Frecuentemente se piensa que cualquier objeto metálico puesto a tierra puede ser tocado sin peligro.
Este error de concepto ha dado lugar a graves accidentes desde los primeros tiempos de la Electrotecnia.
Es necesario tener en cuenta el valor de la resistencia de puesta a tierra y, además, la intensidad que fluye al terreno.
Aún en el caso de puestas a tierra bastantes "seguras" (poca impedancia) pueden aparecer tensiones peligrosas en la instalación.
Cuanto mayor sea el producto RPAT · IPAT tendremos gradientes de tensión más elevados en las proximidades del sistema de puesta a tierra.
Si no se toman las precauciones oportunas en el proyecto de cualquier instalación eléctrica, los gradientes de tensión en la superficie del terreno que aparecen en caso de defecto a tierra, pueden ser peligrosos para las personas próximas.
Además, pueden aparecer tensiones elevadas en equipos o estructuras que estén puestos a tierra.
Los factores que intervienen en estas condiciones de peligro son:
- Elevada magnitud de la corriente de falta en relación al área ocupada por el sistema de puesta a tierra.
- Resistencia de puesta a tierra del sistema insuficientemente baja.
- Resistividad del suelo y distribución de las corrientes de paso a tierra tales que permitan la aparición de gradientes de tensión importantes en la superficie del terreno.
- Presencia de un individuo en el lugar, instante y posición tales que esté en contacto con puntos a diferentes potencial .
- Duración de la falta durante un tiempo suficiente para causar daño a las personas
Es difícil la coincidencia de todos los factores anteriores, por lo que a veces se admiten ciertas reducciones en los proyectos de sistemas de P. a T. para no tener en cuenta la simultaneidad de todas las circunstancias desfavorables.
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Figura 1: Derivación de la intensidad de defecto a través
del sistema de puesta a tierra de una Subestación
Tensión de paso y contacto.
Definiciones:
Up (Tensión de paso): Es la fracción de la tensión de puesta a tierra que puede ser puenteada por una persona entre los dos pies, considerando un paso de 1 metro de longitud.
Figura 2: Definición de tensión de paso Up y tensión de paso aplicada Upa
Uc (Tensión de contacto): Es la fracción de la tensión de puesta a tierra que puede ser puenteada por una persona entre la mano y el pie (considerando una distancia de 1 metro), o entre ambas manos.
Figura 3: Definición de Tensión de contacto Uc y tensión de contacto aplicada Uca
Leyenda de las figuras 2 y 3:
Uca.- Tensión de contacto aplicada admisible, la tensión a la que puede estar sometido el cuerpo humano entre una mano y los pies.
Upa.- Tensión de paso aplicada admisible, la tensión a la que puede estar sometido el cuerpo humano entre los dos pies. (Upa = 10 Uca).
ZB.- Impedancia del cuerpo humano. Se considerará un valor de 1000 Ω.
IB.- Corriente que fluye a través del cuerpo;
Uc.- Tensión de contacto máxima admisible en la instalación que garantiza la seguridad de las personas, considerando resistencias adicionales (por ejemplo, resistencia a tierra del punto de contacto, calzado, presencia de superficies de material aislante).
Up.- Tensión de paso máxima admisible en la instalación que garantiza la seguridad de las personas, considerando resistencias adicionales (por ejemplo, resistencia a tierra del punto de contacto, calzado, presencia de superficies de material aislante).
Ra.- Resistencia adicional total suma de las resistencias adicionales individuales.
Ra1.- Es, por ejemplo, la resistencia equivalente del calzado de un pie cuya suela sea aislante. Se puede emplear como valor 2000 Ω. Se considerará nula esta resistencia cuando las personas puedan estar descalzas, en instalaciones situadas en lugares tales como jardines, piscinas, campings, y áreas recreativas.
Ra2.- Resistencia a tierra del punto de contacto con el terreno de un pie. Ra2=3rs, donde rs es la resistividad del suelo cerca de la superficie.
U0 (Tensión transferida): Es un caso particular de la tensión de contacto, donde una de las tensiones es transferida al exterior de la subestación (a través de algún conducto metálico).
Aspectos reglamentarios
Se expone en lo que sigue aquellos aspectos de la reglamentación española (RAT- ITC 13) que, por su importancia, consideramos de interés comentarlos.
La letra en cursiva se aplica en aquellas partes del texto que responden literalmente a la Instrucción Técnica Reglamentaria 13 del Reglamento (español) de Alta tensión (ITC 13 – RAT)
Tensiones máximas aplicables al cuerpo humano.
Dice el RAT - ITC 13 apartado 1.1: Cuando se produce una falta a tierra, partes de la instalación se pueden poner en tensión, y en el caso de que una persona estuviese tocándolas, podría circular a través de él una corriente peligrosa. La norma IEC/TS 60479-1 da indicaciones sobre los efectos de la corriente que pasa a través del cuerpo humano en función de su magnitud y duración, estableciendo una relación entre los valores admisibles de la corriente que puede circular a través del cuerpo humano y su duración.
“Los valores admisibles de la tensión de contacto aplicada, Uca, a la que puede estar sometido el cuerpo humano entre la mano y los pies, en función de la duración de la corriente de falta, se dan en la figura 1”.
Figura 4: Valores admisibles de la tensión de contacto aplicada Uca en función de la duración de la corriente de falta (Figura 1/ ITC 13 – RAT)
En la tabla 1 se muestran valores de algunos de los puntos de la curva anterior:
Esta curva ha sido determinada considerando las siguientes hipótesis:
- a. La corriente circula entre la mano y los pies.
- b. Únicamente se ha considerado la propia impedancia del cuerpo humano, no considerándose resistencias adicionales como la resistencia a tierra del punto de contacto con el terreno, la resistencia del calzado o la presencia de empuñaduras aislantes, etc.
- c. La impedancia del cuerpo humano utilizada tiene un 50% de probabilidad de que su valor sea menor o igual al considerado.
- d. Una probabilidad de fibrilación ventricular del 5%
Los valores admisibles de la tensión de paso aplicada entre los dos pies de una persona, considerando únicamente la propia impedancia del cuerpo humano sin resistencias adicionales como las de contacto con el terreno o las del calzado se define como diez veces el valor admisible de la tensión de contacto aplicada, (Upa = 10 Uca).
Estas hipótesis establecen una óptima seguridad para las personas debido a la baja probabilidad de que simultáneamente se produzca una falta a tierra y la persona o animal esté tocando un componente conductor de la instalación.
Salvo casos excepcionales justificados, no se considerarán tiempos de duración de la corriente de falta inferiores a 0,1 segundos.
En la generalidad de las instalaciones de A.T. dotadas de interruptores automáticos y relés de protección indirectos el tiempo de 0,1 seg. está justificado por lo que las tensiones de contacto aplicadas admisibles alcanzan los 633 Voltios.
Tiempo = T relé + T interruptor.
T relé entre 10 - 20 msg. (unidades instantáneas).
T interruptor = entre 40 - 60 msg. (aparatos "modernos").
Es importante reseñar que las tensiones de contacto aplicadas que se obtienen de la Tabla 1 anterior se refieren al valor de la tensión que resultaría APLICADA al individuo durante un fallo en la instalación y esta tensión es siempre menor que la que aparece sobre el terreno, por eso para efectos de cálculo y proyecto habrá que estimar los valores de Uc y Up más elevados que resultarán admisibles en el terreno y que dependen de las características de la instalación.
Mediciones de las tensiones de paso y contacto aplicadas
El Director de Obra deberá verificar que las tensiones de paso y contacto aplicadas están dentro de los límites admitidos con un voltímetro de resistencia interna de mil ohmios.
Los electrodos de medida para simulación de los pies deberán tener una superficie de 200 cm² cada uno y deberán ejercer sobre el suelo una fuerza mínima de 250 N cada uno.
Los equipos de medición deberán tener la opción de medir tensiones de paso y contacto aplicadas, tanto para el caso de que la persona esté calzada o descalza, mediante la inserción de las resistencias correspondientes en el circuito en cada caso.
Se emplearán fuentes de alimentación de potencia adecuada para simular el defecto, de forma que se evite que las medidas queden falseadas como consecuencia de corrientes vagabundas o parásitas circulantes por el terreno.
Consecuentemente, y a menos que se emplee un método de ensayo que elimine el efecto de dichas corrientes parásitas la intensidad inyectada no será inferior a 50 A para centrales y subestaciones y 5 A para centros de transformación. Se admitirán, no obstante, medidores de tensiones de paso y contacto que inyecten una corriente inferior, siempre que se demuestre mediante ensayos comparativos que disponen de filtros o sistemas especiales capaces de eliminar las tensiones de perturbación con el fin de lograr medidas con una fiabilidad y exactitud equivalente a la que se obtendría con una inyección de corriente elevada. En cualquier caso la incertidumbre asociada a las medidas será inferior al 20 por ciento.
Los cálculos para determinar las tensiones posibles máximas se harán suponiendo que existe proporcionalidad entre la corriente inyectada por el electrodo durante la medición, y la corriente drenada a tierra por el electrodo en caso de defecto.
Para instalaciones de tercera categoría que respondan a configuraciones tipo, como es el caso de la mayoría de los centros de transformación, el Órgano territorial competente podrá admitir que se omita la realización de las anteriores mediciones, sustituyéndolas por la correspondiente a la resistencia de puesta a tierra, si se ha establecido la correlación, sancionada por la práctica, en situaciones análogas, entre tensiones de paso y contacto y resistencia de puesta a tierra.
En cualquier caso a la hora de realizar el ensayo, la compañía suministradora de electricidad informará del valor de corriente de defecto a tierra y a partir de ese dato se establecerá el valor de la corriente de ensayo.
Medidos los valores de Vpa y Vca a la corriente de ensayo (IE) procede calcular por extrapolación los valores de Vpa y Vca corriente de puesta a tierra IT de manera que:
Continua en Medida de las tensiones de paso y contacto (y Parte 2ª)
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