Una descarga eléctrica a una persona como resultado de una influencia eléctrica, es decir, el paso de corriente a través de una persona, es consecuencia de que toca 2 puntos de un circuito eléctrico, entre los cuales hay algo de voltaje. El peligro de tal contacto se evalúa, como es sabido, por la corriente que pasa por el cuerpo humano o por la tensión a la que se encuentra. Cabe señalar que el voltaje de contacto depende de varios factores: el circuito de conexión de una persona al circuito eléctrico, el voltaje de la red, el circuito de la red en sí, el modo de su neutro, el grado de aislamiento de las partes vivas. desde el suelo, así como la capacitancia de las partes vivas con respecto al suelo, etc.
En consecuencia, el peligro indicado anteriormente no es inequívoco: en un caso, la inclusión de una persona en un circuito eléctrico irá acompañada del paso de pequeñas corrientes a través de él y no será muy peligrosa; en otros casos, las corrientes pueden alcanzar importantes valores que pueden conducir a la muerte. Este artículo examina la dependencia del peligro de incluir a una persona en un circuito eléctrico, es decir, el valor del voltaje de contacto y la corriente que fluye a través de una persona, de los factores enumerados.
Esta dependencia debe conocerse al evaluar una red en particular según las condiciones de seguridad, seleccionar y calcular las medidas de protección adecuadas, en particular puesta a tierra, puesta a tierra, apagado de protección, dispositivos de monitoreo del aislamiento de la red, etc.
En este caso, en todos los casos, excepto en los expresamente indicados, asumiremos que la resistencia de la base sobre la que se apoya una persona (suelo, suelo, etc.), así como la resistencia de sus zapatos, es insignificante y por tanto se puede tomar igual a cero.
Entonces, los esquemas más típicos para conectar a una persona a un circuito eléctrico cuando accidentalmente tocan conductores activos son:
1. Conexión entre dos conductores de fase del circuito,
2. Conexión entre fase y tierra.
Por supuesto, en la segunda opción se supone que la red en cuestión está conectada eléctricamente a tierra debido, por ejemplo, a la conexión a tierra del neutro de la fuente de corriente o debido a un mal aislamiento de los cables con respecto a tierra, o debido a la presencia de una gran capacitancia entre ellos.
El contacto bifásico se considera el más peligroso, ya que en este caso se aplica un voltaje lineal de 380 voltios al cuerpo humano y la corriente que pasa a través del cuerpo. No depende del diagrama de red y del modo de su neutro.
Los contactos bifásicos ocurren muy raramente y están asociados principalmente con trabajos bajo voltaje:
En cuadros eléctricos, conjuntos y líneas aéreas;
Cuando se utiliza equipo de protección personal defectuoso;
En equipos con partes vivas desprotegidas, etc.
El contacto monofásico generalmente se considera menos peligroso, ya que la corriente que pasa a través de una persona en este caso está limitada por la influencia de varios factores. Pero en la práctica esto ocurre con mucha más frecuencia que en dos fases. Por tanto, el tema de este artículo es analizar únicamente casos de contacto monofásico en las redes consideradas.
Si una persona resulta herida por una descarga eléctrica es necesario tomar medidas para liberar a la víctima de la corriente e inmediatamente comenzar a brindarle primeros auxilios.
Liberar a una persona de los efectos de la corriente. necesario lo antes posible, pero hay que tomar precauciones. Si la víctima se encuentra en una altura, se deben tomar medidas para evitar que caiga.
Tocar a una persona llena de energía, es peligroso y, al realizar operaciones de rescate, se deben observar estrictamente ciertas precauciones contra posible derrota descarga eléctrica a las personas que realicen este trabajo.
Mayoría de una manera sencilla liberar a la víctima de la corriente es desconectar una instalación eléctrica o aquella parte de ella que una persona toca. Cuando la instalación está apagada, la luz eléctrica puede apagarse, por lo que ante la falta de luz natural es necesario tener preparada otra fuente de luz: farol, vela, etc.
Después de liberar a la víctima de la corriente. es necesario establecer el grado del daño y, de acuerdo con el estado de la víctima, brindarle asistencia médica. Si la víctima no ha perdido el conocimiento, es necesario brindarle reposo, y si existen lesiones o daños (hematomas, fracturas, dislocaciones, quemaduras, etc.), se le deben brindar primeros auxilios hasta que llegue un médico o se lo lleve a el centro médico más cercano.
Si la víctima ha perdido el conocimiento, pero aún respira, es necesario acostarla en posición horizontal y cómoda sobre una ropa de cama suave (una manta, ropa, etc.), desabrocharle el cuello, el cinturón, quitarle la ropa restrictiva, limpiar la cavidad bucal de sangre y moco, asegurar una entrada de aire fresco, dejar oler amoníaco, espolvorear con agua, frotar y calentar el cuerpo.
En ausencia de signos de vida (en la muerte clínica, no hay respiración ni pulso, las pupilas de los ojos están dilatadas debido a la falta de oxígeno de la corteza cerebral) o respiración intermitente, la víctima debe liberarse rápidamente de la ropa que restringe respirar, aclarar la boca y realizar respiración artificial y masaje cardíaco.
El conocimiento de los procesos que ocurren en las instalaciones eléctricas permite a los ingenieros de energía operar de manera segura equipos de cualquier voltaje y tipo de corriente, realizar trabajos de reparación y Mantenimiento sistemas eléctricos.
La información contenida en el PTB y PTE ayuda a evitar casos de descarga eléctrica en una instalación eléctrica, los principales documentos elaborados por los mejores especialistas a partir del análisis de accidentes con personas afectadas por factores peligrosos acompañando el trabajo de la energía eléctrica.
Circunstancias y motivos por los que una persona queda expuesta a la corriente eléctrica.
Las pautas de seguridad identifican tres grupos de razones que explican las descargas eléctricas a los trabajadores:
1. acercamiento involuntario y accidental a piezas bajo tensión con tensión a una distancia inferior a la segura o tocarlas;
2. aparición y desarrollo de situaciones de emergencia;
3. violación de los requisitos especificados en los documentos rectores que prescriben las reglas de conducta de los trabajadores en instalaciones eléctricas existentes.
Evaluar los peligros de lesiones humanas implica determinar mediante cálculo la magnitud de las corrientes que atraviesan el cuerpo de la víctima. En este caso, es necesario tener en cuenta muchas situaciones en las que pueden producirse contactos en lugares aleatorios de la instalación eléctrica. Además, el voltaje que se les aplica cambia según muchas razones, incluidas las condiciones y modos de funcionamiento del circuito eléctrico, sus características energéticas.
Condiciones de lesiones humanas por corriente de instalación eléctrica.
Para que la corriente fluya a través del cuerpo de la víctima, es necesario crear un circuito eléctrico conectándolo a al menos dos puntos del circuito que tengan una diferencia de potencial: voltaje. Los equipos eléctricos pueden experimentar las siguientes condiciones:
1. contacto simultáneo bifásico o bipolar de diferentes polos (fases);
2. monofásicos o unipolares que toquen el potencial del circuito, cuando la persona tenga conexión galvánica directa con el potencial de tierra;
3. creación accidental de contacto con elementos conductores de una instalación eléctrica que se energizó como resultado del desarrollo de un accidente;
4. exposición a voltaje escalonado, cuando se crea una diferencia de potencial entre los puntos en los que se ubican simultáneamente las piernas u otras partes del cuerpo.
En este caso, puede producirse un contacto eléctrico de la víctima con una parte viva de la instalación eléctrica, lo que el PUE considera un toque:
1. directo;
2. o indirecto.
En el primer caso, se crea por contacto directo con una parte viva que está energizada, y en el segundo, por contacto con elementos del circuito no aislados, cuando un potencial peligroso los ha atravesado en caso de accidente.
Determinar las condiciones para el funcionamiento seguro de una instalación eléctrica y preparar a los trabajadores en su interior. lugar de trabajo, necesario:
1. analizar los casos de probable creación de caminos para el paso de la corriente eléctrica a través del cuerpo del personal de servicio;
2. comparar su valor máximo posible con los estándares mínimos aceptables actuales;
3. Decidir sobre la implantación de medidas de seguridad eléctrica.
Características del análisis de condiciones de lesiones a personas en instalaciones eléctricas.
Para evaluar la cantidad de corriente que pasa por el cuerpo de la víctima en una red de tensión continua o alterna, se utilizan los siguientes tipos de notación:
1. Resistencias:
Rh - en el cuerpo humano;
R0 - para dispositivo de puesta a tierra;
R de la capa aislante con respecto al contorno del suelo;
2. corrientes:
Ih - a través del cuerpo humano;
Iз - cortocircuito al circuito de tierra;
Uc - circuitos de corriente alterna continua o monofásica;
Ul - lineal;
Uph - fase;
Upr - tocar;
Ush - paso.
En este caso, son posibles los siguientes esquemas típicos para conectar una víctima a circuitos de voltaje en redes:
1. DC en:
contacto unipolar de un conductor con 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 bifásico.
Esquemas de daños en circuitos de CC.
Contacto humano unipolar con potencial aislado de tierra
Bajo la influencia del voltaje Uc, la corriente Ih fluye a través de una cadena de potencial creada secuencialmente del conductor inferior, el cuerpo de la víctima (brazo-pierna) y el circuito de tierra a través de la doble resistencia de aislamiento del medio.
Contacto humano unipolar con potencial de polo puesto a tierra
En este esquema, la situación se agrava al conectar al circuito de tierra un cable potencial con una resistencia R0 cercana a cero y significativamente menor que la del cuerpo de la víctima y la capa de aislamiento del entorno externo.
La intensidad 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 sólo por su propia resistencia insignificante.
Esquemas generales de daños en circuitos trifásicos de corriente alterna.
Crear contacto humano entre el potencial de fase y tierra.
En general, existe una resistencia entre cada fase del circuito y el potencial de tierra, creando una capacitancia. El neutro de los devanados de la fuente de tensión tiene una resistencia generalizada Zn, cuyo valor es diferentes sistemas El circuito de tierra cambia.
Las fórmulas para calcular la conductividad de cada cadena y la corriente total Ih a través del voltaje de fase Uph se presentan en la imagen con fórmulas.
Formación de contacto humano entre dos fases.
La mayor magnitud y peligro es la corriente que pasa a través de la cadena creada entre los contactos directos del cuerpo de la víctima con los cables de fase. En este caso, parte de la corriente puede pasar a través del camino a través del suelo y la resistencia de aislamiento del medio.
Características del toque de dos fases.
En los circuitos de CC y CA trifásicos, crear contactos entre dos potenciales diferentes es lo más peligroso. Con este esquema, una persona sufre el mayor estrés.
En un circuito con una fuente de alimentación de voltaje constante, la cantidad de corriente que pasa por la víctima se calcula mediante la fórmula Ih=Uc/Rh.
En una red trifásica corriente alterna este valor se calcula a partir de la relación Ih=Uл/Rh=√3 Uф/Rh.
Teniendo en cuenta que La resistencia eléctrica promedio del cuerpo humano es de 1 kiloohmio., calculemos la corriente que se produce en una red de voltaje CC y CA 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 externa ya no puede liberarse de los efectos de un contacto accidental: mantener la corriente.
En el segundo caso Ih=(220 1,732)/1000=0,38A. Con este valor de 380 mA existe peligro de muerte.
También llamamos la atención sobre el hecho de que en una red trifásica de tensión alterna, la posición del neutro (puede estar aislado del suelo o viceversa, conectado en cortocircuito) tiene muy poco efecto sobre 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 utilizado equipos de protección que garantizan su aislamiento fiable del contorno de la tierra, en tal situación serán inútiles y no ayudarán.
Características del toque monofásico.
Red trifásica con neutro sólidamente puesto 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. Estos casos ocurren con mayor frecuencia.
Aunque la tensión de fase relativa a tierra es 1,732 veces menor que la lineal, este caso sigue siendo peligroso. La condición de la víctima puede empeorar:
modo neutral y calidad de su conexión;
resistencia eléctrica de la capa dieléctrica de los cables en relación con el potencial de tierra;
tipo de calzado y sus propiedades dieléctricas;
resistencia del suelo en el lugar de la víctima;
otros factores relacionados.
El valor del Ih actual en este caso puede determinarse mediante la relación:
Ih=Uph/(Rh+Rob+Rp+R0).
Recordemos que las resistencias del cuerpo humano Rh, los zapatos Rob, el suelo Rp y la conexión a tierra en el neutro R0 se toman en ohmios.
Cuanto menor es el denominador, más fuerte se crea la corriente. Si un empleado usa zapatos conductores, por ejemplo, tiene los pies mojados o las suelas están revestidas con clavos metálicos y además está sobre un suelo metálico o suelo húmedo, entonces podemos suponer que Rb = Rp = 0. Esto asegura el caso más desfavorable para la vida de la víctima.
Ih=Uф/(Rh+R0).
Con un voltaje de fase de 220 voltios, obtenemos Ih = 220/1000 = 0,22 A. O una corriente mortal de 220 mA.
Ahora calculemos la opción cuando un trabajador utiliza equipo de protección: calzado dieléctrico (Rob = 45 kOhm) y base aislante (Rp = 100 kOhm).
Ih=220 /(1000 +45000+10000)=0,0015A.
Obtuvimos un valor de corriente seguro de 1,5 mA.
Red trifásica con neutro aislado
No existe una conexión galvánica directa entre el neutro de la fuente de corriente y el potencial de tierra. El voltaje de fase se aplica a la resistencia de la capa aislante Riz, que tiene un valor muy alto, que se monitorea durante el funcionamiento y se mantiene constantemente en buenas condiciones.
El circuito del flujo de corriente a través del cuerpo humano depende de este valor en cada fase. Si tenemos en cuenta todas las capas de resistencia actual, entonces su valor se puede calcular mediante la fórmula: Ih=Uph/(Rh+Rob+Rp+(Riz/3)).
En el caso más desfavorable, cuando se crean las condiciones para una conductividad máxima a través de los zapatos y el suelo, la expresión tomará la forma: Ih=Uph/(Rh+(Riz/3)).
Si consideramos una red de 220 voltios con una capa de aislamiento de 90 kOhm, obtenemos: Ih=220/(1000+(90000/3)) =0,007 A. Una corriente de este tipo de 7 mA se sentirá bien, pero no capaz de provocar una lesión mortal.
Tenga en cuenta que en el ejemplo considerado omitimos deliberadamente la resistencia del suelo y los zapatos. Si se tienen en cuenta, la corriente caerá hasta un valor seguro, aproximadamente 0,0012 A o 1,2 mA.
Conclusiones:
1. En circuitos con neutro aislado es más fácil garantizar la seguridad de los trabajadores. Depende directamente de la calidad de la capa dieléctrica de los cables;
2. En las mismas circunstancias de contacto con el potencial de una fase, un circuito con neutro puesto a tierra representa un peligro mayor que con uno aislado.
Consideremos el caso de tocar el cuerpo metálico de un dispositivo eléctrico si el aislamiento de la capa dieléctrica en su interior se rompe en el potencial de fase. Cuando una persona toca este cuerpo, la corriente fluirá a través de su cuerpo hasta el suelo y luego a través del neutro hasta la fuente de voltaje.
El circuito equivalente se muestra en la siguiente imagen. La carga creada por el dispositivo tiene una resistencia Rн.
La resistencia de aislamiento Riz junto con R0 y Rh limitan la corriente de contacto entre fases. Se expresa mediante la relación: Ih=Uph/(Rh+Riz+Ro).
En este caso, como regla general, incluso en la etapa de proyecto, al elegir materiales para el caso en que R0 = 0, se intenta cumplir con la condición: Riz>(Uph/Ihg) -Rh.
El valor de Ihg se denomina umbral de corriente insensible, cuyo valor una persona no sentirá.
Concluimos: la resistencia de la capa dieléctrica de todas las partes portadoras de corriente con respecto al contorno de tierra determina el grado de seguridad de la instalación eléctrica.
Por este motivo, todas estas resistencias están estandarizadas y tenidas en cuenta en tablas aprobadas. Con el mismo fin, no se normalizan las resistencias de aislamiento en sí, sino las corrientes de fuga que fluyen a través de ellas durante las pruebas.
voltaje de paso
En las instalaciones eléctricas, por diversos motivos, puede producirse un accidente cuando el potencial de fase toca directamente el circuito de tierra. Si uno de los cables de una línea eléctrica aérea se rompe bajo la influencia de varios tipos de cargas mecánicas, es en este caso que ocurre una situación similar.
En este caso, se genera una corriente en el punto de contacto del cable con el suelo, lo que crea una zona de expansión alrededor del punto de contacto, un área en cuya superficie aparece un potencial eléctrico. Su valor depende de la corriente de falla Iз y de la condición específica del suelo r.
Una persona que se encuentra dentro de los límites de esta zona cae bajo la acción del voltaje escalonado Ush, como se muestra en la mitad izquierda de la imagen. El área de la zona de extensión está limitada por el contorno donde no hay potencial.
El valor del voltaje de paso se calcula mediante la fórmula: Ush=Uз∙β1∙β2.
Tiene en cuenta el voltaje de fase en el punto de dispersión de la corriente - Uз, que se especifica mediante los coeficientes de las características de dispersión de voltaje β1 y la influencia de la resistencia del zapato y de las piernas β2. Los valores de β1 y β2 están publicados en libros de referencia.
El valor de la corriente que circula por el cuerpo de la víctima se calcula mediante la expresión: Ih=(Uз∙β1∙β2)/Rh.
En el lado derecho de la figura, en la posición 2, la víctima crea contacto con el potencial de tierra del cable. Está influenciado por la diferencia de potencial entre el punto de contacto con la mano y el circuito de tierra, 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 dentro de 0÷1 y tener en cuenta las características que afectan a Up.
En la situación considerada, se aplican las mismas conclusiones que cuando se crea un contacto monofásico para las víctimas durante el funcionamiento normal de una instalación eléctrica.
Si una persona se encuentra fuera de la zona de flujo actual, entonces se encuentra en una zona segura.
La conexión de una persona a la red eléctrica puede ser monofásica o bifásica. La conexión monofásica es la conexión de una persona entre una de las fases de la red y tierra. La fuerza de la corriente dañina en este caso depende del modo neutro de la red, la resistencia humana, los zapatos, el piso y el aislamiento de fase con respecto al suelo. La conmutación monofásica ocurre con mucha más frecuencia y, a menudo, causa lesiones eléctricas en redes de cualquier voltaje. Con una conexión bifásica, una persona toca dos fases de la red eléctrica. Con un encendido de dos fases, la intensidad de la corriente que fluye a través del cuerpo (corriente de choque) depende únicamente del voltaje de la red y la resistencia del cuerpo humano y no depende del modo neutro del transformador de suministro de la red. Las redes eléctricas se dividen en monofásicas y trifásicas. Una red monofásica puede estar aislada del suelo o tener un cable conectado a tierra. En la Fig. 1 muestra posibles opciones para conectar a una persona a redes monofásicas.
Por lo tanto, si una persona toca una de las fases de una red trifásica de cuatro hilos con un neutro sólidamente conectado a tierra, entonces estará prácticamente bajo voltaje de fase (R3≤ RF) y la corriente que pasa a través de la persona durante el funcionamiento normal del La red prácticamente no cambiará con los cambios en la resistencia de aislamiento y la capacitancia de los cables en relación con tierra.
El efecto de la corriente eléctrica en el cuerpo humano.
Al atravesar el cuerpo, la corriente eléctrica tiene efectos térmicos, electrolíticos y biológicos.
El efecto térmico se manifiesta en quemaduras de la piel o de órganos internos.
Durante la acción electrolítica, debido al paso de corriente, se produce la descomposición (electrólisis) de la sangre y otros líquidos orgánicos, acompañada de la destrucción de los glóbulos rojos y trastornos metabólicos.
El efecto biológico se expresa en irritación y excitación de los tejidos vivos del cuerpo, que se acompaña de contracción convulsiva espontánea de los músculos, incluidos el corazón y los pulmones.
Hay dos tipos principales de descarga eléctrica:
§ lesiones eléctricas,
§ descargas eléctricas.
Descargas eléctricas se puede dividir en cuatro grados:
1. contracciones musculares convulsivas sin pérdida del conocimiento;
2. con pérdida del conocimiento, pero con preservación de la respiración y la función cardíaca;
3. pérdida del conocimiento y alteración de la actividad cardíaca o respiratoria (o ambas);
4. muerte clínica, es decir falta de respiración y circulación sanguínea.
La muerte clínica es un período de transición entre la vida y la muerte, comienza desde el momento en que se detiene la actividad del corazón y los pulmones. Una persona en estado de muerte clínica no muestra ningún signo de vida: no respira, no late, no reacciona al dolor; Las pupilas de los ojos están dilatadas y no reaccionan a la luz. Sin embargo, debe recordarse que en este caso el cuerpo aún puede revivir si se le brinda ayuda de manera correcta y oportuna. La duración de la muerte clínica puede ser de 5 a 8 minutos. Si no se brinda ayuda a tiempo, se produce la muerte biológica (verdadera).
El resultado de una descarga eléctrica para una persona depende de muchos factores. Los más importantes son la magnitud y duración de la corriente, el tipo y frecuencia de la corriente y las propiedades individuales del organismo.
Determinación de la resistencia a la dispersión de corriente de conductores de puesta a tierra individuales y el procedimiento para calcular el circuito de puesta a tierra de protección para equipos de proceso estacionarios (GOST 12.1.030-81. CCBT. Puesta a tierra de protección, puesta a tierra)
Implementación de dispositivos de puesta a tierra. Se hace una distinción entre dispositivos de puesta a tierra artificiales, destinados exclusivamente a fines de conexión a tierra, y naturales: partes conductoras de terceros que están en contacto eléctrico con el suelo directamente o a través de un medio conductor intermedio, utilizados para fines de conexión a tierra.
Para electrodos de puesta a tierra artificiales, se suelen utilizar electrodos verticales y horizontales.
Como conductores de puesta a tierra naturales se pueden utilizar: tuberías de suministro de agua y otras tuberías metálicas colocadas en el suelo (con excepción de tuberías de líquidos inflamables, gases inflamables o explosivos); tuberías de revestimiento de pozos artesianos, pozos, fosas, etc.; estructuras metálicas y de hormigón armado de edificios y estructuras que tengan conexiones al suelo; cubiertas de plomo de cables tendidos en el suelo; Tablestacas metálicas para estructuras hidráulicas, etc.
El cálculo de la puesta a tierra de protección tiene como objetivo determinar los parámetros básicos de la puesta a tierra: el número, las dimensiones y el orden de colocación de los conductores de puesta a tierra individuales y de los conductores de puesta a tierra, en los que las tensiones de contacto y de paso durante el cierre de fase con el cuerpo puesto a tierra no excedan los valores permitidos. .
Para calcular la puesta a tierra, se requiere la siguiente información:
1) características de la instalación eléctrica: tipo de instalación, tipos de equipos principales, voltajes de operación, métodos de puesta a tierra de neutros de transformadores y generadores, etc.;
2) plano de instalación eléctrica indicando las principales dimensiones y ubicación de los equipos;
3) las formas y tamaños de los electrodos a partir de los cuales se planea construir el sistema de puesta a tierra del grupo diseñado, así como la profundidad esperada de su inmersión en el suelo;
4) datos de mediciones de resistividad del suelo en el área donde se construirá el electrodo de tierra, e información sobre las condiciones climáticas bajo las cuales se realizaron estas mediciones, así como las características de la zona climática. Si se supone que la Tierra tiene dos capas, entonces es necesario tener datos de medición sobre la resistividad de ambas capas de la Tierra y el espesor de la capa superior;
5) datos sobre conductores de puesta a tierra naturales: qué estructuras se pueden utilizar para este fin y su resistencia a la propagación de corriente, obtenida por medición directa. Si por alguna razón es imposible medir la resistencia del electrodo de tierra natural, entonces se debe proporcionar información que permita determinar dicha resistencia mediante cálculo;
6) corriente de falla a tierra calculada. Si se desconoce la corriente, se calcula mediante los métodos habituales;
7) valores calculados de tensiones de contacto (y de paso) permitidas y duración de la protección, si el cálculo se realiza en base a tensiones de contacto (y de paso).
Los cálculos de puesta a tierra se suelen realizar en los casos en los que el electrodo de tierra se coloca en una tierra homogénea. En los últimos años, se han desarrollado y comenzado a utilizar métodos de ingeniería para calcular sistemas de puesta a tierra en suelos multicapa.
Al calcular los conductores de puesta a tierra en suelos homogéneos, se tiene en cuenta la resistencia de la capa superior de la tierra (capa de cambios estacionales), provocada por la congelación o la desecación del suelo. El cálculo se realiza mediante un método basado en el uso de factores de utilización de la conductividad de puesta a tierra y, por lo tanto, se denomina método del factor de utilización. Se realiza con diseños tanto simples como complejos de conductores de puesta a tierra grupales.
Al calcular sistemas de puesta a tierra en tierra multicapa, generalmente se adopta un modelo de tierra de dos capas con las resistividades de las capas superior e inferior r1 y r2, respectivamente, y el espesor (espesor) de la capa superior h1. El cálculo se realiza mediante un método basado en tener en cuenta los potenciales inducidos sobre los electrodos que forman parte del sistema de puesta a tierra del grupo, por lo que se denomina método de potenciales inducidos. El cálculo de los conductores de puesta a tierra en tierra multicapa requiere más mano de obra. Al mismo tiempo, da resultados más precisos. Es recomendable utilizarlo en diseños complejos de sistemas de puesta a tierra grupales, que generalmente tienen lugar en instalaciones eléctricas con un neutro efectivamente puesto a tierra, es decir, en instalaciones con tensiones de 110 kV y superiores.
Al calcular un dispositivo de puesta a tierra mediante cualquier método, es necesario determinar la resistencia requerida para ello.
La resistencia requerida del dispositivo de puesta a tierra se determina de acuerdo con el PUE.
Para instalaciones con tensiones hasta 1 kV, la resistencia del dispositivo de puesta a tierra utilizado para la puesta a tierra de protección de partes conductoras expuestas en un sistema tipo IT debe cumplir las siguientes condiciones:
donde Rз es la resistencia del dispositivo de puesta a tierra, ohmios; Upred.add – voltaje de contacto, cuyo valor se supone que es de 50 V; Iз – corriente total de falla a tierra, A.
Como regla general, no es necesario aceptar un valor de resistencia del dispositivo de puesta a tierra inferior a 4 ohmios. Se permite una resistencia del dispositivo de puesta a tierra de hasta 10 ohmios si se cumple la condición anterior y la potencia de los transformadores y generadores que alimentan la red no excede los 100 kVA, incluida la potencia total de los transformadores y (o) generadores que operan en paralelo.
Para instalaciones con tensiones superiores a 1 kV superior a 1 kV, la resistencia del dispositivo de puesta a tierra debe corresponder a:
0,5 ohmios con un neutro efectivamente puesto a tierra (es decir, con grandes corrientes de falla a tierra);
250/Iz, pero no más de 10 ohmios con un neutro aislado (es decir, con corrientes de falla a tierra bajas) y la condición de que el electrodo de tierra se use solo para instalaciones eléctricas con voltajes superiores a 1000 V.
En estas expresiones, Iз es la corriente de falla a tierra calculada.
Durante el funcionamiento, puede haber un aumento en la resistencia a la propagación de la corriente del electrodo de tierra por encima del valor calculado, por lo que es necesario monitorear periódicamente el valor de la resistencia del electrodo de tierra.
Bucle de tierra
Un circuito de tierra es clásicamente un grupo de electrodos verticales de pequeña profundidad conectados por un conductor horizontal, montados cerca de un objeto a una distancia mutua relativamente pequeña entre sí.
Como electrodos de conexión a tierra en un dispositivo de conexión a tierra de este tipo, se utilizaba tradicionalmente una esquina o refuerzo de acero de 3 metros de largo, que se clavaba en el suelo con un mazo.
Como conductor de conexión se utilizó una tira de acero de 4x40 mm, que se colocó en una zanja preparada previamente de 0,5 a 0,7 metros de profundidad. El conductor se conectó a los conductores de puesta a tierra montados mediante soldadura eléctrica o con gas.
Para ahorrar espacio, el circuito de tierra generalmente se "enrolla" alrededor del edificio a lo largo de las paredes (perímetro). Si miras este electrodo de tierra desde arriba, puedes decir que los electrodos están montados a lo largo del contorno del edificio (de ahí el nombre).
Por tanto, un circuito de tierra es un electrodo de tierra que consta de varios electrodos (grupos de electrodos) conectados entre sí y montados alrededor del edificio a lo largo de su contorno.
Los casos de descarga eléctrica a una persona solo son posibles cuando se cierra un circuito eléctrico a través del cuerpo humano o, en otras palabras, cuando una persona toca al menos dos puntos del circuito, entre los cuales hay algún voltaje.
El peligro de tal contacto, evaluado por la magnitud de la corriente que pasa a través del cuerpo humano, o el voltaje del contacto, depende de varios factores: el diagrama del circuito de la persona que se conecta al circuito, el voltaje de la red, el diagrama de circuito de la propia red, el modo de su neutro, el grado de aislamiento de las partes vivas del suelo, así como los valores de capacitancia de las partes vivas con respecto al suelo, etc.
Los esquemas para conectar a una persona a un circuito pueden ser diferentes. Sin embargo, los más típicos son dos esquemas de conexión: entre dos cables y entre un cable y tierra (Fig. 68). Por supuesto, en el segundo caso se supone una conexión eléctrica entre la red y tierra.
En relación con las redes de corriente alterna, el primer circuito se suele denominar conexión bifásica y el segundo, monofásico.
El encendido bifásico, es decir, una persona que toca dos fases al mismo tiempo, suele ser más peligroso, ya que el voltaje más alto en una red determinada se aplica al cuerpo humano: lineal y, por lo tanto, fluirá más corriente a través de la persona:
donde Ih es la corriente que pasa por el cuerpo humano, A; UЛ = √3 Uф - voltaje lineal, es decir, el voltaje entre los cables de fase de la red, V; Uph - voltaje de fase, es decir el voltaje entre el principio y el final de un devanado (o entre los cables de fase y neutro), V.
Arroz. 68. Casos de inclusión de una persona en un circuito actual:
a - conmutación bifásica; b, c - inclusiones monofásicas
No es difícil imaginar que la conexión bifásica sea igualmente peligrosa en una red con neutros aislados y conectados a tierra.
Con un encendido de dos fases, el peligro de lesiones no disminuirá incluso si la persona está aislada de manera confiable del suelo, es decir, si tiene chanclas o botas de goma en los pies, o si se encuentra sobre un piso aislante (de madera), o sobre una estera dieléctrica.
La conmutación monofásica ocurre con mucha más frecuencia, pero es menos peligrosa que la conmutación bifásica, ya que el voltaje bajo el cual se encuentra una persona no excede el voltaje de fase, es decir, 1,73 veces menor que el lineal. En consecuencia, la corriente que pasa por una persona es menor.
Además, la magnitud de esta corriente también está influenciada por el modo neutro de la fuente de corriente, la resistencia de aislamiento y la capacitancia de los cables con respecto al suelo, la resistencia del piso sobre el que se encuentra una persona, la resistencia de sus zapatos y algunos otros factores.
En una red trifásica de tres hilos con neutro aislado, la corriente que pasa por una persona al tocar una de las fases de la red durante su funcionamiento normal (Fig.69, a) está determinada por la siguiente expresión en forma compleja ( A):
donde Z es la impedancia compleja de una fase con respecto a tierra (Ohm):
aquí r y C son, respectivamente, la resistencia de aislamiento del cable (Ohm) y la capacitancia del cable (F) con respecto a tierra (para simplificar, se considera la misma para todos los cables de la red).
Arroz. 69. Contacto humano con un cable de una red trifásica de tres hilos con neutro aislado: a - en modo normal; b - en modo de emergencia
La corriente en forma real es (A):
, (35)
Si la capacitancia de los cables con respecto al suelo es pequeña, es decir, C = 0, lo que suele ocurrir en redes aéreas de corta longitud, entonces la ecuación (35) tomará la forma
, (36)
Si la capacitancia es grande y la conductividad del aislamiento es insignificante, es decir, r ≈ ∞, lo que suele ocurrir en las redes de cable, entonces, según la expresión (35), la corriente a través de una persona (A) será:
, (37)
donde xc = 1/wC es la capacitancia, Ohm.
De la expresión (36) se deduce que en redes con neutro aislado, que tienen una capacitancia insignificante entre los cables y tierra, el peligro para una persona que toca una de las fases durante el funcionamiento normal de la red depende de la resistencia de los cables. En relación con el suelo: a medida que aumenta la resistencia, el peligro disminuye.
Por lo tanto, en tales redes es muy importante garantizar una alta resistencia de aislamiento y monitorear su condición para identificar y eliminar oportunamente las fallas que hayan surgido.
Sin embargo, en redes con gran capacitancia con respecto a tierra, se pierde el papel del aislamiento del cable para garantizar la seguridad táctil, como se puede ver en las ecuaciones (35) y (37).
Durante el funcionamiento de emergencia de la red, es decir, cuando hay un cortocircuito de una de las fases a tierra debido a una baja resistencia del circuito, la corriente a través de una persona que toca la fase sana (Fig.69, b) será ( A):
, (38)
y tensión de contacto (V):
, (39)
Si aceptamos que rzm = 0 o al menos asumimos que gzm< Rh (так обычно бывает на практике), то согласно выражению (39)
, (40)
es decir, la persona estará bajo voltaje lineal.
En condiciones reales, gzm > 0, por lo tanto, el voltaje bajo el cual una persona que toca una fase útil de una red trifásica con un neutro aislado durante una emergencia será significativamente mayor que el voltaje de fase y ligeramente menor que el voltaje lineal del red. Así, este caso de contacto es muchas veces más peligroso que tocar la misma fase de la red en modo normal.
trabajo [ver ecuaciones (36) y (39), teniendo en cuenta que r/3>rzm].
En una red trifásica de cuatro hilos con neutro conectado a tierra, la conductividad de aislamiento y la conductividad capacitiva de los cables con respecto a tierra son pequeñas en comparación con la conductividad de conexión a tierra del neutro, por lo tanto, al determinar la corriente a través de una persona que toca la fase de la red, se pueden descuidar.
En funcionamiento normal de la red, la corriente que atraviesa una persona será (Fig.70, a):
, (41)
donde g0 es la resistencia de puesta a tierra del neutro, Ohm.
Arroz. 70. Contacto humano con un cable de fase de una red trifásica de cuatro hilos con neutro puesto a tierra:
a - en modo normal; b - en modo de emergencia
En redes regulares r0< 10 Ом, сопротивление тела человека Rh не опускается ниже нескольких сотен Ом. Следовательно, без большой ошибки в уравнении (41) можно пренебречь значением г0 и считать, что при прикосновении к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью человек оказывается практически под фазным напряжением Uф, а ток, проходящий через него, равен частному от деления Uф на Rh
De ello se deduce que tocar una fase de una red trifásica con un neutro puesto a tierra durante su funcionamiento normal es más peligroso que tocar una fase de una red en funcionamiento normal con un neutro aislado [cf. ecuaciones (36) y (41)], pero es menos peligroso tocar una fase no dañada de una red con un neutro aislado durante un período de emergencia [cf. ecuaciones (38) y (41)], ya que rzm en algunos casos puede diferir poco de r0.
Existir varios esquemas inclusión de una persona en un circuito de corriente eléctrica:
Toque monofásico: tocar el conductor de una fase de una instalación eléctrica activa;
Toque bifásico: toque simultáneo de los conductores de dos fases de una instalación eléctrica existente;
Tocar partes no conductoras de instalaciones eléctricas que estén energizadas como resultado de daños en el aislamiento;
La conexión de tensión escalonada es la conexión entre dos puntos de la tierra (suelo) que se encuentran bajo potenciales diferentes.
Consideremos los esquemas más típicos para conectar a una persona a un circuito de corriente eléctrica.
Contacto monofásico en red con neutro sólidamente puesto a tierra. Corriente que fluye a través del cuerpo humano ( yo h) con un toque monofásico (Fig. 6) se cerrará en el circuito: fase l 3 – cuerpo humano – base (piso) – conductor de puesta a tierra neutro – neutro (punto cero).
Arroz. 6. Esquema de contacto monofásico en la red.
con neutro sólidamente puesto a tierra
Según la ley de Ohm: ,
Dónde R o – resistencia neutra a tierra,
R base - resistencia base.
Si la base (piso) es conductora, entonces R bases ≈ 0
Dado el hecho de que R Oh " Rh, Eso
Oh = Ud. F
Un contacto así es extremadamente peligroso.
Contacto monofásico en red con neutro aislado. La corriente que fluye a través del cuerpo humano (Fig.7) está cerrada en circuitos: fase l 3 – cuerpo humano – piso y luego regresa a la red a través del aislamiento de fase l 2 y l 1, es decir entonces la corriente sigue los circuitos: aislamiento de fase l 2 - fase l 2 - neutro (punto cero) y aislamiento de fase l 1 - fase l 1 – neutral (punto cero). Así, en el circuito actual que fluye a través del cuerpo humano, los aislamientos de fase están conectados en serie con él. l 2 y l 1 .
Arroz. 7. Esquema de contacto monofásico en la red.
con neutro aislado
Resistencia de aislamiento de fase z tiene un activo ( R) y componentes capacitivos ( CON).
R– caracteriza la imperfección del aislamiento, es decir la capacidad del aislamiento para conducir corriente, aunque mucho peor que los metales;
CON– la capacitancia de la fase con respecto a tierra está determinada por las dimensiones geométricas de un condensador imaginario, cuyas “placas” son las fases y la tierra.
En R 1 = R 2 = R 3 = R f y CON 1 = CON 2 = CON 3 = CON F corriente que fluye a través del cuerpo humano:
Dónde z- resistencia de aislamiento total del cable de fase con respecto a tierra.
Si se desprecia la capacitancia de fase CON f = 0 (redes aéreas de corta longitud), entonces:
de lo cual se deduce que la magnitud de la corriente depende no solo de la resistencia humana, sino también de la resistencia de aislamiento del cable de fase con respecto a tierra.
Si, por ejemplo, R 1 = R 2 = R 3 = 3000 ohmios, entonces
; Oh= 0,0111000 = 110V
Toque bifásico. Con un toque bifásico (Fig.8), independientemente del modo neutro, la persona estará bajo la tensión de línea de la red. Ud. l y según la ley de Ohm:
en Ud. l = 380 V: I= 380/1000 = 0,38 A = 380 mA.
Arroz. 8. Esquema del toque humano en dos fases.
El contacto bifásico es extremadamente peligroso, estos casos son relativamente raros y, por regla general, son el resultado de trabajar bajo voltaje en instalaciones eléctricas de hasta 1000 V, lo que constituye una violación de las reglas e instrucciones.
Tocar un cuerpo metálico que está energizado. Tocando el cuerpo de la instalación eléctrica (Fig. 9), en la que se encuentra la fase ( l 3) cerrado al cuerpo, equivalente a tocar la propia fase. Por lo tanto, el análisis y las conclusiones para los casos de contactos monofásicos discutidos anteriormente son totalmente aplicables al caso de una falla a tierra.
Arroz. 9. Esquema de una persona tocando metal.
cuerpo bajo voltaje