C8 SEGURETAT
SEGURIDAD ELÉCTRICA
IES Vall d’Hebron Curs 2004/05 Jaume Nogués
SEGURIDAD ANTE EL RIESGO ELÉCTRICO 1 RIESGO ELÉCTRICO La gran ventaja de la electricidad es que puede transportarse a gran distancia, elevando la tensión y disminuyendo la intensidad de corriente para evitar pérdidas por efecto Joule (alta tensión) y suministrarla a la tensión de los equipos receptores (baja tensión). El suministro se controla mediante elementos de corte que pueden eliminar el riesgo eléctrico en una instalación por interrupción de la corriente eléctrica, también se puede eliminar el riesgo eléctrico aislando las partes conductoras. Podemos definir el riesgo eléctrico, como: «La posibilidad de que una persona sufra un determinado daño originado por el uso de la energía eléctrica». Los riesgos eléctricos son fundamentalmente de cuatro tipos: • Choque eléctrico por paso de la corriente por el cuerpo. • Quemaduras por choque eléctrico, o por arco eléctrico. • Caídas o golpes como consecuencia de choque o arco eléctrico. • Incendios o explosiones originados por la electricidad. Para que se produzca un choque eléctrico, el cuerpo humano se tiene que ver sometido a una tensión al tocar dos puntos de la instalación que estén a distinto potencial. En esas circunstancias se origina una corriente eléctrica que atraviesa el cuerpo humano y, que a partir de ciertos valores que veremos en el siguiente apartado, puede producir daños. El riesgo de incendio o explosión de origen eléctrico viene determinado por la posibilidad de que se origine accidentalmente una intensidad de corriente excesiva, bien en algún punto de la instalación eléctrica o bien en alguno de los receptores, con el consiguiente deterioro de los materiales y la posibilidad de que se produzcan daños personales. Para que ese riesgo sea mínimo se deben realizar las instalaciones respetando la legislación vigente y utilizando productos homologados por organismos oficiales, pero también se le debe dar un uso adecuado, según su capacidad, y siempre en consonancia con las características de la instalación. Los usuarios de la instalación eléctrica y los técnicos que la realizan o reparan deben respetar unas normas de seguridad básicas que garantizarán una mayor seguridad en su trabajo.
2 EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA ELECTRICIDAD SOBRE EL CUERPO HUMANO Aunque son muchos los efectos fisiológicos que puede producir el paso de la corriente eléctrica sobre el organismo, los más frecuentes son los siguientes: a) Paro cardíaco Se produce una parada del corazón debido al paso de la corriente eléctrica por el mismo. Puede producir secuelas irreversibles o la muerte de la persona.
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b) Fibrilación ventricular Es una falta de sincronización de las contracciones musculares del corazón, que produce una alteración del ritmo cardiaco debido al paso de la corriente eléctrica y que puede degenerar en un paro cardíaco. Se considera como la causa principal de muerte por choque eléctrico. c) Contracción muscular (o tetanización) Es la contracción muscular involuntaria que sufre la persona que recibe una descarga eléctrica y que le impide soltarse del elemento sometido a tensión, de ahí la frase que oímos con frecuencia «se quedó pegado a los conductores». Cuando ocurra un accidente de esas características, no se debe intentar separar al trabajador del punto de contacto sin tomar las medidas de seguridad oportunas. En estos casos se debe cortar la tensión, si no es posible, se debe provocar un cortocircuito en los conductores para que salten los elementos de protección y se desconecte la alimentación eléctrica de la instalación, cuidando de que esta operación no produzca nuevos daños a las personas, sobre todo, caídas a distinto o al mismo nivel, golpes, quemaduras, heridas, etc. d) Asfixia Se produce por contracción de los músculos de los pulmones y se manifiesta en el individuo como dificultad para respirar. Puede degenerar en un paro respiratorio y, como consecuencia, producir la muerte de la persona. e) Aumento de la presión sanguínea Ocurre cuando se produce el paso de la corriente eléctrica por la sangre a lo largo de las arterias y las venas. Altera el ritmo cardíaco y puede resultar peligroso, especialmente en individuos hipertensos. f) Quemaduras Se pueden producir por el paso de la corriente eléctrica (efecto joule: el calor generado depende de la intensidad de corriente al cuadrado), como consecuencia de un incendio de origen eléctrico o por interacción con un arco eléctrico (fenómeno más frecuente en medias y altas tensiones). La norma UNE 20572 define los siguientes conceptos relacionados con los efectos de la corriente eléctrica al pasar por el cuerpo humano: • Umbral de percepción. Valor mínimo de la corriente que provoca una sensación en una persona a través de la que pasa ésta corriente. Se considera un valor de 0,5 mA, cualquiera que sea el tiempo.
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• Umbral de no soltar (tetanización). Valor máximo de la corriente para la que una persona que tiene electrodos puede soltarlos. Puede tomar valores, desde 10 mA para un tiempo de paso de la corriente de 10 segundos, hasta 500 mA para un tiempo de paso de la corriente de 10 milisegundos. • Umbral de fibrilación ventricular. Valor mínimo de la corriente que provoca fibrilación ventricular. Puede tomar valores, desde 30 mA para un tiempo de paso de la corriente de 10 segundos, hasta 500 mA para un tiempo de paso de la corriente de 10 milisegundos. La norma UNE 20572 describe los efectos de la corriente eléctrica que pasa por el cuerpo humano para corrientes alternas de frecuencia comprendida entre 15 Hz y 100 Hz y establece cuatro zonas delimitadas por las curvas que aparecen en la figura 1. • Zona 1. Limitada por la curva a (umbral de percepción). No se produce habitualmente ninguna reacción. • Zona 2. Limitada por la curva a (umbral de percepción) y la curva b (umbral de no soltar). Se percibe el paso de la corriente, pero habitualmente no se produce ningún efecto fisiológico peligroso. • Zona 3. Limitada por la curva b (umbral de no soltar) y la curva c (umbral de producción de fibrilación). Habitualmente no se produce ningún daño orgánico, pero es probable la aparición de contracciones musculares y dificultades respiratorias, así como efectos reversibles en el corazón. • Zona 4. Limitada por la curva c (umbral de producción de fibrilación). Además de los efectos de la zona 3, existe la posibilidad de fibrilación ventricular, parada cardiaca, parada de la respiración y quemaduras graves, aumentando con la intensidad y el tiempo.
Figura 1. Zonas tiempo/corriente de los efectos de la corriente en las personas.
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3 EFECTOS DE LA ELECTRICIDAD SOBRE LOS MATERIALES El efecto más importante originado por el paso excesivo de corriente eléctrica a través de un material cualquiera es el incendio. Esto representa un riesgo indirecto para las personas, ya que pueden sufrir quemaduras o choque eléctrico en el caso de que se queme el material aislante de una instalación, quedando los elementos conductores más accesibles para entrar en contacto con las personas. Se producen incendios como consecuencia de: sobreintensidades o sobretensiones. 3.1. Sobreintensidades Se producen al circular una corriente eléctrica mayor que la nominal por los conductores o receptores eléctricos. Se diferencian dos tipos de sobreintensidades: a) Sobrecargas Se producen cuando por un circuito circula una corriente eléctrica mayor que (a nominal sin que haya defecto de aislamiento. Producen un calentamiento excesivo de los conductores, provocando un deterioro de los aislantes y acortando su duración. b) Cortocircuitos Se producen por la conexión accidental entre conductores activos, originando una elevada intensidad y destruyendo los circuitos, al no poder soportar corrientes tan altas. 3.2. Sobretensiones Se producen cuando la tensión en un circuito es superior a la nominal. Suelen durar muy poco tiempo, pero el daño producido a los receptores eléctricos puede ser considerable. La causa más frecuente es la descarga atmosférica de los rayos sobre la instalación eléctrica o sus inmediaciones. a) Sobretensiones externas Tienen su origen en descargas atmosféricas (figura 2). Las sobretensiones de origen externo pueden ser de varios tipos (figura 3), por: - Descarga directa sobre la línea (sobretensión conducida). - Descarga sobre un objeto próximo a la línea (sobretensión inducida). - Descarga directa sobre el suelo que puede elevar el potencial de tierra varios miles de voltios como consecuencia de la corriente que circula por el terreno (aumento del potencial de tierra). Las sobretensiones externas pueden acceder a los equipos (figura 2.6) a través de:
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1. Las redes eléctricas de baja tensión. 2. Las líneas de datos (telefónicas, informáticas o TV). 3. Los elementos receptores de alta frecuencia (antenas). 4. Los conductores de conexión a tierra. b) Sobretensiones internas Tienen su origen en las variaciones de carga en una red, maniobras de desconexión de un interruptor, formación o cese de un fallo a tierra, corte de alimentación a un transformador en vacío, puesta en servicio de las líneas, etc. En una instalación eléctrica todos los conductores que acceden desde el exterior pueden facilitar el camino a las sobretensiones transitorias, provocando así perturbaciones en la alimentación de todos los sistemas conectados.
Figura 2
Figura 3. Distintas formas de acceso de las sobretensiones a una vivienda.
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4 FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL RIESGO ELÉCTRICO 4.1. Factores relacionados con el riesgo de choque eléctrico a) Intensidad de corriente En los trabajos en BT, representa el principal factor de riesgo eléctrico, ya que a partir de valores de 0,5 mA se puede notar el paso de la corriente y a partir de 10 mA se pueden producir lesiones de cierta gravedad. A medida que aumentan los valores de la intensidad, los efectos son, sucesivamente, los siguientes: dificultad respiratoria, fibrilación ventricular, parada cardíaca, parada respiratoria, daños en el sistema nervioso, quemaduras graves, pérdida de conocimiento y muerte. b) Tiempo de contacto El riesgo eléctrico aumenta con el tiempo de contacto. Esto se debe tener en cuenta a la hora de poner protecciones de corte automático de la alimentación en la instalación, que deben actuar con bastante rapidez. c) Trayectoria de la corriente a través del cuerpo La corriente eléctrica sigue la trayectoria que le ofrece menos resistencia. Las más peligrosas son las que afectan a la cabeza, al corazón o a los pulmones.
Figura 4. Recorrido de la corriente eléctrica a través del cuerpo.
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d) Impedancia del cuerpo humano La impedancia del cuerpo humano es fundamentalmente resistiva, pero tiene una componente capacitiva debida a la piel humana y que depende de varios factores: la tensión aplicada, la edad, el sexo, la humedad de la piel, la frecuencia, etc. La norma UNE 20572 establece los valores de resistencia del cuerpo humano que se indican en la Tabla siguiente.
La norma CEI 479 establece unos valores de resistencia del cuerpo humano en función del estado de la piel, que para una tensión de 250 V son los siguientes: • 1500
para piel seca.
• 1000
para piel húmeda.
• 650
para piel mojada.
• 325
para piel sumergida.
e) Tipo de corriente y frecuencia Los efectos de la corriente continua o la corriente alterna sobre el cuerpo humano son distintos, debido a la frecuencia habitual de la corriente alterna (50 ó 60 Hz) que hace que aumente el riesgo de fibrilación ventricular. La frecuencia de la corriente alterna se puede superponer al ritmo cardíaco y producir una alteración en el mismo. La corriente continua y la corriente alterna de frecuencia superior a 10 000 Hz no producen fibrilación ventricular y por eso son menos peligrosas, pero sí producen el resto de los efectos. En corriente continua los umbrales son del orden de cuatro veces mayores que en corriente alterna. En la figura 5 se describen seis curvas que delimitan zonas con efectos diferentes dependiendo de la frecuencia.
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Figura 5. Influencia de la frecuencia en los efectos fisiológicos de la corriente.
4.2. Factores relacionados con el riesgo de incendio de origen eléctrico a) Intensidad de corriente Es el principal factor de riesgo eléctrico, ya que si toma valores superiores a los nominales el material eléctrico se puede deteriorar e incluso quemar y originar incendios. b) Tensión de alimentación Como en el caso anterior, si la tensión toma valores superiores a los nominales el material eléctrico se puede quemar y originar incendios. c) Aislamiento del material eléctrico Un buen aislamiento garantiza la seguridad de las instalaciones. Las instalaciones interiores o receptoras deben presentar una resistencia de aislamiento mínima, tal y como lo recoge la Instrucción ITC-BT-19 del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión.
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5 TIPOS DE ACCIDENTES ELÉCTRICOS En este punto vamos a considerar solamente los accidentes originados por el uso de la energía eléctrica sin restringirnos al ámbito laboral, y así definiremos un accidente eléctrico como «un suceso imprevisto, relacionado con el uso de la energía eléctrica, no esperado ni deseado, que se presenta de forma brusca y puede causar daño a las personas o a las cosas, siendo normalmente evitable». Los accidentes eléctricos por choque eléctrico se producen por el contacto de personas con partes en tensión, de tal forma que una corriente eléctrica atraviesa el cuerpo de la persona accidentada y según el valor que tome puede ser más o menos peligrosa. En general, la intensidad I que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico viene determinada por la ley de Ohm: I=
U R
Donde U es la tensión entre los dos puntos y R la resistencia del circuito entre esos dos puntos. Aplicando la ley de Ohm y considerando todas las resistencias que intervienen, se puede determinar la intensidad que atraviesa el cuerpo humano cuando se produce un contacto eléctrico. El sistema de distribución de energía eléctrica en Baja Tensión más utilizado se denomina TT (ITC-BT-08), y se caracteriza porque en el centro de transformación se conecta el punto neutro con una toma de tierra y en los lugares de utilización se conectan las masas metálicas de los equipos eléctricos a otra toma de tierra diferente, como se puede observar en la figura 6.
Figura 6. Esquema de distribución TT.
Algunos ejemplos de masas son los siguientes: la carcasa de un ordenador personal, las partes metálicas de una lavadora, la carcasa de un motor eléctrico, etc. En una instalación eléctrica con un esquema de distribución TT, cualquier masa debe estar aislada de las partes activas (conductores de fase, conductor neutro o bornas de conexión conectadas a ellos). Cuando se produce un defecto de aislamiento entre una parte activa y una masa, ésta se pone bajo tensión y puede producir un accidente eléctrico si alguna persona toca la masa sin el aislamiento oportuno.
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Cuando se produce un contacto entre una persona con una parte activa o con una masa, aparecen varias tensiones entre puntos del circuito eléctrico, las más importantes son las siguientes: • Tensión de defecto. Es la tensión que aparece a causa de un defecto de aislamiento, entre dos masas, entre masa y elemento conductor o entre masa y tierra. • Tensión a tierra. Es la tensión que aparece entre una instalación de puesta a tierra y un punto a potencial cero, cuando pasa por dicha instalación una corriente de defecto. • Tensión de contacto. Es la tensión que aparece entre partes accesibles simultáneamente, al ocurrir un fallo de aislamiento.
5.1. Contactos directos La Instrucción ITC-BT-01 del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión los define de la siguiente forma: «Contactos de personas o animales con partes activas de los materiales y equipos» Las resistencias que forman el circuito cuando se produce un contacto directo son: • Resistencia de contacto (Rc): es la resistencia que presenta el punto de contacto (normalmente la mano) con las partes activas (normalmente conductores de fase o bornas de conexión). • Resistencia del cuerpo (RH): es la resistencia que presenta el cuerpo humano de un individuo al paso de la corriente. • Resistencia de retorno (RR ): es la resistencia que presenta el punto de retorno (normalmente el pie) con el suelo o con otra parte activa (normalmente otro conductor de fase o el conductor neutro). • Resistencia del suelo (RS): es la resistencia eléctrica del suelo en el lugar que se cierra el circuito. Si es mayor de 50000 (50 k ), se dice que es suelo no conductor (ITC-BT-01). • Resistencia de la toma de tierra del neutro (RTN): es la resistencia de la puesta a tierra del neutro en el secundario del transformador que origina la tensión del circuito.
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Figura 7. Resistencias que aparecen en un contacto directo.
En general, la intensidad IH que atraviesa el cuerpo humano al producirse un contacto vendrá dada por la siguiente expresión: IH =
UC RH
Donde Uc es la tensión de contacto y RH la resistencia del cuerpo humano. Se pueden producir los siguientes contactos directos: • Entre dos fases. La tensión de contacto es igual a la tensión de línea, que es aproximadamente la tensión de fase multiplicada por el factor 3 . • Entre una fase y neutro. La tensión de contacto es igual a la tensión de fase. • Entre un conductor de fase y el conductor de protección. La tensión de contacto puede ser inferior a la tensión de fase. • Entre una fase y una masa puesta a tierra. La tensión de contacto puede ser inferior a la tensión de fase. • Entre una fase y una masa sin puesta a tierra. La tensión de contacto puede ser muy baja si la masa está aislada de tierra.
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Figura 8. Tipos de contactos directos.
5.2. Contactos indirectos La Instrucción ITC-BT-01 del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión los define de la siguiente forma: «Contactos de personas o animales domésticos con partes que se han puesto bajo tensión como resultado de un fallo de aislamiento». Para que se produzca un contacto indirecto es necesario que se produzca un defecto de aislamiento entre las partes activas de la instalación y una masa, lo que origina que ésta se ponga accidentalmente bajo tensión. Esto hace que aparezca una resistencia de defecto de aislamiento (R„) entre las partes activas de la instalación y la masa que está accidentalmente bajo tensión. Además, si la masa está en contacto con tierra, aparece una nueva resistencia: • Resistencia de la toma de tierra de las masas (RTM ): es la relación entre la tensión que alcanza con respecto a un punto a potencial cero una instalación de puesta a tierra y la corriente que la recorre. Las demás resistencias que forman el circuito cuando se produce un contacto indirecto son las mismas que vimos para los contactos directos (resistencia de contacto Rc, resistencia del cuerpo RH, resistencia de retorno RR , resistencia del suelo RS , y resistencia de la toma de tierra del neutro RTN). Los casos más frecuentes en que se producen contactos indirectos son los siguientes: • Contacto entre una masa bajo tensión puesta a tierra y el suelo. • Contacto entre una masa bajo tensión sin puesta a tierra y el suelo. • Contacto entre una masa bajo tensión sin puesta a tierra y otra masa bajo tensión puesta a tierra.
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En condiciones similares, la tensiรณn de contacto indirecto serรก menor que en los contactos directos, pero la intensidad I, que atraviesa el cuerpo humano al producirse un contacto indirecto vendrรก dada por una expresiรณn semejante: IH =
UC RH
Donde Uc es la tensiรณn de contacto indirecto y RH la resistencia del cuerpo humano.
Figura 9. Resistencias que aparecen en un contacto indirecto.
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