Ruta de la corriente de choque

Como ya hemos aprendido, la electricidad requiere una ruta completa (circuito) para fluir continuamente. Esta es la razón por la que 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. Las descargas de duración autolimitada como esta rara vez son peligrosas.

Sin dos puntos de contacto en el cuerpo para que la corriente entre y salga, respectivamente, no hay peligro de descarga. Esta es la razón por la que las aves pueden descansar de manera segura en líneas eléctricas de alto voltaje sin recibir descargas eléctricas: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 existe voltaje "encendido" o "en" un solo punto en el circuito, por lo que el ave que entra en contacto con un solo punto en el circuito anterior no tiene voltaje aplicado en todo su cuerpo para establecer una corriente a través de él.

Sí, aunque descansan en dos pies, ambos pies tocan el mismo cable, lo que los hace eléctricamente comunes . Hablando eléctricamente, ambas 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 uno a creer que es imposible recibir una descarga eléctrica con solo tocar un cable. Al igual que los pájaros, si estamos seguros de tocar solo un cable a la vez, estaremos a salvo, ¿verdad? Desafortunadamente, esto no es correcto. A diferencia de las aves, las personas suelen estar de pie en el suelo cuando entran en contacto con un cable "vivo".

Muchas veces, un lado de un sistema de energía se conectará intencionalmente a tierra, por lo que la persona que toca un solo cable está realmente haciendo contacto entre dos puntos del circuito (el cable y la tierra):

El símbolo de tierra es ese conjunto de tres barras horizontales de ancho decreciente ubicadas en la parte inferior izquierda del circuito que se muestra, y también en el 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 el suelo 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 están tocando la tierra.

Algunas preguntas suelen surgir en este punto en la mente del estudiante:

• Si la presencia de un punto a tierra en el circuito proporciona un punto de contacto fácil para que alguien reciba una descarga, ¿por qué tenerlo en el circuito? ¿No sería más seguro un circuito sin tierra?
• La persona que recibe la descarga probablemente no esté descalza. Si el caucho y la tela son materiales aislantes, ¿por qué sus zapatos no los protegen evitando que se forme un circuito?
• Qué tan bien un conductor puede ensuciar ¿ser? Si puede recibir una descarga eléctrica con la corriente a través de la tierra, ¿por qué no utilizar la tierra como conductor en nuestros circuitos de energía?

En respuesta a la primera pregunta, la presencia de un punto de "conexión a tierra" intencional en un circuito eléctrico tiene como objetivo garantizar que un lado de él esté seguro 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 aunque sus pies todavía estuvieran 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 se hace eléctricamente común con puesta a tierra. Dado que no puede haber voltaje entre los puntos eléctricamente comunes, no se aplicará voltaje a través de la persona que está en contacto con el cable inferior y no recibirá una descarga.

Por la misma razón, el cable que conecta el circuito a la varilla / placas de conexión a tierra generalmente se deja desnudo (sin aislamiento), de modo que cualquier objeto metálico con el que roce será también eléctricamente común con la tierra.

La conexión a tierra del circuito garantiza que al menos un punto del circuito sea seguro para tocar. Pero, ¿qué hay de dejar un circuito completamente sin conexión a tierra? ¿No haría eso que cualquier persona que toque un solo cable sea tan seguro como el pájaro posado en solo uno? Idealmente, sí. Prácticamente no. Observe lo que sucede sin ningún fundamento:

A pesar de que los pies de la persona todavía están en contacto con el suelo, cualquier punto del circuito debe ser seguro para tocar. Dado que no se forma una ruta completa (circuito) 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 la rama de un árbol que toca una línea eléctrica y proporciona la conexión a tierra:

Tal conexión accidental entre un conductor del sistema de energía y la tierra (tierra) se llama falla a tierra .

Fallas a tierra

Las fallas a tierra pueden ser causadas por muchas cosas, incluida la acumulación de suciedad en los aisladores de las líneas eléctricas (creando una ruta de agua sucia para la corriente desde el conductor hasta el poste y al suelo, cuando llueve), la infiltración de agua subterránea en los conductores de las líneas eléctricas enterradas, 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 sus ramas podrían tocarse. Si un árbol rozara el cable superior en el circuito, haría que el cable superior fuera seguro de tocar y el inferior peligroso, justo lo opuesto al escenario anterior donde el árbol hace contacto con el cable inferior:

Con una rama de árbol en contacto con el cable superior, ese cable se convierte en el conductor conectado a tierra en el circuito, eléctricamente común con la conexión a 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 eléctrico. Considere un sistema de energía sin conexión a tierra sin árboles en contacto, pero esta vez con dos personas que tocan cables individuales:

Con cada persona parada en el suelo, contactando 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 con solo tocar un punto en el circuito, sus acciones combinadas crean un escenario mortal. En efecto, una persona actúa como falla a tierra, lo que la hace insegura para la otra persona.

Esta es exactamente la razón por la que los sistemas de energía sin conexión a tierra son peligrosos:el voltaje entre cualquier punto del circuito y tierra (tierra) es impredecible porque una falla a tierra podría aparecer en cualquier punto del circuito en cualquier momento. El único personaje que se garantiza que está a salvo en estos escenarios es el pájaro, ¡que no tiene ninguna conexión a tierra!

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 sí de hecho, proporcione algo de aislamiento eléctrico para ayudar a proteger a alguien de la conducción de 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, la humedad, la suciedad o las sales conductoras del sudor corporal en la superficie o permeadas a través de las suelas de los zapatos comprometerán el poco valor aislante que tenía el zapato para empezar. Hay zapatos hechos específicamente para trabajos eléctricos peligrosos, así como tapetes de goma gruesos hechos 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 al 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 con la mano o el pie, aislado con goma:20 MΩ típico.
• Contacto con el 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 mucho reduce la resistencia eléctrica.

En respuesta a la tercera pregunta, la suciedad no es un buen conductor (¡al menos no cuando está seca!). 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 mala conductividad de la suciedad es suficiente para proporcionar un camino para la corriente letal cuando hay suficiente voltaje disponible, como suele haber. está en los sistemas de energía.

Algunas superficies del suelo 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 (químico conductor).

REVISAR:

• 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 varillas o placas metálicas enterradas en la tierra para garantizar que un lado del circuito esté siempre a potencial de tierra (voltaje cero entre ese punto y la conexión a tierra) .
• Una falla a tierra es una conexión accidental entre un conductor de circuito y la tierra (tierra).
• Se fabrican zapatos y tapetes especiales con aislamiento para proteger a las personas de los golpes a través de la conducción a tierra, pero incluso estas piezas de equipo deben estar limpias y secas para que sean efectivas. El calzado normal no es lo suficientemente bueno para brindar protección contra los golpes aislando a quien lo usa de la tierra.
• Aunque la suciedad es un mal conductor, puede conducir suficiente corriente como para dañar o matar a un ser humano.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo sobre descargas eléctricas