El voltaje parásito es la aparición de potencial eléctrico entre dos objetos que idealmente no deberían tener ninguna diferencia de voltaje entre ellos. A menudo existen pequeños voltajes entre dos objetos conectados a tierra en ubicaciones separadas debido al flujo de corriente normal en el sistema de energía. El voltaje de contacto es un término mejor definido cuando aparece un voltaje grande como resultado de una falla. La tensión de contacto en la carcasa de un equipo eléctrico puede deberse a una falla en el sistema de energía eléctrica, como una falla de aislamiento.
La terminología tensión parásita se puede utilizar en cualquier caso de potencial eléctrico elevado no deseado. Una terminología más precisa da una indicación de la fuente de tensión. 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. En teoría, el neutro tiene 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 del 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 determinado 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 una falla en los materiales o el diseño.
En 2005, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) convocó al Grupo de Trabajo 1695 en un intento de establecer definiciones y directrices para mitigar los diversos fenómenos denominados "tensión parásita". El grupo de trabajo intentó distinguir entre los términos tensión parásita y tensión de contacto de la siguiente manera:
A pesar de las definiciones anteriores, el término tensión parásita sigue siendo utilizado tanto por los trabajadores de servicios públicos como por el público en general para todos los casos de exceso de electricidad no deseado. Por ejemplo, en la "Conferencia anual sobre detección, mitigación y prevención de voltajes perdidos de Jodie S. Lane", 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 todo Estados Unidos y Canadá continuaron Utilice voltaje parásito para todos los casos de exceso de electricidad no deseado. El término tensión de contacto se utilizó sólo una vez, posiblemente porque la "tensión de contacto" generalmente es culpa de la empresa de suministro, red o instalación. Pocas empresas están dispuestas a discutir abiertamente sus fallos, y mucho menos aquellos que se consideran potencialmente mortales. Parecería que la tensión parásita es ahora el término común para todas las fugas de tensión no deseadas porque clasifica la falla 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 bóveda de servicios públicos de cinco pies por ocho pies que estaba energizada por un "cable mal aislado". [3] En la cobertura de su muerte y la creciente preocupación sobre el 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 parásito como voltaje neutro a tierra (NEV) , pero admitió que la notoriedad del incidente de Lane había provocado que el voltaje perdido fuera un término bien reconocido por el público.
Luego, el regulador utilizó voltaje parásito para referirse a cualquier "condición de voltaje en las instalaciones eléctricas que normalmente no debería existir". Estas condiciones pueden deberse a uno o más factores, incluidos, entre otros, cables dañados, aislamiento deteriorado, deshilachado o faltante, mantenimiento inadecuado o instalación inadecuada." [4] En el mismo documento, la comisión aceptó que el NEV es una condición que ocurre naturalmente. [ se necesita aclaración ]
Desde entonces, el término tuvo al menos dos definiciones muy diferentes, que confundieron a las empresas de servicios públicos, a los reguladores y al público. [5] El término "tensión parásita" se utiliza comúnmente para todas las fugas eléctricas no deseadas, tanto por el público en general como por muchos profesionales de servicios eléctricos. Otro fenómeno más esotérico que también resulta en voltajes elevados en superficies normalmente no energizadas, también se conoce como “voltaje parásito”. Algunos ejemplos son el voltaje del acoplamiento capacitivo , la corriente inducida por líneas eléctricas, EMF , rayos , aumento del potencial de tierra y problemas derivados de neutros abiertos (desconectados).
Los objetos metálicos sin conexión a tierra cerca de fuentes de campos eléctricos , como letreros de neón o conductores que transportan corrientes alternas, pueden tener niveles de voltaje medibles causados por el acoplamiento capacitivo . Dado que los voltajes detectados por instrumentos de alta impedancia desaparecen o se reducen considerablemente cuando se sustituye por uno de baja impedancia, el efecto a veces se denomina voltaje fantasma (o voltaje fantasma ). [6] Los electricistas suelen utilizar el término y puede verse, por ejemplo, al medir el voltaje en un dispositivo de iluminación después de retirar la bombilla. Es común medir voltajes fantasma de 50 a 90 nbsp; V al probar el cableado de circuitos ordinarios de 120 V con un instrumento de alta impedancia. El voltaje producido puede llegar casi al voltaje de suministro total, pero la capacitancia o inductancia mutua entre los cables de los sistemas de cableado de edificios suele ser bastante baja e incapaz de suministrar cantidades significativas de corriente . [7]
Sin embargo, en trabajos de transmisión aérea en o cerca de líneas de alto voltaje, las reglas de seguridad requieren conectar un conductor a tierra durante el mantenimiento. Esto se debe a que los voltajes y corrientes inducidas en un conductor pueden causar 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 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 los voltajes peligrosos causados por fallas de aislamiento y otras fallas eléctricas.
Incluso una persona que esté parada sobre una superficie aislada puede recibir una descarga eléctrica sólo al tocar el cable caliente debido a que el cuerpo de la persona está acoplado capacitivamente al suelo sobre el que se encuentra.
La inducción electromagnética clásica puede ocurrir cuando conductores largos forman un bucle abierto a tierra debajo y paralelo a las líneas de transmisión o distribución. En esos casos, se induce corriente en el circuito cuando una persona hace contacto con él y con tierra. Dado que se trata de 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]
Es posible que se produzcan fugas de tensión parásita a través del aislamiento dañado o degradado. La falla del aislamiento es esencialmente una falla de alta impedancia que permitirá que la corriente fluya a través de cualquier camino disponible a tierra, una condición que puede causar descargas eléctricas o incendios si no se mitiga. Esta fuga puede ocurrir cuando hay daños causados por tensiones físicas, térmicas o químicas en el aislamiento de las líneas eléctricas, especialmente, entre otros, cables subterráneos o submarinos. Ejemplos de este daño son el aislamiento hinchado o agrietado por el sobrecalentamiento, las abrasiones causadas por la excavación o el agarrotamiento del suelo y el daño por corrosión debido a la exposición a la sal o al aceite. Las fugas eléctricas también pueden ocurrir debido a la acumulación de humedad, sal, polvo y suciedad en los aisladores al aire libre en la distribución aérea de energía. Si la fuga en estos casos es lo suficientemente grave, puede provocar un incendio en un poste de servicios públicos.
El término "tensión parásita" se utiliza para 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 de retorno a tierra de un solo cable utilizados en algunas zonas rurales. Este gradiente es bajo en puntos alejados de las conexiones de retorno a tierra, pero aumenta cerca de las picas de tierra donde el circuito metálico ingresa a tierra.
En los sistemas de energía eléctrica trifásicos de cuatro hilos ("estrella"), cuando la carga en las fases no es exactamente igual, hay algo de 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 primaria 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 del voltaje parásito. [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 utilizaron dichos sistemas. El voltaje perdido se convirtió en un problema para la industria láctea algún tiempo después de que se introdujeran las máquinas de ordeño eléctricas, y un gran número de animales estaban simultáneamente en contacto con objetos metálicos conectados a tierra al sistema de distribución eléctrica y a tierra. Numerosos estudios documentan las causas, [11] los efectos fisiológicos, [12] y la prevención, [13] [14] de la tensión parásita en el entorno agrícola. Hoy en día, la tensión parásita en las granjas está regulada por los gobiernos estatales y controlada mediante 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 aumenten el voltaje del neutro de la granja o de los cables de tierra.
Normalmente, un sistema de tránsito ferroviario tendrá al menos uno de los rieles como conductor de retorno para la corriente de tracción. Esta disposición es común, por consideraciones económicas, ya que no requiere la instalación de un conductor de retorno adicional. Este carril está en contacto con la tierra en muchos lugares a lo largo de su longitud. Dado que la corriente seguirá todos los caminos paralelos entre la fuente y la carga, una parte de la corriente de tracción también fluirá a través de la tierra. Esto normalmente se denomina corriente de fuga o corriente parásita. La cantidad de corriente que se escapa 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]
Metales enterrados diferentes, 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 anticorrosión de un sistema de protección catódica . El diseño de sistemas de transmisión de corriente continua de alto voltaje debe tener cuidado de que la corriente que fluye en la tierra no cause corrosión objetable en objetos enterrados como tuberías.
Las corrientes parásitas de los ferrocarriles crean o aceleran la corrosión electrolítica de las estructuras metálicas ubicadas en las proximidades del sistema de tránsito. Los tubos metálicos, cables y rejillas de puesta a tierra tendidos en el suelo cerca de las vías pueden tener una vida útil y funcional de seguridad mucho más corta.
Es posible que nunca se detecten pequeños voltajes parásitos y sólo se pueden detectar con un voltímetro . Las tensiones parásitas más elevadas pueden tener diversos efectos, desde apenas perceptibles hasta descargas eléctricas peligrosas o calentamientos eléctricos involuntarios que provocan incendios. Normalmente, las cajas metálicas de equipos eléctricos están conectadas a tierra para evitar un riesgo de descarga eléctrica si los conductores energizados entran accidentalmente en contacto con la caja. Cuando esta conexión no se proporciona o 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, consultorios, máquinas de ordeño eléctricas, lavaderos de autos, lavanderías y muchos otros), se debe prestar especial atención a la eliminación de voltajes parásitos. La piel seca intacta tiene una mayor resistencia 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 potenciales entre el agua de la piscina y las barandillas, o las duchas y las tuberías de drenaje conectadas a tierra son comunes como resultado de los voltajes neutro a tierra (NEV). Las posibles diferencias pueden ser una gran molestia, pero normalmente no ponen en peligro la vida. Sin embargo, un conductor portador de corriente con aislamiento dañado puede generar 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 debido a tensiones mecánicas, térmicas o químicas en los materiales aislantes, o por daños involuntarios causados por actividades de excavación, agarrotamiento por congelamiento, corrosión y colapso de conductos, o incluso problemas de mano de obra.
El voltaje de contacto energiza objetos que normalmente son seguros: cercas metálicas, cabinas telefónicas metálicas, señales de tráfico metálicas, etc. En cualquier lugar donde exista cableado eléctrico enterrado, puede ocurrir una falla en ese cableado y crear condiciones que permitan que la electricidad fluya hacia los alrededores inmediatos. Algunos sistemas de circuitos tienen dispositivos de protección, como disyuntores o interruptores de circuito de falla a tierra (GFCI), diseñados para aislar dicha falla. Sin embargo, en ausencia de dispositivos de protección, una falla pasará desapercibida hasta que cause una falla o un incidente de descarga de energía.
El voltaje parásito puede tener efectos nocivos sobre la salud y la productividad de los animales. [16] Algunos productores de leche han reclamado daños a los rendimientos o al ganado causados por ello. [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 afirmaciones de voltajes parásitos también debe considerar otros problemas de salud animal.
En 2003, la Corte Suprema de Wisconsin confirmó una sentencia de 1,2 millones de dólares contra la empresa de servicios eléctricos de Wisconsin WEPCO en el caso Hoffman contra Wisconsin Electric Power Company . La familia Hoffman, productores de leche cerca de New London , había demandado a WEPCO después de varios años de disminución de la producción. WEPCO había medido en la granja corrientes debido a voltajes parásitos <1 mA , el "nivel de preocupación" establecido por la Comisión de Servicios Públicos de Wisconsin , pero el tribunal dictaminó por motivos procesales que la empresa de servicios públicos podría ser considerada negligente según el derecho consuetudinario a pesar de que Cumplió con el estándar estatal. Los Hoffman habían presentado, dijo el tribunal, una teoría alternativa viable de que el voltaje parásito les había causado 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 perdida de las líneas eléctricas de alto voltaje dañaba su rebaño de 1.000 vacas y reducía 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 concedió 4,09 millones de dólares por daños económicos y otros 409.000 dólares por "incomodidades, molestias y pérdida de uso y disfrute" de la propiedad. [20]
En las áreas metropolitanas, los problemas de tensión parásita 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 obsoletos 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 frecuentes incidentes de voltaje perdido, [21] [22] incluida la muerte por electrocución de Jodie S. Lane en 2004, mientras paseaba a su perro en Manhattan . [21] En 2009, la Fundación de Seguridad Pública Jodie S. Lane [23] anunció un sitio web de acceso público con mapas que muestran miles de ubicaciones de voltaje perdido reportadas en la ciudad de Nueva York. Además, la Fundación patrocina la "Conferencia Jodie S. Lane sobre detección, mitigación y prevención de voltajes perdidos", una reunión anual a la que asisten empresas de servicios públicos y reguladores de todo el país para discutir programas de detección de voltajes perdidos. La Fundación también inició y promueve la exploración móvil periódica por parte de las empresas de servicios públicos para detectar peligros de tensión parásita.
En Boston, NSTAR Electric (anteriormente Boston Edison ) también ha tenido problemas con voltajes callejeros 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 peligros de tensión parásita. [25]
Toronto Hydro sacó a todos los empleados de sus tareas habituales el fin de semana del 30 de enero de 2009 para hacer frente a los continuos problemas de tensión parásita en la ciudad. [26] Esto se produjo después de que cinco niños sufrieran descargas eléctricas [27], aunque ninguno sufrió lesiones graves. El problema de la tensión perdida se había cobrado la vida de dos perros en los últimos meses. [28]
En marzo de 2013, la californiana Simona Wilson ganó una demanda por 4 millones de dólares contra su compañía eléctrica después de que un voltaje perdido de una subestación eléctrica cerca de su casa la impactara repetidamente a ella y a los miembros de su familia cada vez que estaban en la ducha. [29]
El juez de derecho administrativo de la Administración de la Seguridad Social de los Estados Unidos, Edward Bergtholdt, en una decisión del 17 de agosto de 2000 otorgó a Michael Gunner una incapacidad permanente por exposición a voltajes perdidos. [ cita necesaria ]
El voltaje perdido 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 creciente de empresas de servicios públicos en áreas urbanas ahora realizan pruebas activas periódicas y sistemáticas de rutina para detectar voltaje parásito (o más específicamente, voltaje 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 voltajes parásitos.
El equipo utilizado para detectar voltajes parásitos varía, pero los dispositivos comunes son bolígrafos de prueba eléctricos o detectores de campo eléctrico , con pruebas de seguimiento utilizando un voltímetro de baja impedancia. Los bolígrafos probadores 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 en un potencial elevado o si el usuario no hace contacto firme con la mano desnuda en el terminal de referencia del probador.
El acoplamiento capacitivo es el mecanismo utilizado por los dispositivos de prueba eléctrica. Debido a que la capacitancia entre un objeto y una fuente de corriente suele ser pequeña, sólo pueden fluir corrientes muy pequeñas desde la fuente energizada al objeto acoplado. Los voltímetros digitales o analógicos de alta impedancia pueden medir voltajes elevados de objetos no energizados del acoplamiento y, de hecho, proporcionar una lectura engañosa. Por esa razón, se deben verificar las mediciones de voltaje de alta impedancia de objetos normalmente no energizados.
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 derivación o resistencia 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 sólo ligeramente según lo dicta la ley de Ohm . En este último caso, se está entregando energía 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 detectar grandes áreas en busca de posibles peligros eléctricos. Una lectura de campo eléctrico bajo también proporciona una indicación definitiva de que no hay objetos energizados dentro del 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 falsos positivos. La detección de proximidad de campos eléctricos también tiene otras aplicaciones industriales, desde la fabricación hasta la seguridad de los edificios.
Dado que el voltaje parásito no se puede ver, oler ni oír, no existe una manera fácil para que el público sepa cuándo existe una condición peligrosa. Las pruebas periódicas son una precaución importante, pero es posible que se desarrolle una condición peligrosa sin previo aviso.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace )