poate fi inversată, atunci firul ce intră în contact cu carcasa poate la fel de bine să fie cel aflat sub tensiune:

Aparatele electrice proiectate asfel se folosesc la prizele polarizate, un picior al conectorului fiind mai lat iar celălalt mai îngust (prizele sunt şi ele construite în acest fel). Prin urmare, conectorul nu poate fi introdus „inver” în priză, iar identitatea firelor din interiorul aparatului poate fi asigurată în acest fel. Acest lucru nu are niciun efect asupra funcţionării aparatului, ci serveşte doar ca şi mijloc de siguranţă în utilizare.

O altă metodă este realizarea carcasei exterioare a aparatului dintr-um material non-conductiv. Asfel de aparate se numesc dublu-izolate, doarece carcasa serveşte ca şi izolaţie adiţională pe lângă cea oferită de conductori. Dacă se întâmplă ca un fir din interiorul aparatului să intre în contact cu carcasa, aceasta nu prezintă niciun pericol de electrocutare pentru utilizator.

Iar o altă metodă constă în menţinerea carcasei metalice, dar şi adăugarea unui al treilea conductor între punctul de împământare şi carcasa metalică pentru asigurarea unei legături directe şi sigure între aceasta şi pământ:

Al treilea contact al conectorului prezent la capătul cablului de alimentare asigură o conexiune directă între carcasa metalică a aparatului şi pământ. Cele două puncte fiind în acest caz electric comune, nu poate exista nicio cădere de tensiune între ele. Dacă firul aflat sub tensiune (faza) atinge accidental carcasa metalică, se va produce un scurt-circuit prin sursa de tensiune şi firul de împământare, scurt-circuit ce va declanşa dispozitivele de protecţie la supracurent. Utilizatorul aparatului se va afla în siguranţa în tot acest timp.

Datorită acestui lucru, nu îndepărtaţi niciodată al treilea contact al prizei în cazul în care doriţi să introduceţi un conector fară împământare într-o priză cu împământare! Aparatul va funcţiona în continuare fără nicio problemă, dar, prin îndepărtarea acestui conctact, nu va mai exista nicio legătură directă între carcasa metalică a aparatului şi pământ, existând asfel un real pericol de electrocutare pentru persoanele ce vin în contact direct cu carcasa aparatului în cazul apariţiei defectelor.

Detectarea diferenţei de curent între fază şi neutru

Asigurarea împotriva electrocutării se poate realiza şi în altă parte, nu doar asupra aparatului electric, asfel:

În cazul unui aparat electric ce funcţionează corespunzător, precum în figura de mai sus, valoarea curentului măsurat prin fază ar trebui să fie exact aceeiaşi cu valoarea curentului măsurat prin neutru, datorită faptului că există o singură cale pentru deplasarea electronilor. Dacă nu există nicio defecţiune în interiorul aparatului, nu există niciun pericol de electrocutare.

În schimb, dacă faza atinge accidental carcasa metalică, va exista un curent prin persoana electrocutată şi prin pământ, ce reduce curentul prin neutru şi amplifică valoarea sa prin fază, ducând la o diferenţă de curent între cele două:

Diferenţa de curent între cei doi conductori, fază şi neutru, va exista doar în cazul existenţei unui curent prin împământare, caz în car există o defecţiune în sistem. O asfel de diferenţă a valoriilor curenţilor poate fi folosită pentru detectarea defecţiunilor şi a existenţei pericolului de electrocutare. Dacă folosim un dispozitiv pentru măsurarea diferenţei de curent dintre cei do conductori, existenţa acesteia poate fi folosită pentru deschiderea unui întrerupător pentru a întrerupe asfel alimentarea cu energie electrică de la reţea şi prevenirea electrocutării:

3.8 Utilizarea aparatelor de măsură

Utilizarea corectă şi în condiţii de siguranţă a unui aparat de măsură este o deprindere extrem de importantă pentru orice electrician sau electronist. Această utilizare prezintă un anumit risc de electrocutare datorită tensiunilor şi curenţilor prezenţi în circuitul de măsurat. Din această cauză, trebuie acţionat foarte atent atunci când utilizăm aparatele de măsură.

Cel mai utilizat aparat de măsură electric poartă numele de multimetru. Denumirea vine de la faptul că aceste aparate sunt capabile să măsoare o plajă largă de variabile, precum tensiune, curent, rezistenţă şi altele. În mânile unei persoane competente, multimetrul reprezintă un instrument de lucru eficient dar şi un dispozitiv de protecţie. În mâinile unei persoane ignorante sau neatente, acesta poate deveni o reală sursă de pericol la conectarea într-un circuit alimentat.

Cu siguranţă că există o multitudine de modele, fiecare cu caracteristici diferite, totuşi, multimetrul prezentat aici este unul general, utilizat pentru prezentarea principiilor sale de bază.

Putem observa că afişajul este digital, din acest motiv, acest tip de multimetru mai poartă numele de multimetru digital. Selectorul rotativ (setat pe poziţia Off (închis) în acest caz) se poate găsi în 5 poziţii diferite: 2 poziţii „V” (tensiune), 2 poziţii „A” (curent), şi o poziţie Ω (rezistenţă). De asemenea, poziţia marcată cu o pereche de linii orizontale, paralele, una continuă şi cealaltă întreruptă, reprezintă curentul continuu, iar poziţie reprezentată cu ajutorul unei forme de undă sinusoidale, reprezintă curentul alternativ. Cu alte cuvinte, intern, multimetrul utilizează metode diferite pentru măsurarea curentului şi a tensiunii în curent continuu respectiv curent alternativ, de aici şi necesitatea existenţei a două poziţii pentru fiecare dintre cele două variabile.

Pe suprafaţa multimetrului există trei prize în care putem introduce sondele de test. Sondele nu sunt altceva decât conductori speciali utilizaţi pentru realizarea legăturii dintre circuit şi multimetru. Condcutorii sunt acoperiţii de o izolaţie colorată, neagră sau roşie, pentru a preveni contactul direct, iar vârfurile sunt ascuţite şi rigide.

Sonda neagră va fi tot timpul introdusă în priza neagră a multimetrului, cea marcată cu „COM” (comun). Sonda roşie va fi introdusă fie în priza marcată pentru tensiune şi rezistenţă (V Ω) sau în cea pentru curent (A), în funcţie de ce variabilă dorim să măsurăm.

3.8.1 Utilizarea multimetrului - exemple

1. Măsurarea unei tensiuni de curent continuu
   

   Primul exemplu constă din măsurarea unei tensiuni de c.c. la bornele unei baterii. Observaţi prizele la care sunt conectate cele două sonde ale multimetrului (V Ω şi COM) şi faptul că selectorul este setat pe „V” în curent continuu.

2. Măsurarea unei tensiuni de curent alternativ
   

   Singura diferenţa constă în schimbarea poziţiei selectorului pe poziţie „V” în curent alternativ. Din moment ce efectuăm tot o măsurătoare de tensiune, sondele multimetrului vor rămâne conectate în aceleaşi prize.

3. Surse de pericol
   

   În ambele cazuri de mai sus, este extrem de important să nu atingem vârfurile celor două sonde între ele, atunci când acestea se află în contact cu punctele lor respective din circuit. Dacă acest lucru are loc, se va forma un scurt-circuit, lucru pe care nu-l dorim.

   

   Măsurarea tensiunilor este probabil cea mai folosită funcţie a unui multimetru. Este cu siguranţă cea mai folosită metodă pentru asigurarea împotriva electrocutărilor, şi din acest motiv, trebuie foarte bine înţeleasă de către utilizatorul acestuia. Fiindcă tensiunea este tot timpul relativă între două puncte, aparatul de măsură trebuie să fie conectat între două puncte din circuit pentru a putea oferi un rezultat satisfăcător. Acest lucru înseamnă că ambele sonde trebuie ţinute de mânile utilizatorului pentru crearea contactelor. Dar ştim deja că cea mai periculoasă cale pentru curent, în cazul electrocutărilor, este între cele două mâini, deoarece curentu în acest caz trece direct prin inimă; din această cauză, o astfel de măsurătoare reprezintă tot timpul un potenţial pericol.

   Dacă izolaţia sondelor este deteriorată sau crăpată, degetele utilizatorului pot intra în contact direct cu conductorii de curent în timpul măsurătorilor. Dacă putem folosi doar o singură mână pentru ambele sonde, aceasta ar fi cea mai sigură metodă de efectuare a măsurătorilor. Câteodată este posibilă „agăţarea” uneia dintre sonde pe circuit, nefiind nevoiţi să o mai ţinem în mână; acest lucru reprezintă o reducere a pericolului electrocutării. Pentru această operaţie, exista accesorii speciale ce pot fi ataşate pe vârful sondelor.

   Ţineţi minte că sondele aparatului de măsură sunt parte integrantă a aparatului însuşi. Dacă aveţi nevoie de accesorii speciale pentru sonde, consultaţi catalogul producătorului aparatului de măsură sau cataloagele altor producători de echipamente de măsură. Nu încercaţi să vă construiţi propriile sonde! Proiectarea sau realizarea lor defectuoasă vă pot pune într-un real pericol atunci când lucraţi într-un circuit alimentat!

   De asemenea, trebuie ţinut minte că multimetrele digitale realizează diferenţa dintre c.c. şi c.a. După cum am văzut mai devreme, atât tensiunile de curent continuu cât şi cele de curent alternativ se pot dovedi periculoase; prin urmare, când folosiţi un multimetru pentru asigurarea unui circuit împotriva electrocutării, fiţi siguri că aţi efectuat măsurătorile atât în c.c. cât şi în c.a., chiar daca nu v-aţi aştepta să le găsiţi pe amandouă!

4. Numărul măsurătorilor necesare
   

   Atunci când verificăm prezenţa unor posibile tensiuni periculoase, trebuie să luăm în calcul toate punctele din scenariul respectiv.

   De exemplu, să presupunem că deschidem un panou electric şi găsim trei conductori ce alimentează o sursă în curent alternativ. Oprim alimentarea prein intermediul întrerupătorului, încercăm să pornim sarcina pentru a verifica absenţa oricărei tensiuni şi vedem că nu se întâmplă nimic. Următorul pas îl reprezintă măsurarea tensiunii cu ajutorul aparatului de măsură.

   Prima dată verificăm aparatul de măsură asupra unei surse de tensiune cunoscute, pentru a ne asigura de funcţionarea sa corectă (priză de c.a., de exemplu). Facem acest lucru şi observăm ca multimetrul funcţionează corect. Apoi, trebuie să măsurăm căderea de tensiune dintre aceste fire ale panoului. Dar tensiunea reprezintă o valoare între două puncte, prin urmare, ce puncte trebuie să luăm în considerare?

   

   Adevărul este că trebuie să măsurăm căderea de tensiune între toate combinaţiile posibile, A cu B, B cu C şi A cu C. Dacă măsurăm o cădere de tensiune diferită de zero, în oricare din aceste scenarii, circuitul nu se află într-o stare de energie zero. Dar asta nu e tot. Un multimetru nu va înregistra tensiunile de c.c. atunci când selectorul este poziţionat pe c.a. şi invers; prin urmare, trebuie să mai efectuăm un set de trei măsurători pentru fiecare din cele două stări.

   Totuşi, nici în acest caz nu am reuşit să acoperim toate posibilităţile. Ţineţi minte că tensiunile periculoase pot să apară între oricare dintre conductori şi pământ (în cazul de faţă, carcasa metalică a panoului electric). Prin urmare, trebuie să măsurăm căderile de tensiune şi între fiecare din cele trei puncte şi pământ, atât în c.c cât şi în c.a. Acest lucru duce numărul măsurătorilor la 12, pentru un scenariu aparent simplu. Desigur, după ce toate măsurătorile au fost încheiate, trebuie să re-testăm funcţionarea corectă a multimetrului, prin măsurarea unei căderi de tensiune cunoscute (priza, de exemplu).

5. Măsurarea rezistenţelor
   

   În cazul măsurării rezistenţelor, sondele vor rămâne conectate în aceleaşi prize ale multimetrului ca şi în cazul măsurătorilor de tensiune, dar selectorul trebuie poziţionat pe Ω (vezi figura). Măsurătoarea se realizează simplu, prin poziţionarea vârfurilor celor două sonde pe capetele libere ale rezistorilor.

   

   Atenţie însă, măsurarea rezistenţelor se face doar asupra componentelor nealimentate! Atunci când multimetrul se află în modul „rezistenţă”, acesta se foloseşte de o mică baterie internă pentru generarea unui curent mic prin componentul de măsurat. Prin sesizarea dificultătii de trecere a curentului prin component, se poate determina rezistenţa acestuia. Dacă există o sursă adiţională de tensiune în circuitul format din aparatul de măsură şi componentul în cauză, măsurătorile realizate vor fi greşite. În cel mai rău caz, prezenţa unei surse adiţionale de tensiune în circuit, poate duce la defectarea aparatului de măsură.

6. Continuitatea firelor
   

   Modul „rezistenţă” a unui multimetru este foarte folositor şi pentru determinarea continuitătii conductorilor. Atunci când exista o un contact bun între vârfurile sondelor, aparatul va indicat o valoarea aproximativ egală cu 0 Ω. Dacă sondele nu ar prezenta nicio rezistenţa internă, această măsurătoare ar da exact 0 Ω.

   

   Dacă sondele nu se află în contact direct una cu cealaltă, sau daca sunt conectate la capetele opuse ale unui conductor întrerupt, acesta va indica o rezistenţă infinită, reprezentată de obicei pe afişajul multimetrului prin prescurtarea „O.L.” (open loop (eng.) - circuit deschis).

   
7. Măsurarea curentului cu ajutorul multimetrului
   

   Aceasta reprezintă cea mai complexă şi periculoasă aplicaţie a multimetrului. Motivul este destul de simplu: curentul de măsurat trebuie să treacă prin aparatul de măsură, ceea ce înseamnă că multimetrul trebuie integrat în circuit. Pentru a realiza acest lucru, circuit iniţial trebuie oprit, iar multimetrul conectat între cele două puncte ale circuitului deschis. Pentru realizarea propriu-zisă a măsurătorii, selectorul trebuie să se afle în poziţia „A”, fie în c.a., fie în c.c., iar sonda roşie trebuie introdusă în priza marcata cu „A” (vezi figura).

   

   Următorul pas este deschiderea circuitului pentru a putea conecta multimetrul.

   

   Închiderea circuitul se realizează apoi prin multimetru, astfel: conectăm vârfurile sondelor la captele libere ale circuitului deschis, sonda neagră la terminalul negativ al bateriei de 9 V, iar sonda roşie la capătul conductorului liber ce duce la bec.

   

   Deşi acest circuit, cu o sursă de 9 V, este sigur din punct de vedere al electrocutărilor, în circuitele de putere această metodă reprezintă o adevărată sursă de pericol.

8. Selectarea curentului sau a tensiunii
   

   La modificarea poziţiei multimetrului din modul „curent” (ampermetru) în modul „tensiune” (voltmetru), se întâmplă adesea să schimbăm poziţia de pe „A” pe „V” dar să uităm sonda roşie în priza „A” şi nu în priza (V Ω). Dacă aparatul de măsură este apoi conectat la bornele unei surse de tensiune suficient de mare, rezultatul va fi un scurt-circuit prin aparatul de măsură. Atunci când multimeturl se află în poziţia „A”, acesta este proiectat pentru o rezistenţă între vârfurile sondelor ce tinde practic la 0 Ω. În poziţia „V”, lucrurile stau exact invers, rezistenţa dintre vârfurile sondelor este de ordinul mega-ohmilor (MΩ).

   

   Pentru a preveni acest lucru, majoritatea multimetrlor produc un avertisment sonor în cazul în care sonda este introdusă în priza „A” iar selectorul este poziţionat pe „V”.

9. Verificarea siguranţei fuzibile interne
   

   Toate multimetrele de calitate sunt echipate cu siguranţe fuzibile în interior, siguranţe ce se ard la trecerea unui curent excesiv prin ele, precum este cazul exemplului anterior. La fel ca toate dispozitivele de siguranţă, şi aceste siguranţe sunt proiectate în primul rând pentru protecţia echipamentului şi doar apoi pentru protecţia utilizatorului. Un multimetru poate fi utilizat pentru verificarea propriei siguranţe prin setarea pe poziţia „Ω”, iar sondele pe poziţia „A” respectiv „V Ω”. Verificarea se realizează prin contactul direct al celor două sonde.

   

   O siguranţa bună va indica o rezistenţa foarte mică, pe când o siguranţa arsă va indica tot timpul un circuit deschis (O.L.). Valoarea măsurătorii nu este de o importanţă foarte mare, atâta timp cât este mica.