Ο ηλεκτρικός κίνδυνος

Η ζωή του σημερινού ανθρώπου είναι χωρίς αμφιβολία αδιανόητη χωρίς τον ηλεκτρισμό. Δύσκολα, πράγματι, θα μπορέσει να βρει κανείς δραστηριότητες της καθημερινότητάς μας που να μη προϋποθέτουν τη χρήση του ηλεκτρικού ρεύματος.
Όμως η χρήση του ηλεκτρικού ρεύματος ενέχει κάποιους κινδύνους για τους ανθρώπους, αλλά και για τις εγκαταστάσεις και για τα ακίνητα. Για την πρόληψη λοιπόν όλων των ενδεχομένων δυστυχημάτων, ανωμαλιών ή ζημιών τα διάφορα Κράτη ή Οργανισμοί έχουν θεσπίσει ειδικούς κανονισμούς για τον τρόπο εκτέλεσης και λειτουργίας των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων ως επίσης και της κατασκευής των διαφόρων ηλεκτρικών συσκευών. Οι κανονισμοί αυτοί συνεχώς βελτιώνονται βάσει της αποκτώμενης πείρας και επεκτείνονται για να περιλάβουν νέες δημιουργίες.
Οι κανονισμοί παρέχουν μια ικανοποιητική ασφάλεια, αλλά όχι 100%, διότι στην περίπτωση αυτή θα απαιτούνταν τόσο μεγάλες δαπάνες ώστε θα καθιστούσαν απαγορευτική την χρησιμοποίηση της ηλεκτρικής ενέργειας. Άλλωστε, σε καμιά άλλη περίπτωση ή κατασκευή δεν παρέχεται ασφάλεια 100%.
Στο σημείωμα αυτό θα αναφερθούμε στους κινδύνους που προκύπτουν για τον άνθρωπο από το ηλεκτρικό ρεύμα. Το ηλεκτρικό ρεύμα διερχόμενο από το σώμα του ανθρώπου μπορεί να προκαλέσει αναπηρία ή και τον θάνατό του. Θα εξετάσουμε τους κινδύνους από μικρά ρεύματα, τα οποία επιδρούν στο νευρομυϊκό σύστημα, αλλά και μεγαλύτερες εντάσεις ρεύματος. Επίσης θα αναφερθούμε και στους κινδύνους πυρκαγιών σε ακίνητα.

Α. Η επίδραση του ρεύματος στον ανθρώπινο οργανισμό
Το ηλεκτρικό ρεύμα όταν διέρχεται από τους ιστούς του ανθρώπινου σώματος προκαλεί διαταράξεις οι οποίες είναι δυνατόν να οδηγήσουν μέχρι στο θάνατο.
Αναφερόμαστε στις διαταράξεις που οφείλονται σε εναλλασσόμενο ρεύμα, συχνότητας 50 έως 60 Hz, όπως δηλαδή είναι το ηλεκτρικό ρεύμα που έχομε στις συνήθεις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις σε όλο τον κόσμο.
Θα δούμε πρώτα ποιο είναι το κατώτατο όριο ευαισθησίας των διαφόρων ιστών και μετά θα εξετάσουμε τα κατώτερα ρεύματα διαφόρων σοβαρών επιδράσεων πάνω στον άνθρωπο.
Α1.  Κατώτερο όριο ευαισθησίας. Το κατώτερο όριο του ρεύματος που μπορεί να γίνει αισθητό από τον άνθρωπο εξαρτάται από τη θέση από την οποία διέρχεται.
Το χαμηλότερο κατώτερο όριο ευαισθησίας έχει πιθανώς ο αμφιβληστροειδής χιτώνας και ανέρχεται σε 0,02 mA (χιλιοστά του Aμπέρ). Η εφαρμογή του ρεύματος αυτού στον βολβό του οφθαλμού προκαλεί φωτεινά αισθήματα.
Λιγότερη ευαίσθητη είναι η γλώσσα με κατώτερο όριο 0,045 mA. Το κατώτερο όριο ευαισθησίας της επιδερμίδας ποικίλει ανάλογα με τη θέση εφαρμογής. Για χέρι που κρατά αγωγό το όριο είναι περίπου 1 mA.
Α2. Ρεύμα απαγκιστρώσεως. Ρεύμα αρκετής σχετικά εντάσεως διερχόμενο από τους μύες προκαλεί σύσπαση αυτών. Έτσι, όταν άνθρωπος πιάσει με το χέρι αγωγό που βρίσκεται υπό τάση, θα περάσει ρεύμα από τους μύες του χεριού με αποτέλεσμα τη σύσπασή των. Αν η τιμή του ρεύματος είναι αρκετά μεγάλη, ο άνθρωπος δεν θα μπορέσει με τη θέλησή του να αφήσει τον αγωγό. Ρεύμα απαγκιστρώσεως ονομάζεται το μέγιστο ρεύμα δια των μυών του χεριού ανθρώπου, που κρατά αγωγό υπό τάση, με το οποίο αυτός μπορεί με τη θέλησή του να αφήσει τον αγωγό.
Το ρεύμα απαγκιστρώσεως ποικίλει στα διάφορα άτομα, είναι δε μεγαλύτερο για τους άνδρες και μικρότερο για τις γυναίκες. Πολυάριθμα πειράματα που έγιναν απευθείας σε ανθρώπους έδειξαν ότι για τα 99,5% των ανδρών το ελάχιστο ρεύμα απαγκιστρώσεως είναι 9 mA και για τα 99,5% των γυναικών 6 mA.
Α3. Αναστολή της αναπνοής. Αυτή μπορεί να προκληθεί από ρεύμα διερχόμενο είτε από το στήθος, με συνέπεια τη σύσπαση των αναπνευστικών μυών, είτε από τα νευρικά κέντρα που ελέγχουν την αναπνοή. Φαίνεται ότι το κατώτατο όριο του ρεύματος που προκαλεί μόνιμη αναστολή της αναπνοής είναι μεγαλύτερο από το κατώτατο όριο του ρεύματος που προκαλεί μαρμαρυγή της καρδιάς. Για το λόγο αυτό, για τη λήψη μέτρων προστασίας, λαμβάνεται υπόψη το τελευταίο.
Α4. Μαρμαρυγή των κοιλιών της καρδιάς. Μαρμαρυγή (ινιδική συστολή) καλείται η κατάσταση εκείνη κατά την οποία οι ίνες του μυοκαρδίου συστέλλονται χωριστά και ανεξάρτητα μεταξύ τους με πολύ γρήγορο ρυθμό, με αποτέλεσμα να μην επιτυγχάνεται πραγματική καρδιακή συστολή και με συνέπεια τη διακοπή της κυκλοφορίας του αίματος.
Η καρδιά επηρεάζεται εφόσον βρεθεί στην όδευση του ρεύματος.
Πειράματα που έγιναν από τους Daliziel και Lee έδειξαν ότι το κατώτατο όριο του ρεύματος που προκαλεί μαρμαρυγή, εφαρμοζόμενο για το ίδιο χρονικό διάστημα, είναι ανάλογο του βάρους του ανθρώπου. Ενώ για το ίδιο βάρος ανθρώπου, είναι αντιστρόφως ανάλογο της τετραγωνικής ρίζας του χρόνου διέλευσης.
Οι παραπάνω ερευνητές διετύπωσαν μια σχέση για το κατώτατο όριο του ρεύματος που προκαλεί μαρμαρυγή:
Παίρνοντας μεγάλους συντελεστές ασφαλείας, όπως π.χ. βάρος ανθρώπου ίσο με 50 κιλά μόνο, και αντίσταση ανθρώπινου σώματος μόνο 500 Ωμ, υπολόγισαν ότι όταν ένας άνθρωπος βρεθεί υπό τάση 220 V, θα περάσει από μέσα του ρεύμα 440 mA και αυτό θα είναι ακίνδυνο μόνον εφόσον διαρκέσει χρόνο μικρότερο των 0,07 του δευτερολέπτου.
Από τα παραπάνω γίνεται, πιστεύω, φανερό το πόσο ευαίσθητο είναι το ανθρώπινο σώμα στη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από αυτό. Πολύ μεγάλες εντάσεις (δεν προκαλούν πάντα μαρμαρυγή, αλλά συχνά θερμικά και ηλεκτρικά εγκαύματα. Τα θερμικά (εξωτερικά) εγκαύματα προκαλούνται από τη θερμότητα του ηλεκτρικού τόξου και παρουσιάζουν τα συνήθη συμπτώματα εγκαυμάτων. Τα ηλεκτρικά (εσωτερικά) εγκαύματα προκαλούνται από τη ροή του ρεύματος εντός του οργανισμού. Δεν είναι η τάση αλλά η ένταση και η διάρκεια ροής του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από το ανθρώπινο σώμα, που είναι επικίνδυνη, δηλαδή τελικά η ενέργεια  που θα καταναλωθεί μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Η ένταση του ρεύματος που θα περάσει από το ανθρώπινο σώμα εξαρτάται από την τάση κάτω από την οποία θα βρεθεί και από την αντίστασή του, με απόλυτη εφαρμογή του νόμου του ΩΜ. Η ηλεκτρική αντίσταση του ανθρώπινου σώματος εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και δεν είναι σε όλους και πάντα η ίδια. Το ανθρώπινο σώμα στη δυσμενέστερη περίπτωση θεωρείται ότι παρουσιάζει ηλεκτρική αντίσταση 1.000  Ω. Σε εξαιρετικά δυσμενείς όμως συνθήκες γίνονται παραδεκτές τιμές 720Ω ή ακόμα και 500 Ω.
Σύμφωνα με τους κανονισμούς παρέχεται ασφάλεια έναντι ηλεκτροπληξίας όταν η τάση λειτουργίας μιας εγκατάστασης ή συσκευής δεν υπερβαίνει τα 50 V. Η γενίκευση της χρησιμοποίησης τόσο χαμηλών τάσεων είναι οικονομικά ασύμφορη, δεδομένου ότι το βάρος του αγώγιμου υλικού (π.χ. χαλκού) που χρειάζεται θα είναι υπερβολικά μεγάλο, αφού είναι αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της τάσεως. Για εγκαταστάσεις με τάση λειτουργίας μεγαλύτερη των 50 V, προκειμένου να είναι ασφαλείς, πρέπει να αποκλείεται η τυχαία επαφή με στοιχεία που βρίσκονται υπό τάση και πρέπει πρόσθετα να πληρούται μία από τις πιο κάτω συνθήκες:
(α) Το ρεύμα που μπορεί να διέλθει από το ανθρώπινο σώμα, συνεχές ή εναλλασσόμενο με συχνότητα μέχρι 60 Hz, να μην υπερβαίνει τα 0,5 mA.
(β) Η τάση επαφής να μην μπορεί να υπερβεί τα 50 V.
(γ) Τάση επαφής μεγαλύτερη από 50 V να μην μπορεί να διατηρηθεί περισσότερο από 5 δευτερόλεπτα.
Βάσει των παραπάνω όρων σχεδιάζονται τα διάφορα μέτρα προστασίας.

Β. Οι κίνδυνοι πυρκαγιάς
Οι αιτίες των πυρκαγιών που οφείλονται στο ηλεκτρικό ρεύμα μπορούν να ταξινομηθούν στις ακόλουθες δύο κατηγορίες:
Β1. Στην κατηγορία κατά την οποία η δυνατότητα πρόκλησης πυρκαγιάς προϋποθέτει ότι η εγκατάσταση ευρίσκεται όχι μόνο υπό τάση αλλά και σε λειτουργία. Στα αίτια πυρκαγιών της κατηγορίας αυτής περιλαμβάνονται:
(α) Οι θερμικές συσκευές (π.χ. σίδερο σιδερώματος) τις οποίες ξεχάσαμε να αποσυνδέσουμε.
(β) Οι ηλεκτρικοί λαμπτήρες, όταν αυτοί καταχώνονται μέσα σε καύσιμο υλικό και ανεβαίνει η θερμοκρασία λόγω κακής απαγωγής.
(γ) Κακές επαφές σε οποιαδήποτε θέση του κυκλώματος.
Β2. Στην κατηγορία κατά την οποία η δυνατότητα πρόκλησης πυρκαγιάς υπάρχει από τη στιγμή κατά την οποία η εγκατάσταση είναι υπό τάση, χωρίς να είναι απαραίτητο να ευρίσκεται και σε λειτουργία.
Πυρκαγιές της κατηγορίας αυτής μπορούν να προέλθουν από βραχυκυκλώματα ή διαρροές ρεύματος.
Η θερμική ενέργεια που παράγεται από το ηλεκτρικό ρεύμα εκφράζεται, όπως έχουμε ήδη αναφέρει, από τον τύπο W=I2*R*t . Αυτό που δείχνει ο τύπος είναι ότι ένα πλήρες βραχυκύκλωμα δεν παρουσιάζει αυτό καθ’ αυτό κίνδυνο πυρκαγιάς διότι, αφού η αντίσταση του βραχυκυκλώματος είναι μηδενική, μηδενική είναι και η θερμική ενέργεια που αναπτύσσεται στη θέση του βραχυκυκλώματος.
Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο όταν το βραχυκύκλωμα δεν είναι πλήρες, δηλαδή όταν το ελαττωματικό στοιχείο της εγκατάστασης παρουσιάζει κάποια αντίσταση. Τότε, σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο, παράγεται θερμότητα που μπορεί να φθάσει σημαντικές τιμές και, υπό προϋποθέσεις, να προκαλέσει ανάφλεξη. Το ίδιο αποτέλεσμα μπορεί να έχει και μια φθαρμένη μόνωση με συνέπεια διαρροή ρεύματος.
Πολύ σημαντικό ρόλο στην προστασία ανθρώπων και εγκαταστάσεων παίζει η πολύ καλή γείωση των εγκαταστάσεων. Γι’ αυτό και οι κανονισμοί, στην πρόσφατη αναθεώρησή τους, περιέλαβαν τη θεμελιακή γείωση ως υποχρεωτική.

(*) Δρ. Μηχανικός       τ. Δ/ντής ΔΕΔΔΗΕ

Αναφορές
Δ. Τσανάκας, Ειδικά Κεφάλαια Ηλεκτρικών Εγκαταστάσεων και Δικτύων, εκδ. Αϊβάζης – Ζουμπούλης, Ξάνθη, 1989.
Ι. Φλαμπουριάρης, Κίνδυνοι Ηλεκτρικού Ρεύματος και Μέτρα Προστασίας, Αθήνα, 1970.