Como ya hemos aprendido, la electricidad requiere un camino completo (circuito) para fluir continuamente. Esta es la razón por la cual la descarga recibida de la electricidad estática es solo una sacudida momentánea: el flujo de corriente es necesariamente breve cuando las cargas estáticas se igualan entre dos objetos. Los choques de duración autolimitada como este rara vez son peligrosos.
Sin dos puntos de contacto en el cuerpo para que la corriente entre y salga, respectivamente, no hay peligro de choque. Esta es la razón por la cual las aves pueden descansar de forma segura en líneas de alta tensión sin ser sorprendidas: hacen contacto con el circuito en un solo punto.
Para que la corriente fluya a través de un conductor , debe haber un voltaje presente para motivarlo. El voltaje, como debe recordar, es siempre relativo entre dos puntos . No hay tal cosa como voltaje “encendido” o “en” un solo punto en el circuito, por lo que el ave que contacta con un solo punto en el circuito anterior no tiene voltaje aplicado a través de su cuerpo para establecer una corriente a través de él. Sí, a pesar de que descansan sobre dos pies, ambos pies tocan el mismo cable, lo que los hace eléctricamente comunes . Hablando eléctricamente, las dos patas del ave tocan el mismo punto, por lo tanto, no hay voltaje entre ellas para motivar la corriente a través del cuerpo del ave.
Esto podría llevar a creer que es imposible recibir una descarga eléctrica con solo tocar un solo cable. Al igual que los pájaros, si estamos seguros de tocar solo un cable a la vez, estaremos a salvo, ¿verdad? Lamentablemente, esto no es correcto. A diferencia de las aves, las personas generalmente están de pie en el suelo cuando contactan un cable “vivo”. Muchas veces, un lado de un sistema de alimentación se conectará intencionalmente a tierra , por lo que la persona que toca un solo cable está realmente haciendo contacto entre dos puntos en el circuito (el cable y la tierra): [ 19459002]
El símbolo de tierra es el conjunto de tres barras horizontales de ancho decreciente ubicadas en la esquina inferior izquierda del circuito que se muestra, y también al pie de la persona que recibe la descarga. En la vida real, la tierra del sistema de energía consiste en algún tipo de conductor metálico enterrado profundamente en la tierra para hacer el máximo contacto con la tierra. Ese conductor está conectado eléctricamente a un punto de conexión apropiado en el circuito con un cable grueso. La conexión a tierra de la víctima es a través de sus pies, que tocan la tierra.
Algunas preguntas suelen surgir en este momento en la mente del alumno:
- Si la presencia de un punto a tierra en el circuito proporciona un punto de contacto fácil para que alguien se sorprenda, ¿por qué tenerlo en el circuito? ¿No sería más seguro un circuito sin conexión a tierra?
- La persona que se sorprendió probablemente no esté descalza. Si el caucho y la tela son materiales aislantes, ¿por qué sus zapatos no los protegen al evitar que se forme un circuito?
- ¿Qué tan bueno de un conductor puede ser suciedad ? Si la corriente que atraviesa la tierra le puede sorprender, ¿por qué no usar la tierra como conductor en nuestros circuitos de alimentación?
En respuesta a la primera pregunta, la presencia de un punto de “puesta a tierra” intencional en un circuito eléctrico tiene la intención de garantizar que un lado de él sea seguro para entrar en contacto con. Tenga en cuenta que si nuestra víctima en el diagrama anterior tocara el lado inferior de la resistencia, no pasaría nada a pesar de que sus pies aún estarían en contacto con el suelo:
Debido a que el lado inferior del circuito está firmemente conectado a tierra a través del punto de conexión a tierra en la parte inferior izquierda del circuito, el conductor inferior del circuito está hecho eléctricamente común con tierra. Como no puede haber voltaje entre los puntos eléctricamente comunes, no se aplicará voltaje a la persona que contacta el cable inferior y no recibirá una descarga. Por la misma razón, el cable que conecta el circuito a la barra / placas de conexión a tierra generalmente se deja desnudo (sin aislamiento), de modo que cualquier objeto metálico contra el que se cepille será eléctricamente común con la tierra.
La conexión a tierra del circuito asegura que al menos un punto del circuito sea seguro de tocar. ¿Pero qué hay de dejar un circuito completamente sin conexión a tierra? ¿No haría eso que una persona que toca un solo cable sea tan segura como el pájaro sentado en uno solo? Idealmente, si. Prácticamente no. Observe lo que sucede sin fundamento alguno:
A pesar de que los pies de la persona todavía están en contacto con el suelo, cualquier punto del circuito debe ser seguro de tocar. Como no hay una ruta completa (circuito) formada a través del cuerpo de la persona desde el lado inferior de la fuente de voltaje hasta la parte superior, no hay forma de que se establezca una corriente a través de la persona. Sin embargo, todo esto podría cambiar con una conexión a tierra accidental, como una rama de un árbol que toca una línea eléctrica y proporciona la conexión a tierra:
Esta conexión accidental entre un conductor del sistema de potencia y la tierra (tierra) se denomina falla a tierra .
Fallos a tierra
Las fallas a tierra pueden ser causadas por muchas cosas, incluida la acumulación de suciedad en los aisladores de la línea eléctrica (creando un camino de agua sucia para la corriente del conductor al poste y al suelo, cuando llueve), infiltración de agua subterránea en energía enterrada conductores de línea y pájaros que aterrizan en líneas eléctricas, uniendo la línea al poste con sus alas. Dadas las muchas causas de las fallas a tierra, tienden a ser impredecibles. En el caso de los árboles, nadie puede garantizar qué cable podrían tocar sus ramas. Si un árbol rozara el cable superior del circuito, el cable superior sería seguro de tocar y el inferior peligroso, justo lo contrario del escenario anterior donde el árbol contacta con el cable inferior:
Con una rama de árbol en contacto con el cable superior, ese cable se convierte en el conductor a tierra del circuito, eléctricamente común con la tierra. Por lo tanto, no hay voltaje entre ese cable y tierra, sino voltaje completo (alto) entre el cable inferior y tierra. Como se mencionó anteriormente, las ramas de los árboles son solo una fuente potencial de fallas a tierra en un sistema de energía. Considere un sistema de energía sin conexión a tierra sin árboles en contacto, pero esta vez con dos personas tocando cables individuales:
Con cada persona parada en el suelo, en contacto con diferentes puntos del circuito, se crea un camino para la corriente de choque a través de una persona, a través de la tierra y a través de la otra persona. A pesar de que cada persona piensa que está a salvo al tocar solo un punto en el circuito, sus acciones combinadas crean un escenario mortal. En efecto, una persona actúa como la falla a tierra, lo que la hace insegura para la otra persona. Esta es exactamente la razón por la cual los sistemas de energía sin conexión a tierra son peligrosos: el voltaje entre cualquier punto del circuito y la tierra (tierra) es impredecible porque podría aparecer una falla a tierra en cualquier punto del circuito en cualquier momento. ¡El único personaje garantizado para estar seguro en estos escenarios es el pájaro, que no tiene conexión con la tierra en absoluto! Al conectar firmemente un punto designado en el circuito a tierra física (“conectar a tierra” el circuito), al menos se puede garantizar la seguridad en ese punto. Esto es más garantía de seguridad que no tener ninguna conexión a tierra.
En respuesta a la segunda pregunta, los zapatos con suela de goma proporcionan de hecho un poco de aislamiento eléctrico para ayudar a proteger a alguien de conducir una corriente de choque a través de sus pies. Sin embargo, los diseños de calzado más comunes no están destinados a ser eléctricamente “seguros”, ya que sus suelas son demasiado delgadas y no tienen la sustancia adecuada. Además, cualquier humedad, suciedad o sales conductoras del sudor corporal en la superficie o impregnado a través de las suelas de los zapatos comprometerá el poco valor aislante con el que el zapato tenía que comenzar. Hay zapatos hechos específicamente para trabajos eléctricos peligrosos, así como alfombrillas de goma gruesas hechas para pararse mientras se trabaja en circuitos activos, pero estas piezas especiales de equipo deben estar en condiciones absolutamente limpias y secas para que sean efectivas. Baste decir que el calzado normal no es suficiente para garantizar la protección contra descargas eléctricas de un sistema eléctrico.
La investigación realizada sobre la resistencia de contacto entre partes del cuerpo humano y puntos de contacto (como el suelo) muestra una amplia gama de cifras (consulte el final del capítulo para obtener información sobre la fuente de estos datos):
- Contacto de manos o pies, aislado con goma: 20 MΩ típico.
- Contacto del pie a través de la suela del zapato de cuero (seco): 100 kΩ a 500 kΩ
- Contacto del pie a través de la suela del zapato de cuero (mojado): 5 kΩ a 20 kΩ
Como puede ver, el caucho no solo es un material aislante mucho mejor que el cuero, sino que la presencia de agua en una sustancia porosa como el cuero reduce en gran medida la resistencia eléctrica.
En respuesta a la tercera pregunta, la suciedad no es un muy buen conductor (¡al menos no cuando está seco!). Es un conductor demasiado pobre para soportar corriente continua para alimentar una carga. Sin embargo, como veremos en la siguiente sección, se necesita muy poca corriente para herir o matar a un ser humano, por lo que incluso la baja conductividad de la suciedad es suficiente para proporcionar un camino para la corriente mortal cuando hay suficiente voltaje disponible, ya que generalmente está en los sistemas de energía.
Algunas superficies de tierra son mejores aislantes que otras. El asfalto, por ejemplo, al ser a base de aceite, tiene una resistencia mucho mayor que la mayoría de las formas de tierra o roca. El hormigón, por otro lado, tiende a tener una resistencia bastante baja debido a su contenido intrínseco de agua y electrolitos (sustancias químicas conductoras).
REVISIÓN:
- La descarga eléctrica solo puede ocurrir cuando se hace contacto entre dos puntos de un circuito; cuando se aplica voltaje a través del cuerpo de una víctima.
- Los circuitos de alimentación generalmente tienen un punto designado que está “conectado a tierra”: firmemente conectado a barras de metal o placas enterradas en la tierra para garantizar que un lado del circuito esté siempre a tierra (voltaje cero entre ese punto y tierra) .
- Una falla a tierra es una conexión accidental entre un conductor de circuito y la tierra (tierra).
- Se fabrican zapatos y alfombrillas aislantes especiales para proteger a las personas de golpes a través de la conducción a tierra, pero incluso estas piezas de equipo deben estar en condiciones limpias y secas para que sean efectivas. El calzado normal no es lo suficientemente bueno como para proporcionar protección contra los golpes al aislar a su usuario de la tierra.
- Aunque la tierra es un mal conductor, puede conducir suficiente corriente para herir o matar a un ser humano.
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