Seguridad con la Electricidad
En la ejecución de un trabajo se debe tener en cuenta la seguridad, pero cuando tratamos con la electricidad se debe considerar el alto riesgo presente en la misma, desde la herramientas en: qué, cómo y donde utilizarlas, hasta los procedimiento y normas aplicables en la ejecución de los trabajos; además de las normativas que puedan tener las empresas.
Los accidentes relacionados con la manipulación de le energía eléctrica tienen consecuencias graves tales como: quemaduras severas, amputaciones, daños de órganos vitales y en los peores casos, la muerte.
Lo anterior ha conducido a que la Ley y las normas se hagan cada días más exigentes buscando que se preserve la vida, la salud y la integridad de las personas.
En el sector eléctrico podemos destacar:
OSHA:
Código Federal Norma 1910.269 Administración de Seguridad y Salud Ocupacional. Es una agencia del Departamento de Trabajo de los Estados Unidos. El Congreso estableció la agencia bajo la Ley de Seguridad y Salud Ocupacional, el presidente Richard M. Nixon lo promulgó el 29 de diciembre de 1970.
La misión de OSHA es "asegurar condiciones de trabajo seguros y saludables para los hombres y mujeres que trabajan estableciendo y haciendo cumplir las normas y proporcionando entrenamiento, alcance, educación y asistencia". La agencia también se encarga de hacer cumplir una variedad de estatutos y regulaciones. Se ha demostrado que las inspecciones de seguridad laboral de OSHA reducen las tasas de lesiones y los costos de lesiones sin efectos adversos para el empleo, las ventas, las calificaciones crediticias o la supervivencia de la empresa.
Norma NFPA 70E:
Seguridad Eléctrica en Lugares de Trabajo, es una norma de consenso general de la National Fire Protection Association, que refleja muchos años de experiencia de importantes participantes de la industria en general para reducir riesgos y accidentes de trabajo.
Cuenta con cuatro capítulos principales y varios anexos, que en su totalidad atienden las necesidades fundamentales de seguridad eléctrica, enfocándose en las prácticas seguras de trabajo, el uso del EPP (Equipo de Protección Personal) adecuado, los requisitos de seguridad relacionados con el mantenimiento del sistema de suministro eléctrico, los requisitos de seguridad para equipos especiales y los requisitos de seguridad para las instalaciones.
Norma ASTM F1959:
American Society for Testing and Material.
Proporciona normas detalladas de las pruebas a realizar para determinar los valores de protección térmica para cada aplicación de arco eléctrico.
El método de prueba de la norma ASTM F1959, se utiliza para determinar la clasificación del arco de los materiales para la ropa, expone paneles de telas ignífugas a destellos de arcos eléctricos de distintas intensidades. Se mide tanto la transmisión de calor a través de la tela como la energía liberada por el arco eléctrico. Los datos se evalúan en comparación con la curva de Stoll (o la curva de quemadura de segundo grado) a través de técnicas de regresión logística para determinar la probabilidad de lesiones por quemadura.
NESC (National Electrical Safety Code):
Código Nacional de Seguridad Eléctrica.
Está orientado a proporcionar reglas prácticas para garantizar la seguridad del personal durante la instalación, operación y mantenimiento de redes eléctricas y de comunicaciones y su equipo asociado. El NESC cubre los equipos de las compañías de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica, que no son cubiertas por la NFPA 70.
Está dividido en cuatro partes, así:
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La parte I, comprende las reglas para la instalación y mantenimiento de subestaciones y equipos;
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La parte II, cubre las reglas de seguridad para la instalación y mantenimiento de líneas aéreas eléctricas y de comunicaciones;
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La parte III, abarca las reglas de seguridad para la instalación y mantenimiento de líneas subterráneas eléctricas y de comunicaciones;
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La parte IV, comprende las reglas para la operación y mantenimiento de líneas eléctricas y de comunicaciones y de su equipo asociado.
Los Riesgos Eléctricos
El manejo de los riesgos eléctricos es un aspecto que cobra cada día más importancia dentro de las diferentes empresas, las cuales deben adoptar las medidas necesarias para que se disminuyan al mínimo los accidentes de tipo eléctrico y sus efectos.
Un primer paso para el manejo del riesgo eléctrico es el entendimiento de su naturaleza. No se puede manejar el riesgo eléctrico si no se comprende su magnitud.
Normalmente tendemos a asociar el riesgo eléctrico solo con el fenómeno del paso de la corriente eléctrica a través del cuerpo o el choque eléctrico, sin embargo, existen otros riesgos como el el arco eléctrico y la explosión que son igualmente peligrosos para las personas, y por lo tanto, deben ser comprendidos.
El Arco Eléctrico
Normalmente el aire es muy buen elemento aislante, sin embargo, bajo ciertas condiciones tales como altas temperaturas y altos campos eléctricos, puede convertirse en un buen conductor de corriente eléctrica.
Un arco eléctrico es un corto circuito a través del aire, la mezcla de los materiales a través de la cual circula la corriente del arco eléctrico es llamada plasma. La característica física que hace peligroso el arco eléctrico es la alta temperatura, la cual puede alcanzar 50000 °K en la región de los conductores (Ánodo y Cátodo) y 2000 °K en la columna.
La temperatura tan elevada del arco eléctrico genera una radiación de calor que puede ocasionar quemaduras graves aun a distancias de 3 m. La cantidad de energía del arco depende de la corriente y de su tamaño, siendo menor el efecto del nivel de tensión del sistema, por lo cual debe tenerse un cuidado especial con los sistemas de baja tensión que muchas veces cuentan con los niveles de corriente de cortocircuito más elevadas.
El daño generado por el arco eléctrico sobre una persona depende de la cantidad de calor que ésta recibe, la cual se puede disminuir manejando factores tales como la distancia de la persona al arco, el tiempo de duración del arco y la utilización ropas y equipos de protección personal que actúen como barreras o aislante térmicos.
Piel Normal
Quemadura por Arco Electrico
Quemadura Segundo Grado
Quemadura Primer Grado
Quemadura Tercer Grado
La Explosión
Cuando se forma un arco eléctrico, el aire del plasma se sobrecalienta en un período muy corto de tiempo, lo cual causa una rápida expansión del aire circundante, produciendo una onda de presión que puede alcanzar presiones del orden de 1000 kg/m². Tales presiones pueden ser suficientes para explotar bastidores,torcer láminas, debilitar muros y arrojar partículas del aire a velocidades muy altas.
Esta explosión genera efectos tales como:
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Explosión de bastidores
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Doblado de láminas
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Arroja partículas a altas velocidades
Causales de un arco eléctrico
Entre las causales que original un arco eléctrico tenemos:
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El polvo, las impurezas, la corrosión, la condensación, los animales
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Descarga de chispas provenientes de:
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Contacto accidental
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Dejar caer herramientas de manera accidental
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Sobre-voltajes a través de espacios estrechos
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La falta o ausencia de materiales aislantes
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Falla o mal funcionamiento del equipo
El arco eléctrico causa una expansión explosiva del aire y de metales.
Por ejemplo: cuando el cobre se vaporiza, se expande con un factor de 67.000 veces.
La explosión produce peligrosas:
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Ondas de presión
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Ondas de sonido
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Derrite acero
Tanto los materiales como los metales derretidos pueden golpear el cuerpo, a más de ¡400 km/h!
Arco eléctrico a 2 pies 145 decibeles
Turbina de avión a 200 pies 132 decibeles
Umbral del dolor 130 decibeles
La energía liberada por el Arco Eléctrico en energía sonora, expansiva, calor vaporizante y radiación térmica produce lesiones en el cuerpo humano como:
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Quemaduras graves
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Pérdida de la visión
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Lesiones o heridas por esquirlas debido a la onda expansiva
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Lesiones a los pulmones por la explosión
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Ruptura de los tímpanos
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Lesiones por las ondas de presión
La severidad de estas lesiones dependerá de:
La Potencia– cantidad de energía en el arco
La Distancia– del trabajador al arco
El Tiempo – duración de la exposición al arco
El destello de luz es tan intenso que puede dañar la visión
El Choque Eléctrico
El choque eléctrico es la estimulación física que ocurre cuando la corriente eléctrica circula por el cuerpo. El efecto que tiene depende de la magnitud de la corriente y de las condiciones físicas de la persona.
Las corrientes muy elevadas, si bien no producen fibrilación, son peligrosas debido a que generan quemaduras de tejidos y órganos debido al calentamiento por efecto joule. Si la energía eléctrica transformada en calor en el cuerpo humano es elevada, el calentamiento puede ocasionar daños graves en órganos vitales.
El efecto que tiene la corriente sobre el cuerpo variará en cada caso. Los tres principales efectos de la corriente sobre el cuerpo son:
1. La fibrilación ventricular,
2. Daño del tejido y
3. Contracciones musculares
Resistencia del Cuerpo Humano
LA PIEL
La capa externa de la piel o “capa córnea” suministra resistencia a la electricidad, pero la misma varía de persona a persona.
EL CORAZÓN
Es controlado por impulsos eléctricos internos, pero cuando es perturbado/molestado/afectado por impulsos eléctricos externos, sufre una fibrilación y detiene su función de bombeo de sangre. Puede sobrevenir la muerte rápidamente
LOS MÚSCULOS
También son controlados por impulsos eléctricos. La descarga eléctrica puede ocasionar la pérdida del control de los músculos e incapacitar a la persona para que suelte / libere/ deje de hacer contacto un conductor eléctrico (cable)
Tabla de Efecto causado por el paso de la corriente eléctrica en el cuerpo
En un choque eléctrico la corriente puede entrar o salir por cualquiera de las extremidades del cuerpo humano y la severidad de éste choque puede ser incrementada si se utiliza prendas metálicas (reloj, anillo, aretes, collar, etc.), por lo que es una regla de carácter obligatorio no utilizar este tipo de prendas cuando se trabaja con electricidad.
Referencias: GTRI – REGIÓN 4, Thomas Dean, Steve Davis, Steven Owen.
IEB, Ing. Especialistas, José D. Arcila
Consecuencias de Accidentes Eléctricos
Los accidentes eléctricos pueden ocasionar diversos tipos de traumas afectando sistemas vitales como el respiratorio, el nervioso y el muscular, y órganos vitales como el corazón. Las lesiones que pueden ocasionarse por los accidentes eléctricos son:
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El paso de la corriente a través del cuerpo puede generar cortaduras o rotura de miembros.
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Los daños en los nervios causados por el choque eléctrico o por las quemaduras pueden causar pérdida de la motricidad o parálisis.
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Las quemaduras por el arco eléctrico o por la corriente generan dolores intensos que pueden ser de una duración extremadamente larga.
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Las partículas, el metal fundido y las quemaduras en los ojos pueden ocasionar ceguera.
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La explosión puede ocasionar pérdida parcial o total de la audición.
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La circulación de corriente a través de los órganos puede ocasionar su disfunción.
Además de las lesiones puede ocasionarse la muerte por los siguientes factores:
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El choque eléctrico puede ocasionar daños físicos mortales.
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Cuando se tienen quemaduras de un porcentaje alto de la piel, se requieren cantidades grandes de líquidos para la cicatrización. Esto genera un esfuerzo en el sistema renal que puede ocasionar la falla del riñón.
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Los órganos internos afectados pueden dejar de funcionar ocasionando la muerte principalmente si se trata de órganos vitales.
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Si la víctima inhala gases muy calientes y materiales fundidos generados por el arco eléctrico, los pulmones se verán afectados y no funcionarán correctamente.
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El corazón puede dejar de funcionar por fibrilación o por parálisis debido a la corriente eléctrica.
Protección ante los Riesgo Eléctricos
Para protegerse de los efectos de los riesgos eléctricos se tienen los siguientes métodos:
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Evitar que se presenten las fallas eléctricas mediante unas instalaciones y equipos que cumplan con la normativa aplicable y mediante un mantenimiento preventivo que cubra todo el sistema eléctrico con la periodicidad adecuada.
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Utilizar barreras de protección que confinen la explosión y el arco eléctrico o que los oriente en direcciones en las cuales no afecten al personal.
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Mantener las distancias a los equipos energizados para evitar los acercamientos peligrosos que pueda producir arcos eléctricos.
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Evitar las diferencias de potencial nocivas entre diferentes partes del cuerpo humano.
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Proteger directamente a las personas con implemento de seguridad que eviten la circulación de corrientes peligrosas a través del cuerpo o que actúen como barreras frente al calor generado por el arco eléctrico y frente a los objetos o partículas lanzadas a altas velocidades por la explosión
Todas las empresas deben tener un conocimiento claro de su estado frente a los riesgos eléctricos. Si no se ha tenido un programa efectivo de prevención de los riesgos eléctricos y no se conoce el estado actual, debe realizarse un diagnóstico que identifique los puntos débiles y elaborar un plan de acción para la disminución del riesgo. Algunos puntos claves que se deben evaluar incluyen:
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Verificación de las instalaciones y del equipo eléctrico frente a los requerimientos de seguridad eléctrica. Debe tenerse claridad respecto a cuales son las normas y reglamentos que se deben cumplir.
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Evaluación de la calidad y periodicidad del mantenimiento del sistema eléctrico. Los instructivos de mantenimiento deben estar basados normas internacionales y en las recomendaciones de los fabricantes de los equipos.
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Evaluación de la dotación del personal con los equipos de protección individuales y con las herramientas y elementos de seguridad necesarios. Los implementos, herramientas y equipos de seguridad deben ser aptos para el trabajo con equipo eléctrico y cumplir con las normas aplicables.
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Evaluación del nivel de entrenamiento y capacitación del personal en el trabajo específico que desarrolla, en riesgos eléctricos y en prácticas de trabajo seguras. Además, debe evaluarse la calidad y periodicidad de la capacitación y el entrenamiento.
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Evaluación de la existencia y aplicación de los procedimientos de seguridad para el trabajo eléctrico.
Seguridad en Instalaciones Eléctricas
Algunos accidentes en redes eléctricas son ocasionados por deficiencias propias de la instalación, es decir, que no se deben a la aplicación de procedimientos incorrectos o a la carencia de equipos de seguridad o herramientas adecuadas. Para las instalaciones y el equipo eléctrico se tienen unos requerimientos mínimos indispensables para que el personal pueda realizar los trabajos bajo condiciones seguras. Estos requerimientos se encuentran dentro de las normas aplicables al diseño, montaje y mantenimiento. Los principales puntos a ser evaluados para diagnosticar el estado de la instalación frente al riesgo eléctrico son:
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Sistema de puesta a tierra
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Sistema de apantallamiento y protecciones contra sobretensiones
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Sistema de protecciones eléctricas
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Espacio para realizar trabajos y distancias de seguridad
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Señalización y barreras
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Mantenimiento preventivo
Puesta a Tierra
El sistema de puesta a tierra en relación con la seguridad de las personas cumple las siguientes funciones:
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Limitar tensiones de toque y de paso durante fallas eléctricas (cortocircuitos) a niveles que no representen riesgo de choque eléctrico para las personas.
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Disminuir en estado estacionario a valores mínimos las tensiones de objetos metálicos que se encuentran influenciados por inducciones de objetos energizados. Para garantizar esto se requieren valores bajos de resistencia de puesta a tierra y que los objetos metálicos se encuentren correctamente conectados al sistema de puesta a tierra.
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Proporcionar un camino seguro y de baja impedancia para la corriente de las descargas atmosféricas, cuando se trata de puestas a tierra para sistemas de apantallamiento.
ESQUEMA ELÉCTRICO DE UN SISTEMA DE
PUESTA A TIERRA
Potencial de Paso
Se denomina potencial de paso a la tensión que se podría desarrollar, durante las condiciones de cortocircuito más severas, entre dos puntos del piso de una instalación separados por una distancia equivalente al paso de un ser humano (aproximadamente 0,5 m).
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El nivel de riesgo depende de la capacidad de corto circuito de la línea, la resistividad del terreno y la duración de la exposición al voltaje.
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La magnitud de la corriente de fuga no se debe subestimar este fenómeno.
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El nivel de riesgo depende de la capacidad de corto circuito de la línea, la resistividad del terreno y la duración de la exposición al voltaje.
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La magnitud de la corriente de fuga no se debe subestimar en este fenómeno.
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La disposición del voltaje a través del electrodo de potencial es llamado gradiente de potencial. El descenso de voltaje depende de la resistividad del terreno.
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Dependiendo de la cercanía al electrodo de tierra, por el suelo circulara una corriente de varios kA. Asumiendo una resistencia de 1 ohm, esta corriente se convertirá en un voltaje de varios kV entre los pies del trabajador.
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El mismo principio se aplica para un voltaje de toque, al recargarse un trabajador sobre una estructura.
Potencial de Toque
El potencial de toque es la tensión que se puede presentar entre un elemento metálicos al alcance de la mano de una persona erguida de pie en la instalación y el piso sobre el cual se encuentra la persona, durante las condiciones de cortocircuito más severas.
Apantallamiento
El principio fundamental de la protección contra descargas atmosféricas, es dar unos medios por los cuales una descarga eléctrica pueda entrar o dejar la tierra sin daños resultantes o pérdidas. Se debe ofrecer una trayectoria de baja impedancia que será preferida por la corriente de descarga en lugar de las trayectorias de alta impedancia ofrecidas por los materiales de las edificaciones tales como madera, ladrillos, baldosas, piedra o concreto.
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Cuando una descarga sigue las trayectorias de altas impedancias,se puede causar daño por el calor o los esfuerzos mecánicos generados durante el paso de la descarga.
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Además de captar las descargas atmosféricas directas, el sistema de apantallamiento debe garantizar la equipotencialidad de la estructura o edificación protegida, evitando que se generen diferencias de potencial elevadas que tengan como consecuencia el salto de chispas o arcos eléctricos
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La protección total contra descargas atmosféricas consiste en una jaula de Faraday completa, lo cual tiene costos inadmisibles para cualquier empresa, por lo que en la práctica, se deberá correr un riesgo de descarga sobre el objeto a proteger.
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Los daños que se pueden ocasionar a las personas por las descargas atmosféricas están asociados principalmente con las quemaduras generadas por el arco o por la circulación de corriente a través del cuerpo. Cuando la energía absorbida por la persona supera un cierto valor, el riesgo se incrementa enormemente. Los investigadores proponen valores límites de energía absorbida entre 30 J y 50 J, energía fácilmente obtenible con una descarga directa sobre una persona. No obstante, un buen sistema de apantallamiento, compuesto por puntas, bajante y puestas a tierra, garantiza en la mayoría de los casos un grado de protección suficiente.
Protección contra sobre tensiones
Este tipo de protecciones son complementarias con el sistema de apantallamiento, y están concebidas para evitar que las sobretensiones generadas por descargas atmosféricas o por maniobras superen los niveles de aislamiento de los equipos y conduzcan a la creación de cortocircuitos.
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Los dispositivos de protección contra sobretensiones (DPS) limitan la tensión mediante la absorción de una parte de la energía que produce la sobretensión. En condiciones de tensión nominal en el sistema, estos dispositivos absorben cantidades mínimas de corriente (del orden de microamperios), y su característica no lineal hace que cuando la tensión alcance valores elevados, la corriente aumente abruptamente, absorbiendo energía de la sobretensión.
Protecciones Eléctricas
El papel principal de los equipos de protección es el de garantizar que las fallas eléctricas son detectadas y aisladas dentro de unos límites de tiempo que garanticen la seguridad de las personas y delas instalaciones.
Los efectos de las fallas eléctricas dependen principalmente de dos factores: la magnitud de la falla (corriente de cortocircuito) y la duración. Los efectos de la circulación de corriente a través del cuerpo humano o choque eléctrico son proporcionales al tiempo de duración; la cantidad de calor recibido por una persona de un arco eléctrico, depende también de su duración.
Por todo lo anterior, es indispensable la implementación de sistemas de protecciones adecuados y con los ajustes correctos tendientes a minimizar los tiempos de duración de las fallas. Para esto se deben realizar estudios de ajuste y coordinación de protecciones orientados a garantizar lo siguiente:
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Que los cortocircuitos sean detectados y despejados por elementos de protección rápidos (instantáneos o de tiempo definido con baja temporización, por ejemplo, < 300 ms). Los fusibles correctamente seleccionados son una protección excelente contra cortocircuito, dado los tiempos bajos de despeje de falla que garantizan (en muchos casos inferiores a un ciclo). Los elementos de protección contra sobrecarga operan normalmente en tiempos de varios segundos, por lo cual noson adecuados para cortocircuitos.
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Que la instalación y el equipo eléctrico se encuentren correctamente protegidos contra cortocircuitos y sobrecargas, es decir, que los tiempos de actuación de las protecciones son inferiores a los tiempos que el equipo eléctrico puede soportar la falla o la sobrecarga.
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Que las fallas a tierra sean detectadas y despejadas en un tiempo inferior al utilizado para el cálculo de las tensiones de toque y de paso, que normalmente es de 500 ms.
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Que las fallas a tierra en sistemas no aterrizados sólidamente (aterrizados con alta o baja impedancia) son detectadas y aisladas.
Además de las protecciones de sobrecorriente y de sobrecarga, los equipos deben contar con un esquema completo de protecciones acordes con las normas aplicables.
Para transformadores de 5 MVA en adelante es recomendable el uso de la protección diferencial, además, se deben tener las protecciones mecánicas necesarias (relé Buchholz, relé de presión súbita, nivel de aceite, etc.).
Si se tienen generadores es recomendable que estos cuenten con un esquema de protecciones eléctricas acorde con los requerimientos de las normas ANSI o IEC aplicables: relés de pérdida de excitación, potencia inversa, sobretensión, sobre y baja frecuencia, secuencia negativa, falla a tierra en el rotor y en el estator, etc.
Distancia Mínima de Aislamiento - MAID
La rigidez dieléctrica del aire determina la distancia de aislamiento mínima para un voltaje dado. Esta se define como la distancia mínima que dos cuerpos con un gradiente de potencial entre ellos, pueden acercarse antes de que el voltaje rompa la rigidez dieléctrica del aire.
El voltaje de paso puede aparecer cuando existe una diferencia de potencial entre los pies de un liniero en el momento de la falla.
Tabla distancia mínima de aislamiento
Esta distancia se da como referencia y no debe ser usada para trabajos en línea viva. La distancia de seguridad que deberá usar el liniero es la distancia mínima de trabajo.
Tabla distancia Mínima de Trabajo
Distancia Mínima de Trabajo
La distancia mínima de trabajo es obtenida de la distancia mínima de aislamiento en aire para el voltaje de la línea más un factor por movimientos inadvertidos. Este factor varía de país a país.
La distancia entre el liniero y la línea, más la distancia entre la estructura y el liniero no debe ser menor a la distancia mínima permitida.
Es indispensable para realizar trabajos en la instalación eléctrica, contar con un espacio adecuado de acceso y de trabajo que permita la operación y el mantenimiento del equipo. Además, la instalación debe permitir la circulación del personal y de los vehículos por las zonas permitidas garantizando que se mantengan unas distancias mínimas al equipo energizado. Estos espacios deben ser previstos desde el diseño.
Se definen tres límites de acercamiento para la seguridad personal con base en la norma NFPA 70E. Estos límites de acercamiento son:
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Límite de aproximación segura: es la distancia mínima desde un punto energizado del equipo, hasta la cual el personal no calificado puede situarse sin riesgo por arco eléctrico.
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Límite de aproximación restringida: es la distancia mínima hasta la cual el personal calificado puede situarse sin llevar los elementos de protección personal certificados contra riesgo por arco eléctrico.
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Límite de aproximación técnica: es la distancia mínima en la cual solo el personal calificado que lleva elementos de protección personal certificados contra arco eléctrico realiza trabajos en la zona de influencia directa de las partes energizadas de un equipo.
Nota:
a. Estas distancias son tomadas considerando el máximo transitorio de sobrevoltaje que puede aparecer cualquier sistema con aire como medio aislante y expuesto al máximo voltaje de línea.
b. La longitud absoluta de la herramienta debe ser igual o exceder estas distancias para el rango de voltaje indicado.
Además de las fronteras de acercamiento que deben estar demarcadas, la instalación debe contar con unas zonas alrededor del equipo energizado que no sean accesibles por el personal durante sus labores normales de operación. El la siguiente figura se muestra como en una instalación de alta tensión, la parte expuesta energizada de los equipos se encuentra a una altura determinada por encima de la máxima altura que puede ser alcanzada por una persona. Estas distancias son determinadas de acuerdo con los procedimientos descritos en publicaciones tales como el National Electrical Safety Code-NESC.
Referencia:
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NFPA 70E
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Código Federal Norma 1910.269 Administración de Seguridad y Salud Ocupacional, OSHA
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NESC