Teoría de las puestas a tierra de protección personal Capítulo 7 7

7
Teoría de las puestas a tierra de protección personal
Capítulo 7
www.hubbellpowersystems.com
E-mail: hpsliterature@hps.hubbell.com
Teléfono: 573-682-5521 Fax: 573-682-8714
210 North Allen
Centralia, MO 65240, USA
Copyright 2008 & 2010 Hubbell Incorporated
©
Teoría de las puestas a tierra de
protección personal
Separación/Aislamiento
no están a la misma tensión, tal y como implica su
nombre. Los puntos se mantienen a una diferencia
de tensión predeterminada al conocer la intensidad
previsible y calcular la resistencia máxima de los
cables de puesta a tierra que aseguran la conexión.
El único método de ofrecer una protección absoluta
al trabajador es eliminar completamente todo
camino de paso de corriente a través del cuerpo.
Hay dos formas de llevar esto a cabo.
La primera consiste en la separación física del
trabajador, de forma que el contacto con un
elemento energizado no pueda producirse. Aunque
eficaz, esto también puede ser un impedimento
para trabajar, por lo que en muchos casos no
constituye un método viable.
Esta “zona equipotencial” limita la tensión a través
del cuerpo a un valor lo suficientemente bajo
para garantizar el nivel de seguridad requerido.
Nuevamente mediante la Ecuación 2 (I = V / R),
tomando un valor estimado de la resistencia del
cuerpo y manteniendo la tensión a través de este
por debajo del nivel seguro seleccionado por el
empleador, puede lograrse el grado de seguridad
deseado. La reducción de la tensión a través del
cuerpo se logra limitando la tensión máxima
que puede desarrollarse a través del circuito en
paralelo compuesto tanto por el cuerpo como por
el puente. Los datos sobre el puente de protección
personal son valores conocidos. Además el puente
transmitirá la mayor cantidad de corriente en
relación con el cuerpo, por lo que puede utilizarse
para desarrollar el nivel de tensión en paralelo
requerido. Nuevamente, es responsabilidad de
cada empleador especificar un nivel aceptable de
tensión a través del cuerpo. En la actualidad no
existe ninguna norma que especifique un valor
a utilizar.
El segundo método utiliza un aislamiento del nivel
adecuado para eliminar el cuerpo como camino de
paso de la corriente. Este es el principio utilizado
al realizar trabajos de mantenimiento a tensiones
de distribución utilizando guantes de goma (hule).
Los guantes proporcionan el aislamiento necesario
para eliminar el cuerpo como camino de paso de la
corriente. Una forma alternativa consiste en cubrir
por completo todos los elementos energizados con
un dispositivo aislante para evitar todo contacto
del trabajador. Si bien existen tales productos
aislantes, no resulta posible su utilización en
muchos de los trabajos de mantenimiento que
debe afrontar un operario que trabaja a alturas o
el trabajador de apoyo en tierra. Actualmente los
productos aislantes existentes únicamente son
aptos para trabajar a tensiones de distribución.
La clave del éxito de un método de protección
mediante zona equipotencial consiste en
situar al trabajador en paralelo con un
conductor de resistencia lo suficientemente
baja para que el aumento de tensión se
mantenga al nivel seleccionado o por debajo
del mismo. La tensión máxima admisible
a través del puente viene indicada por la
Ecuación 2 (V = I x R). Hacer que la corriente
no pase por el cuerpo, derivándola al
camino de baja resistencia, es la primera
clave. Recuerde que siempre pasará cierta
cantidad de corriente por todos los caminos
posibles, pero las corrientes se dividen en
proporción inversa a la resistencias de
los distintos caminos. La utilización de
un puente de baja resistencia es el factor
primordial. El segundo factor clave es
asegurar que los dispositivos de protección
de la línea despejen rápidamente la falla.
Protección equipotencial
Un método práctico y más universal consiste en
facilitar una manera de mantener las extremidades
del cuerpo al mismo o casi el mismo potencial
eléctrico. Si podemos eliminar la diferencia de
potencial entre las distintas partes del cuerpo, se
elimina el paso de corriente, como recordaremos en
la Ecuación 2 (I = V / R). Sin diferencia de potencial
no hay paso de corriente. Se trata de una solución
teórica que no puede llevarse a cabo por completo
en la práctica. Si hay paso de corriente a través
de cualquier elemento con resistencia, se generará
una caída de tensión. No obstante, el principio
de mantener un nivel lo suficientemente bajo de
tensión a través del cuerpo constituye la base para la
creación de una “zona equipotencial”. Este término
es un tanto engañoso, ya que los puntos de contacto
7-2
La utilización del neutro de la instalación ofrece
un camino de baja resistencia para el retorno
de una corriente de falla en caso de que se
produzca. Esto tiene dos efectos: maximiza la
intensidad de cortocircuito y tiende a reducir
la tensión en el lugar de trabajo. La máxima
intensidad de cortocircuito asegura el despeje
de la falla en el menor tiempo posible por los
elementos de protección del sistema, como son los
cortacircuitos, reenganches automáticos, fusibles,
etc. La reducción de la tensión se produce porque
la resistencia del conductor del neutro es de
magnitud similar a la del conductor de la fase. Los
conductores de fase y neutro forman un circuito
en serie de dos resistencias, dando lugar a una
división de las tensiones. Esto queda ilustrado en
la Figura 7-1. La tensión en la zona de trabajo
queda reducida a una fracción equivalente a la
resistencia del neutro sobre la resistencia total
del circuito en serie (véase el Capítulo 5 para una
explicación de las resistencias en serie).
I
R1
IJ
IM
V1
V
FUENTE
VJ
VM
VN
RN
División de la tensión utilizando el neutro
Fig. 7-1
V1 es aproximadamente igual a VN si se trata
de conductores de la misma longitud y el mismo
tamaño. La tensión de la fase y el neutro será
aproximadamente igual, debido a la reducida caída
de tensión a través del puente, que no tomaremos
en cuenta.
V 1
=VN = VFUENTE x [RN / (R1 + RN)]
pero R1 = RN
por lo que
V1
=VFUENTE x [RN / (RN + RN)]
o lo que es lo mismo
V1 =VFUENTE x [RN / 2RN]
o lo que es lo mismo
V1
=VFUENTE / 2
y
IJ
V J
=IFUENTE
=(VFUENTE - (V1 – VN)
[una diferencia muy pequeña]
o lo que es lo mismo
VJ
=VM
La conexión al cable de guarda en la parte superior
es de eficacia cuestionable como camino de baja
resistencia para el retorno de una corriente de
falla y deberá evaluarse previamente. En muchos
casos no ofrece una conexión ininterrumpida hasta
la fuente de alimentación, y por tanto no puede
considerarse un camino completo de retorno de la
corriente. La mayoría son de conductor de acero,
que tiene una resistencia mucho mayor que un
conductor diseñado para transportar la corriente
de forma eficaz. El calentamiento provocado por
su mayor resistencia puede provocar su fusión,
dependiendo de la intensidad de corriente, con lo
que dejaría de ofrecer un camino de retorno para la
corriente si se utilizara exclusivamente para ello.
Pueden emplearse como camino secundario de
retorno de la corriente además de un camino de
retorno primario, a fin de aumentar el margen de
seguridad al ofrecer múltiples caminos a Tierra y
a través de Tierra. Si el cable de guarda se incluye
como parte de la “zona de trabajo”, deberá estar
conectado eléctricamente a las tomas de Tierra de
protección personal colocadas en el lugar de trabajo
a fin de ampliar la zona de trabajo equipotencial.
La utilización de la Tierra exclusivamente resulta
admisible como camino de retorno de corriente a
efectos de puesta a tierra de protección personal.
La Tierra tiene una resistencia más elevada que
un conductor diseñado para llevar corriente. Esto
reducirá la intensidad de cortocircuito puesto
que su resistencia es mayor que la del conductor
del neutro, aunque posiblemente no hasta tal
punto como para impedir que el dispositivo de
protección de la línea detecte la existencia de
una falla. No obstante, la resistencia de la Tierra
varía considerablemente. En zonas con suelos
secos y arenosos, la resistencia puede alcanzar
varios cientos de ohmios. En un terreno húmedo,
esta puede encontrarse en un margen entre los
diez y los quince ohmios. En el laboratorio de
investigación de Hubbell Power Systems, en
Centralia, Missouri, la resistencia de la Tierra
se aproxima a los 18 ohmios.
Si el neutro se rompiera o fundiera durante una
falla y este fuera el único camino de retorno
a la fuente, se perdería la protección de los
trabajadores. Puede utilizarse un camino de
retorno de la corriente a través de la Tierra como
camino alternativo además del neutro del sistema.
Es aconsejable la utilización de múltiples puentes
y caminos de retorno. Dado que esta presentación
trata sobre los accidentes y la forma de evitarlos, lo
más prudente sería adoptar un planteamiento de
seguridad redundante, comparable a la utilización
de tirantes además de cinturón.
7-3