UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA / FACULTAD DE INGENIERIA - DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA - CATEDRA DE INSTALACIONES ELECTRICAS GENERALES

La falla se puede presentar en distintas formas, analizaremos en particular la falla de cortocircuito, que puede ser entre fases, trifasico, o bien puede ser entre fase y neutro, monofasico, generalmente se presenta entre una fase y tierra, cerrándose en el generador (equivalente) a través de la tierra.

La falla trifasica, y la falla fase neutro producen circulación de corriente solo en los conductores, mientras la falla fase tierra produce circulación de corriente por partes que normalmente no conducen corriente, y en consecuencia no forman parte del circuito eléctrico normal.

La circulación de corriente a través de lo que hemos llamado tierra, como para cualquier otro caso se representa con un circuito eléctrico, y entonces entre distintos puntos del circuito aparecen diferencias de potencial.

Entre un punto que pertenece al circuito por el que se presenta la corriente de falla, y un punto genérico cualquiera se puede medir una diferencia de potencial, y si un hombre puede estar sometido a ella, cuando se encuentra parado sobre el punto cualquiera (en el suelo) y con la mano toca el punto por el que circula la corriente de falla se dice que queda sometido a la tensión de contacto.

También entre dos puntos del suelo puede aparecer diferencia de potencial, y se dirá que hay tensión de paso (entre los pies de alguien que camina), que puede imaginarse entre dos plataformas metálicas unidas entre si a través de un camino de elevada resistencia eléctrica por el que circula corriente.

Una situación de peligro parecida a la tensión de contacto aparece cuando por un conductor metálico genérico cualquiera, no necesariamente un cable, sino por ejemplo un caño se transfiere la tensión de un punto a otro distante, y aparece la llamada tensión transferida, quizás los cables de una inocente línea de bajisima tensión que por esa razón se creía segura, o una cañería de agua que se piensa solo lleva agua.

Los conductores de tierra estan conectados a tierra por lo que el tocarlos parece no peligroso y normalmente no llevan corriente por lo que se puede pensar que interrumpirlos no es peligroso. Sin embargo como gran cantidad de modernos aparatos electronicos tienen dispositivos de proteccion contra sobretensiones entre conductores y tierra, dernan corrintes a tierra en modo permanente por lo que en el conductor de tierra interrumpido hay peligro aunque parezca que no hay falla.

Resumiendo las consecuencias de corrientes de falla presentan situaciones peligrosas para las personas y para las cosas y es necesario prevenir estas situaciones a fin de evitar los peligros, sus consecuencias dolorosas.

Seguridad y riesgo son palabras muy usadas, pero su significado se presta a manipulaciones y deformaciones, por lo que trataremos de aclarar que quieren decir para nosotros.

Estamos expuestos a ciertos riesgos, un evento desfavorable puede ocurrir, el tiempo de exposición al riesgo es el tiempo durante el cual el evento desfavorable ha podido ocurrir.

El tiempo es acumulativo, y la seguridad contra un evento es la probabilidad de que en condiciones preestablecidas en un tiempo determinado, el evento no se presente.

La seguridad así definida como probabilidad (de que un evento desfavorable no se produzca) se representa por un numero comprendido entre cero y uno, uno es certeza de que el evento no se producirá , cero es lo contrario, certeza de que se producirá .

Otro concepto ligado a la seguridad es la tasa de falla, que nos indica a lo largo del tiempo como van muriendo los objetos de una población dada, pensemos en que instalamos cierta cantidad de lamparas, que no renovamos y a lo largo del tiempo determinamos como varia el numero de lamparas quemadas sobre el total.

Es claro que la seguridad se reduce cuando aumenta el tiempo de exposición al riesgo, para tener una seguridad absoluta se deber tener un tiempo de exposición al riesgo nulo, o una tasa de falla nula, imposibilidad de que ocurra el evento.

Pero si un evento no se puede producir el concepto de seguridad contra esa situación pierde totalmente el significado.

Por ejemplo un aparato a pila no es peligroso, y se dice de el que es intrínsecamente seguro (desde el punto de vista de riesgo de electrocución).

Al definir seguridad hemos usado las palabras: en condiciones preestablecidas, no tiene significado hablar de seguridad en cualquier condición, se deben definir las condiciones de empleo, de instalación y de mantenimiento.

Es así que algo no peligroso en determinadas circunstancias se convierte en fatal en otras. La falta de atención a cualquier condición arriba indicada, implica decadencia del nivel de seguridad.

Estas condiciones tienen en cuenta cuando se considera el grado de adiestramiento que una persona requiere para acceder partes peligrosas, y en tal caso el dispositivo de seguridad es sustituido por la idoneidad del operador, de aquí la importancia de capacitación y adiestramiento que se requiere para ciertas personas que realizan ciertas tareas.

Un hombre es una maquina poco confiable, ajusta mal un tornillo de cada 10000, hace mal una lectura de cada 200, y después de leer las instrucciones se equivoca una de cada 20 veces... Y hay aparatos en los cuales el peligro es imposible de eliminar sin impedir al aparato su función, pensemos en un cuchillo.

Confiabilidad es un concepto parecido a seguridad, pero que tiene que ver con el funcionamiento, con la prestación requerida, un equipo puede fallar y no necesariamente se presenta una situación peligrosa.

El contacto de la persona con partes en tensión puede determinar el pasaje de corriente a través del cuerpo humano con consecuencias que pueden ser mortales. Este es el peligro mas común ligado al uso de la electricidad.

Podemos distinguir una aislacion funcional, que permite el funcionamiento del aparato eléctrico, una aislacion principal, que realiza una función de protección mecánica, y una aislacion suplementaria que otorga una mayor garantía.

El peligro de contacto puede presentarse tanto con partes que se encuentran en tensión siempre (contacto directo), como con partes que normalmente no están en tensión pero se han puesto en tal condicion a causa de una falla (contacto indirecto).

Masa es un conductor de la instalación accesible que normalmente no se encuentra en tensión pero debido a una falla de la aislacion principal puede ponerse en tensión. La masa debe conectarse a tierra.

Masa extraña no forma parte de la instalación pero puede introducir un potencial de tierra cualquiera.

Se puede pensar que un hombre (desde el punto de vista eléctrico) es una bolsa de piel llena de agua salada (iones, células y liquido insterticial).

Son lógicos los peligrosos fenómenos que se producen al circular corriente en este conductor... la corriente es peligrosa ya desde valores muy pequeños, 20 30 mA, su peligrosidad esta ligada al estado de la piel, mas o menos húmeda, al estado de la persona.

En determinadas condiciones 10 mA son peligrosos, (particularmente si permanentes), corrientes aun menores pueden ser fatales en instalaciones de aparatos de electromedicina en situaciones de falla (o de instalacion no correcta).

En algunos casos se asocia al grado de peligro la tensión, en rigor la resistencia del cuerpo humano varia, pero convencionalmente se fija en 1000 ohm tensiones mas allá de los 50 V pueden ser peligrosas.

Al aumentar la tensión la resistencia del cuerpo disminuye, pudiendo suponerse que se reduce a la mitad.

Las tensiones de distribución normales que se usan implican peligro, y entonces toma importancia el criterio de seguridad.

Los peligros que pueden presentarse son las tensiones de contacto, de paso, transferidas que se pueden producir entre distintas partes de la instalación eléctrica y el ambiente.

Pareciera que si en una instalación se puede evitar la circulación de corriente de falla fuera del circuito normal no se pueden presentar peligros de tensiones de contacto mientras se toque un solo punto del circuito, pero debe tenerse en cuenta que si ocurre una falla de aislacion en una parte del circuito, a partir de ese momento el peligro aparece con la segunda falla, y uno podría creer que el peligro no esta presente (actuando así en condiciones sumamente riesgosas).

Esta es la razón por que se utilizan sistemas aislados de tierra solo cuando existe posibilidad clara de controlarlos, es decir son de tamaño pequeño, si el sistema cubre un area grande ser peligroso (la seguridad se obtiene conectándolo a tierra y tomando las precauciones correspondientes a sistemas a tierra).

El contacto con partes en tensión se protege con cubiertas que impiden el acceso a puntos peligrosos, aislantes, aislaciones dobles dan una mayor garantía (casi absoluta seguridad, aunque la segunda aislacion se rompa, o si solo falla la primera, el aparato no es peligroso), aislaciones reforzadas (únicas pero equivalentes a las dobles).

En los aparatos con cubierta metálica una falla de aislacion pone en tensión la cubierta, y es necesario que la conexión a tierra de la cubierta genere un camino de muy baja impedancia para la corriente de falla, conexión de puesta a tierra de seguridad.

La aislacion reforzada, también llamada especial o de seguridad, reúne las funciones principal y suplementaria.

Una diferencia entre las corrientes que se presentan entre los distintos conductores puede significar una fuga de corriente que se cerrara por la tierra, y en consecuencia genera situaciones de peligro, la detección de esta corriente, señala la falla, y la consiguiente interrupción protege del peligro (minimiza el tiempo de exposición al peligro).

Esto es lo que hacen los interruptores diferenciales, que detectan corrientes de fuga muy pequeñas (30 mA, 300 mA), lógicamente la instalación para permanecer en servicio debe tener su aislacion en perfecto estado.

Ya hemos comentado que, al menos en las instalaciones de baja tensión normales, es conveniente que la red este puesta a tierra, es ya habitual en todas las instalaciones la puesta a tierra del neutro al menos en el punto de alimentación (transformador de la red publica).

Las fallas a tierra implican corrientes que al menos deben alcanzar un valor suficiente para ser detectado por las protecciones, de manera que eventuales condiciones de peligro desaparezcan en breves tiempos.

El comportamiento de un sistema en relación con su puesta a tierra depende tanto de la situación del neutro (en el punto desde donde se alimenta - transformador de alimentación):

- T con neutro directamente puesto a tierra

- I con neutro aislado o a tierra a través de una impedancia

Como de la situación de las masas que pueden adquirir tensiones peligrosas:

- T conectadas a tierra

- N conectadas al neutro del sistema (a través del conductor de protección PE, que a su vez puede estar separado del neutro PE o combinado con el PEN).

Los sistemas se clasifican entonces indicando sus características con dos letras; a continuación examinaremos las combinaciones validas explicando condiciones que se presentan.

Sistema TT, neutro a tierra, y masas a tierra local independiente del neutro, esta situación se presenta en nuestro país cuando el usuario esta conectado a la red publica de distribución de energía.

En este caso es muy difícil lograr una baja tensión de contacto, el sistema exige una tierra muy baja, y la seguridad depende de la tierra de la red.

Aun así no se puede evitar que se alcance una tensión peligrosa, y entonces se debe reducir el tiempo de exposición abriendo el circuito para minimizar el peligro, si la tensión peligrosa que aparece esta limitada a 50 V puede persistir mas de 2 seg, pero si es del orden de 200 V debe persistir no mas de 0.1 seg.

Si bien el suelo mas o menos aislante ayuda a disminuir la tensión aplicada al cuerpo, se debe tomar la condición peor (con el suelo mojado por ejemplo), la rapidez del aparato de protección depende a su vez del valor de la corriente, por lo que resulta conveniente razonar sobre la corriente que produce la actuación en 5 seg.

Todas las masas asumen igual tensión que es la que corresponde al equipo de mayor corriente.

El neutro en estas instalaciones se considera activo.

Sistema TN neutro a tierra, masas al neutro a través del conductor de protección, donde conductor neutro y de protección estan separados (dos conductores distintos), se indica TN-S.

Cuando neutro y conductor de protección son dos conductores distintos, la falla produce circulación de corriente por el conductor de protección, no es importante la baja resistencia de puesta a tierra, si en cambio es importantisima la equipotencialidad de las masas, también de aquellas extrañas

En los sistemas TT las masas extrañas pueden estar conectadas a la tierra de protección, aunque no es indispensable, esta conexión produce beneficios al reducir la impedancia de tierra, en cambio en los sistemas TN las masas extrañas deben estar conectadas al conductor de protección de lo contrario son peligrosas porque pueden asumir potenciales muy distintos del conductor de protección.

En algunos casos se realizan sistemas TN-C donde conductor neutro y de protección estan confundidos en uno solo (conductor PEN), estas instalaciones son desaconsejables porque pueden convertirse en peligrosas por mal mantenimiento y evolución.

Siendo que la seguridad depende de la integridad del conductor neutro y protección, este no debe tener seccionamientos, ni tampoco debe poderse romper por el uso, por lo que debe respetar secciones mínimas abundantes.

También pueden presentarse sistemas TN-C-S que son mezclas de TN-C y TN-S lógicamente desaconsejables por lo antes dicho.

En los sistemas TN si el neutro puede asumir un potencial peligroso este se presentara en todas las masas.

En los casos en que el usuario recibe alimentación en media tensión y se encarga de reducir a baja tensión, el sistema es naturalmente TN, y es importante desarrollarlo correctamente.

La sigla IT distingue a los sistemas con neutro aislado o a tierra a través de impedancia elevada, y masas a tierra, recordemos lo ya dicho respecto de el tamaño de estos sistemas, deben ser de area y potencia mínima.

Algunos locales son particularmente peligrosos y por el riesgo elevado se deben tomar especiales precauciones.

Los sótanos son particularmente peligrosos por la presencia de humedad, por encontrarse mojados, a veces con agua sobre el suelo, la instalación en altura evita algunos peligros, pero es fácil darse cuenta del peligro que en estos locales representan instalaciones de emergencia y portátiles.

En todos estos lugares la mejor garantía es una buena instalación fija, que aunque parezca costosa evita con seguridad accidentes que cuestan mas.

También son peligrosos por estas razones los baños y duchas, los tomacorrientes deben estar alejados al menos de bañeras, duchas y lavatorios, para evitar la tentación de tomar artefactos eléctricos cuando se esta mojado, recordemos que en esta condición el riesgo es mayor.

Peligrosos son también los sitios donde el movimiento es restringido y hay presencia de grandes superficies conductoras, pensemos en un tanque metálico que debe inspeccionarse, la bajisima tensión es lo recomendable.

También las piletas, por la presencia de agua, conductora, son areas peligrosas desde el punto de vista de posibilidad de electrocución.

El obrador es una zona de elevado riesgo eléctrico, ya que se presentan aparatos muy solicitados por el uso y que tienen probabilidad de falla elevada, la obra evoluciona permanentemente, y hay presencia de muchas personas que no siempre tienen adecuada competencia, y no hablemos de instalaciones provisorias (e irresponsablemente peligrosas).

Tomacorrientes inadecuados son frecuente fuente de peligro, particularmente porque accesibles al dedo cuando se hacen operaciones de conexión y desconexión, si bien las normas son muy claras al respecto, la cultura todavía no ha producido la indispensable purificación de los componentes.

La soldadura de arco es otra fuente de peligro, ya por contacto, por corrientes vagantes (cuando el retorno no es adecuado) y por radiaciones o posibilidad de incendio.

En los locales de baños y duchas ningún elemento de la instalación eléctrica (lampara, artefacto, elementos de protección y de maniobra, conductores etc.) deben ser instalados en posición tal que puedan ser tocados por quien se encuentre en la pileta o bajo la ducha.

La prescripción no se aplica a los termotanques eléctricos siempre que su envoltorio este metálicamente unido a las tuberías de agua que llegan al tanque y siempre que la parte de la instalación eléctrica que lo alimenta dentro de la zona de respeto este comprendida en un envoltorio metálico continuo conectado metálicamente al envoltorio del termotanque.

Se admite llevar el órgano de comando de los interruptores dentro de la zona de respeto siempre que esto se haga mediante elementos (cordones, varillas etc) de material aislante.