¿Cómo se evalúa el riesgo de lesión de una persona por la corriente de una instalación eléctrica en redes eléctricas con diferentes configuraciones?

El conocimiento de los procesos que tienen lugar en las instalaciones eléctricas permite al ingeniero eléctrico operar con seguridad equipos con cualquier tensión y tipo de corriente, para realizar trabajos de reparación y mantenimiento de sistemas eléctricos.

Para evitar casos de descarga eléctrica a una instalación eléctrica, la información contenida en PUE, PTB y PTE: los principales documentos creados por los mejores especialistas basados ​​​​en el análisis de accidentes con personas lesionadas por factores peligrosos que acompañan la operación de energía eléctrica.

Circunstancias y motivos de exposición de una persona a la corriente eléctrica

Los documentos de orientación de seguridad distinguen tres grupos de causas que explican la electrocución de los trabajadores:

1. acercamiento intencional, no intencional a partes vivas con voltaje a una distancia inferior a la segura o tocarlas;

2. surgimiento y desarrollo de situaciones de emergencia;

3.violación de los requisitos especificados en los manuales que prescriben las reglas de comportamiento de los trabajadores en instalaciones eléctricas existentes.

La evaluación del peligro de lesión de una persona consiste en determinar mediante cálculos las magnitudes de las corrientes que atraviesan el cuerpo de la víctima. Al mismo tiempo, se deben tener en cuenta muchas situaciones en las que pueden ocurrir contactos en lugares aleatorios de una instalación eléctrica. Además, el voltaje que se les aplica varía según muchas razones, incluidas las condiciones y modos de funcionamiento del circuito eléctrico, sus características energéticas.

Condiciones para lesiones a personas por corriente eléctrica.

Para que la corriente fluya a través del cuerpo de la víctima, es necesario crear un circuito eléctrico conectando al menos dos puntos del circuito que tengan una diferencia de potencial: voltaje. Las siguientes condiciones pueden ocurrir con equipos eléctricos:

1. Contacto bifásico o bipolar simultáneo de diferentes polos (fases);

2. contacto monofásico o unipolar con el potencial del circuito, cuando una persona tenga conexión galvánica directa con el potencial de tierra;

3. contacto accidental con elementos conductores de la instalación eléctrica que estuvieran bajo tensión como consecuencia del desarrollo del accidente;

4. cayendo bajo la acción de la tensión de paso, cuando se crea una diferencia de potencial entre los puntos en los que se encuentran las piernas u otras partes del cuerpo al mismo tiempo.

En este caso, puede ocurrir un contacto eléctrico de la víctima con la parte de la instalación eléctrica que conduce corriente, lo que el PUE considera que toca:

1. directamente;

2. o indirectamente.

En el primer caso, se crea por contacto directo con una parte viva conectada bajo tensión, y en el segundo, por tocar elementos no aislados del circuito cuando ha pasado a través de ellos un potencial peligroso en caso de accidente.

Para determinar las condiciones para la operación segura de una instalación eléctrica y preparar un lugar de trabajo para los trabajadores en él, es necesario:

1. analizar los casos de posible creación de caminos para el paso de corriente eléctrica a través del cuerpo del personal de servicio;

2. compara su valor máximo posible con los estándares mínimos permisibles actuales;

3. toma la decisión de implementar medidas para garantizar la seguridad eléctrica.

Características del análisis de las condiciones de lesión de personas en instalaciones eléctricas

Para estimar la magnitud de la corriente que pasa por el cuerpo de la víctima en una red con voltaje CC o CA, se utilizan los siguientes tipos de designaciones para:

1. resistencias:

• Rh — en el cuerpo humano;

• R0 — para dispositivo de puesta a tierra;

Ris — capa aislante relativa al contorno de la tierra;

2. corrientes:

Ih — a través del cuerpo humano;

Iz — cortocircuito al bucle de tierra;

3. tensiones;

Uc — circuitos con corrientes alternas constantes o monofásicas;

Ul — lineal;

Uf — fase;

Upr — toques;

Oreja - pasos.

En este caso, son posibles los siguientes esquemas típicos para conectar a la víctima a los circuitos de voltaje en las redes:

1. corriente continua en:

• contacto unipolar de un contacto de cable con un potencial aislado del circuito de tierra;

• contacto unipolar del potencial del circuito con un polo puesto a tierra;

• contacto bipolar;

2. redes trifásicas en;

• contacto monofásico con uno de los conductores potenciales (caso generalizado);

• contacto de dos fases.

Circuitos de falla en circuitos de CC

Contacto humano unipolar con potencial aislado de tierra

Bajo la influencia del voltaje Uc, la corriente Ih pasa a través de la resistencia de aislamiento duplicada del medio a través del circuito creado secuencialmente del potencial del conductor inferior, el cuerpo de la víctima (brazo-pierna) y el bucle de tierra.

Contacto humano unipolar con potencial de polo a tierra

En este circuito, la situación se agrava al conectar al circuito de tierra un conductor potencial con una resistencia R0, cercana a cero y muy inferior a la del cuerpo de la víctima y la capa aislante del ambiente externo.

La fuerza de la corriente requerida es aproximadamente igual a la relación entre el voltaje de la red y la resistencia del cuerpo humano.

Contacto humano bipolar con potenciales de red.

El voltaje de la red se aplica directamente al cuerpo de la víctima, y ​​la corriente a través de su cuerpo está limitada solo por su propia resistencia insignificante.

Patrones generales de fallas en circuitos trifásicos de corriente alterna

Establecimiento de contacto humano entre el potencial de fase y tierra

Básicamente, hay una resistencia entre cada fase del circuito y se crea un potencial de tierra y capacitancia. El cero de los devanados de la fuente de tensión tiene una resistencia generalizada Zn, cuyo valor varía en los diferentes sistemas de puesta a tierra del circuito.

Las fórmulas para calcular la conductividad de cada circuito y el valor total de la corriente Ih a través de la tensión de fase Uf se muestran en la imagen mediante fórmulas.

Formación de contacto humano entre dos fases.

El mayor valor y peligro es la corriente que pasa por el circuito, creada entre los contactos directos del cuerpo de la víctima con los conductores de fase. En este caso, parte de la corriente puede pasar por el camino a través de la tierra y la resistencia de aislamiento del medio.

Características del tacto bifásico

En los circuitos de CC y CA trifásicos, hacer contactos entre dos potenciales diferentes es lo más peligroso. Con este esquema, una persona cae bajo la influencia del mayor estrés.

En un circuito con un suministro de voltaje constante, la corriente a través de la víctima se calcula mediante la fórmula Ih = Uc / Rh.

En una red de CA trifásica, este valor se calcula según la relación Ih = Ul / Rh =√3Uph / Rh.

Dado que la resistencia eléctrica media del cuerpo humano es de 1 kilohm, calculamos la corriente que se produce en la red con una tensión constante y alterna de 220 voltios.

En el primer caso será: Ih = 220/1000 = 0,22A. Este valor de 220 mA es suficiente para que la víctima sufra una contracción muscular convulsiva cuando, sin ayuda, ya no puede liberarse de los efectos de un toque accidental: la corriente de retención.

En el segundo caso Ih = (220·1.732)/1000= 0.38A. Con este valor de 380 mA, existe un riesgo de muerte por lesiones.

También prestamos atención al hecho de que en una red trifásica con tensión alterna, la posición del neutro (puede estar aislado de tierra o en cortocircuito conectado al revés) tiene muy poca influencia en el valor de la corriente Ih . Su parte principal no pasa por el circuito de tierra, sino entre los potenciales de fase.

Si una persona ha aplicado equipo de protección que garantiza su aislamiento confiable del contorno de la tierra, en tal situación serán inútiles y no ayudarán.

Características de un grifo monofásico

Una red trifásica con un neutro sólidamente conectado a tierra

La víctima toca uno de los cables de fase y cae bajo la diferencia de potencial entre este y el circuito de tierra. Tales casos ocurren con mayor frecuencia.

Aunque la tensión fase-tierra es 1,732 veces menor que la tensión de red, tal caso sigue siendo peligroso. La condición de la víctima puede empeorar:

• modo neutro y su calidad de conexión;

• resistencia eléctrica de la capa dieléctrica de los conductores relativa al potencial de tierra;

• tipo de zapatos y sus propiedades dieléctricas;

• resistencia del suelo en el sitio de la víctima;

• otros factores relacionados.

El valor de la corriente Ih en este caso se puede determinar a partir de la relación:

Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + R0).

Recuerde que las resistencias del cuerpo humano Rh, los zapatos Rb, el piso Rp y el suelo en el neutro R0 se toman en ohmios.

Cuanto más pequeño es el denominador, más fuerte es la corriente. Si, por ejemplo, un empleado usa zapatos conductores, sus pies están mojados o sus pies están forrados con clavos de metal, y también está sobre un piso de metal o tierra mojada, entonces podemos asumir que Rb = Rp = 0. Esto garantiza el peor de los casos para la vida de la víctima.

Ih = Uph / (Rh + R0).

Con una tensión de fase de 220 voltios, obtenemos Ih = 220/1000 = 0,22 A. O una corriente letal de 220 mA.

Ahora calculemos la opción cuando el trabajador utiliza equipo de protección: zapatos dieléctricos (Rp = 45 kOhm) y base aislante (Rp = 100 kOhm).

Ih = 220/(1000+ 45000 + 10000) = 0,0015 A.

Obtuvo un valor de corriente seguro de 1,5 mA.

Red trifásica con neutro aislado

No hay conexión galvánica directa del neutro de la fuente de corriente al potencial de tierra. El voltaje de fase se aplica a la resistencia de la capa aislante Rot, que tiene un valor muy alto, que se controla durante la operación y se mantiene constantemente en buenas condiciones.

La cadena de flujo de corriente a través del cuerpo humano depende de este valor en cada una de las fases.Si tenemos en cuenta todas las capas de resistencia actual, su valor se puede calcular mediante la fórmula: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

En el peor de los casos, cuando se crean las condiciones para la máxima conductividad a través de los zapatos y el piso, la expresión tomará la forma: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

Si consideramos una red de 220 voltios con una capa de aislamiento de 90 kΩ, obtenemos: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 A. Tal corriente de 7 mA se sentirá bien, pero no puede causar una herida mortal.

Tenga en cuenta que hemos omitido intencionalmente la resistencia del suelo y del calzado en este ejemplo. Si los tenemos en cuenta, la corriente disminuirá hasta un valor seguro, del orden de 0,0012 A o 1,2 mA.

Conclusiones:

1. En sistemas con modo neutro aislado, es más fácil garantizar la seguridad de los trabajadores. Esto depende directamente de la calidad de la capa dieléctrica de los hilos;

2. En las mismas circunstancias, tocando el potencial de una fase, un circuito con neutro puesto a tierra es más peligroso que uno aislado.

Modo de emergencia de un contacto monofásico en una red trifásica con neutro puesto a tierra

Consideremos el caso de tocar el cuerpo metálico de un dispositivo eléctrico, si el aislamiento de la capa dieléctrica en el potencial de fase está roto en su interior. Cuando una persona toca este cuerpo, la corriente fluirá a través de su cuerpo a tierra y luego a través del neutro a una fuente de voltaje.

El circuito equivalente se muestra en la siguiente imagen. La resistencia Rn es propiedad de la carga creada por el dispositivo.

La resistencia de aislamiento Rot junto con R0 y Rh limitan la corriente de contacto entre fases. Se expresa por la relación: Ih = Uph / (Rh + Rot + Ro).

En este caso, por regla general, incluso en la etapa de diseño, eligiendo materiales para el caso cuando R0 = 0, intentan cumplir con la condición: Rf>(Uph /Ihg)- Rh.

El valor de Ihg se denomina umbral de corriente imperceptible, cuyo valor una persona no sentirá.

Concluimos: la resistencia de la capa dieléctrica de todas las partes vivas al contorno del suelo determina el grado de seguridad de la instalación eléctrica.

Por esta razón, todas estas resistencias se normalizan y reportan a partir de las tablas aprobadas. Con el mismo fin, no se normalizan las resistencias de aislamiento en sí, sino las corrientes de fuga que las atraviesan durante los ensayos.

Voltaje de paso

En las instalaciones eléctricas, por diversas razones, puede ocurrir un accidente cuando el potencial de fase toca directamente el bucle de tierra. Si en una línea eléctrica aérea uno de los conductores se rompe bajo la influencia de varios tipos de cargas mecánicas, en este caso ocurre una situación similar.

En este caso, se genera una corriente en el punto de contacto del conductor con el suelo, lo que crea una zona de difusión alrededor del punto de contacto, un área en cuya superficie aparece un potencial eléctrico. Su valor depende de la corriente de cierre Ic y de la condición específica del suelo r.

Una persona que cae dentro de los límites de esta zona cae bajo la influencia de la tensión del pie de Ush, como se muestra en la mitad izquierda de la imagen. El área de la zona de difusión está delimitada por el contorno donde no hay potencial.

El valor de la tensión de paso se calcula mediante la fórmula: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

Tiene en cuenta el voltaje de fase en el punto de distribución de corriente — Uz, que está determinado por los coeficientes de las características de distribución de voltaje β1 y la influencia de las resistencias de los zapatos y las piernas β2. Los valores de β1 y β2 están publicados en libros de referencia.

El valor de la corriente a través del cuerpo de la víctima se calcula mediante la expresión: Ih =(U3 ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

En el lado derecho de la figura, en la posición 2, la víctima hace contacto con el potencial de tierra del conductor. Está influenciado por la diferencia de potencial entre el punto de contacto de la mano y el contorno del suelo, que se expresa por el voltaje de contacto Upr.

En esta situación, la corriente se calcula mediante la expresión: Ih = (Uph.z. ∙α)/Rh

Los valores del coeficiente de dispersión α pueden variar entre 0 ÷ 1 y tener en cuenta las características que afectan a Upr.

En la situación considerada, se aplican las mismas conclusiones que al hacer contacto monofásico con la víctima durante el funcionamiento normal de la instalación eléctrica.

Si una persona está fuera de la zona de dispersión actual, se encuentra en una zona segura.