La tensión parásita es la aparición de potencial eléctrico entre dos objetos que, idealmente, no deberían tener ninguna diferencia de tensión entre ellos. A menudo, existen pequeñas tensiones entre dos objetos conectados a tierra en ubicaciones separadas debido al flujo normal de corriente en el sistema de energía. La tensión de contacto es un término mejor definido cuando aparece una tensión alta como resultado de una falla. La tensión de contacto en la carcasa de un equipo eléctrico puede aparecer a partir de una falla en el sistema de energía eléctrica, como una falla del aislamiento.
La terminología voltaje errante se puede utilizar en cualquier caso de potencial eléctrico elevado no deseado. Una terminología más precisa da una indicación de la fuente del voltaje. El voltaje neutro a tierra ( NEV ) se refiere específicamente a una diferencia de potencial entre un objeto conectado a tierra localmente y el conductor de retorno conectado a tierra, o neutro , de un sistema eléctrico. El neutro está teóricamente a un potencial de 0 V, como cualquier objeto conectado a tierra, pero la corriente fluye por el neutro de regreso a la fuente, elevando un poco el voltaje neutro. NEV es el producto de la corriente que fluye por el neutro y la impedancia finita, distinta de cero, del conductor neutro entre un punto dado y su fuente, a menudo una subestación eléctrica distante . NEV se diferencia de los objetos energizados accidentalmente porque es un resultado inevitable del funcionamiento normal del sistema, no un accidente o un fallo en los materiales o el diseño.
En 2005, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) convocó al Grupo de Trabajo 1695 con el objetivo de establecer definiciones y directrices para mitigar los diversos fenómenos denominados "voltaje errático". El grupo de trabajo intentó distinguir entre los términos voltaje errático y voltaje de contacto de la siguiente manera:
A pesar de las definiciones anteriores, tanto los trabajadores de las empresas de servicios públicos como el público en general siguen utilizando el término " voltaje errante " para referirse a todos los casos de exceso de electricidad no deseado. Por ejemplo, en la "Jodie S. Lane Stray Voltage Detection, Mitigation & Prevention Conference", celebrada en la sede de Con Edison en la ciudad de Nueva York en abril de 2009, los presidentes de la mayoría de las principales empresas de servicios públicos de Estados Unidos y Canadá siguieron utilizando el término "voltaje errante " para referirse a todos los casos de exceso de electricidad no deseado. El término " voltaje de contacto " se utilizó sólo una vez, posiblemente porque el "voltaje de contacto" suele ser culpa de la empresa de suministro, red o instalación. Pocas empresas están dispuestas a hablar abiertamente de sus fallos, y mucho menos de los que se consideran potencialmente mortales. Parecería que el término " voltaje errante" es ahora el término común para referirse a todas las fugas de voltaje no deseadas, ya que clasifica el fallo como parte del funcionamiento normal y, por lo tanto, limita la responsabilidad.
En la ciudad de Nueva York, una mujer, Jodie S. Lane, fue electrocutada en enero de 2004 por una placa metálica de una bóveda de servicios públicos de una carretera de cinco por ocho pies que estaba energizada por un "cable mal aislado". [3] En la cobertura de su muerte y la creciente preocupación con respecto al papel de los servicios públicos en la seguridad eléctrica en el entorno urbano, tanto los medios de comunicación como la agencia reguladora del estado de Nueva York utilizaron voltaje erróneo para el voltaje neutro a tierra (NEV), pero admitieron que la notoriedad del incidente de Lane había hecho que el voltaje erróneo fuera un término que es bien reconocido por el público.
El regulador utilizó entonces el término voltaje errático para referirse a cualquier "condición de voltaje en instalaciones eléctricas que no debería existir normalmente. Estas condiciones pueden deberse a uno o más factores, incluidos, entre otros, cables dañados, aislamiento deteriorado, deshilachado o faltante, mantenimiento inadecuado o instalación incorrecta". [4] En el mismo documento, la comisión aceptó que el NEV es una condición que ocurre naturalmente. [ Aclaración necesaria ]
Desde entonces, el término ha tenido al menos dos definiciones muy diferentes, que confundieron a las empresas de servicios públicos, a los reguladores y al público. [5] El término "voltaje errante" se utiliza comúnmente para todas las fugas eléctricas no deseadas, tanto por el público en general como por muchos profesionales de las empresas de servicios eléctricos. Otros fenómenos más esotéricos que también dan lugar a voltajes elevados en superficies normalmente no energizadas, también se conocen como "voltaje errante". Algunos ejemplos son el voltaje del acoplamiento capacitivo , la corriente inducida por líneas eléctricas, los campos electromagnéticos , los rayos , el aumento del potencial de tierra y los problemas derivados de neutros abiertos (desconectados).
Los objetos metálicos no conectados a tierra cercanos a fuentes de campo eléctrico , como letreros de neón o conductores que transportan corrientes alternas , pueden tener niveles de voltaje mensurables causados por el acoplamiento capacitivo . Dado que los voltajes detectados por instrumentos de alta impedancia desaparecen o se reducen en gran medida cuando se sustituye por una impedancia baja, el efecto a veces se denomina voltaje fantasma (o voltaje fantasma ). [6] Los electricistas suelen utilizar el término y se puede ver, por ejemplo, al medir el voltaje en una luminaria después de quitar la bombilla. Es común medir voltajes fantasma de 50 a 90 V al probar el cableado de circuitos ordinarios de 120 V con un instrumento de alta impedancia. El voltaje producido puede leerse casi como el voltaje de suministro completo, pero la capacitancia o inductancia mutua entre los cables de los sistemas de cableado de los edificios suele ser bastante baja e incapaz de suministrar cantidades significativas de corriente . [7]
Sin embargo, en trabajos de transmisión aérea en líneas de alta tensión o cerca de ellas, las normas de seguridad exigen que se conecte un conductor a tierra durante el mantenimiento, ya que las tensiones y corrientes inducidas en un conductor pueden provocar electrocución o lesiones graves.
La corriente alterna se diferencia de la corriente continua en que la corriente puede fluir a través de lo que normalmente parecería ser una barrera física. En un circuito en serie , un condensador bloquea la corriente continua pero deja pasar la corriente alterna.
En los sistemas de transmisión de energía, un lado del circuito, conocido como neutro , está conectado a tierra para disipar la electricidad estática y reducir voltajes peligrosos causados por fallas de aislamiento y otras fallas eléctricas.
Incluso una persona que se encuentre parada sobre una superficie aislada puede recibir una descarga eléctrica con solo tocar el cable caliente , debido a que su cuerpo está acoplado capacitivamente al suelo sobre el que se encuentra.
La inducción electromagnética clásica puede ocurrir cuando conductores largos forman un bucle abierto conectado a tierra debajo y en paralelo a las líneas de transmisión o distribución. En esos casos, se induce corriente en el bucle cuando una persona entra en contacto con él y con la tierra. Dado que esto implica un flujo de corriente real, es potencialmente peligroso. Este tipo de corriente inducida ocurre con mayor frecuencia en cercas largas y líneas de distribución construidas debajo de líneas de transmisión de alta potencia . [8] [9]
La fuga de voltaje puede ocurrir a través de un aislamiento dañado o degradado. Un aislamiento defectuoso es esencialmente una falla de alta impedancia que permitirá que la corriente fluya a través de cualquier ruta disponible a tierra, una condición que puede causar descargas eléctricas o incendios si no se mitiga. Esta fuga puede ocurrir cuando hay daño causado por tensiones físicas, térmicas o químicas en el aislamiento de las líneas eléctricas, especialmente, pero no limitado a, cables subterráneos o submarinos. Ejemplos de este daño son el aislamiento hinchado o agrietado por sobrecalentamiento, abrasiones causadas por excavaciones o agarrotamiento del suelo y daños por corrosión por exposición a sal o aceite. La fuga eléctrica también puede ocurrir por la acumulación de humedad, sal, polvo y suciedad en aisladores al aire libre en la distribución eléctrica aérea. Si la fuga en estos casos es lo suficientemente grave, puede provocar un incendio en un poste de servicios públicos.
El término "voltaje errante" se utiliza para designar el gradiente (tasa de cambio con respecto a la distancia) del potencial eléctrico en la superficie del suelo, asociado con los sistemas de distribución de electricidad con retorno a tierra de un solo cable que se utilizan en algunas zonas rurales. Este gradiente es bajo en puntos alejados de las conexiones de retorno a tierra, pero aumenta cerca de las varillas de tierra donde el circuito metálico entra en la tierra.
En los sistemas eléctricos trifásicos de cuatro cables ("en estrella"), cuando la carga en las fases no es exactamente igual, hay cierta corriente en el conductor neutro. Debido a que tanto el primario como el secundario del transformador de distribución están conectados a tierra, y la tierra del primario está conectada a tierra en más de un punto, la tierra forma una ruta de retorno paralela para la corriente neutra, lo que permite que parte de la corriente neutra fluya continuamente a través de la tierra. Esta disposición es parcialmente responsable de la tensión parásita. [10]
La tensión parásita es el resultado del diseño de un sistema de distribución de 4 cables y, como tal, ha existido desde que se utilizan dichos sistemas. La tensión parásita se convirtió en un problema para la industria lechera algún tiempo después de que se introdujeran las máquinas de ordeño eléctricas, y una gran cantidad de animales estaban en contacto simultáneamente con objetos metálicos conectados a tierra al sistema de distribución eléctrica y a la tierra. Numerosos estudios documentan las causas, [11] los efectos fisiológicos, [12] y la prevención, [13] [14] de la tensión parásita en el entorno de la granja. Hoy en día, la tensión parásita en las granjas está regulada por los gobiernos estatales y controlada por el diseño de planos equipotenciales en áreas donde el ganado come, bebe o da leche. Los aisladores neutros disponibles comercialmente también evitan que los potenciales elevados en el neutro del sistema de servicios públicos eleven el voltaje del neutro de la granja o de los cables de tierra.
Por lo general, los sistemas de tránsito ferroviario tienen al menos uno de los rieles como conductor de retorno para la corriente de tracción. Esta disposición es común, basada en consideraciones económicas, ya que no requiere la instalación de un conductor de retorno adicional. Este riel está en contacto con la tierra en muchos lugares a lo largo de su longitud. Dado que la corriente seguirá cada camino paralelo entre la fuente y la carga, una parte de la corriente de tracción también fluirá a través de la tierra. Esto normalmente se conoce como corriente de fuga o corriente parásita. La cantidad de corriente de fuga depende de la conductancia de las vías de retorno en comparación con el suelo; y de la calidad del aislamiento entre las vías y el suelo. Cuando el ferrocarril utiliza corriente continua , esta corriente parásita puede causar daños a otros objetos metálicos enterrados por electrólisis y acelerar la corrosión de los objetos metálicos en contacto con el suelo. [15]
Los metales enterrados de distinta naturaleza, como el cobre y el acero, pueden funcionar como polos de una celda galvánica , utilizando tierra húmeda como electrolito. Las corrientes directas parásitas en el suelo pueden contrarrestar el efecto anticorrosivo de un sistema de protección catódica . El diseño de los sistemas de transmisión de corriente continua de alto voltaje debe tener cuidado de que la corriente que fluye por la tierra no provoque corrosión inaceptable en objetos enterrados, como tuberías.
Las corrientes parásitas de los ferrocarriles crean o aceleran la corrosión electrolítica de las estructuras metálicas situadas en las proximidades del sistema de transporte. Las tuberías, cables y rejillas de puesta a tierra metálicas tendidas en el suelo cerca de las vías pueden tener una vida útil y una seguridad funcionales mucho más cortas.
Es posible que las pequeñas tensiones parásitas no se noten nunca y que solo se detecten con un voltímetro . Las tensiones parásitas más grandes pueden tener una variedad de efectos, desde apenas perceptibles hasta descargas eléctricas peligrosas o calentamiento eléctrico involuntario que provoque incendios. Normalmente, las cajas de equipos eléctricos de metal están conectadas a tierra para evitar el riesgo de descarga eléctrica si los conductores energizados entran en contacto accidentalmente con la caja. Cuando no se proporciona esta conexión o esta falla, se presenta un grave riesgo de descarga eléctrica o electrocución cuando los conductores del circuito entran en contacto con la caja.
En cualquier situación en la que un equipo energizado esté en contacto eléctrico íntimo con una persona o un animal (como piscinas, quirófanos, máquinas de ordeño eléctricas, lavaderos de coches, lavanderías y muchos otros), se debe prestar especial atención a la eliminación de voltajes dispersos. La piel intacta seca tiene una resistencia mayor que la piel húmeda o una herida, por lo que los voltajes que de otro modo pasarían desapercibidos se vuelven significativos en una situación húmeda o quirúrgica. Las diferencias de potencial entre el agua de la piscina y las barandillas, o las instalaciones de ducha y las tuberías de desagüe conectadas a tierra son comunes como resultado de voltajes de neutro a tierra (NEV). Las diferencias de potencial pueden ser una molestia importante, pero por lo general no ponen en peligro la vida. Sin embargo, un conductor que transporta corriente con el aislamiento dañado puede provocar voltaje de contacto en lugares inesperados. Las piezas metálicas energizadas por voltaje de contacto pueden ser muy peligrosas y pueden provocar descargas eléctricas o electrocución. Una condición de voltaje de contacto puede surgir espontáneamente por estrés mecánico, térmico o químico en los materiales de aislamiento, o por daño involuntario por actividad de excavación, agarrotamiento por congelación-congelación, corrosión y colapso de conductos, o incluso problemas de mano de obra.
La tensión de contacto energiza objetos que normalmente son seguros: vallas metálicas, cabinas telefónicas metálicas, señales de tráfico metálicas, etc. En cualquier lugar donde exista cableado eléctrico enterrado, puede producirse una falla en dicho cableado y crear condiciones que permitan que la electricidad fluya hacia el entorno inmediato. Algunos sistemas de circuitos tienen dispositivos de protección, como disyuntores o interruptores de circuito por falla a tierra (GFCI), diseñados para aislar dicha falla. Sin embargo, en ausencia de dispositivos de protección, una falla pasará desapercibida hasta que provoque una falla o un incidente de descarga de energía.
La tensión parásita puede tener efectos nocivos para la salud y la productividad de los animales. [16] Algunos productores lecheros han afirmado haber sufrido daños en el rendimiento o en el ganado a causa de ella. [17]
El Dr. Douglas J. Reinemann, profesor de Ingeniería de Sistemas Biológicos en la Universidad de Wisconsin-Madison , informó sobre voltajes parásitos en granjas lecheras en 2003. [18] La investigación de reclamos por voltajes parásitos también debe considerar otras preocupaciones sobre la salud animal.
En 2003, la Corte Suprema de Wisconsin confirmó una sentencia de 1,2 millones de dólares contra la empresa eléctrica de Wisconsin WEPCO en Hoffman v. Wisconsin Electric Power Company . La familia Hoffman, productores lecheros cerca de New London , había demandado a WEPCO después de varios años de producción en descenso. WEPCO había medido corrientes en la granja debido a voltajes erráticos <1 mA , el "nivel de preocupación" establecido por la Comisión de Servicio Público de Wisconsin , pero el tribunal dictaminó sobre bases procesales que la empresa de servicios públicos podía ser considerada negligente según el derecho consuetudinario a pesar de que cumplía con el estándar estatal. Los Hoffman habían presentado, dijo el tribunal, una teoría alternativa viable de que el voltaje erróneo les había causado un daño económico. [19]
En 2017, un jurado se puso del lado de los agricultores Paul y Lyn Halderson en un acuerdo de 4,5 millones de dólares contra Xcel Energy . Los Halderson afirmaron que la tensión parásita de las líneas eléctricas de alta tensión dañó su rebaño de 1.000 vacas y redujo la producción de leche. El jurado determinó que la filial de Xcel, Northern States Power Company , fue "negligente con respecto a la prestación del servicio eléctrico". El jurado otorgó 4,09 millones de dólares por daños económicos y otros 409.000 dólares por "inconvenientes, molestias y pérdida del uso y disfrute" de la propiedad. [20]
En las áreas metropolitanas, los problemas de voltajes dispersos se convirtieron en una preocupación en la década de 1990. Muchas de estas áreas tienen grandes cantidades de equipos de distribución eléctrica subterráneos y aéreos antiguos en espacios públicos abarrotados. Incluso una tasa baja de fallas de aislamiento o fugas de corriente puede resultar en una exposición peligrosa para el público en general.
Consolidated Edison en la ciudad de Nueva York ha tenido incidentes frecuentes de voltaje errante, [21] [22] incluyendo la muerte por electrocución de Jodie S. Lane en 2004, mientras paseaba a su perro en Manhattan . [21] En 2009, la Jodie S. Lane Public Safety Foundation [23] anunció un sitio web de acceso público con mapas que muestran miles de ubicaciones de voltaje errante reportadas en la ciudad de Nueva York. Además, la Fundación patrocina la "Jodie S. Lane Stray Voltage Detection, Mitigation & Prevention Conference", una reunión anual a la que asisten empresas de energía y reguladores de todo el país para discutir programas de detección de voltaje errante. La Fundación también inició y promueve el escaneo móvil regular por parte de las empresas de servicios públicos para detectar peligros de voltaje errante.
En Boston, NSTAR Electric (anteriormente Boston Edison ) también ha tenido problemas con voltajes parásitos peligrosos, que han matado a varios perros durante la década de 1990. [24] Como resultado, el gobierno de la ciudad de Boston inició un programa para detectar, informar y reparar los peligros de voltajes parásitos. [25]
Toronto Hydro suspendió a todos sus empleados de sus tareas habituales durante el fin de semana del 30 de enero de 2009 para solucionar los problemas de descargas eléctricas que se estaban produciendo en la ciudad. [26] Esto se produjo después de que cinco niños recibieran descargas eléctricas [27], aunque ninguno sufrió lesiones graves. El problema de las descargas eléctricas se había cobrado la vida de dos perros en los meses anteriores. [28]
En marzo de 2013, la californiana Simona Wilson ganó una demanda de 4 millones de dólares contra su compañía eléctrica después de que voltajes dispersos de una subestación eléctrica cerca de su casa la electrocutaran repetidamente a ella y a miembros de su familia cada vez que estaban en la ducha. [29]
En una decisión del 17 de agosto de 2000, el juez administrativo de la Administración del Seguro Social de los Estados Unidos, Edward Bergtholdt, otorgó a Michael Gunner una incapacidad permanente por exposición a voltajes parásitos. [ cita requerida ]
La tensión parásita generalmente se descubre durante trabajos eléctricos de rutina o como resultado de una queja de un cliente o un incidente de descarga eléctrica. Un número cada vez mayor de empresas de servicios públicos en áreas urbanas ahora realizan pruebas activas periódicas y sistemáticas de rutina para detectar la tensión parásita (o más específicamente, la tensión de contacto) por razones de seguridad pública. Algunas fallas eléctricas incipientes también pueden descubrirse durante trabajos de rutina o programas de inspección que no se centran específicamente en la tensión parásita.
El equipo utilizado para detectar voltajes erráticos varía, pero los dispositivos más comunes son los bolígrafos comprobadores eléctricos o los detectores de campo eléctrico , con pruebas de seguimiento utilizando un voltímetro de baja impedancia. Los bolígrafos comprobadores eléctricos son dispositivos portátiles que detectan una diferencia de potencial entre la mano del usuario y el objeto que se está probando. Generalmente indican al entrar en contacto con un objeto energizado, si la diferencia de potencial está por encima del umbral de sensibilidad del dispositivo. La confiabilidad de la prueba puede verse afectada si el usuario se encuentra a un potencial elevado, o si el usuario no está haciendo un contacto firme con la mano desnuda en el terminal de referencia del comprobador.
El acoplamiento capacitivo es el mecanismo que utilizan los dispositivos de prueba eléctrica tipo lápiz. Debido a que la capacitancia entre un objeto y una fuente de corriente es típicamente pequeña, solo pueden fluir corrientes muy pequeñas desde la fuente energizada hasta el objeto acoplado. Los voltímetros digitales o analógicos de alta impedancia pueden medir voltajes elevados de objetos no energizados a partir del acoplamiento y, en efecto, proporcionar una lectura engañosa. Por ese motivo, las mediciones de voltaje de alta impedancia de objetos normalmente no energizados deben verificarse.
La verificación de una lectura de voltaje se realiza utilizando un voltímetro de baja impedancia , que generalmente tiene una carga de resistencia en derivación que une los terminales del voltímetro. Dado que puede fluir muy poca corriente desde una superficie acoplada a través de la pequeña resistencia de derivación o del medidor, los voltajes acoplados capacitivamente colapsarán a cero, lo que indica una "falsa alarma" inofensiva. Por el contrario, si un objeto que se está probando está en contacto con una fuente de corriente , o acoplado por una capacitancia muy grande (posible pero poco probable en este contexto), el voltaje caerá solo ligeramente según lo dicta la ley de Ohm . En este último caso, se está entregando potencia real, lo que indica una situación potencialmente peligrosa.
Los detectores de campo eléctrico detectan la intensidad del campo eléctrico en relación con el cuerpo del usuario o la plataforma de montaje. Al detectar gradientes de campo eléctrico a distancia, pueden detectar objetos energizados sin hacer contacto directo, lo que hace que estos instrumentos sean útiles para escanear o examinar áreas grandes en busca de posibles peligros eléctricos. Una lectura de campo eléctrico baja también proporciona una indicación definitiva de que no hay objetos energizados dentro de un área probada. Los detectores de campo eléctrico responden a todas las fuentes de campo y cualquier indicación positiva debe verificarse con un voltímetro de baja impedancia para eliminar los falsos positivos. La detección de proximidad de campo eléctrico también tiene otras aplicaciones industriales, desde la fabricación hasta la seguridad de los edificios.
Dado que la tensión parásita no se puede ver, oler ni oír, no existe una manera sencilla de que el público sepa cuándo existe una situación peligrosa. Las pruebas periódicas son una precaución importante, pero es posible que se desarrolle una situación peligrosa sin previo aviso.
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