Esperimenti di resistenza del corpo umano DC I

Aug 01, 2023

Nota dell'editore: il documento su cui si basa questo articolo è stato originariamente presentato al simposio della IEEE Product Safety Engineering Society del 2018, dove ha ricevuto il riconoscimento come miglior documento del simposio. È qui ristampato, con il permesso, dagli atti del Simposio internazionale sull'ingegneria della conformità dei prodotti della IEEE Product Safety Engineering Society del 2018. Copyright 2018IEEE.

Gli effetti fisiologici della scossa elettrica sono indotti principalmente dalla corrente [1], pertanto i limiti di corrente sono spesso specificati negli standard di sicurezza per proteggere il corpo umano dai rischi di scossa elettrica [2]. Tuttavia, per alcuni standard o applicazioni, spesso si preferiscono i limiti di tensione. In tali casi, è possibile utilizzare l'impedenza del corpo umano per stimare il limite di tensione in base a limiti di corrente sicuri. Inoltre, l'impedenza del corpo umano può essere utilizzata per costruire modelli di circuiti elettrici che rappresentano percorsi di conduzione attraverso il corpo umano per stimare le correnti di contatto. Ad esempio, come indicato da UL 101 [2], l'impedenza del corpo umano è modellata con una resistenza da 1500 Ω in parallelo con un condensatore da 0,22 µF, posto in serie con un altro resistore da 500 Ω. Un tale circuito di misurazione viene utilizzato per valutare la corrente di contatto degli effetti di shock a livello di percezione per AC sinusoidale a 60 Hz.

Le applicazioni DC, in particolare quelle a tensioni pericolose, sono diventate sempre più diffuse a causa del maggiore utilizzo di fonti di energia rinnovabile (come il fotovoltaico), sistemi di accumulo di energia, ecc. Pertanto, è utile esaminare la resistenza del corpo umano in DC per comprenderne meglio effetto sugli effetti fisiologici dello shock elettrico per applicazioni DC. La norma IEC 60479-1 [3] specifica la resistenza del corpo umano per la resistenza CC del corpo umano tra 25 V e 1000 V. Tuttavia, i valori di resistenza CC inclusi in [3] erano basati su dati sperimentali condotti solo a 25 V, mentre il resto dei valori estrapolati matematicamente in base alla resistenza AC del corpo umano. Ciò presuppone che l'impedenza corporea si ridimensioni in modo identico con la CC come con la CA, il che può essere o meno il caso. Inoltre, le resistenze del corpo CC fornite in [3] sono solo per condizioni asciutte. A conoscenza degli autori, attualmente non sono disponibili dati sulla resistenza del corpo umano alle DC in condizioni di bagnato basati direttamente su osservazioni sperimentali. Per condizioni di bagnato, si presuppone che i valori di resistenza del corpo CC forniti nello standard IEC [3] siano identici alla resistenza del corpo CA in condizioni di bagnato a ciascuna tensione. Ancora una volta, ciò fa presupposti che non sono fermamente confermati dai dati sperimentali.

Poiché la corrente continua a tensioni pericolose e la potenziale esposizione umana a tali pericoli diventano più comuni, è imperativo disporre di dati completi sull'impedenza del corpo umano alla corrente continua. Un tale insieme di dati richiederà misurazioni su molti individui per avere un significato statistico (cioè 50 o più). L'obiettivo finale degli autori è quello di sviluppare valori tipici di impedenza del corpo DC basati su dati sperimentali, simili a quelli attualmente disponibili per AC.

Tuttavia, non è ancora chiaro quale livello di influenza avranno i diversi parametri di misurazione, e ad oggi non è nemmeno chiaro quanto ripetibile sarebbe una determinata misurazione su un particolare individuo. Gli autori hanno concluso che era quindi prematuro andare avanti con un programma sperimentale su larga scala che coinvolgesse un numero significativo di volontari umani prima che fosse stabilita una migliore comprensione della coerenza delle misurazioni su un particolare individuo. Ad esempio, non era chiaro se fossero ottenibili valori ripetibili misurando lo stesso individuo in momenti diversi nelle stesse condizioni di test. Per quanto a conoscenza degli autori, nessun lavoro precedente ha valutato questo aspetto. Inoltre, non sono stati trovati dati pubblicati sull'effetto del materiale di contatto sui test di impedenza del corpo umano, che si presume abbia un effetto sull'impedenza corporea misurata e possa spiegare meglio la relazione tra l'impedenza corporea misurata e la tensione applicata. (È stato riportato in [3] che la resistenza del corpo diminuisce linearmente all'aumentare della tensione applicata.) Considerando questi effetti sconosciuti sulla misurazione dell'impedenza corporea CC, gli autori hanno compiuto il primo passo per comprendere ulteriormente questi fattori; i cui risultati sono qui riportati. Il programma di test su larga scala è stato quindi rinviato per essere condotto come seconda fase del nostro lavoro.