UNIDAD 2 El contacto Eléctrico
El riesgo de electrocución para las personas se puede definir como la “posibilidad de circulación de una corriente eléctrica a través del cuerpo humano. Puede ocurrir por dos tipos de contacto directo e indirecto.
EL CONTACTO ELECTRICO El riesgo de electrocución para las personas se puede definir como la “posibilidad de circulación de una corriente eléctrica a través del cuerpo humano”. Así, se pueden considerar los siguientes aspectos: a. Para que exista posibilidad de circulación de corriente eléctrica es necesario: Que exista un circuito eléctrico formado por elementos conductores Que el circuito esté cerrado o pueda cerrarse Que en el circuito exista una diferencia de potencial mayor que cero b. Para que exista posibilidad de circulación de corriente por el cuerpo humano es necesario: Que el cuerpo humano sea conductor. El cuerpo humano si no está aislado, es conductor debido a los líquidos que contiene (sangre, linfa, etc.) Que el cuerpo humano forme parte del circuito Que exista entre los puntos de “entrada” y “salida” del cuerpo humano una diferencia de potencial mayor que cero. Cuando estos requisitos se cumplan, se podrá afirmar que existe o puede existir riesgo de electrocución. La electrocución de una persona puede ocurrir por dos tipos de contacto: Contacto directo Contacto indirecto CONTACTO DIRECTO Este tipo de situación ocurre cuando una persona toca directamente partes activas o entra en contacto con elementos energizados, y puede sufrir un choque eléctrico. Teniendo en cuenta que la energía eléctrica es de uso generalizado, las personas están en contacto permanente con conductores eléctricos, electrodomésticos, equipos eléctricos, motores eléctricos… Es particularmente peligroso cuando se tiene contacto con tensiones superiores a las tensiones límites de seguridad; es decir se tienen en cuenta las condiciones del sitio en el cual puede ocurrir dicho contacto. Se recomienda el uso de protecciones diferenciales de alta sensibilidad, con un umbral de funcionamiento menor o igual a 30 miliamperios como protección complementaria para evitar los riesgos de electrocución.
Tensiones de paso y contacto Es necesario tener en cuenta que, durante el breve intervalo de tiempo que tardan en actuar los dispositivos automáticos de protección de la instalación, existirán tensiones entre el electrodo de tierra y el terreno circundante. Se conoce como «tensión de contacto» la diferencia de potencial existente entre la mano y el pie de un trabajador que tocara en ese momento el electrodo de tierra (o cualquier conductor unido a él). Para determinar el valor de la tensión de contacto se considera que tiene los pies juntos, a un metro de distancia del electrodo y la resistencia del cuerpo entre la mano y el pie es de 2500 ohmios.
Figura 1. Tensión de paso y de contacto Tensión de paso es la diferencia de potencial existente entre dos puntos del terreno situados a 1 m de distancia entre sí en dirección al electrodo de tierra; es la que afectaría a un trabajador que se encontrara caminando en las cercanías del electrodo de tierra en el momento de la avería. Esta diferencia de potencial será tanto mayor cuanto más cerca se encuentre del electrodo. Las citadas tensiones de paso y de contacto serán tanto menores cuanto menor sea el valor de la resistencia de tierra, de ahí el interés que la toma de tierra sea lo mejor posible. Cuando sea necesario instalar una toma de tierra en la zona de trabajo, es preciso elegir cuidadosamente el lugar más adecuado, en general, se elegirá el lugar más húmedo del entorno cercano a la zona de trabajo. La siguiente figura muestra cómo puede ocurrir un contacto directo o un contacto indirecto.
Figura 2. Tipos de Contactos ElĂŠctricos
CONTACTO INDIRECTO Cuando se produce un contacto con una masa puesta accidentalmente en tensión, el umbral de peligro esta determinado por la tensión limite de seguridad. Para que no exista peligro cuando la tensión de la red sea superior a la tensión límite de seguridad, la tensión de contacto debe ser inferior a la tensión límite de seguridad. El contacto indirecto sucede cuando la persona toca una estructura metálica, o una carcasa de un motor la cual en condiciones normales esta des-energizada. Una falla común en un sistema eléctrico es la pérdida de aislamiento provocando fugas de corriente. Un caso típico de contacto indirecto en el hogar, es cuando una persona se encalambra con la estufa eléctrica, la solución es pararse sobre un tapete, una tabla, un butaco. Otro caso típico es cuando se toca la carcasa de un motor y se sufre un choque eléctrico provocado por la pérdida de aislamiento en su interior. La pérdida o deterioro del aislamiento de un electrodoméstico o de un equipo eléctrico puede producir corrientes de fuga entre líneas vivas o corrientes entre línea y tierra.
Las fallas del aislamiento pueden ocurrir por diferentes causas:
Presencia de humedad Ausencia de mantenimiento preventivo, programado, predictivo Sobre-corrientes en los dispositivos eléctricos Cortocircuitos en los circuitos eléctricos Esfuerzos eléctricos Esfuerzos mecánicos Envejecimiento del material aislante Por mal trato de los conductores de la instalación Por contactos indeseados entre los conductores y las cajas de conexión a tomas corrientes, interruptores, empalmes dentro de las cajas Por fallas de aparatos, dispositivos o máquinas conectados a la instalación Es común creer que un fusible, un breaker, la conexión a tierra, o un cortapicos ofrece protección contra contactos directos o contactos indirectos. Esto no es cierto, se debe recordar por ejemplo que un breaker de 15 amperios se dispara con corrientes superiores a 15 amperios, mientras que una persona con corrientes superiores a 30 miliamperios puede estar en serios problemas.
Un fusible protege contra sobre-corrientes y cortocircuitos Un breaker común ofrece protección contra sobrecargas y cortocircuitos Un corta picos limitan las sobretensiones a determinados limites La conexión a tierra drena corrientes de falla hacia la tierra.
Las personas que se encuentran en un peligro potencial de sufrir un contacto directo o indirecto son:
Trabajadores que manipulan equipos o instalaciones eléctricas. En este caso, la evaluación de riesgos se dirigirá a comprobar si los equipos o instalaciones están en buen estado para evitar que los trabajadores puedan sufrir contactos eléctricos directos o indirectos. Esto implica: -
Comprobar el estado de los equipos eléctricos en los locales húmedos o en atmósferas explosivas, etc.
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Tener en cuenta el cumplimiento de las normas seguridad para evitar el riesgo de accidente eléctrico.
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Comprobar el estado del aislamiento de herramientas
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Verificar el estado de los equipos de protección personal
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Aplicar las 5 reglas de oro
Personas que trabajan en tensión, es decir, trabajos durante los cuales el trabajador entra en contacto con elementos energizados, o entra en la zona de peligro, bien sea con una parte de su cuerpo, con herramientas, equipos, dispositivos o materiales que manipula. El trabajo en tensión solamente pueden realizarlo «trabajadores altamente calificados» especialmente entrenados para ello y utilizando equipos, materiales y según un método y procedimientos de trabajo que aseguren su protección frente al riesgo eléctrico que están enfrentando. Trabajadores que laboran en zona de peligro, al rededor de los elementos en tensión. Espacio en el que la presencia de un trabajador desprotegido supone un riesgo grave e inminente de que se produzca un arco eléctrico, o un contacto directo con el elemento en tensión. Nota: En altas tensiones no es necesario que una persona toque los elementos energizados para que salte el arco eléctrico, basta con acercarse, violando distancias mínimas de seguridad para que ocurra un accidente. Trabajadores, cuya actividad, no eléctrica, se desarrolla en proximidad de instalaciones eléctricas con partes accesibles en tensión y trabajadores cuyos cometidos sean instalar, reparar o realizar mantenimiento de instalaciones eléctricas. En este caso se debe comprobar que los trabajadores tienen la información y la formación adecuada.
Las amas de casa, que se encuentran permanentemente en contacto con electrodomésticos, cuya tensión de alimentación es de 110 voltios o 220 voltios que superan la tensión de seguridad de 50 voltios. En general cualquier persona que este en contacto con algún dispositivo eléctrico puede sufrir un choque eléctrico
PROTECCIÓN CONTRA CONTACTOS DIRECTOS Para considerar que una instalación se encuentra protegida contra contactos eléctricos directos, deberá adoptarse una de las siguientes medidas: Alejamiento de las partes activas Interposición de obstáculos, barreras o envolventes Recubrimiento de las partes activas Alejamiento de las partes activas Consiste en la ubicación de las partes activas de un sistema en una zona tal que sea imposible acceder a partes en distinta tensión simultáneamente, por tanto es imposible un contacto con las manos. Dos partes de un sistema se consideran simultáneamente accesibles si ambas pueden ser tocadas por una misma persona. En general, esto se cumple si dichas partes están separadas menos de 2.5m hacia arriba y menos de un metro hacia abajo y lateralmente. El volumen de accesibilidad de un emplazamiento es el limitado por superficies que no pueden ser alcanzadas con la mano son medios auxiliares. Interposición de obstáculos, barreras o envolventes Interposición de obstáculos que impidan todo contacto accidental con partes activas de una instalación. Los obstáculos de protección deben estar fijados en forma segura y resistir a los esfuerzos mecánicos usuales que puedan presentarse en su función. Si los obstáculos son metálicos y deben ser considerados como masas, se aplicará una de las medidas de protección previstas contra contactos indirectos. Los obstáculos deben impedir: Una aproximación física no intencionada de las partes activas (con tensión). Los contactos no intencionados con las partes activas en el caso de intervenciones en equipos bajo tensión durante el servicio.
Recubrimiento de las partes activas Consiste en la aplicación de material aislante directamente sobre las partes activas recubriendo todo elemento activo accesible a cualquier persona, de forma que aumente la resistencia de aislamiento limitando la corriente a valores absolutos (>1mA). Teniendo en cuenta que un contacto directo ocurre cuando una persona toca directamente elementos energizados se recomienda: - El uso de instalaciones eléctricas con protecciones diferenciales con sensibilidad inferior a 30 miliamperios. - Cuando se realiza un mantenimiento de una instalación eléctrica o de una máquina eléctrica se recomienda trabajar con todas las fuentes des-energizadas para evitar posibles contactos directos con partes energizadas. - Cuando en los circuitos eléctricos existen condensadores de alta capacidad, se deben descargar a través de una resistencia pequeña, antes de realizar el mantenimiento en dicha instalación. Las redes eléctricas de media y alta tensión son conductores paralelos separados por un material aislante como es el aire, teniendo un comportamiento capacitivo, es decir, una red eléctrica de alta tensión se comporta como un condensador de alta capacidad. Por tal motivo se debe tener muchísimo cuidado cuando se realiza un trabajo en estas redes eléctricas, antes de comenzar a trabajar en estas redes conectando los conductores a tierra y en cortocircuito. - Por alejamiento conservando distancias mínimas de seguridad. Cuando se trabaja en proximidades de líneas energizadas se deben conservar las siguientes distancias mínimas de seguridad de acuerdo al nivel de voltaje de la línea Tabla 1. Distancias mínimas de seguridad
- Usar el equipo de protección individual, especialmente de los guantes aislantes para baja tensión, y ponérselos. - Comprobar el estado del equipo de protección personal - Revisar el estado del aislamiento de las herramientas tales como alicates y destornilladores.
CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS Y APARATOS ELÉCTRICOS CON RELACIÓN A LA PROTECCIÓN CONTRA CHOQUES ELÉCTRICOS Como parte inicial, es necesario comprender que los aparatos (equipos) eléctricos se clasifican con respecto a la protección contra contactos indirectos, en cuatro clases identificados en la placa de características de ellos. Estos se clasifican así: Equipo clase 0: Equipo en el cual la protección contra choque eléctrico se hace solo con aislamiento básico, esto significa que no hay medios para la conexión o partes conductivas accesibles de un conductor de protección. Equipo clase I: Equipo en el cual la protección contra el choque eléctrico no se realiza solamente con aislamiento básico, sino que incluye una protección adicional de tal forma que se permite la conexión de las (masas) conductivas accesibles al conductor de protección (conectado a tierra) de tal manera que dichas partes no alcancen un potencial eléctrico en caso de falla de la aislamiento básico. Equipo clase II: Equipo en el cual la protección contra el choque eléctrico no se realiza solamente con el aislamiento básico, sino que incluye una protección adicional, consistente en doble aislamiento o aislamiento reforzado y que no permiten la provisión de una conexión a tierra. Equipo clase III: Equipo en el cual la protección contra choque eléctrico se logra con un voltaje extremadamente bajo de alimentación.
PROTECCIÓN CONTRA CONTACTOS INDIRECTOS Consiste en tomar todas las medidas destinadas a proteger a las personas contra peligros que puedan resultar de un contacto con partes metálicas (masas), puestas accidentalmente bajo tensión, a raíz de una falla de aislamiento del aparato o equipo. Como masas se define el conjunto de las partes metálicas de aparatos, de equipos, de canalizaciones eléctricas (cajas, gabinetes, tableros, bandejas portacables, etc.) que en
condiciones normales están aisladas de las partes activas (con tensión), pero como consecuencia de una falla de aislamiento se ponen accidentalmente bajo tensión. Las medidas de protección contra contactos indirectos pueden clasificarse en dos grupos: clase A y clase B. CLASE A. Consiste en tomar disposiciones destinadas a suprimir el riesgo mismo, haciendo que los contactos no sean peligrosos, o bien impidiendo los contactos simultáneos entre las masas y los elementos conductores, entre los cuales puede aparecer una diferencia de potencial peligrosa. Los sistemas de protección clase A son los siguientes: a) Separación de circuitos consiste en el uso de un transformador separador o un grupo convertidor que alimente la instalación o parte de la misma, de forma totalmente independiente de la red general de alimentación, es decir que el circuito secundario está completamente separado del circuito primario. Al no tener ningún punto común con otros circuitos eléctricos, no pude establecerse un circuito cerrado, con lo cual no hay diferencia de potencial. De esta forma, aunque exista un contacto con masa, no hay retorno a través de la tierra. El límite de la tensión de alimentación y de la potencia de los transformadores de separación es de 250v y 10 KVA para los monofásicos en los trifásicos es de 400v y 16KVA. El sistema de protección por separación de circuitos es aconsejable en las instalaciones a realizar en/o sobre calderas; andamiajes metálicos, cascos navales, etc., o sea en condiciones de trabajo especialmente peligrosas por tratarse de locales o emplazamientos muy conductores. Este sistema de protección dispensa de tomar otros contra los contactos indirectos en el circuito de utilización. b) Empleo de muy bajas tensiones, este sistema consiste en la utilización de pequeñas tensiones de seguridad. Estas tensiones serán de 24 V, valor eficaz, para ambientes húmedos o mojados y 50 V para ambientes secos. Requiere que se cumplan las siguientes condiciones: La tensión de seguridad será suministrada por transformadores, generadores o fuentes autónomas de energía, tales como baterías de pilas o acumuladores. El circuito de utilización no estará puesto a tierra, ni en unión eléctrica con circuitos de tensión más elevada, bien sea directamente o por intermedio de conductores de protección. No se efectuará transformación directa desde tensiones mayores de 380 V a la tensión de seguridad. Estas circunstancias limitan la aplicación de las bajas tensiones a instalaciones de alarma, señalización, control, seguridad, juguetes y otras aplicaciones especiales.
c) Separación entre las partes activas y la masa accesibles, por medio de aislamientos de protección. Este sistema de protección consiste en el empleo de materiales que dispongan de aislamientos de protección o reforzado entre sus partes activas y sus masas accesibles. Requiere que cumplan las siguientes condiciones: - Los materiales deben satisfacer las prescripciones señaladas para aparatos con aislamiento de la Clase II; es decir que se trate de un doble aislamiento reforzado. - Las partes metálicas accesibles de estos materiales deben ser puestas a tierra. - La utilización exclusiva de estos materiales y aparatos de una instalación dispensa de tomar otras medidas de protección contra los contactos indirectos. d) Inaccesibilidad simultánea de elementos conductores y masa. Este procedimiento de protección, consiste en disponer las masas y los elementos conductores de tal manera que no sea posible en circunstancias habituales, tocar simultánea e involuntariamente una masa y un elemento conductor. Para la aplicación de este sistema se tendrá en cuenta la forma y dimensiones de los objetos conductores que puedan ser manipulados usualmente en el local o emplazamiento de la instalación. Los medios para conseguir la inaccesibilidad señalada pueden consistir en separar convenientemente las masas de los elementos conductores o bien en la interposición entre ellos de obstáculos aislantes. La aplicación de este sistema de protección sólo es realizable prácticamente para las masas de equipos fijos o de aparatos amovibles utilizados en situación fija, y, por tanto, en general, habrá de emplearse este sistema simultáneamente con otros. e) Recubrimiento de las masas con aislamientos de protección. El aislamiento protector evita que puedan tocarse las piezas metálicas de un dispositivo o de una máquina eléctrica que, aunque normalmente no está bajo tensión, si lo pueden estar por defecto del aislamiento interior como sucede, por ejemplo, con la carcasa de un motor eléctrico. El aislamiento protector puede realizarse de las siguientes formas: - Por aislamiento exterior del aparato o máquina, consiste en asegurar que ninguna parte metálica del aparato quede al alcance de la mano del operario. Esto se consigue recubriendo dichas partes metálicas con un material aislante, de forma segura y durable. - Por aislamiento del lugar de trabajo del operario, éste queda aislado respecto de tierra; para ello, se aíslan el piso y todas aquellas partes metálicas situadas en las inmediaciones que estén o indirectamente, en comunicación con la tierra.
Este aislamiento ha de cumplir con las siguientes condiciones: Además de tener suficiente resistencia mecánica, su extensión ha de ser tal que los diferentes elementos de trabajo, tales como motores, conexiones, interruptores, etc., solamente puedan alcanzarse estando el operario situado sobre el piso o plataforma aislante. Cuando en una instalación hay varios elementos que el operario puede alcanzar desde su lugar habitual de trabajo, es indispensable que éstos estén conectados a conductores de polaridad o fase distinta. f) Conexiones equipotenciales, constituyen una red de protección cuyo objeto es unificar el potencial eléctrico de todas las partes metálicas accesibles de una instalación que no estén destinadas a la conducción de corriente eléctrica. Con este propósito se realiza mediante conductores que las unen entre sí y luego a tierra. Esta neutralización se consigue uniendo, mediante conductores, tuberías de agua, cubas metálicas, tuberías de gas y calefacción, desagües, etc.; éstas se unen entre sí y con la red de protección. La instalación de protección limita o disminuye la peligrosidad de contactos accidentales, a través de conectar todas las partes metálicas que puedan alcanzar accidentalmente una tensión eléctrica, con aquellas otras que están en comunicación más o menos directamente con tierra, como sucede, por ejemplo con las partes metálicas de un edificio.
CLASE B. Consiste en la puesta de las masas directamente a tierra o a neutro, y, además, en la dotación de un dispositivo de corte automático que dé lugar a la desconexión de las instalaciones defectuosas con el fin de evitar la aparición de tensiones de contacto peligrosas. a) Puesta a tierra de las masas y dispositivos de corte por tensión de defecto: Este sistema de protección consiste en poner a tierra las masas de las máquinas y asociar la toma de tierra a un dispositivo de corte automático que origina la desconexión de la instalación en caso de presentarse un defecto. La puesta a tierra (PAT) sirve para evitar que las carcasas de las máquinas queden sometidas a tensiones superiores a las de seguridad. Para ello la PAT tiene que ir asociada a dispositivos de corte, tales que cuando se alcance la tensión de seguridad en las carcasas, interrumpan el circuito. Ello requiere que se cumplan las siguientes condiciones: 1. En instalaciones en que el punto neutro esté unido directamente a tierra:
La corriente a tierra producida por un solo defecto franco, debe hacer actuar el dispositivo de corte en un tiempo no superior a 5 segundos. Una masa cualquiera no permanecerá con respecto a una toma de tierra eléctricamente distinta, a un potencial superior, en valor eficaz, a: 24 V en locales o emplazamientos húmedos o 50 V en los demás casos. Todas las masas de una misma instalación deben estar unidas a la misma toma de tierra. 2. En instalaciones en que el punto neutro está aislado de tierra o unido a ella por intermedio de una impedancia que limite la corriente de defecto: se cumplirán las tres condiciones anteriores, si bien puede admitirse, cuando las condiciones de explotación lo exijan, que la 1ª condición no sea cumplida siempre que, a cambio, se cumplan las siguientes: Un dispositivo de control debe señalar automáticamente la aparición de un solo defecto de aislamiento en la instalación. La segunda condición del caso anterior se cumplirá siempre, incluso en caso de un solo defecto de aislamiento. En caso de dos defectos de aislamiento simultáneos, que afecten a fases distintas o a una fase y neutro, se producirá la separación de la instalación en la que se presenten estos defectos por un dispositivo de corte automático.
b) Puesta a neutro de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto: Este sistema de protección consiste en unir las masas metálicas de la instalación al conductor neutro, de tal forma que los defectos francos de aislamiento se transformen en cortocircuitos entre fase y neutro, provocando el funcionamiento del dispositivo de corte automático. Para su correcto funcionamiento requiere que se cumplan las condiciones siguientes: Los dispositivos de corte utilizados serán interruptores automáticos o cortocircuitos fusibles. La corriente producida por un solo defecto franco debe hacer actuar el dispositivo de corte en un tiempo no superior a 5 segundos. Todas las masas de una instalación deben estar unidas al conductor de protección. La unión de este conductor con el conductor neutro se realizará en un solo punto situado inmediatamente antes de la caja general de protección o antes del dispositivo general de protección de la instalación. El conductor neutro de la instalación deberá estar alojado e instalado en la misma canalización que los conductores de fase. El conductor de protección deberá estar aislado, y cuando vaya junto a los conductores activos, su aislamiento y montaje tendrá las mismas características que el conductor neutro.
El conductor neutro estará eficazmente a tierra, de forma tal que la resistencia global resultante de las PAT sea igual o inferior a 2 W. La PAT del conductor neutro deberá efectuarse en la instalación uniéndola igualmente a alguna posible buena toma de tierra próxima. c) Puesta a tierra de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto: Este sistema de protección consiste en unir las masas metálicas de la instalación a la tierra mediante electrodos o grupo de electrodos enterrados en el suelo, de tal forma que las carcasas o partes metálicas no puedan quedar sometidas por defecto de derivación a una tensión superior a la de seguridad. Para ello, se utilizan como dispositivos de corte los diferenciales. Estos diferenciales serán de mayor sensibilidad cuanto mayor sea la resistencia de la tierra a la que está unido el circuito de protección. El uso de este sistema de protección requiere que se cumplan las siguientes condiciones: El interruptor deberá eliminar el defecto en un tiempo inferior o igual a 5 segundos mediante el corte de todos los conductores activos, cuando se alcance la tensión considerada peligrosa (24 V locales húmedos, 50 V locales secos). La bobina de tensión del interruptor se conectará entre la masa del aparato a proteger y una PAT auxiliar para controlar la tensión que pueda presentarse entre éstas. El conductor de tierra auxiliar estará aislado: Con relación al conductor de protección de la masa del aparato a proteger De las partes metálicas del edificio De cualquier estructura en unión eléctrica con el aparato a fin de que la bobina de tensión no pueda quedar puenteada. Por tanto, el conductor de PAT auxiliar debe ser un conductor aislado. El conductor que conecta el relé a la masa a proteger no debe entrar en contacto con partes conductoras distintas de las masas de los aparatos eléctricos a proteger, cuyo conductor de alimentación quedará fuera de servicio al actuar en interruptor en caso de defecto. d) Empleo de interruptores diferenciales. La misión de los diferenciales es la siguiente: Reducir el tiempo de paso de la corriente por el cuerpo humano, mediante la interrupción rápida. Reducir la corriente que pasa por el cuerpo humano, a un valor suficientemente bajo. Teniendo en cuenta las condiciones más desfavorables para el cuerpo humano en que puede producirse la fibrilación según los valores intensidad/tiempo, se estima que la sensibilidad debe de ser 25 a 30 mA y el tiempo de disparo menor de 250 mseg. Los interruptores diferenciales se representan por el símbolo sensibilidad.
seguido de la
Tomacorrientes GFCI (ground fault current interrupter) Estos tomacorrientes se usan principalmente para la protección de los usuarios combinados adecuadamente con el sistema de conexión a tierra. Se deben usar en baños, cocinas, piscinas, instalaciones exteriores, zonas húmedas. La conexión a tierra ofrece protección contra contactos indirectos, únicamente cuando esta asociada con dispositivos de protección diferencial tales como interruptores automáticos diferenciales o tomacorrientes GFCI (Ground Fault Current Interrupter). El tomacorriente diferencial detecta fugas de corriente en el orden de 30 miliamperios; que es el límite de corrientes potencialmente peligrosas para los seres humanos.
Figura 3: Tomacorriente GFCI El principio de funcionamiento de todo relé diferencial se basa en que la corriente que entra por un terminal es la misma corriente que sale por el otro terminal. En el caso de que exista una diferencia entre la corriente que entra es porque existe una fuga de corriente hacia la tierra produciendo un disparo automático. Este tomacorriente es polarizado ya que se reconoce fácilmente, la línea viva que es la más pequeña y el neutro que es la más grande y la conexión a tierra es un semicírculo, teniendo en cuenta criterios de seguridad. En caso de disparo del tomacorriente se puede recuperar accionando el botón de RESET (recuperar). Tiene un botón de prueba TEST: Usado para verificar que el toma esta funcionado correctamente. El tomacorriente GFCI puede proteger hasta 5 tomacorrientes sencillos, aumentando la protección en las instalaciones eléctricas. La única desventaja del tomacorriente GFCI es que por razones obvias es más costoso que una toma corriente ordinario. Aunque se justifica pagar un poco mas en aras de la protección de la vida de las personas.
Interruptores automáticos diferenciales El interruptor diferencial detecta fugas a tierra y esta diseñado para la protección principalmente de las personas. Este dispositivo actúa como complemento de la conexión a tierra, generalmente opera para corrientes de fuga a tierra de 30 miliamperios. Un interruptor diferencial censa permanentemente el nivel de aislamiento de una línea, y si existe una pequeña diferencia entre la corriente que entra y la corriente que sale (corrientes de fuga a tierra superiores a 30 mA) simplemente desconecta el flujo de energía. Existen interruptores diferenciales de 6 miliamperios, 30 miliamperios, 50 miliamperios, y 300 miliamperios. Se debe comprobar periódicamente el funcionamiento adecuado de un interruptor diferencial.
Figura 4. Interruptor diferencial Nota: un interruptor diferencial es una protección eficaz para las personas, además de cumplir con la función de la protección de la instalación eléctrica contra sobre cargas y cortocircuitos.
Máxima tensión de toque del ser humano La máxima tensión de contacto aplicada al ser humano que se acepta, está dada en función del tiempo de despeje de la falla a tierra, de la resistividad del suelo y de la corriente de falla. Los valores de la siguiente tabla se refieren a tensión de contacto aplicada a un ser humano en caso de falla a tierra, corresponden a valores máximos de soportabilidad del ser humano a la circulación de corriente y considera la resistencia promedio neta del cuerpo humano entre mano y pie, es decir, no considera el efecto de las resistencias externas adicionalmente involucradas entre la persona y la estructura puesta a tierra o entre la persona y la superficie del terreno natural.
Tiempo de despeje de la falla
Máxima tensión de contacto
Más de 2 segundos 500 milisegundos 400 milisegundos 300 milisegundos 200 milisegundos 150 milisegundos 100 milisegundos 40 milisegundos
50 voltios 80 voltios 100 voltios 125 voltios 200 voltios 240 voltios 320 voltios 500 voltios
Interruptores automáticos Breakers Son dispositivos automáticos de protección, que a diferencia de los fusibles no se funden (no son desechables), sino que interrumpen automáticamente el circuito y es reposicionable anualmente una vez ha sido disparado. Existen muchos tipos de breakers según las características de la corriente y de las líneas que protegen. Los elementos que combinan las características de protección y maniobra pueden ser de tipo térmico, magnéticos o termomagnéticos . - Los protectores magnéticos: Se utilizan para cortes rápidos y están constituidos por una bobina con un núcleo de hierro que acciona un interruptor de la instalación cuando recibe la sobre intensidad. Siempre que un corriente de cierta intensidad pase por la bobina del electroimán, la armadura del mismo es atraída por el núcleo. La armadura actúa sobre el contacto y provoca su separación. Si se varía la distancia entre el núcleo y la armadura del electroimán, se gradúa el valor de la corriente que hará abrir los contactos. Sin embargo se ha demostrado que un dispositivo únicamente de tipo magnético, no es protector suficiente contra los cortocircuitos. - Los protectores térmicos: Se emplean para cortes lentos y están constituidos por dos metales con distinto coeficiente de dilatación, soldados entre ellos en toda su superficie. El paso de una corriente excesiva provoca una dilatación diferencial del sistema dando origen a una flexión del contacto. Es apropiado para proteger contra sobrecargas de corriente. - Los interruptores automáticos termomagnéticos: Son los de empleo más común; son una combinación de las protecciones magnéticas con las térmicas. Son los más eficientes y seguros en la mayoría de las instalaciones corrientes. Protegen al sistema frente a sobrecargas y cortocircuitos. Cada sistema de desconexión puede actuar en forma independiente, posee tres sistemas independientes de operación:
Operación manual
Operación térmica
Operación magnética
El interruptor termomagnético actúa con distintas características frente a los cortocircuitos o sobrecargas, y una vez eliminada la falla se lo puede reponer manteniendo la calibración original; de allí la mayor difusión del mismo en la actualidad comparado al fusible que debe ser cambiado.
Figura 5. Interruptores termomagnéticos
Estos elementos deberán ser capaces de interrumpir la corriente de cortocircuito, antes que se produzcan daños en los conductores y conexiones debido a sus efectos térmicos y mecánicos. Nota: el interruptor temomagnético si no es diferencial no protege eficazmente a las personas contra contactos directos y contactos indirectos
Fusibles de baja tensión Los fusibles son el medio más antiguo de protección de los circuitos eléctricos y se basan en la fusión por efecto de Joule (calor producido en un conductor cuando es atravesado por la corriente eléctrica). El fusible es un hilo o lámina intercalada en la línea como punto débil. El fusible cuando actúa interrumpiendo corrientes de cortocircuito o de sobrecarga, debe ser reemplazado por otro de las mismas características. Hay de diferentes formas y
tamaños según sea la intensidad para la que deben fundirse, la tensión de los circuitos donde se empleen y el lugar donde se coloquen. El material de que están formados los fusibles es siempre un metal o aleación de bajo punto de fusión a base de plomo, estaño, zinc, cobre, plata etc. La intensidad nominal es la intensidad normal de funcionamiento para la cual el fusible ha sido proyectado, y el poder de corte es la intensidad máxima de cortocircuito capaz de poder ser interrumpida por el fusible. Para una misma intensidad nominal, el tamaño de un fusible depende del poder de corte para el que ha sido diseñado, normalmente comprendido entre 6.000 y 100.000 A. Un gran inconveniente de los fusibles es la imprecisión que tiene su curva característica de fusión frente a otros dispositivos que cumplen el mismo fin, tales como los interruptores automáticos. NOTA: el fusible no es una protección eficaz contra los contactos directos y los contactos indirectos ya que las corrientes de cortocircuito son muy elevadas con respecto a las corrientes límites de seguridad.
Conexión de puesta a tierra Una de las protecciones más importantes de las instalaciones eléctricas residenciales, comerciales o industriales, es la línea de puesta a tierra. El término Tierra significa establecer una conexión eléctrica entre el neutro y la tierra. Los sistemas eléctricos se conectan sólidamente a tierra con el fin de prevenir voltajes excesivos provocados por fenómenos transitorios tales como descargas atmosféricas contactos accidentales con líneas de voltaje mayor, condiciones de falla en el sistema. La línea de tierra es realmente una varilla de cobre, hierro cobrizado, hierro galvanizado, coper well, la cual se clava en la tierra preferiblemente húmeda y en el extremo superior se coloca una abrazadera, a la cual se le conecta un conductor que va conectada al neutro del sistema. Deben evitarse las tomas de tierra en terrenos corrosivos, en basureros, residuos industriales o en sitios donde no se facilite la penetración de agua. Existe otro capítulo en el cual se trata más profundamente el tema de puesta a tierra.
Cierre y bloqueo Otra forma de protección contra contactos directos y contactos indirectos es lo que se conoce como el procedimiento de cierre y bloqueo cuando se realiza el mantenimiento de una instalación eléctrica o de una máquina. Ocho pasos para el procedimiento de cierre de una máquina eléctrica 1. 2. 3. 4.
Conocer el equipo, las energías que maneja y como se controlan Informar a los demás indicando que clase de trabajo se va a realizar Apagar la máquina, desconectando el sistema de potencia y de control Desconectar y cerrar todas las fuentes de energía presentes en los sistemas industriales: Energía eléctrica Energía neumática Energía hidráulica
5. Control de las energías secundarias: - Baterías y condensadores - Aliviar la presión hidráulica residual a través de válvulas de purga - Tener presente que los resortes también almacenan energía - Disipar energía térmica hasta temperaturas tolerables - Conocer los fluidos que circulan por las tuberías 6. Verificar el cierre y verificar la ausencia de tensión 7. Mantener el cierre en vigencia 8. Terminar de manera segura, informar y realizar el proceso inverso para retornar la maquina. El procedimiento anterior se debe realizar como si fuese una lista de chequeo.
Uso de candados y tarjetas de seguridad Todos aquellos que trabajen con equipo eléctrico cuyos circuitos estén energizados o tengan partes conductoras que puedan causar un choque eléctrico, deben adoptar las medidas de seguridad que le garanticen controlar los riesgos de electrocución. Las empresas deben adoptar programas de seguridad que incluyan el uso adecuado de candados y tarjetas de seguridad en actividades de: Mantenimiento de equipo o de maquinaria eléctrica Reparación de instalaciones de baja media y alta tensión
Cuando se realizan actividades de ajuste Inspección de máquinas Cuando existe posibilidad de que ocurra un accidente Cuando se realiza movimiento de equipo Los candados son usados para asegurar que un elemento de la instalación este fuera de servicio, pueden ser usados con llave individual. La colocación de candados y tarjetas las deben hacer sólo personal autorizado indicando:
Nombre del empleado que colocó el candado y la tarjeta
Nombre de la persona que autoriza
Fecha y lugar
Uso de portacandados Cuando más de un trabajador debe colocar un candado al mismo tiempo y el punto de colocación no puede aceptar más de un candado, en este caso se usa un portacandado múltiple que en ocasiones puede contener hasta seis candados.
Uso de tarjetas de advertencia Cuando se desconectan los circuitos se deben colocar tarjetas de advertencia, estas se aplican con candados simples y con candados múltiples eventualmente en los casos en que no sea posible el uso de candados. La información de las tarjetas alertan sobre posibles riesgos, por ejemplo “NO ARRANCAR”, “NO OPERAR”.
Las tarjetas deben ser fuertes para prevenir un retiro accidental
Deben ser firmadas por la persona que las coloca
Deben tener un cable para amarrar
Las tarjetas tiene dos lados, uno para indicar “ PELIGRO”, “ NO OPERAR” y el otro lado es para colocar las notas adicionales
Los candados y tarjetas se usan cuando se desconectan fuentes de alimentación, previniendo la re-energización de los circuitos. Las tarjetas se usan como suplemento de los candados.
Figura 7. Ejemplos de carteles que pueden colocarse sobre los dispositivos de maniobra para que no sean accionados. Uso de tarjetas únicamente Las tarjetas se permiten usar sin candados, cuando los candados no se pueden aplicar, o bien, si el trabajador demuestra que el uso de tarjetas proporciona seguridad equivalente al uso de candados. La regla requiere que donde se usen sólo tarjetas se deben proporcionar una o más medidas de seguridad adicionales: Asegurarse que no se pueda re-energizar el circuito sobre el que se está trabajando. Retirar los fusibles del circuito sobre el que se está trabajando. Retirar un interruptor enchufadle de su tablero. Colocar un mecanismo de bloqueo sobre la manija o palanca del medio de desconexión. Conectando el circuito sobre el que se esta trabajando a tierra Cuando se trabaja con motores eléctricos se debe tener cuidado tanto con la potencia eléctrica como con la potencia mecánica: Asegurarse de que la máquina tenga las cubiertas y resguardos Colocarle al motor las protecciones adecuadas Por seguridad el interruptor se debe colocar sobre la línea viva y nunca debe interrumpir el neutro, como norma el neutro en una instalación eléctrica nunca se debe interrumpir. Se debe delimitar el área de peligro por medio de atriles con cintas gruesas a una altura de 1 a 1.5 metros. La cinta puede ser amarilla o blanca, En este caso se debe colocar letreros de “PELIGRO”.