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. Pueden aparecer grandes voltajes en los gabinetes de equipos eléctricos debido a una falla en el sistema de energía eléctrica, como una falla en el aislamiento.
Terminología
La tensión parásita es cualquier caso de potencial eléctrico elevado indeseable, pero una terminología más precisa da una indicación de la fuente de la tensión. El voltaje de 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 en el neutro de regreso a la fuente, elevando un poco el voltaje del neutro. NEV es el producto de la corriente que fluye en el neutro y la impedancia finita distinta de cero del conductor neutro entre un punto dado y su fuente, a menudo una subestación distante. El 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.
Definiciones
Definición oficial (borrador)
En 2005, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) convocó al Grupo de Trabajo 1695 en un intento de establecer definiciones y pautas para mitigar los diversos fenómenos denominados voltaje parásito. El grupo de trabajo intentó distinguir entre los términos voltaje parásito y voltaje de contacto de la siguiente manera:
- El voltaje parásito se define como "Un voltaje resultante del suministro normal y / o uso de electricidad (generalmente menor de 10 voltios) que puede estar presente entre dos superficies conductoras que pueden ser contactadas simultáneamente por miembros del público en general y / o sus animales. . El voltaje parásito es causado por la corriente de retorno primaria y / o secundaria, y las corrientes inducidas del sistema de energía, ya que estas corrientes fluyen a través de la impedancia de la vía de retorno prevista, sus vías conductoras paralelas y los bucles conductores en las proximidades del sistema de energía. el voltaje no está relacionado con fallas del sistema de energía y generalmente no se considera peligroso ". [1]
- El voltaje de contacto se define como "Un voltaje resultante de condiciones anormales del sistema de energía que pueden estar presentes entre dos superficies conductoras que pueden ser contactadas simultáneamente por miembros del público en general y / o sus animales. El voltaje de contacto es causado por la corriente de falla del sistema de energía, ya que fluye a través de la impedancia de las vías de corriente de falla disponibles. El voltaje de contacto no está relacionado con el funcionamiento normal del sistema y puede existir a niveles que pueden ser peligrosos ". [2]
Definición de trabajo
A pesar de las definiciones anteriores, tanto los trabajadores de servicios públicos como el público en general siguen utilizando el término voltaje parásito para todos los casos de exceso de electricidad no deseada. 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, que atrajo a los presidentes de la mayoría de los principales servicios públicos de Estados Unidos y Canadá. , los líderes de las empresas de servicios públicos continuaron usando voltaje parásito para todos los casos de exceso de electricidad no deseada. El término voltaje de contacto se usó solo una vez, posiblemente porque el "voltaje de contacto" es generalmente culpa de la empresa de suministro, red o instalación. Pocas empresas están dispuestas a discutir abiertamente sus fallas, y mucho menos las que amenazan la vida. Parecería que el voltaje parásito es ahora el término común para todas las fugas de voltaje no deseadas, ya que clasifica la falla como parte del funcionamiento normal, lo que limita la responsabilidad.
En la ciudad de Nueva York, una mujer llamada Jodie S. Lane fue electrocutada por una placa de bóveda de servicios públicos de cinco pies por ocho pies energizada por un "cable mal aislado" en enero de 2004. [3] En la cobertura de su muerte y el 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 usaron voltaje parásito para voltaje neutro a tierra (NEV), pero reconocieron que la notoriedad del incidente de Lane había causó que la tensión parásita fuera un término bien reconocido por el público.
En ese momento, el regulador usó voltaje parásito para referirse a cualquier "condición de voltaje en instalaciones eléctricas que normalmente no debería existir. Estas condiciones pueden deberse a uno o más factores, incluidos, entre otros, cables dañados, deteriorados, deshilachados o falta de aislamiento, mantenimiento inadecuado o instalación incorrecta ". [4] En el mismo documento, la comisión aceptó NEV como una condición natural. [ aclaración necesaria ]
Desde entonces, el término "voltaje parásito" ha tenido al menos dos definiciones muy diferentes. Esta situación es motivo de confusión entre las empresas de servicios públicos, los reguladores y el público. [5] El término "voltaje parásito" se usa 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 debido al acoplamiento capacitivo , la corriente inducida por las líneas eléctricas, los campos electromagnéticos , los rayos , el aumento del potencial de tierra y los problemas derivados de los neutros abiertos (desconectados).
Causas
Voltajes acoplados
Los objetos metálicos sin conexión a tierra cercanos a 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 en gran medida cuando se sustituye por una impedancia baja, el efecto a veces se denomina voltaje fantasma (o voltaje fantasma ). [6] El término lo utilizan a menudo los electricistas y podría verse, por ejemplo, al medir el voltaje en un dispositivo de iluminación después de quitar la bombilla. No es inusual medir voltajes fantasmas de 50 a 90 voltios cuando se prueba el cableado de circuitos ordinarios de 120 V con un instrumento de alta impedancia. Si bien el voltaje producido puede leer casi hasta el voltaje de suministro completo, la capacitancia o inductancia mutua entre los cables de los sistemas de cableado del edificio es típicamente 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, ya que los voltajes y corrientes inducidos en un conductor pueden ser suficientes para causar electrocución o lesiones graves.
Fuga capacitiva a través del aislamiento
La corriente alterna es diferente de la corriente continua en que la corriente puede fluir a través de lo que normalmente parecería una barrera física. En un circuito en serie , un condensador bloquea la corriente continua pero pasa 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. Es posible recibir una descarga con solo tocar el cable caliente , debido a que el cuerpo de la persona está acoplado capacitivamente al suelo sobre el que se encuentra la persona, incluso si la persona está parada sobre una superficie aislada.
Voltajes inducidos
La inducción electromagnética clásica puede ocurrir cuando los conductores largos forman un bucle abierto con conexión a tierra debajo y en paralelo a las líneas de transmisión o distribución. En estos casos, la corriente se induce en el bucle cuando una persona hace contacto con él y 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]
Aislamiento degradado en conductores de potencia
La pérdida de voltaje puede deberse a un 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 choques 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 aislamiento hinchado o agrietado por sobrecalentamiento, abrasiones causadas por excavación o agarrotamiento del suelo y daño por corrosión por exposición a sal o 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 de energía aérea. Si la fuga en estos casos es lo suficientemente grave, puede provocar un incendio en un poste.
Fuga del retorno a tierra de un solo cable
El término "voltaje parásito" se usa 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 localidades 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 ingresa a la tierra.
Corrientes de retorno neutras a través del suelo
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 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 han utilizado dichos sistemas. La pérdida de voltaje 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 estuvieron simultáneamente en contacto con objetos metálicos conectados a tierra al sistema de distribución eléctrica y a la tierra. Numerosos estudios documentan las causas, [11] efectos fisiológicos, [12] y prevención, [13] [14] de la tensión parásita en el entorno de la granja. Hoy en día, el voltaje perdido en las granjas está regulado por los gobiernos estatales y controlado por el diseño de planos equipotenciales en las 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 la red eléctrica eleven el voltaje del neutro de la granja o de los cables de tierra.
Electrólisis y corrosión.
Los metales enterrados diferentes, como el cobre y el acero, pueden funcionar como polos de una celda galvánica , utilizando suelo húmedo como electrolito. Las corrientes directas parásitas en el suelo pueden contrarrestar el efecto anticorrosión de un sistema de protección catódica . El diseño de los sistemas de transmisión de corriente continua de alto voltaje debe tener cuidado para que la corriente que fluye en la tierra no cause una corrosión objetable a los objetos enterrados, como las tuberías.
Normalmente, un ferrocarril eléctrico tendrá al menos uno de los rieles utilizado como conductor de retorno para la corriente de tracción. Este riel 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. Donde el ferrocarril usa 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.
Preocupaciones del público sobre el voltaje perdido
En las áreas metropolitanas, los problemas de voltaje parásito se han convertido en una preocupación importante. Muchas de estas áreas tienen grandes cantidades de equipos de distribución eléctrica subterráneos y aéreos envejecidos en espacios públicos abarrotados. Incluso una baja tasa de fallas de aislamiento o una fuga 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, [15] [16] incluyendo la muerte por electrocución de Jodie S. Lane en 2004, mientras paseaba a su perro en Manhattan . [15] En 2009, la Jodie S. Lane Public Safety Foundation [17] anunció un sitio web de acceso público con mapas que mostraban miles de ubicaciones de voltaje perdido 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 eléctricas y reguladores de todo el país para discutir los programas de detección de voltaje parásito. La Fundación también inició y aboga por el escaneo móvil regular por parte de las empresas de servicios públicos para detectar peligros de voltaje perdido.
En Boston, NSTAR Electric (anteriormente Boston Edison ) también ha tenido problemas con voltajes vagabundos peligrosos, que han matado a varios perros durante la década de 1990. [18] Como resultado, el gobierno de la ciudad de Boston inició un programa para detectar, informar y reparar los peligros de voltaje perdido. [19]
Toronto Hydro retiró a todos los empleados del servicio regular el fin de semana del 30 de enero de 2009 para hacer frente a los problemas actuales de voltaje perdido en la ciudad. [20] Esto se produjo después de que cinco niños sufrieran descargas eléctricas [21], aunque ninguno sufrió lesiones graves. El problema del voltaje perdido se había cobrado la vida de dos perros en los meses anteriores. [22]
En marzo de 2013, la californiana Simona Wilson ganó una demanda de 4 millones de dólares contra su compañía eléctrica después de que el voltaje perdido de una subestación cercana a su casa la golpeara repetidamente a ella y a miembros de su familia cuando estaban en la ducha. [23]
El juez de derecho administrativo de la Administración del Seguro Social de los Estados Unidos, Edward Bergtholdt, en una decisión del 17 de agosto de 2000, otorgó a Michael Gunner una discapacidad permanente por exposición a voltaje perdido.
Efectos
Personas
Es posible que nunca se noten pequeños voltajes parásitos y solo se pueden detectar con un voltímetro . Los voltajes más altos pueden tener una variedad de efectos, desde apenas perceptibles hasta descargas eléctricas peligrosas o calentamiento eléctrico involuntario que provoque incendios. Normalmente, las carcasas de equipos eléctricos de metal están conectadas a tierra para evitar un riesgo de descarga eléctrica si los conductores energizados entran en contacto accidentalmente con la carcasa. Cuando esta unión no se proporciona o ha fallado, se presenta un grave peligro de descarga eléctrica o electrocución cuando los conductores del circuito entran en contacto con la caja.
En cualquier situación en la que el equipo energizado esté en contacto eléctrico íntimo con una persona o un animal (como piscinas, cirugía, ordeñadoras eléctricas, lavado 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 para una situación húmeda o quirúrgica. Las posibles diferencias entre el agua de la piscina y las barandillas, o las duchas y las tuberías de drenaje conectadas a tierra no son infrecuentes como resultado de los voltajes de neutro a tierra (NEV), y pueden ser una molestia importante, pero por lo general no ponen en peligro la vida. Sin embargo, el voltaje de contacto resultante de un aislamiento dañado en un conductor portador de corriente puede ser muy peligroso y puede provocar descargas eléctricas o electrocución. Tal condición puede surgir espontáneamente por estrés mecánico, térmico o químico en los materiales de aislamiento, o por daño no intencional de la actividad de excavación, agarrotamiento por congelación, corrosión y colapso del conducto, o incluso problemas de mano de obra.
El voltaje de contacto energiza objetos que normalmente son seguros: cercas, cabinas telefónicas, letreros de calles, 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 el entorno inmediato. Algunos sistemas 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, si los dispositivos fallan, o si no están instalados correctamente, una falla no se detectará hasta que cause una falla en el circuito o hasta que una persona la detecte.
Animales de granja
El voltaje perdido puede tener efectos nocivos en la salud y la productividad de los animales. [24] Algunos productores de leche han alegado daños causados a los rendimientos o al ganado. [25]
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. [26] La investigación de las declaraciones de voltaje parásito también debe considerar otras preocupaciones de salud animal.
Procedimientos legales en Wisconsin
En 2003, la Corte Suprema de Wisconsin confirmó una sentencia de $ 1.2 millones contra la empresa de servicios eléctricos de Wisconsin WEPCO en Hoffman v. Wisconsin Electric Power Company . La familia Hoffman, productores de productos lácteos cerca de New London , había demandado a WEPCO después de varios años de disminución de la producción. WEPCO había medido en las corrientes de la granja debido a la pérdida de voltaje por debajo de un miliamperio , el "nivel de preocupación" establecido por la Comisión de Servicio Público de Wisconsin , pero el tribunal dictaminó por motivos de procedimiento 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 perdido les había causado un daño económico. [27]
En 2017, un jurado se puso del lado de los agricultores Paul y Lyn Halderson por un acuerdo de $ 4.5 millones contra Xcel Energy. Los Halderson afirmaron que el voltaje perdido de las líneas eléctricas dañó su rebaño de 1000 vacas y redujo la producción de leche. El jurado determinó que la subsidiaria de Xcel, Northern States Power, fue "negligente con respecto a la entrega del servicio eléctrico". El jurado otorgó $ 4.09 millones por daños económicos y otros $ 409,000 por "molestias, molestias y pérdida de uso y disfrute" de la propiedad. [28]
Detección de voltaje parásito / de contacto
El voltaje perdido generalmente se descubre durante el trabajo eléctrico de rutina o como resultado de una queja del cliente o un incidente de descarga. 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. También se pueden descubrir algunas fallas eléctricas incipientes durante el trabajo de rutina o los programas de inspección que no se centran específicamente en la tensión parásita.
El equipo que se usa para detectar voltaje parásito 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 de prueba eléctricos son dispositivos de mano que detectan una diferencia de potencial entre la mano del usuario y el objeto que se está probando. Generalmente indican al 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 tiene un potencial elevado por sí mismo, o si el usuario no está haciendo contacto firme con una mano desnuda en el terminal de referencia del probador.
El acoplamiento capacitivo es el mecanismo utilizado por los dispositivos de lápiz de prueba eléctricos. Debido a que la capacitancia entre un objeto y una fuente de corriente es típicamente pequeña, solo corrientes muy pequeñas pueden fluir desde la fuente energizada al objeto acoplado. Los voltímetros digitales o analógicos de alta impedancia pueden medir voltajes elevados de objetos no energizados debido a este acoplamiento, proporcionando de hecho una lectura engañosa. Por esta 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 puentea los terminales del voltímetro. Dado que puede fluir muy poca corriente desde una superficie acoplada a través de la pequeña derivación o la 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 solo 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 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 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 el voltaje perdido no se puede ver, oler ni escuchar, 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.
Ver también
- Tensión de perturbación
- Aumento del potencial de la Tierra
- Sistema de puesta a tierra
- Enlace electrico
- Fuga de gas
- Neutro y tierra
- Voltaje del eje
Referencias
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enlaces externos
- Informe de la Universidad de Wisconsin-Madison sobre voltaje parásito
- Sitio web 'Electrified Cover Safeguard'
- Sitio web 'Stray voltage' de LaCrosse Tribune , incluida su galardonada cobertura
- Guía de autoayuda: Detección de voltaje parásito , Wisconsin Farm Electric Council (2/1997), bien escrito, para agricultores-consumidores, en
- Portal Stray Voltage del Consejo de Energía Rural del Medio Oeste
- Sitio de Stray Voltage del Servicio Público de Wisconsin
- Documentos de la Comisión de Servicio Público de Wisconsin Stray Voltage (técnico)
- Boletín de calidad de la energía eléctrica y gas de Pacific No. 2, "Voltaje parásito " (10/2004)
- Primera conferencia sobre "Corrientes perdidas en nuestro medio ambiente" - 29 de noviembre de 2007, Ester Technopole Limoges, Francia
- Descripción y mitigación de voltaje parásito