Voltaje parásito

En 2005, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) convocó al Grupo de Trabajo 1695 con el fin de establecer definiciones y directrices para mitigar los diversos fenómenos conocidos como "tensión parásita". El grupo de trabajo intentó distinguir entre los términos tensión parásita y tensión de contacto de la siguiente manera:

• La tensión parásita se define como "una tensión resultante del suministro y/o uso normal de electricidad (generalmente menor a 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. La tensión parásita es causada por la corriente de retorno primaria y/o secundaria, y por corrientes inducidas por el sistema eléctrico, a medida que estas corrientes fluyen a través de la impedancia de la vía de retorno prevista, sus vías conductoras paralelas y los bucles conductores cercanos al sistema eléctrico. La tensión parásita no está relacionada con fallas en el sistema eléctrico y, por lo general, no se considera peligrosa". ^{[ 1 ]}
• La tensión de contacto se define como "Una tensión resultante de condiciones anormales del sistema eléctrico que puede presentarse entre dos superficies conductoras que pueden ser contactadas simultáneamente por miembros del público en general y/o sus animales. La tensión de contacto es causada por la corriente de falla del sistema eléctrico al fluir a través de la impedancia de las vías de corriente de falla disponibles. La tensión de contacto no está relacionada con el funcionamiento normal del sistema y puede existir en niveles que pueden ser peligrosos". ^{[ 2 ]}

A pesar de las definiciones anteriores, el término tensión parásita sigue siendo utilizado tanto por los trabajadores de las compañías eléctricas como por el público en general para referirse a cualquier caso de exceso de electricidad no deseado. Por ejemplo, en la conferencia anual "Jodie S. Lane sobre detección, mitigación y prevención de tensión parásita", celebrada en la sede de Con Edison en la ciudad de Nueva York en abril de 2009, los presidentes de la mayoría de las principales compañías eléctricas de Estados Unidos y Canadá continuaron utilizando el término tensión parásita para referirse a cualquier caso de exceso de electricidad no deseado. El término tensión de contacto se utilizó solo una vez, posiblemente porque la "tensión de contacto" suele ser responsabilidad de la compañía suministradora, de la red o de la instaladora. Pocas empresas están dispuestas a hablar abiertamente de sus fallos, y mucho menos de aquellos que se consideran potencialmente mortales. Parece que tensión parásita se ha convertido en el término común para todas las fugas de tensión no deseadas, ya que clasifica el fallo como parte del funcionamiento normal y, por lo tanto, limita la responsabilidad.

En la ciudad de Nueva York, una mujer, Jodie S. Lane, murió electrocutada en enero de 2004 por una placa metálica de una bóveda de servicios públicos de cinco por ocho pies que estaba energizada por un "cable con aislamiento inadecuado". ^{[ 3 ]} En la cobertura de su muerte y la creciente preocupación con respecto al papel de los servicios públicos en la seguridad eléctrica en el entorno urbano, tanto los medios como la agencia reguladora del estado de Nueva York utilizaron el término voltaje parásito para referirse al voltaje neutro a tierra (NEV), pero admitieron que la notoriedad del incidente de Lane había hecho que el voltaje parásito fuera un término bien reconocido por el público.

El regulador luego usó el término tensión parásita para referirse a cualquier "condiciones de tensión en instalaciones eléctricas que normalmente no deberían existir. Estas condiciones pueden deberse a uno o más factores, incluidos, pero no limitados a, cables dañados, aislamiento deteriorado, deshilachado o faltante, mantenimiento inadecuado o instalación incorrecta". ^{[ 4 ]} En el mismo documento, la comisión aceptó que la NEV es una condición que ocurre naturalmente.

Desde entonces, el término ha tenido al menos dos definiciones muy diferentes, lo que ha confundido a las empresas de servicios públicos, los reguladores y el público. ^{[ 5 ]} El término "tensión parásita" se usa comúnmente para referirse a todas las fugas eléctricas no deseadas, tanto por el público en general como por muchos profesionales de las empresas de servicios eléctricos. Otros fenómenos más esotéricos que también resultan en voltajes elevados en superficies normalmente no energizadas, también se denominan "tensión parásita". Ejemplos de ello son el voltaje por acoplamiento capacitivo , la corriente inducida por líneas eléctricas, el campo electromagnético (CEM) , los rayos , el aumento del potencial de tierra y los problemas derivados de neutros abiertos (desconectados).

Los objetos metálicos sin conexión a tierra cercanos a fuentes de campo eléctrico , como letreros de neón o conductores que transportan corriente alterna, pueden presentar niveles de voltaje medibles debido al acoplamiento capacitivo . Dado que los voltajes detectados por instrumentos de alta impedancia desaparecen o se reducen considerablemente al sustituirlos por instrumentos de baja impedancia, este efecto se denomina a veces voltaje fantasma (o voltaje fantasma ). ^{[ 6 ]} El término es utilizado frecuentemente por electricistas y puede observarse, por ejemplo, al medir el voltaje en una luminaria después de retirar la bombilla. Es común medir voltajes fantasma de 50 a 90  V al probar el cableado de  circuitos ordinarios de 120 V con un instrumento de alta impedancia. El voltaje producido puede ser casi igual al voltaje de alimentación completo, pero la capacitancia o inductancia mutua entre los cables de los sistemas de cableado de edificios suele ser bastante baja e incapaz de suministrar cantidades significativas de corriente . ^{[ 7 ]}

Sin embargo, en trabajos de transmisión aérea sobre o cerca de líneas de alta tensión, las normas de seguridad exigen conectar un conductor a tierra durante el mantenimiento. Esto se debe a que las tensiones y corrientes inducidas en un conductor pueden provocar electrocución o lesiones graves.

La corriente alterna se diferencia de la corriente continua en que puede fluir a través de lo que normalmente parecería una barrera física. En un circuito en serie , un condensador bloquea la corriente continua pero permite el paso de la 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 en el aislamiento y otras fallas eléctricas.

Incluso una persona que se encuentre sobre una superficie aislada puede recibir una descarga eléctrica con solo tocar el cable caliente , debido a que su cuerpo está acoplado capacitivamente al suelo sobre el que se encuentra.

La inducción electromagnética clásica puede ocurrir cuando conductores largos forman un circuito abierto conectado a tierra debajo y en paralelo a líneas de transmisión o distribución. En esos casos, se induce corriente en el circuito cuando una persona entra en contacto con él y con 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 ]}

Las tensiones parásitas pueden filtrarse a través de un aislamiento dañado o deteriorado. Un aislamiento defectuoso constituye esencialmente una falla de alta impedancia que permite el paso de corriente a tierra por cualquier vía disponible, una condición que puede provocar descargas eléctricas o incendios si no se corrige. Esta fuga puede producirse cuando el aislamiento de las líneas eléctricas sufre daños debido a tensiones físicas, térmicas o químicas, especialmente en cables subterráneos o submarinos. Algunos ejemplos de estos daños son el aislamiento hinchado o agrietado por sobrecalentamiento, las abrasiones causadas por excavaciones o el asentamiento del terreno, y la corrosión por exposición a la sal o al aceite. Las fugas eléctricas también pueden producirse por la acumulación de humedad, sal, polvo y suciedad en los aisladores expuestos al aire en las líneas aéreas de distribución eléctrica. Si la fuga en estos casos es lo suficientemente grave, puede provocar un incendio en un poste de servicios públicos .

El término "tensión parásita" se utiliza para referirse al gradiente (tasa de cambio con respecto a la distancia) del potencial eléctrico en la superficie del suelo, asociado a los sistemas de distribución eléctrica monofilares con retorno a tierra empleados en algunas zonas 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 se introduce en el suelo.

En los sistemas de energía eléctrica trifásicos de cuatro hilos ("en estrella"), cuando la carga en las fases no es exactamente igual, existe cierta corriente en el conductor neutro. Debido a que tanto el primario como el secundario del transformador de distribución están conectados a tierra, y la conexión a tierra del primario está conectada en más de un punto, la tierra forma una trayectoria 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 consecuencia del diseño de un sistema de distribución de cuatro hilos y, como tal, ha existido desde que se utilizan dichos sistemas. La tensión parásita se convirtió en un problema para la industria láctea algún tiempo después de la introducción de las máquinas de ordeño eléctricas, cuando un gran número de animales entraba simultáneamente en contacto con objetos metálicos conectados a tierra tanto al sistema de distribución eléctrica como a la tierra. Numerosos estudios documentan las causas, ^{[ 11 ]} los efectos fisiológicos, ^{[ 12 ]} y la prevención, ^{[ 13 ] [ 14 ]} de la tensión parásita en el entorno agrícola. Actualmente, la tensión parásita en las granjas está regulada por los gobiernos estatales y controlada mediante el diseño de planos equipotenciales en las áreas donde el ganado come, bebe o da leche. Los aisladores de neutro disponibles comercialmente también evitan que los potenciales elevados en el neutro del sistema eléctrico aumenten la tensión de los cables neutros o de tierra de la granja.

Normalmente, un sistema de transporte ferroviario cuenta con al menos uno de los raíles como conductor de retorno para la corriente de tracción. Esta disposición es común, por razones económicas, ya que no requiere la instalación de un conductor de retorno adicional. Este raíl está en contacto con la tierra en muchos puntos a lo largo de su recorrido. Dado que la corriente seguirá cualquier trayectoria paralela entre la fuente y la carga, parte de la corriente de tracción también fluirá a través de la tierra. Esto se conoce como corriente de fuga o corriente parásita. La cantidad de corriente de fuga depende de la conductancia de los raíles de retorno en comparación con el suelo, y de la calidad del aislamiento entre los raíles y el suelo. Cuando el ferrocarril utiliza corriente continua , esta corriente parásita puede dañar otros objetos metálicos enterrados por electrólisis y acelerar la corrosión de los objetos metálicos en contacto con el suelo. ^{[ 15 ]}

Los metales enterrados de composición diferente, como el cobre y el acero, pueden funcionar como polos de una celda galvánica , utilizando suelo húmedo como electrolito. Las corrientes continuas dispersas en el suelo pueden contrarrestar el efecto anticorrosivo de un sistema de protección catódica . El diseño de sistemas de transmisión de corriente continua de alta tensión debe tener en cuenta que la corriente que fluye por el subsuelo no provoque corrosión indeseable en objetos enterrados, como tuberías.

Las corrientes parásitas generadas por las vías férreas provocan o aceleran la corrosión electrolítica de las estructuras metálicas situadas cerca del sistema de transporte. Las tuberías, cables y redes de puesta a tierra metálicas instaladas cerca de las vías pueden tener una vida útil y una seguridad funcional mucho menores.

Las pequeñas tensiones parásitas pueden pasar desapercibidas y solo detectarse con un voltímetro . Las tensiones parásitas mayores pueden tener diversos efectos, desde apenas perceptibles hasta peligrosas descargas eléctricas o calentamiento eléctrico involuntario que puede provocar incendios. Normalmente, las carcasas metálicas de los equipos eléctricos están conectadas a tierra para evitar descargas eléctricas si los conductores energizados entran en contacto accidentalmente con la carcasa. Si esta conexión no se realiza o falla, existe un grave riesgo de descarga eléctrica o electrocución cuando los conductores del circuito entran en contacto con la carcasa.

En cualquier situación donde un equipo energizado esté en contacto eléctrico directo con una persona o animal (como en piscinas, quirófanos, máquinas de ordeño eléctricas, lavaderos de autos, lavanderías, entre otros), se debe prestar especial atención a la eliminación de voltajes parásitos. La piel seca e intacta tiene mayor resistencia que la piel mojada o una herida, por lo que los voltajes que de otro modo pasarían desapercibidos se vuelven significativos en situaciones húmedas o quirúrgicas. Las diferencias de potencial entre el agua de la piscina y las barandillas, o entre las duchas y las tuberías de desagüe conectadas a tierra, son comunes como resultado de los voltajes entre neutro y tierra (NEV). Las diferencias de potencial pueden ser una gran molestia, pero generalmente no representan un peligro para la vida. Sin embargo, un conductor con aislamiento dañado puede generar voltaje de contacto en lugares inesperados. Las partes metálicas energizadas por voltaje de contacto pueden ser muy peligrosas y provocar descargas eléctricas o electrocución. Una condición de voltaje de contacto puede surgir espontáneamente debido a estrés mecánico, térmico o químico en los materiales aislantes, o por daños involuntarios causados ​​por excavaciones, congelación y congelación, corrosión y colapso de conductos, o incluso por problemas de mano de obra.

La tensión de contacto energiza objetos que normalmente son seguros: cercas metálicas, cabinas telefónicas metálicas, señales de tráfico metálicas, etc. En cualquier lugar donde exista cableado eléctrico subterráneo, puede producirse una falla en dicho cableado y crear condiciones que permitan que la electricidad fluya hacia el entorno inmediato. Algunos sistemas de circuitos cuentan con dispositivos de protección, como disyuntores o interruptores de circuito por falla a tierra (GFCI), diseñados para aislar este tipo de fallas. Sin embargo, en ausencia de dispositivos de protección, una falla pasará desapercibida hasta que cause una avería o una descarga de energía.

El voltaje parásito puede tener efectos nocivos en la salud y la productividad animal. ^{[ 16 ]} Algunos productores lecheros han afirmado que esto ha causado daños en los rendimientos o en el ganado. ^{[ 17 ]}

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. ^{[ 18 ]} La investigación de reclamos de voltaje parásito también debe considerar otras preocupaciones de salud animal.