Breve análisis para no electricistas sobre la protección por aterramiento .

En las industrias modernas, donde es normal trabajar con equipos y agregados eléctricos ,cuyo voltaje de trabajo normalmente es 440 o 220Volt y donde es habitual la presencia de ambientes con peligros de explosión es importante observar una serie de medidas para garantizar la seguridad de las personas y de las instalaciones, la observación de estas medidas puede significar la vida de una persona ,de ahí la importancia de las mismas ,la mas simple de las cuales es el aterramiento o anclaje a tierra de los equipos. A continuación tratamos de explicar en un lenguaje comprensible para los que no poseen un profundo conocimiento de la electricidad, ni están vinculados directamente con la actividad de mantenimiento eléctrico, en que consiste esta protección y su importancia.

El contacto de las personas con la corriente eléctrica puede ser resultado de varios motivos, los cuales pueden ser clasificados en:

1-Contacto casual o acercamiento peligroso con las partes conductoras que se encuentran bajo tensión.

2-Contacto con la llama del arco eléctrico, que surge cuando se abre bruscamente un circuito o cuando ocurre un cortocircuito.

3-Contacto con las partes metálicas normalmente no conductoras, pero que se pueden encontrar bajo tensión como consecuencia del deterioro del aislamiento.

Todos los agregados eléctricos pueden ser clasificados de acuerdo a su tensión nominal de trabajo en:

-Electro agregado con tensión nominal hasta 1000Volts.

- Electro agregado con tensión nominal superior a 1000Volts.

Esquema de conexión de una persona a un circuito de corriente eléctrica.

En el proceso de explotación del equipamiento electrico existe la posibilidad del contacto casual de la persona con las partes conductoras de la corriente, que se encuentran bajo tensión .En la mayoría de los casos el contacto peligroso ocurre, cuando la persona esta parada sobre la superficie de la tierra, o sobre una superficie conductora de la corriente y los zapatos tienen una cierta conductibilidad.

El contacto de las personas con la corriente eléctrica puede ser monofásico(una fase ) o bifásico (dos fases).En ambos casos se crea un circuito electrico ,uno de cuyos componentes es el cuerpo de la persona .El camino de la corriente principalmente puede ser en un caso “brazo-pierna”,y en el otro caso “brazo-brazo”.Pueden suceder otros tipos de contactos de la persona con el circuito energizado, por ejemplo contacto de las partes conductoras con la cara ,cuello ,cabeza, etc .Durante el contacto bifásico la persona se encuentra bajo la tensión total de alimentación del agregado ,y la corriente que circula a través de la persona es igual(según la Ley de Ohm)

U

Iper= ------

Rper

Donde: U -Tensión de línea.

Rper-Resistencia del cuerpo de la persona.

Durante el contacto monofásico, que es el mas frecuente, la corriente va a depender no solo de la tensión del agregado, de la resistencia del cuerpo de la persona, sino de otros factores como por ejemplo del régimen del neutro, estado del aislamiento del circuito, estado del piso, estado de las suelas de los zapatos, etc.

En las industrias, la mayor distribución la recibieron los circuitos eléctricos de 4 vías trifásicos, con el neutro aterrado( con tensión de trabajo hasta 1000 Volt),por ejemplo 440/220V.Como fuente de alimentación de estos circuitos generalmente se utilizan transformadores trifásicos reductores ,con las bobinas del secundario generalmente conectadas en estrella .El aterramiento del neutro de la bobina del secundario del transformador reductor (por ejemplo 13800/440Volts),crea un régimen ,en el cual cualquier tensión de fase del circuito secundario con respecto a tierra no sobrepasa la tensión de fase, o sea para un transformador con tensión del secundario de 440 V ,no será mayor de 220V,además ,cuando ocurre la ruptura del aislamiento entre la bobina del primario y la bobina del secundario, la alta tensión que pasa a la bobina del secundario con respecto a tierra disminuye grandemente gracias a la pequeña resistencia de aterramiento del neutro(4 Ohm). Como se sabe, el contacto de una persona parada sobre la tierra o construcción aterrada, crea un circuito cerrado (crea un circuito formado por la línea de alimentación -cuerpo de la persona-tierra-conductor de aterramiento-fuente de alimentación.

Durante esto en la parte del circuito formado por el cuerpo de la persona va a estar presente la tensión de fase 220Volts.Si los zapatos de la persona son electro conductores, el suelo o la construcción sobre la que esta parada la persona es conductora tambien ,prácticamente toda esta tensión va a ser aplicada al cuerpo de la persona por el circuito “mano-pierna”.Si tomamos en consideración que en condiciones nórmales la resistencia del cuerpo de la persona es R persona=1000 Ohm,a través de esta persona pasa una corriente igual a

Ipersona= Ufase/Rpersona

Ipersona=220Volt/1000 Ohm

Ipersona=0.22 Amp=220 mAmp.

O sea una corriente con peligro de muerte para la persona .Si la resistencia de los zapatos Rzapatos y la resistencia del suelo Rsuelo en la suma son medibles, la corriente a través de la persona es igual a

Ipersona =Ufase/Rpersona +Rzapatos +Rsuelo

Y es mucho menor .Por ejemplo si la resistencia de “zapatos y suelo” es del orden de 10 000 Ohm, la corriente a través de la persona es igual a

Ipersona =220/1000+10000=0.02Amp=20mAmp.

Lo cual es menos peligroso pero puede originar dolores, temblores y en algunos casos el afectado no se puede separar solo de los cables con energía .Por eso es importante saber que cuando los zapatos o la ropa están mojados o estamos sudados, nunca debemos trabajar con circuitos energizados, ya que la resistencia total que se opone al paso de la corriente disminuye y la corriente que pasa a través de la persona Ipersona aumenta, elevándose el peligro de morir electrocutado. Esto muestra que en cualquier contacto monofásico de una persona en un circuito de neutro aterrado siempre existe el peligro de muerte.

En la practica de explotación de los electro agregados puede suceder el caso de contacto a tierra de las partes conductoras de corriente, a través del cuerpo del electro agregado o de las partes metálicas normalmente no conductoras de corriente .Si este contacto ocurre a través de una resistencia de transición pequeña o sea mediante un aterramiento de protección ,como resultado del cortocircuito monofásico ,ocurre generalmente el disparo de protección y se desconecta el equipo o circuito mediante la protección de corriente máxima (se funde el fusible o se dispara el interruptor automático).Pero si el contacto a tierra ocurre a través de de una resistencia de transición grande (no existe aterramiento o la resistencia de aterramiento es grande),la corriente de cortocircuito monofásico a tierra no es suficiente para el disparo de la protección por corriente y el electro agregado continua trabajando en un régimen de cortocircuito monofásico a tierra .En este caso, la tensión ,con respecto a tierra de la fase cortocircuitada disminuye ,pero las dos restantes fases respectivamente aumentan sus valores y el contacto con una de ellas resulta todavía mas peligroso.

Una de las medidas de protección contra el contacto de las personas con las partes metálicas con aislamiento defectuoso y normalmente no conductoras de la corriente eléctrica es el aterramiento de protección.

A continuación definimos varios conceptos que deben ser tratados para comprender el sentido del aterramiento de protección.

Aterramiento de Protección: Es la conexión eléctrica intencionada con la tierra, o su equivalente y con carácter permanente de las partes metálicas no conductoras (mediante un elemento conductor de sección suficiente) las cuales pueden encontrarse por cualquier falla bajo tensión.

Falla a Tierra: Es la conexión casual, accidental y no intencional, por defectos de aislamiento u otras causas, entre un conductor activo del sistema y la masa general de tierra, directamente a través de masas metálicas normalmente aisladas de las partes eléctricas activas y las cuales pueden ofrecer peligros para las personas si adquieren una diferencia de potencial respecto a tierra mayor que un valor limite permitido

En diferencia del aterramiento de protección, existe otro tipo de aterramiento, el aterramiento de cualquier punto del circuito electrico que se encuentra bajo tensión, el cual es necesario para asegurar el trabajo correcto del electro agregado en condiciones normales o de avería. Ejemplo de esto puede ser el aterramiento del neutro de un transformador de fuerza trifásico, que utilicemos en un circuito de distribución de cuatro hilos 440/220Volt.

Tierra: Desde el punto de vista de la Electrotécnica se llama TIERRA a la región de la superficie terrestre, la cual se encuentra en contacto directo con el electrodo por el que circula la corriente y cuya misión es forzar la derivación al terreno de las intensidades y en la cual entre dos puntos de la misma no hay diferencia observable de potencial.

Si el cuerpo del electromotor, aparato, superficie del cable, etc no tiene contacto seguro con la tierra y como resultado del deterioro del aislamiento existe un contacto con las partes conductoras, cualquier contacto de una persona con el cuerpo no aislado de la tierra, va a ser tan peligroso como el contacto con las partes conductoras, o sea va a ocurrir una conexión monofásica de la persona en el circuito electrico. Diferente ocurre si el circuito esta aterrado con seguridad.

Durante el contacto al cuerpo, en el circuito aparece un contacto monofásico a tierra y como resultado de la pequeña corriente que aparece a tierra ,no se disparan las protecciones y las instalaciones continúan trabajando en este régimen de avería .Pero entre el cuerpo y la tierra aparece una tensión con respecto a tierra que toma un valor

U tierra =I tierra x R tierra.

De este modo ,la tensión del cuerpo(electro agregado) aterrado con respecto a tierra U tierra ,y por consiguiente la tensión de contacto dependen de la resistencia de los electrodos de aterramiento y de los cables de conexión a los mismos ,así como de la resistencia del terreno ,por consiguiente es necesario tener la menor resistencia posible del aterramiento R tierra ,mientras menor sea la resistencia a tierra ,menor será la diferencia de potencial entre el electro agregado y la tierra y por tanto disminuye el peligro de que salten chispas ,lo que siempre se trata de evitar cuando existen atmósferas con peligro de explosión, de ahí la importancia de aterrar con seguridad los tanques de nafta ,compresores de gas ,los ,gasoductos ,pipas de combustibles etc. .La mayor tensión con respecto a tierra (punto con potencial cero) aparece en el punto de contacto del electrodo con la tierra y a medida que nos alejamos de este punto la tensión decrece. Por lo que al encontrarnos con un cable energizado caído a tierra, nunca debemos alejarnos corriendo, sino caminando lentamente para que la variación de la tensión no sea brusca y no exponernos a una gran diferencia de potencial entre una pierna y la otra.

Según el Código Electrico se deben anclar a tierra los siguientes equipos:

-Todas las canalizaciones, cajas, registros, envolturas de paneles y bandejas, cuando sean metálicas

-Las partes metálicas expuestas de equipos fijos cuando existan una o más de las condiciones especificadas a continuación:

a) Cuando están al alcance de las personas apoyadas en el piso o en lugares clasificados como peligrosos.

b) Cuando están ubicadas en lugares húmedos o mojados, o en contacto electrico con metales, o alimentados por cables, con cubierta o armadura metálica o canalizaciones metálicas.

c) Cuando el equipo funciona con cualquiera de sus terminales a más de 150 Volt respecto a tierra.

-Cualquiera que sea la tensión, las partes metálicas expuestas de los siguientes equipos:

a) Las estructuras y armazones de cuadros de distribución que soporten equipos de maniobras.

b) Las armazones de motores y gabinetes de control de motores.

c) Equipos eléctricos de ascensores y grúas.

d) Equipos eléctricos en garajes, teatros y estudios de cine.

e) Anuncios lumínicos y equipos anexos.

f) Las partes conductoras expuestas de aparatos de alumbrado y de equipos conectados directamente o por tomacorriente, excepto que los aparatos de alumbrado sean de material aislante y no tengan partes conductoras expuestas.

-Equipos conectados con cordón y enchufe.