Contactos Indirectos
Los contactos indirectos se producen en situaciones en las que una persona entra en contacto con partes metálicas o masas que han quedado bajo tensión eléctrica debido a un fallo en el sistema eléctrico.
Una masa es cualquier parte metálica de un material o aparato eléctrico susceptible de ser tocada y que normalmente no está bajo tensión, pero que puede estarlo en caso de fallo. No están directamente conectadas al circuito eléctrico ni forman parte de él
Los contactos indirectos pueden ocurrir, por ejemplo, cuando una carcasa o envolvente metálica de un electrodoméstico se electrifica, generalmente debido a un fallo de aislamiento.
El REBT nos indica las medidas de protección a contactos directos e indirectos en la instrucción técnica complementaria ITC-BT-24.
La principal causa de los contactos indirectos se debe a fallos eléctricos en dispositivos receptores, donde un conductor activo hace contacto con una parte metálica, como la carcasa de un electrodoméstico o un motor. Esto desvía la corriente eléctrica a través de estas partes metálicas, exponiendo a las personas a riesgos eléctricos al entrar en contacto con las masas.
Conectar una masa a tierra mediante un conductor de protección reduce significativamente la tensión que aparecería en ella en caso de un un contacto accidental con un conductor activo
Contenidos
Medidas de Protección contra los Contactos Indirectos
La ITC-BT-24 define varias protecciones a considerar contra contactos indirectos, pero la más importante es la protección por corte automático de la alimentación.
En el esquema TT habitual de conexión a tierra de las instalaciones eléctricas, y concretamente en las viviendas, el elemento de corte solo puede ser el interruptor diferencial.
Sin embargo, en otras instalaciones y para cualquiera de los otros esquemas de conexión a tierra (esquemas IT o TN) podría utilizarse el fusible o el interruptor automático, como dispositivos de corte, siempre que se cumplan las condiciones indicadas en dicha instrucción.
Igualmente a lo que se dijo en el contacto directo, la tensión de contacto Vc a la que se ve sometida la persona deberá ser inferior a la tensión límite de seguridad VL de 50V (para los locales secos) o 24 V (para los locales húmedos).
Las principales medidas de protección a contactos indirectos a considerar son, según el REBT, las siguientes:
1ª) Protección por empleo de equipos de la clase II o por aislamiento equivalente
2ª) Protección en los locales o emplazamientos no conductores
3ª) Protección mediante conexiones equipotenciales locales no conectadas a tierra
4ª) Protección por separación eléctrica
5ª) Protección por corte automático de la alimentación
Las 4 primeras medidas no requieren puesta a tierra para protección. En cambio, en la protección por corte automático de la alimentación, la conexión a tierra es fundamental, ya que permite que en caso de fallo, el sistema detecte la corriente de defecto para la desconexión automática de la alimentación.
Protección por Empleo de Equipos de la Clase II o por Aislamiento Equivalente
La protección por empleo de equipos de la clase II o por aislamiento equivalente se asegura por:
● Utilización de equipos con un aislamiento doble o reforzado (clase II).
● Conjuntos de aparamenta construidos en fábrica y que posean aislamiento equivalente.
● Aislamientos suplementarios montados en el curso de la instalación eléctrica.
● Aislamientos reforzados montados en el curso de la instalación eléctrica.
Los equipos de clase II se identifican mediante el símbolo:
Para indicar que estos equipos no deben conectarse a tierra, también se utiliza el símbolo:
La protección por empleo de equipos de la Clase II o por aislamiento equivalente es especialmente importante en entornos donde hay un mayor riesgo de exposición a la electricidad, como en áreas húmedas o en entornos industriales.
Equipos de la Clase II
Los equipos de clase II son aparatos diseñados con un aislamiento doble o reforzado que proporciona una protección adicional contra descargas eléctricas.
Todos los aparatos cuentan con un aislamiento básico o funcional necesario para garantizar su correcto desempeño. En el caso de los equipos de Clase II, este aislamiento funcional se complementa con un segundo aislamiento de protección. De modo que, en caso de que el primero falle, ninguna parte metálica accesible queda bajo tensión.
Los equipos de Clase II se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como cuadros de distribución, herramientas manuales y pequeños electrodomésticos como batidoras, molinillos, exprimidores, secadores de pelo y afeitadoras. Podemos observar cómo estos aparatos no tienen toma de tierra en su cable de alimentación.
Aislamiento Equivalente
La protección por aislamiento equivalente se refiere al uso de materiales y técnicas de aislamiento que proporcionan un nivel de protección similar al de los equipos de doble aislamiento.
Esto puede incluir el uso de materiales aislantes de alta resistencia, como plásticos especiales, cerámicas o resinas. También el diseño de equipos y componentes eléctricos que minimicen las posibilidades de contacto accidental con partes conductoras.
Protección en los Locales o Emplazamientos No Conductores
La protección en los locales o emplazamientos no conductores es una medida que garantiza la seguridad eléctrica en entornos donde los materiales de construcción o revestimiento no son conductores de electricidad. Por ejemplo, locales con suelos de madera, plástico, alfombras, etc.
Esta medida de protección está destinada a impedir el contacto simultáneo con partes que pueden ser puestas a tensiones diferentes. Además, si una persona toca una masa en contacto con la fase, no habría corriente de defecto Id porque esta corriente no podría atravesar el suelo o la pared.
En estos locales no debe estar previsto ningún conductor de protección. Las prescripciones se consideran satisfechas si el emplazamiento posee paredes y suelos aislantes y si se cumplen una o varias de las condiciones siguientes:
a) Alejamiento entre masas y obstáculos: debe haber un alejamiento respectivo de las masas y de los elementos conductores, así como de las masas entre sí. La distancia entre 2 elementos debe ser de 2 m como mínimo. Puede ser reducida esta distancia a 1,25 m por fuera del volumen de accesibilidad.
b) Interposición de obstáculos: los obstáculos interpuestos entre las masas o entre las masas y los elementos conductores deben ser eficaces y dejar las distancias a valores del punto a). Los obstáculos deben ser preferiblemente aislantes.
c) Aislamiento o disposición aislada de los elementos conductores: el aislamiento debe tener una rigidez mecánica suficiente y poder soportar una tensión de ensayo de 2.000 V. La corriente de fuga no debe superar 1 mA en las condiciones normales de empleo.
Las paredes y suelos aislantes deben presentar una resistencia no inferior a:
● 50 kΩ, si la tensión nominal de la instalación no es superior a 500 V.
● 100 kΩ, si la tensión nominal de la instalación es superior a 500 V.
Protección mediante Conexiones Equipotenciales Locales No Conectadas a Tierra
La protección mediante conexiones equipotenciales locales no conectadas a tierra es un método basado en la conexión de todas las masas metálicas de la instalación a un mismo potencial.
Si se produce una avería en un equipo eléctrico, la diferencia de potencial entre las masas y el suelo será lo más pequeña posible.
En este sistema hay que tener en cuenta:
– No debe existir conexión a tierra: a diferencia de otros sistemas de puesta a tierra, la red equipotencial no debe estar conectada a tierra, ni directamente ni a través de elementos conductores. Además, suele utilizarse un suelo conductor aislado de tierra, conectado también a la red equipotencial local. En este caso es necesario analizar detenidamente las condiciones de acceso al local.
– Se deben conectar las masas entre sí: la seguridad de las personas se basa en garantizar que todas las masas y elementos conductores simultáneamente accesibles se encuentren siempre al mismo potencial. Se consigue interconectando entre sí, mediante conductores equipotenciales, todas las masas metálicas de la instalación. Por ejemplo, las carcasas de los equipos eléctricos, las tuberías metálicas, las estructuras metálicas del edificio, etc.
Dado que las masas están interconectadas pero no conectadas a tierra, la corriente de defecto Id que se cierra a través del transformador es mínima. Esto significa que no se generan diferencias significativas de tensión entre las distintas masas conectadas.
Por lo tanto, no es necesario mantener distancias específicas entre las masas y los elementos conductores, ni entre las masas entre sí. La diferencia de potencial se iguala prácticamente entre todos estos componentes interconectados, incluido el suelo.
Protección por Separación Eléctrica
La protección por separación eléctrica se basa en crear un circuito eléctrico aislado del circuito de alimentación principal. De esta manera, se evita el cierre de corrientes de defecto hacia los equipos conectados al circuito secundario del transformador, protegiendo a los usuarios.
El circuito debe alimentarse a través de una fuente de separación, es decir:
● Un transformador de aislamiento.
● Una fuente que asegure un grado de seguridad equivalente al transformador de aislamiento anterior. Por ejemplo, un grupo motor generador que posea una separación equivalente.
El transformador de aislamiento cuenta con 2 bobinas separadas por un núcleo de hierro. Esta separación física y la ausencia de conexión eléctrica entre las bobinas crean un aislamiento galvánico entre el circuito primario (alimentación) y el circuito secundario (equipos).
La falta de conexión eléctrica entre el primario y el secundario (bobinas) crea un circuito eléctrico independiente en el secundario. Esto impide el paso de la corriente de defecto Id.
Esta corriente no puede circular por el cuerpo de la persona en contacto indirecto con la masa puesta a fase. No hay posibilidad de circuito cerrado. Es decir, se produce una ausencia de circuito de retorno.
El secundario del transformador de aislamiento no debe tener ningún conductor activo a tierra. Además, la puesta a tierra de las masas no tiene ningún efecto en la protección, puesto que no hay posibilidad de circuito de retorno.
Estos aparatos se distinguirán con el siguiente símbolo:
Se utiliza en diversas aplicaciones, como:
– Trabajos especiales (en interior o sobre recipientes metálicos y andamios metálicos)
– Instalaciones médicas (respiradores, monitores de signos vitales, desfibriladores y quirófanos)
– Instalaciones industriales (motores y máquinas herramienta)
– Piscinas (bombas y sistemas de iluminación)
– Vehículos eléctricos
– Edificios con alta resistividad del terreno donde la puesta a tierra convencional es ineficaz
– Etc.
Protección por Corte Automático de la Alimentación
El corte automático de la alimentación después de la aparición de un fallo está destinado a impedir que una tensión de defecto Vd de valor suficiente, se mantenga durante un tiempo tal que puede dar como resultado un riesgo.
Se denomina tensión de defecto Vd a la tensión que aparece en la masa del aparato con respecto a tierra. Esta tensión se genera al producirse un contacto de un conductor activo con la masa en caso de fallo o defecto
Es obligatorio el corte automático de la alimentación cuando pueda producirse un efecto peligroso en las personas, debido al valor y duración de la tensión de defecto Vd.
Condiciones para el Corte Automático de la Alimentación
Para cumplir con el corte automático de la alimentación, en caso de producirse una tensión de defecto peligrosa Vd, es necesario que se respeten las 2 condiciones siguientes:
● Creación de un bucle de defecto: es imprescindible crear un bucle de defecto que facilite el recorrido de la corriente de defecto. La constitución de este bucle de defecto depende del esquema de conexión a tierra de la instalación, que puede ser TT, IT o TN.
● Selección del dispositivo de protección adecuado: según el esquema de conexión a tierra empleado en la instalación (TT, IT o TN) se debe seleccionar el dispositivo de protección apropiado que sea capaz de desconectar la corriente de defecto en un tiempo adecuado.
Valor Admisible de la Tensión de Defecto
El corte será imperativo si en las masas puede aparecer una tensión de defecto Vd superior a la tensión límite convencional VL, que es igual a 50 V en condiciones normales o local seco.
La tensión límite convencional VL se considera igual a 24 V en local húmedo. Por ejemplo, en instalaciones de alumbrado exterior, en locales o emplazamientos conductores, locales húmedos, instalaciones a la intemperie, instalaciones temporales y provisionales de obra, etc.
En ciertas condiciones pueden especificarse incluso valores inferiores a 24 V. Puede ocurrir en entornos con alta humedad relativa, como locales mojados, piscinas, baños, salas de lavado, etc.
Es importante recordar que la elección de un valor de VL muy bajo implica la implementación de medidas de protección más estrictas, como la utilización de dispositivos de corte automático de mayor sensibilidad o la instalación más extensa de sistemas de tierra para alcanzar valores muy bajos de puesta a tierra RT.
Dispositivos para la Protección por Corte Automático de la Alimentación
En la ITC-BT-08 del REBT se describen los diferentes sistemas de conexión del neutro y de las masas en redes de distribución TT, IT o TN. En función de estos esquemas de conexión, las instalaciones deberán cumplir unas condiciones determinadas para el corte automático.
Se podrían utilizar tanto dispositivos de protección de corriente diferencial-residual (interruptores diferenciales) como dispositivos de protección de máxima corriente (fusibles o interruptores automáticos).
En la práctica, en el esquema TT no podremos asegurar la protección a contactos indirectos mediante fusibles o interruptores magnetotérmicos. Siempre será necesario el diferencial
Cálculo de la Tensión en Contactos Indirectos
La diferencia fundamental entre dejar las masas sin conexión a tierra y conectarlas, es el valor de la tensión que aparece en las masas y el corte automático de la alimentación de la instalación:
● Sin puesta a tierra: si no ponemos las masas a tierra, cuando haya un defecto de un conductor activo, la masa alcanzará prácticamente la tensión del conductor activo. Sería similar a lo que ocurría en el contacto directo, por lo que la tensión será muy peligrosa.
Si no se ponen las masas a tierra, no existirá corriente de defecto ni corte automático de la alimentación. La masa quedará en tensión de forma permanente. Cuando la persona toque la masa se producirá el paso de la corriente de defecto Id a través de ella.
● Con puesta a tierra: si ponemos las masas a tierra mediante conductores de protección, cuando haya un defecto de un conductor activo con una masa, el voltaje en esta será mucho menor, reduciéndose el peligro que supone tener una masa en tensión.
Además, al poner las masas a tierra, si la corriente de defecto tiene un valor suficiente, o lo que es lo mismo, la tensión de defecto Vd que aparece en la masa es peligrosa, el elemento de protección procederá al corte automático de la alimentación.
Corriente de Defecto en los Contactos Indirectos
En la siguiente figura se observa que hay 2 corrientes: la corriente de defecto Id y la corriente por el cuerpo humano Ic.
La corriente de defecto Id “sale” de una fase del transformador, llega a la masa y, a través del conductor de protección, atraviesa la resistencia de tierra RT "regresando" al neutro del transformador a través de la toma de tierra del neutro RN.
La corriente por el cuerpo humano Ic, es una pequeña porción de la corriente de defecto Id que se deriva a través de la persona que está en contacto con la masa.
Como la resistencia de puesta a tierra RT es muchísimo menor que la resistencia del cuerpo Rc, se puede despreciar el valor de la corriente por el cuerpo Ic para el cálculo de la corriente de defecto Id.
Entonces, aplicando la Ley de Ohm, se obtendrá el valor de esta corriente. Será el cociente entre la tensión de la alimentación V y la suma de las resistencias en serie ΣR que recorre la corriente de defecto Id:
A continuación, se observa el circuito equivalente para el cálculo de la corriente de defecto Id:
Tensión de Alimentación en los Contactos Indirectos
La red pública de distribución se caracteriza por ser trifásica y tener el neutro conectado a tierra. Esto implica que, en situaciones de contactos indirectos, la corriente de defecto Id se dirigirá hacia tierra, regresando a través del terreno hacia el transformador. La corriente se cerrará por el neutro y la fase en la que se originó el defecto.
Como consecuencia, la tensión V utilizada para calcular la corriente de defecto siempre será la tensión simple o tensión entre fase y neutro VL-N.
Resistencias a Considerar en los Contactos Indirectos
Al analizar el circuito de defecto, se deberá tener en cuenta la suma de resistencias en serie ΣR que recorre la corriente de defecto Id.
Si observamos el circuito cerrado formado, las resistencias que recorre la corriente de defecto Id pueden ser:
– La resistencia de puesta a tierra (RT)
– La resistencia del neutro (RN)
– La resistencia de todos los conductores (RL)
– La resistencia de las bobinas del transformador (RB)
– Etc.
Tensión de Defecto en los Contactos Indirectos
La tensión de defecto Vd, que es la tensión que aparece en la masa del aparato con respecto a tierra, no tiene por qué coincidir con la tensión que va a puentear la persona o tensión de contacto VC. Su valor se obtendrá con la Ley de Ohm:
Si observamos el circuito equivalente, la tensión de defecto Vd (masa-tierra) se obtiene mediante el producto de la resistencia de tierra RT por la corriente de defecto Id.
Corriente que Circula por el Cuerpo en los Contactos Indirectos
La corriente que circula por el cuerpo Ic se obtendrá con la Ley de Ohm. Será el cociente entre la tensión de defecto Vd y la suma de las resistencias en serie ΣR que recorra la corriente Ic:
A continuación, se observa el circuito equivalente para el cálculo de la corriente por el cuerpo Ic, en el que la tensión a considerar en esta rama es la tensión de defecto Vd (masa-tierra):
Si observamos el paso de la corriente Ic de masa a tierra, las resistencias que recorre esta corriente pueden ser:
– La resistencia del cuerpo humano (Rc)
– La resistencia de los zapatos (RP-S, pies-suelo)
– La resistencia de los guantes (Rg),
– Etc.
Tensión de Contacto en los Contactos Indirectos
La tensión de contacto VC a la que se ve sometido el cuerpo humano, se obtendrá volviendo a aplicar la Ley de Ohm:
Si observamos el circuito equivalente, la tensión de contacto VC (puenteada por el cuerpo humano) se obtiene mediante el producto de la corriente que circula por el cuerpo Ic por la resistencia del cuerpo Rc.
La tensión de contacto VC que puentea la persona, será igual a la tensión de defecto Vd cuando la única resistencia que se considere sea la de la persona (sin guantes, zapatos, etc.). Por ello, la tensión de defecto Vd deberá ser siempre menor que la tensión límite de seguridad VL establecida por la ITC-BT-18. Para locales secos es de 50 V y para entornos conductores o húmedos de 24 V.
Si no podemos garantizar que Vd sea inferior a VL, será obligatorio el corte automático de la alimentación
En condiciones normales de alimentación (400V/230V), en un esquema TT, es prácticamente imposible conseguir que Vd sea menor que VL. Solo sería posible obtener valores de Vd por debajo de VL si la resistencia de tierra RT de la instalación fuera excepcionalmente baja (generalmente menos de 1 Ω).
Ejercicios Resueltos de Contactos Indirectos
A continuación, se presentan 2 ejercicios resueltos de contactos indirectos en relación al cálculo de la corriente de defecto, tensión de defecto, corriente que circula por el cuerpo y tensión de contacto:
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