Figura 1: Ausencia de comprobador de tensión | Corporación Panduit.
La teoría eléctrica básica establece que cuanto mayor es la carga, mayor es la corriente. Normalmente, la corriente fluye a través de conductores y diversos componentes eléctricos, pero ¿qué sucede si la corriente toma un camino diferente? ¿Qué sucede si fluye a través del aire o a través del tejido humano? Una corriente de gran magnitud que fluye a través del aire puede crear un arco eléctrico, que puede provocar lesiones graves o la muerte. Una muerte por descarga eléctrica solo requiere una fracción de amperio. Exploremos los detalles de ambos caminos y los métodos que se pueden utilizar para reducir el riesgo de cada uno.

Eliminar el peligro

Con muy pocas excepciones, OSHA y NFPA 70E exigen que los sistemas se coloquen en una condición de funcionamiento eléctricamente segura antes de realizar el trabajo, es decir, eliminar el peligro. NFPA 70E define los pasos para establecer esta condición en la Sección 120.5, que incluye la prueba de ausencia de voltaje. Esta prueba en sí misma puede ser un riesgo si el sistema permanece energizado por alguna razón, como un alimentador faltante o una falla de conmutación. Además, el trabajo energizado aún puede ocurrir donde lo permita NFPA 70E 110.4, Trabajo Energizado.

Durante mis programas de capacitación, a menudo recuerdo un incidente en el que la prueba de ausencia de voltaje salvó la vida a dos contratistas. Los trabajadores abrieron un interruptor de desconexión para un equipo que necesitaba mantenimiento y asumieron que el equipo estaba desenergizado. El encargado recordó cómo le expliqué el requisito de realizar una prueba de ausencia de voltaje durante un programa de capacitación en su sitio.

En lugar de continuar con el trabajo, se detuvo y buscó su taxímetro, y se sorprendió al comprobar que el autobús todavía tenía corriente cuando lo probó. Una inspección más detallada reveló que, aunque la palanca del interruptor estaba en la posición de apagado, el mecanismo interno del interruptor no se abría. Desastre evitado.

Los métodos más seguros de verificación de ausencia de voltaje pueden incluir dispositivos que proporcionen una indicación visual en el exterior del equipo sin exponer al trabajador eléctrico directamente a los peligros, como se muestra en las Figuras 1 y 2. La Excepción 1 de NFPA 70E 120.5 proporciona detalles sobre el uso de dichos dispositivos.

Corriente a través del tejido: descarga y electrocución

Los peligros de descarga eléctrica y electrocución se conocen desde los primeros tiempos de los sistemas de energía eléctrica. La primera generación de electricistas aprendió rápidamente, por las malas, a no tocar las “partes brillantes”, ya que podrían sufrir heridas o algo peor. Sin embargo, no se sabía mucho sobre los efectos fisiológicos de la corriente eléctrica en el cuerpo.

Esta falta de comprensión continuó durante los años 1950 y 1960. La edición de 1953 del American Electrician's Handbook (Manual del electricista estadounidense) brindaba orientación para probar circuitos al tocarlos. En él se afirma específicamente: “Los electricistas a menudo prueban los circuitos para detectar la presencia de voltaje tocando los conductores con los dedos. Este método es seguro cuando el voltaje no supera los 250”.

Sigue con mucha más información, el tipo de cosas que darían para un gran meme en las redes sociales. Puedo decir honestamente que nunca he probado intencionalmente un circuito usando ese método, pero he hablado con personas a lo largo de los años que lo hicieron o conocían a personas que lo hicieron.

Para explorar los efectos fisiológicos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano, Charles Dalziel realizó experimentos con sujetos de prueba y publicó los resultados en su artículo de referencia de 1961, “Efectos nocivos de las descargas eléctricas”. Los experimentos incluyeron ovejas, cerdos, perros e incluso seres humanos.

(Era una época diferente, hace 60 años.)

El trabajo de Dalziel sentó las bases de lo que conocemos hoy, como el umbral de corriente en el que los músculos de una persona se contraen involuntariamente y no pueden soltar el conductor. Además, si la corriente pasa por el pecho y los órganos vitales de una persona, la investigación de Dalziel ayudó a definir el umbral de corriente en el que es probable que se produzca parálisis respiratoria y fibrilación ventricular, lo que puede tener un desenlace fatal.

Protección

En la actualidad existen varias medidas de protección para ayudar a quienes trabajan cerca de la electricidad. A continuación se mencionan dos:

Guantes y mantas aislantes: El aislamiento del trabajador eléctrico de los conductores energizados se puede lograr mediante el uso adecuado de guantes aislantes eléctricos, que se fabrican de acuerdo con normas estrictas como ASTM D120, Especificación estándar para guantes aislantes de caucho. Están disponibles en función de varias clases de voltaje, según los requisitos de voltaje máximo de uso. Con pocas excepciones, se requiere el uso de guantes aislantes con guantes protectores de cuero.

Interruptor diferencial: La probabilidad de descarga eléctrica aumenta cuando se utiliza electricidad en lugares húmedos. El trabajo de Dalziel dio como resultado su invención del interruptor de circuito por falla a tierra (GFCI). Los conceptos básicos de un GFCI son simples: mide la corriente que fluye hacia una carga en el conductor de fase y la compara con la corriente que regresa al conductor neutro. Si se produce un desajuste mayor a 4-6 miliamperios, la corriente "faltante" puede estar viajando a través de una persona y el dispositivo se dispara instantáneamente, desconectando el circuito potencialmente fatal.

Aunque los GFCI se exigieron por primera vez cerca de piscinas, Código Eléctrico Nacional Los requisitos se han ampliado enormemente a lo largo de los años para incluir baños, fregaderos de cocina, garajes y más.

Corriente a través del aire: arco eléctrico

Cuando la corriente fluye a través de un espacio de aire, generalmente debido a un contacto involuntario o a una falla de un componente, se produce un arco eléctrico potencialmente mortal. La norma NFPA 70E, Norma para la seguridad eléctrica en el lugar de trabajo, utilizó por primera vez el término “arco eléctrico” en la edición de 1995. La norma IEEE 1584, Guía IEEE para realizar cálculos de peligro de arco eléctrico, proporciona un modelo para predecir la gravedad de un arco eléctrico en términos de energía incidente en calorías por centímetro cuadrado (cal/cm2).

Duración del arco

Una de las variables más importantes que definen la gravedad de un arco eléctrico es la duración del mismo. Si la duración se duplica, la energía incidente se duplica. Si se reduce a la mitad, la energía incidente se reduce a la mitad. Para reducir la gravedad de un arco eléctrico, se han desarrollado muchos métodos innovadores para controlar la duración.

Reducir la duración parece un concepto simple: configurar todos los dispositivos ajustables para que se disparen lo más rápido posible. Sin embargo, si todos los dispositivos se dispararan lo más rápido posible, podría producirse una interrupción más generalizada durante una falla. Para minimizar la extensión de la interrupción, generalmente se seleccionarán o configurarán los dispositivos ubicados más cerca de la fuente para que funcionen más lentamente, lo que permitirá que los dispositivos más cercanos a la carga se disparen primero. Este concepto se conoce como coordinación selectiva. Sin embargo, para proteger mejor a los trabajadores eléctricos, los dispositivos deben funcionar lo más rápido posible. Esto plantea un gran conflicto entre objetivos en competencia: aumentar la seguridad con un funcionamiento rápido o aumentar la confiabilidad con un funcionamiento lento. Una solución es utilizar dispositivos con configuraciones normales para minimizar la interrupción, así como configuraciones rápidas que se puedan habilitar temporalmente cuando se realice un trabajo energizado.

Otro problema puede surgir cuando se utilizan dispositivos de protección más grandes. Cuanto más grande sea el dispositivo, más corriente se requiere para dispararse instantáneamente (normalmente unos pocos ciclos). Si la corriente de cortocircuito de arco potencial es demasiado baja, puede dispararse en una región de retardo de tiempo, demorando mucho más y dando como resultado una energía incidente mucho mayor (y más peligrosa). Por ejemplo, si la energía incidente potencial es de 6 cal/cm2 en función de un tiempo instantáneo de tres ciclos, y si el mismo dispositivo se dispara en la región de retardo de tiempo, demorando 10 veces más (30 ciclos), la energía incidente potencial también aumentaría en un factor de 10.

Para abordar los problemas con dispositivos más grandes, 2020 Comité ejecutivo nacional La Sección 240.87, Reducción de energía de arco, establece: “Cuando el ajuste de disparo de corriente continua más alto para el cual está clasificado o se puede ajustar el dispositivo de sobrecorriente real instalado en un disyuntor es de 1200 A o más, se aplicarán 240.87(A) y (B)”.

(A), Documentación, se refiere a la documentación que demuestra que el método seleccionado funcionará por debajo de la corriente de arco disponible. (B), Método para reducir el tiempo de limpieza, enumera métodos como un interruptor de mantenimiento de reducción de energía de arco que se puede utilizar como una configuración temporal para que la función instantánea funcione a una corriente menor que la corriente de arco disponible.

Dirección

La norma NFPA 70E define los equipos resistentes a arcos eléctricos como “equipos diseñados para soportar los efectos de una falla de arco interno y que dirigen la energía liberada internamente lejos del empleado”. Los equipos resistentes a arcos eléctricos están diseñados de acuerdo con la norma IEEE C37.20.7, Guía para la prueba de tableros de distribución con capacidad de hasta 52 kV para fallas de arco interno. El concepto general es que si las puertas del equipo están correctamente cerradas y se produce un arco eléctrico, el equipo contiene la energía y la redirige lejos del trabajador. La figura 3 muestra un tablero de distribución con capacidad de arco.

Hace varios años, fui testigo accidentalmente de una prueba de un tablero de distribución resistente a arcos eléctricos de 15 kilovoltios. La prueba se estaba llevando a cabo en el extremo opuesto de una gran instalación donde yo estaba realizando pruebas de arco eléctrico por separado. Justo antes de la prueba, sonó una alarma que indicaba que todos debían ponerse a cubierto. ¡Kabum! Parecía el fin del mundo. Corrí inmediatamente a ver qué era.

Mientras aún salía humo del extremo del conducto luego de la prueba exitosa, rápidamente me di cuenta de que el ruido ensordecedor es una alternativa mucho mejor que tener toda esa energía dirigida hacia el trabajador.

Distancia

Aumentar la distancia entre el trabajador y un posible arco eléctrico puede reducir en gran medida la energía incidente que recibe el trabajador. Se han introducido muchos dispositivos, como los que se muestran en la Figura 4, para operar equipos eléctricos de forma remota. Este equipo no evitará un arco eléctrico, pero si ocurre, puede aumentar en gran medida la distancia y ayudar a colocar al trabajador fuera del área de peligro conocida como el límite del arco eléctrico.

El progreso continúa

Estas son solo algunas de las innovaciones que reducen el riesgo de descargas eléctricas, electrocución y arcos eléctricos. ¿Vale la pena el costo adicional de estas tecnologías? Intente hacerle esa pregunta a un amigo o familiar de una víctima.

Este artículo se publicó originalmente en la edición de mayo de 2022 de la revista Electrical Contractor.