CIMEMOR SPT-TENSIONES DE PASO Y DE CONTACTO

CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
POTENCIALES TOLERABLES POR EL CUERPO HUMANO
Los efectos que produce una corriente eléctrica al circular a través de partes vitales
del cuerpo humano, dependen de la duración, magnitud y frecuencia de esta
corriente.
La consecuencia más peligrosa por estar expuesto al paso de la corriente eléctrica
es la fibrilación ventricular, una condición de acción no coordinada de los ventrículos
del corazón que da como resultado el paro inmediato de la circulación de la sangre.
El cuerpo humano es muy vulnerable a los efectos de la corriente eléctrica a 50 ó 60
Hz. En estas frecuencias una corriente con una magnitud de 100 mA puede resultar
letal.
De estudios realizados, se ha observado que el cuerpo humano puede tolerar
mayores corrientes a frecuencias de 25 Hz o a la corriente directa o a las frecuencias
en el rango de 3000 - 10000 Hz.
Efectos de la magnitud y duración
Los efectos fisiológicos más comunes que se presentan al ir incrementando la
corriente eléctrica que circula por el cuerpo son:
•
•
•
•
•
•
Percepción
Contracción muscular
Pérdida del conocimiento
Fibrilación ventricular
Paro respiratorio
Quemaduras
Dr. Arturo Galván Diego.
1
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
La corriente de 1 mA está reconocida generalmente como el umbral de la
percepción, esto es, la magnitud de la corriente a la cual una persona es capaz de
detectar una ligera sensación de picazón en las manos o en la punta de los dedos,
por el paso de la corriente.
Las corrientes de 1 a 6 mA, a menudo denominada “corriente de soltar”, aunque
desagradable mantener, generalmente no daña la habilidad de la persona sujeta al
objeto energizado, de controlar sus músculos y soltarse.
En el rango de 9 a 25 mA, las corrientes pueden ser dolorosas y hacer imposible o
difícil soltar el objeto energizado. Para corrientes más altas, las contracciones
musculares pueden dificultar la respiración. Estos efectos no son permanentes y
desaparecen cuando la corriente se interrumpe; a menos que la contracción sea
muy severa y la respiración se detenga, no por segundos sino por minutos, en
algunos casos el cuerpo humano responde con resucitación cardiopulmonar (RCP).
No es sino hasta que la magnitud de la corriente alcanza el rango de 60 a 100 mA,
cuando puede ocurrir la fibrilación ventricular, paro cardiaco o paro respiratorio y
causar la muerte.
Al enfatizar la importancia del umbral de la fibrilación las corrientes pueden
mantenerse por debajo de este valor mediante un cuidadoso diseño en el sistema de
Tierras.
La corriente de magnitud IB y rango de duración 0.03 a 3 segundos que no produce
fibrilación, está relacionada con la energía absorbida por el cuerpo y se describe en
la siguiente ecuación:
(IB)2 tS = SB
........... 1
Donde:
IB = Magnitud rms de la corriente que fluye por el cuerpo.
tS = Duración del flujo de corriente en segundos.
S B = Constante empírica relacionada con la energía tolerada por un
cierto porcentaje de una población dada.
Límites de corriente permisible por el cuerpo humano.
La magnitud y duración de la corriente que circula por el cuerpo humano deberá ser
menor que aquella que cause fibrilación ventricular. La duración para la cual una
corriente de 50 a 60 Hz puede ser tolerada por la mayoría de la personas, está
relacionada con su magnitud de acuerdo con la ecuación 1.
Dr. Arturo Galván Diego.
2
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
De estudios realizados, se supone que el 99.5% de las personas pueden soportar de
manera segura, sin fibrilación ventricular, el paso de una corriente en magnitud y
duración, determinada por la siguiente fórmula:
IB = k / ts
.........2
Donde, en adición a los términos previamente definidos por la ecuación 1:
k = SB
La energía que puede soportar el 99.5% de las personas con peso aproximado de 50
Kg (110 lb) da como resultado un valor de SB igual a 0.0135, entonces k50 = 0.116 y
la fórmula para la corriente permisible por el cuerpo es:
I B = 0.116 / t s
......3
Nótese en esta ecuación que los resultados para 1 seg. son 116 mA y para 0.1 seg.
376 mA.
Para las personas con peso aproximado de 70 Kg (155 lb) se ha determinado un
valor de S B = 0.0246 y k 70 = 0.157 entonces la fórmula queda:
I B = 0.157 / t s
....4
Este valor puede considerarse típico para los cálculos, ya que la mayoría de la
población tiene un peso alrededor de los 70 Kg.
Resistencia del cuerpo humano
Para la corriente directa y para la corriente alterna a frecuenta nominal, el cuerpo
humano puede representarse por una resistencia. Esta resistencia está medida entre
extremidades, esto es, entre una mano y ambos pies o entre un pie y otro. En
cualquiera de los dos casos el valor de esta resistencia es difícil de establecer. Un
valor de resistencia para el cuerpo humano es aproximadamente de 300 Ω, aunque
se ha determinado por estudios un rango entre 500 y 300 Ω .
Para altos voltajes y corrientes (arriba de 1 kV y 5 A), la resistencia disminuye por
daño o perforación de la piel en el punto de contacto.
Para fines de cálculo se han hecho las siguientes consideraciones:
a) La resistencia de contacto para las manos y los zapatos es igual a cero.
Dr. Arturo Galván Diego.
3
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
b) Se ha seleccionado el valor de 1000 ohms para representar el valor de
resistencia del cuerpo humano, de una mano a ambos pies, entre mano y
mano o entre un pie y el otro, es decir:
RB = 1000 O
Circuitos equivalentes accidentales
(actualización std 80 del IEEE 2000)
Usando el valor de la corriente tolerable por el cuerpo establecida anteriormente y las
constantes apropiadas del circuito, es posible determinar el voltaje tolerable entre
dos puntos críticos de contacto.
Para el análisis del circuito equivalente se aplicará la siguiente notación:
Ib = Corriente en el cuerpo (el cuerpo es parte del circuito accidental), A.
RA = Resistencia efectiva total del circuito accidental, Ω .
VA = La tensión total efectiva en el circuito accidental (paso o contacto), V.
Z (Sistema)
Red de la estación
FIGURA 1 EXPOSICIÓN A LA TENSIÓN DE CONTACTO.
La corriente tolerable por el cuerpo IB, está definido por la ecuación 3 o la ecuación 4.
Estas son usadas para definir la tensión total efectiva del circuito accidental (tensión
de contacto y tensión de paso); La tensión efectiva total tolerable del circuito
accidental es aquel que producirá el flujo de corriente en el cuerpo, Ib. Igualmente
para la corriente tolerable del cuerpo IB.
Dr. Arturo Galván Diego.
4
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
La Figura 1 muestra la corriente de falla If, la cual será descargada a tierra a través
del sistema de tierras de la subestación y hay una persona tocando la estructura
metálica H. Varias impedancias son mostradas en el circuito de la Figura 2. La
terminal H es un punto en el sistema que está al mismo potencial de la red y por el
cual la corriente de falla fluye y la terminal F es una área pequeña sobre la superficie
de la tierra, donde se encuentra la persona haciendo contacto a la misma a través de
los dos pies. La corriente Ib fluye desde H, a través del cuerpo de la persona a tierra
en F. El teorema de Thevenin permite representar estas dos terminales (H,F), en una
red como la mostrada en la Figura 2 y el circuito eléctrico mostrado en la Figura 3.
La tensión de Thevenin VTh, es la tensión entre las terminales H y F cuando una
persona no está presente en este punto. La impedancia de Thevenin ZTh, es la
impedancia del sistema visto desde los puntos H y F, con una fuente de tensión del
sistema cortocircuitada. La corriente Ib a través del cuerpo de una persona, la cual
está en la situación mencionada y haciendo contacto en la posición H y F, está dada
por:
Ib =
VT h
ZTh + RB
.........5
Red
Tierra Real
FIGURA 2 IMPEDANCIA DEL CIRCUITO PARA LA TENSIÓN DE CONTACTO.
Dr. Arturo Galván Diego.
5
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Terminal H
R B= Resistencia del
cuerpo
Terminal F
VTh= Tensión
de contacto
ZTh= Rf/2
FIGURA 3 CIRCUITO DE LA TENSIÓN DE CONTACTO.
Donde RB es la resistencia del cuerpo humano en Ω.
La Figura 4 muestra la corriente de falla If , la cual será descargada a tierra a través
del sistema de tierras de la subestación. La corriente bI , fluye desde un pie F1 a
través del cuerpo de una persona a F2. Las terminales F1 y F2 son las áreas sobre la
superficie de la tierra en donde los pies están haciendo contacto con la tierra
respectivamente. La tensión de Thevenin VTh es la tensión entre las terminales F1 y
F 2 cuando la persona no está presente en este punto (Fig. 6.5). La impedancia de
Thevenin ZTh es la impedancia del sistema, visto desde los puntos F1 y F2, con una
fuente de tensión del sistema cortocircuitada. La corriente Ib a través del cuerpo de
una persona está dada por la ecuación 5.
Z(Sistema)
Red de la estación
FIGURA.4 EXPOSICIÓN A LA TENSIÓN DE PASO.
Dr. Arturo Galván Diego.
6
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Terminal F1
R B= Resistencia del
cuerpo
Terminal F2
VTh= Tensión
de contacto
ZTh= 2Rf
FIGURA 5 CIRCUITO DE LA TENSIÓN DE PASO.
La Impedancia equivalente de Thevenin ZTh, se calcula a través de cualquiera de los
métodos conocidos.
Para la tensión de contacto del circuito accidental,
Z Th =
Rf
2
.........6
Y para la tensión de paso y contacto del circuito accidental,
ZTh = 2 R f
.......7
Donde Rf es la resistencia de un pie en Ω .
Para propósito de análisis de circuitos, el pie del cuerpo humano se considera como
una placa metálica conductiva circular y la resistencia de contacto de los calcetines y
los zapatos, etc. es despreciable. La resistencia a tierra de un disco metálico de radio
b (m) sobre la superficie de un terreno homogéneo, de resistividad ρ en Ω m está
dado por Laurent , siendo ésta:
Rf =
ρ
4b
......8
Tradicionalmente, el disco metálico representando al pie es tomado como una placa
circular con una radio de 0.08 m. Con solo una ligera aproximación, la ecuación para
Dr. Arturo Galván Diego.
7
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
ZTh puede ser representada en forma numérica y expresarla en términos de ρ como
sigue,
Para la tensión de contacto en el circuito accidental
ZTh = 1.5 ρ
........9
ZTh = 6.0 ρ
.......10
Y para tensión de paso en el circuito accidental
Llas ecuaciones 9 y 10 son conservadoras.
La tensión total equivalente permisible (tensión de contacto y tensión de paso).
Usando la ecuación 9 y 10, es la siguiente :
Econtacto = I B ( RB +1.5ρ )
.......11
E paso = I B ( RB + 6.0 ρ )
......12
y,
K=
ρ − ρs
ρ + ρs

ρ 
0.091 − 
 ρs 
Cs = 1 −
2hs + 0.09
Dr. Arturo Galván Diego.
......13
.......14
8
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
EFECTO DEL ESPESOR DEL MATERIAL DE LA SUPERFICIE.
Cs
Espesor del material superficial hs (metros).
FIGURA 6 Cs vs
hs
hs
Potencial de paso tolerable
Se calcula a partir de las ecuaciones y circuito equivalente estudiados anteriormente.
E paso50 = (1000 + 6Cs ρs ) 0.116 / t s
.....15
E paso70 = (1000 + 6C s ρ s ) 0.157 / t s
.....16
Potencial de contacto tolerable
Se calcula a partir de las ecuaciones y circuito equivalente estudiados anteriormente.
Dr. Arturo Galván Diego.
E cont50 = (1000 + 1.5C s ρ s ) 0.116 / t s
.....17
E cont70 = (1000 + 1.5C s ρ s ) 0.157 / t s
.....18
9
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Donde:
C S = 1 Para cuando no existe una capa superficial en la subestación, de
lo contrario se determina a partir de la Figura 6.
?s = Resistividad del material de la superficie en Ω m.
ts =
Duración de la corriente en segundos.
FIGURA 7 POTENCIALES.
Dr. Arturo Galván Diego.
10
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
FIGURA 8 SITUACIÓN TÍPICA DE POTENCIAL TRANSFERIDO.
Resistividad típica de materiales empleados como material de superficie en Subestaciones.
Kg.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Description of Surface Material
Resistivity of Simple
Dry
Wet
Crusher Run Granite UIT Fines
140 x 106
1,300
#57 Washed Granite Similar to ¾ in Gravel
190 x 106
8,000
Clean Limestone Slightly Coarser than Number 2
7 x 106
2,000
3,000
Washed Granite Similar to ¾ in. Gravel
2 x 106
10,000
Washed Granite Similar to Pea Gravel
40 x 103
5,000
Crushed Aggregate Base Granite (with fines)
----500-1,000
Concrete
2,000 - 10,000
50-100
Concrete
1,200 – 280,000
21-63
Asphalt
----10,000
Asphalt
2 x 106
10,000 to
30 x 106
6 x 106
Referencia:
Dr. Arturo Galván Diego.
Practical Applications of ANSI/IEEE Std. 80-1986
Guide for Safety
Tutorial Course 86 EH0253-5-PWR
11
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
INFORMACIÓN DEL DOMINIO PÚBLICO
(complementaria)
Dr. Arturo Galván Diego.
12
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Result
(w/surrounding text)
Standardized
Result
Cutnell, John D., Johnson, Kenneth W.
Physics. 4th ed . New York, NY: Wiley,
1998.
"Currents of approximately 0.2 A are potentially fatal, because they can make
the heart fibrillate, or beat in an uncontrolled manner."
0.2 A
Carr, Joseph J. Safety for electronic
hobbyists. Popular Electronics. October
1997. as found in Britannica.com.
"In general, for limb-contact electrical shocks, accepted rules of thumb are: 1-5
mA is the level of perception; 10 mA is the level where pain is sensed; at 100
mA severe muscular contraction occurs, and at 100-300 mA electrocution
occurs."
0.1 - 0.3 A
Bibliographic Entry
"At currents as low as 60 to 100 milliamperes, low-voltage (110-220 volts), 60"Electrical Injuries." The Merck Manual of
hertz alternating current traveling through the chest for a split second can cause
Medical Information: Home Edition.
life-threatening irregular heart rhythms. About 300-500 milliamperes of direct
Pennsylvania: Merck, 1997.
current is needed to have the same effect."
Zitzewitz, Paul W., Neff, Robert F. Merrill
Physics, Principles and Problems. New
York: Glencoe McGraw-Hill, 1995.
0.06 - 0.1 A
(AC)
0.3 - 0.5 A
(DC)
"The damage caused by electric shock depends on the current flowing through
the body -- 1 mA can be felt; 5 mA is painful. Above 15 mA, a person loses
muscle control, and 70 mA can be fatal."
0.07 A
Wat son, George. SCEN 103 Class 12.
University of Delaware. March 8, 1999.
"0.10 death due to fibrillation
> 0.20 no fibrillation, but severe burning, no breathing"
0.1 - 0.2 A
Miller, Rex. Industrial Electricity
Handbook. Peoria, IL: Chas. A. Bennet,
1993.
"Currents between 100 and 200 mA are lethal."
0.1 - 0.2 A
A common misconception is that larger voltages are more dangerous than smaller
ones. However, this is not quite true. The danger to living things comes not from the
potential difference, but rather the current flowing between two points. The reason
that people may believe this can be explained by the equation V = IR. Since V is
directly proportional to I, an increase in voltage can mean an increase in current, if
resistance (R) is kept constant.
The amount of damage done by the electric shock depends not only on the
magnitude of the current, but it also on which portions of the body that the electric
current is flowi ng through. The reason for this is that different parts of the body have
difference resistances, which can lead to an increase in current, evidenced by the
formula V = IR.
An interesting fact to note is that it takes less alternating current (AC) to do the same
damage as direct current (DC). AC will cause muscles to contract, and if the current
were high enough, one would not be able to let go of whatever is causing the current
coursing through the body. The cut-off value for this is known as the "let-go current".
For women, it is typically 5 to 7 milliamperes, and for men, typically 7 to 9
milliamperes. This is dependent on the muscle mass of the individual.
http://hypertextbook.com/facts/2000/JackHsu.shtml
Dr. Arturo Galván Diego.
13
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
BODILY EFFECT
DIRECT CURRENT (DC)
60 Hz AC
10 kHz AC
--------------------------------------------------------------Slight sensation
Men = 1.0 mA
0.4 mA
7 mA
felt at hand(s)
Women = 0.6 mA
0.3 mA
5 mA
--------------------------------------------------------------Threshold of
Men = 5.2 mA
1.1 mA
12 mA
perception
Women = 3.5 mA
0.7 mA
8 mA
--------------------------------------------------------------Painful, but
Men = 62 mA
9 mA
55 mA
voluntary muscle
Women = 41 mA
6 mA
37 mA
control maintained
--------------------------------------------------------------Painful, unable
Men = 76 mA
16 mA
75 mA
to let go of wires Women = 51 mA
10.5 mA
50 mA
--------------------------------------------------------------Severe pain,
Men = 90 mA
23 mA
94 mA
difficulty
Women = 60 mA
15 mA
63 mA
breathing
--------------------------------------------------------------Possible heart
Men = 500 mA
100 mA
fibrillation
Women = 500 mA
100 mA
after 3 seconds
---------------------------------------------------------------
Dr. Arturo Galván Diego.
14
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Corriente eléctrica en el ser humano
Luis Pérez Gabarda
Las consecuencias del paso de la corriente por el cuerpo pueden ocasionar desde
lesiones físicas secundarias (golpes, caídas, etc.), hasta la muerte por fibrilación
ventricular.
Una persona se electriza cuando la corriente eléctrica circula por su cuerpo, es
decir, cuando la persona forma parte del circuito eléctrico, pudiendo, al menos,
distinguir dos puntos de contacto: uno de entrada y otro de salida de la corriente. La
electrocución se produce cuando dicha persona fallece debido al paso de la
corriente por su cuerpo.
La fibrilación ventricular consiste en el movimiento anárquico del corazón, el cual,
deja de enviar sangre a los distintos órganos y, aunque esté en movimiento, no sigue
su ritmo normal de funcionamiento.
Por tetanización entendemos el movimiento incontrolado de los músculos como
consecuencia del paso de la energía eléctrica. Dependiendo del recorrido de la
corriente perderemos el control de las manos, brazos, músculos pectorales,etc.
La asfixia se produce cuando el paso de la corriente afecta al centro nervioso que
regula la función respiratoria, ocasionando el paro respiratorio.
Otros factores fisiopatológicos tales como contracciones musculares, aumento de la
presión sanguínea, dificultades de respiración, parada temporal del corazón, etc.
pueden producirse sin fibrilación ventricular. Tales efectos no son mortales, son,
normalmente, reversibles y, a menudo, producen marcas por el paso de la corriente.
Las quemaduras profundas pueden llegara ser mortales.
Para las quemaduras se han establecido unas curvas (figura 1) que indican las
alteraciones de la piel humana en función de la densidad de corriente que circula por
un área determinada (mA/mm2) y el tiempo de exposición a esa corriente. Se
distinguen las siguientes zonas:
•
•
•
•
Zona 0: habitualmente no hay alteración de la piel, salvo que el tiempo de
exposición sea de varios segundos, en cuyo caso, la piel en contacto con el
electrodo puede tomar un color grisáceo con superficie rugosa.
Zona 1: se produce un enrojecimiento de la piel con una hinchazón en los
bordes donde estaba situado el electrodo.
Zona 2: se provoca una coloración parda de la piel que estaba situada bajo el
electrodo. Si la duración es de varias decenas de segundos se produce una
clara hinchazón alrededor del electrodo.
Zona 3: se puede provocar una carbonización de la piel.
Dr. Arturo Galván Diego.
15
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Es importante resaltar que con una intensidad elevada y cuando las superficies de
contacto son importantes se puede llegar a la fibrilación ventricular sin ninguna
alteración de la piel.
Fig. 1: Efecto sobre la piel
En la figura 2 se indican los efectos que produce una corriente alterna de frecuencia
comprendida entre 15 y 100 Hz con un recorrido mano izquierda-los dos pies. Se
distinguen las siguientes zonas:
•
•
•
•
Zona 1: habitualmente ninguna reacción.
Zona 2: habitualmente ningún efecto fisiológico peligroso.
Zona 3: habitualmente ningún daño orgánico. Con duración superior a 2
segundos se pueden producir contracciones musculares dificultando la
respiración, paradas temporales del corazón sin llegar a la fibrilación
ventricular, ....
Zona 4: riesgo de parada cardiaca por: fibrilación ventricular, parada
respiratoria, quemaduras graves,...
Dr. Arturo Galván Diego.
16
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Fig. 2: Corriente alterna, efecto en el organismo
Principales factores que influyen en el efecto eléctrico
Intensidad de la corriente
Es uno de los factores que más inciden en los efectos y lesiones ocasionados por el
accidente eléctrico. En relación con la intensidad de corriente, son relevantes los
conceptos que se indican a continuación.
Umbral de percepción: es el valor mínimo de la corriente que provoca una
sensacion en una persona, a través de la que pasa esta corriente. En corriente
alterna esta sensación de paso de la corriente se percibe durante todo el tiempo de
paso de la misma; sin embargo, con corriente continua solo se percibe cuando varía
la intensidad, por ello son fundamentales el inicio y la interrupción de¡ paso de la
corriente, ya que entre dichos instantes no se percibe el paso de la corriente, salvo
por los efectos térmicos de la misma. Generalizando, la Norma CEI 479-11994
considera un valor de 0,5 mA en corriente alterna y 2 mA en corriente continua,
cualquiera que sea el tiempo de exposición.
Umbral de reacción: es el valor mínimo de la corriente que provoca una contracción
muscular.
Umbral de no soltar: cuando una persona tiene sujetos unos electrodos, es el valor
máximo de la corriente que permite a esa persona soltarlos. En corriente alterna se
considera un valor máximo de 10 mA , cualquiera que sea el tiempo de exposición.
En corriente continua, es difícil establecer el umbral de no soltar ya que solo el
comienzo y la interrupción del paso de la corriente provoca el dolor y las
contracciones musculares.
Dr. Arturo Galván Diego.
17
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Umbral de fibrilación ventricular: es el valor mínimo de la corriente que puede
provocar la fibrilación ventricular. En corriente alterna, el umbral de fibrilación
ventricular decrece considerablemente si la duración del paso de la corriente se
prolonga más allá de un ciclo cardíaco. Adecuando los resultados de las experiencias
efectuadas sobre animales a los seres humanos, se han establecido unas curvas,
por debajo de las cuales no es susceptible de producirse. La fibrilación ventricular
está considerada como la causa principal de muerte por choque eléctrico.
En corriente continua, si el polo negativo está en los pies (corriente descendente), el
umbral de fibrilación es de aproximadamente el doble de lo que sería si el polo
positivo estuviese en los pies (corriente ascendente). Si en lugar de las corrientes
longitudinales antes descritas fuese una corriente transversal, la experiencia sobre
animales hace suponer que, solo se producirá la fibrilación ventricular con
intensidades considerablemente más elevadas.
En la figura 3 se representan los efectos de una corriente continua ascendente con
trayecto mano izquierda-los dos pies; se puede apreciar que para una duración de
choque superior a un ciclo cardíaco el umbral defibrilación en corriente continua es
muy superior que en corriente alterna.
Fig. 3: Corriente continua, efecto en el organismo
Período vulnerable: afecta a una parte relativamente pequeña del ciclo cardíaco
durante el cual las fibras de¡ corazón están en un estado no homogéneo de
excitabilidad y la fibrilación ventricular se produce si ellas son excitadas por una
corriente eléctrica de intensidad suficiente. Corresponde a la primera parte de la
onda T en el electrocardiograma y supone aproximadamente un 10% del ciclo
cardíaco completo. Ver figura 4.
Dr. Arturo Galván Diego.
18
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Fig. 4: Periodo vulnerable del ciclo cardiaco
La figura 5 reproduce un electrocardiograma en el cual se representan los efectos de
la fibrilación ventricular, indicándose las variaciones que sufre la tensión arteriat
cuando se produce la fibrilación, la tensión arterial experimenta una oscilación e
inmediatamente, decrece, en cuestión de un segundo, hacia valores mortales.
Fig. 5: Efecto de la fibrilación ventricular en el electrocardiograma y en la
tensión arterial
Duración del contacto eléctrico
Junto con la intensidad es el factor que más influye en el resultado del accidente. Por
ejemplo, en corriente alterna y con intensidades inferiores a 100 mA, la fibrilación
puede producirse si el tiempo de exposición es superior a 500 ms.
Dr. Arturo Galván Diego.
19
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Impedancia del cuerpo humano
Su importancia en el resultado del accidente depende de las siguientes
circunstancias: de la tensión, de la frecuencia, de la duración del paso de la corriente,
de la temperatura, del grado de humedad de la piel, de la superficie de contacto, de
la presión de contacto, de la dureza de la epidermis, etc.
Las diferentes partes del cuerpo humano, tales como la piel, los músculos, la sangre,
etc., presentan para la corriente eléctrica una impedancia compuesta por elementos
resistivos y capacitivos. Durante el paso de la electricidad la impedancia de nuestro
cuerpo se comporta como una suma de tres impedancias en serie:
•
•
•
Impedancia de la piel en la zona de entrada.
Impedancia interna del cuerpo.
Impedancia de la piel en la zona de salida.
Hasta tensiones de contacto de 50 V en corriente alterna, la impedancia de la piel
varía, incluso en un mismo individuo, dependiendo de factores externos tales como la
temperatura, la humedad de la piel, etc.; sin embargo, a partir de 50 V la impedancia
de la piel decrece rápidamente, llegando a ser muy baja si la piel está perforada.
La impedancia interna del cuerpo puede considerarse esencialmente como resistiva,
con la particularidad de ser la resistencia de los brazos y las piernas mucho mayor
que la del tronco. Además, para tensiones elevadas la impedancia interna hace
prácticamente despreciable la impedancia de la piel. Para poder comparar la
impedancia interna dependiendo de la trayectoria, en la figura 6 se indican las
impedancias de algunos recorridos comparados con los trayectos mano-mano y
mano-pie que se consideran como impedancias de referencia (100%).
Fig. 6: Impedancia interna del organismo
En las tablas 1 y 2 se indican unos valores de la impedancia total del cuerpo humano
en función de la tensión de contacto, tanto para corriente alterna y continua,
respectivamente.
Dr. Arturo Galván Diego.
20
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Tabla 1: Impedancia del cuerpo humano frente a la
corriente alterna
Tabla 2: Impedancia de cuerpo humano frente a la
corriente continua
Las variaciones de la impedancia del cuerpo humano en función de la superficie de
contacto, se representan en la figura 7, en relación con la tensión aplicada. En la
Instrucción MIE BT 001 artículo 58 del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión
(REBT) se considera que la resistencia del cuerpo entre mano y pie es de 2.500
ohm.
Dr. Arturo Galván Diego.
21
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Fig. 7: Impedancia del cuerpo en función de la superficie de contacto (50 Hz)
Tensión aplicada
En sí misma no es peligrosa pero, si la resistencia es baja, ocasiona el paso una
intensidad elevada y, por tanto, muy peligrosa. El valor límite de la tensión de
seguridad debe ser tal que aplicada al cuerpo humano, proporcione un valor de
intensidad que no suponga riesgos para el individuo.
Como anteriormente se mencionó, la relación entre la intensidad y la tensión no es
lineal debido al hecho de que la impedancia del cuerpo humano varía con la tensión
de contacto. Ahora bien, por depender la resistencia del cuerpo humano, no solo de
la tensión, sino también de la trayectoria y del grado de humedad de la piel, no tiene
sentido establecer una única tensión de seguridad sino que tenemos que referirnos a
infinitas tensiones de seguridad, cada una de las cuales se correspondería a una
función de las distintas variables anteriormente mencionadas.
Las tensiones de seguridad aceptadas por el REBT MIBT-21/2.2 son 24 V para
emplazamientos húmedos y 50 V para emplazamientos secos, siendo aplicables
tanto para corriente continua como para corriente alterna de 50 Hz.
Dr. Arturo Galván Diego.
22
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Frecuencia de la corriente alterna
Normalmente, para uso doméstico e industrial se utilizan frecuencias de 50 Hz (en
U.S.A. de 60 Hz), pero cada vez es más frecuente utilizar frecuencias superiores, por
ejemplo:
•
•
•
•
400 Hz en aeronáutica.
450 Hz en soldadura.
4.000 Hz en electroterapia.
Hasta 1 MHz en alimentadores de potencia.
Experimentalmente se han realizado medidas de las variaciones de impedancia total
del cuerpo humano con tensiones comprendidas entre 10 y 25 Voltios en corriente
alterna, y variaciones de frecuencias entre 25 Hz y 20 KHz.
A partir de estos resultados se han deducido las curvas representadas en la figura 8,
para tensiones de contacto comprendidas entre 10 y 1.000 Voltios y para un trayecto
mano-mano o mano -pie.
Fig. 8: Impedancia total en función de la tensión y la frecuencia
Para tensiones de contacto de algunas decenas de voltios, la impedancia de la piel
decrece proporcionalmente cuando aumenta la frecuencia. Por ejemplo, a 220 V con
una frecuencia de 1.000 Hz la impedancia de la piel es ligeramente superior a la
mitad de aquella a 50 Hz. Esto es debido a la influencia del efecto capacitivo de la
piel.
Dr. Arturo Galván Diego.
23
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
Sin embargo, a muy altas frecuencias disminuye el riesgo de fibrilación ventricular
pero prevalecen los efectos térmicos. Con fines terapéuticos, es usual, en medicina
el empleo de altas frecuencias para producir un calor profundo en el organismo. A
partir de 100.000 Hz no se conocen valores experimentales que definan ni los
umbrales de no soltar ni los umbrales de fibrilación; tampoco se conoce ningún
incidente, salvo las quemaduras provocadas por intensidades de «algunos
amperios» y en función de la duración del paso de la corriente.
La corriente continua, en general, no es tan peligrosa como la alterna, ya que entre otras causas, es más fácil soltar los electrodos sujetos con
la mano y que para duraciones de contacto superiores al período del ciclo cardiaco, el umbral de fibrilación ventricular es mucho más elevado
que en corriente alterna.
Recorrido de la corriente a través del cuerpo
La gravedad del accidente depende del recorrido de la misma a través del cuerpo.
Una trayectoria de mayor longitud tendrá, en principio, mayor resistencia y por tanto
menor intensidad; sin embargo, puede atravesar órganos vitales (corazón, pulmones,
hígado, etc.) provocando lesiones mucho más graves. Aquellos recorridos que
atraviesan el tórax o la cabeza ocasionan los mayores daños.
Las figuras 2 y 3 indicaban los efectos de la intensidad en función del tiempo de
aplicación; en las mencionadas figuras se indicaba que nos referíamos al trayecto de
«mano izquierda a los dos pies». Para otros trayectos se aplica el llamado factor de
corriente de corazón «F», que permite calcular la equivalencia del riesgo de las
corrientes que teniendo recorridos diferentes atraviesan el cuerpo humano. Se
representan en la figura 9.
Fig. 9: Factor de corriente de corazón " F "
Dr. Arturo Galván Diego.
24
CURSO SPT CIMEMOR – TENSIONES DE PASO Y CONTACTO
La mencionada equivalencia se calcula mediante la expresión:
siendo,
Ih = corriente que atraviesa el cuerpo por un trayecto determinado.
Iref = corriente «mano izquierda-pies».
F = factor de corriente de corazón.
Como es lógico, para el trayecto de las figuras 2 y 3, el factor de corriente de corazón
es la unidad. Se aprecia que de los trayectos definidos en esta tabla, el más
peligroso es el de pecho-mano izquierda y el de menor peligrosidad de los reseñados
el de espalda-mano derecha.
Por ejemplo, podemos aventurar que una corriente de 200 mA con un trayecto manomano tendrá un riesgo equivalente a una corriente de 80 mA con trayectoria mano
izquierda-los dos pies.
Bibliografía
(1)CEI/IEC
Effets
of
current
Third edition 1994-09
on
human
beings
479 -1:
and
livestock.
(2)
UNE
20 -572-92
Parte
1
(equivalente
Efecto de la corriente eléctrica al pasar por el cuerpo humano. Aspectos generales
Dr. Arturo Galván Diego.
Part
a
1:
CEI
General
479-1:
1994
aspects
1984)
25