3.3: Ruta de corriente de choque

Sin dos puntos de contacto en el cuerpo para que la corriente entre y salga, respectivamente, no hay peligro de choque. Es por ello que las aves pueden descansar de manera segura en líneas eléctricas de alto voltaje sin que se conmocionen: hacen contacto con el circuito en un solo punto.

Para que los electrones fluyan a través de un conductor, debe haber un voltaje presente para motivarlos. El voltaje, como recordarás, siempre es relativo entre dos puntos. No existe tal cosa como voltaje “encendido” o “en” un solo punto en el circuito, y así el ave que entra en contacto con un solo punto en el circuito anterior no tiene voltaje aplicado a través de su cuerpo para establecer una corriente a través de él. Sí, a pesar de que descansan sobre dos pies, ambos pies están tocando el mismo cable, haciéndolos eléctricamente comunes. Eléctricamente hablando, ambas patas del ave tocan el mismo punto, de ahí que no haya tensión entre ellas para motivar la corriente a través del cuerpo del ave.

Esto podría prestar a uno a creer que es imposible ser conmocionado por la electricidad solo tocando un solo cable. Al igual que los pájaros, si estamos seguros de tocar solo un cable a la vez, estaremos a salvo, ¿verdad? Desafortunadamente, esto no es correcto. A diferencia de las aves, las personas suelen estar de pie en el suelo cuando entran en contacto con un cable “vivo”. Muchas veces, un lado de un sistema de energía se conectará intencionalmente a tierra, por lo que la persona que toca un solo cable en realidad está haciendo contacto entre dos puntos en el circuito (el cable y tierra):

El símbolo de tierra es ese conjunto de tres barras horizontales de ancho decreciente ubicadas en la parte inferior izquierda del circuito que se muestra, y también al pie de la persona que está siendo impactada. En la vida real la tierra del sistema de energía consiste en algún tipo de conductor metálico enterrado profundamente en el suelo para hacer el máximo contacto con la tierra. Ese conductor está conectado eléctricamente a un punto de conexión apropiado en el circuito con cable grueso. La conexión a tierra de la víctima es a través de sus pies, los cuales están tocando la tierra.

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

• Si la presencia de un punto de tierra en el circuito proporciona un punto de contacto fácil para que alguien se choque, ¿por qué tenerlo en el circuito en absoluto? ¿No sería más seguro un circuito sin tierra?
• La persona que se está sorprendiendo probablemente no esté descalzada. Si el caucho y la tela son materiales aislantes, entonces ¿por qué sus zapatos no los protegen evitando que se forme un circuito?
• ¿Qué tan bueno puede ser la suciedad de un conductor? Si te puede impactar la corriente a través de la tierra, ¿por qué no usar la tierra como conductor en nuestros circuitos de potencia?

En respuesta a la primera pregunta, la presencia de un punto de “puesta a tierra” intencional en un circuito eléctrico tiene por objeto garantizar que un lado del mismo sea seguro para entrar en contacto con él. Tenga en cuenta que si nuestra víctima en el diagrama anterior tocara el lado inferior de la resistencia, no pasaría nada a pesar de que sus pies aún estarían en contacto con tierra:

Debido a que el lado inferior del circuito está firmemente conectado a tierra a través del punto de conexión a tierra en la parte inferior izquierda del circuito, el conductor inferior del circuito se hace eléctricamente común con tierra. Dado que no puede haber voltaje entre puntos eléctricamente comunes, no se aplicará voltaje a través de la persona que entra en contacto con el cable inferior, y no recibirán un choque. Por la misma razón, el cable que conecta el circuito a la barra/placas de puesta a tierra generalmente se deja desnudo (sin aislamiento), de manera que cualquier objeto metálico contra el que roce será igualmente común eléctricamente con la tierra.

La conexión a tierra del circuito asegura que al menos un punto en el circuito sea seguro al tacto. Pero, ¿qué pasa con dejar un circuito completamente sin conexión a tierra? ¿No haría eso que cualquier persona que toque un solo cable sea tan seguro como el pájaro sentado en uno solo? Idealmente, sí. Prácticamente, no. Observe lo que sucede sin tierra en absoluto:

A pesar de que los pies de la persona siguen en contacto con tierra, cualquier punto en el circuito debe ser seguro de tocar. Dado que no hay una trayectoria completa (circuito) formada a través del cuerpo de la persona desde el lado inferior de la fuente de voltaje hasta la parte superior, no hay manera de que se establezca una corriente a través de la persona. Sin embargo, todo esto podría cambiar con una conexión a tierra accidental, como una rama de árbol tocando una línea eléctrica y proporcionando conexión a tierra:

Tal conexión accidental entre un conductor del sistema de alimentación y la tierra (tierra) se llama falla a tierra. Las fallas a tierra pueden ser causadas por muchas cosas, incluida la acumulación de suciedad en los aisladores de la línea eléctrica (creando una ruta de agua sucia para la corriente desde el conductor hasta el polo y hacia el suelo, cuando llueve), infiltración de agua subterránea en conductores de líneas eléctricas enterradas y aves que aterrizan en líneas eléctricas, conectando la línea para el poste con sus alas. Dadas las muchas causas de las fallas de tierra, tienden a ser impredicables. En el caso de los árboles, nadie puede garantizar qué alambre podrían tocar sus ramas. Si un árbol se cepillara contra el cable superior en el circuito, haría que el cable superior fuera seguro para tocar y el inferior peligroso, justo lo contrario del escenario anterior en el que el árbol entra en contacto con el cable inferior:

Con una rama de árbol en contacto con el cable superior, ese cable se convierte en el conductor conectado a tierra en el circuito, eléctricamente común con tierra a tierra. Por lo tanto, no hay voltaje entre ese cable y tierra, sino voltaje completo (alto) entre el cable inferior y tierra. Como se mencionó anteriormente, las ramas de los árboles son solo una fuente potencial de fallas a tierra en un sistema de energía. Considere un sistema de energía sin conexión a tierra sin árboles en contacto, pero esta vez con dos personas tocando cables individuales:

Con cada persona parada en el suelo, contactando diferentes puntos del circuito, se realiza un camino para la corriente de choque a través de una persona, a través de la tierra, y a través de la otra persona. A pesar de que cada persona piensa que está a salvo al tocar un solo punto del circuito, sus acciones combinadas crean un escenario mortal. En efecto, una persona actúa como la falla a tierra lo que la hace insegura para la otra persona. Esta es exactamente la razón por la que los sistemas de energía sin conexión a tierra son peligrosos: el voltaje entre cualquier punto del circuito y tierra (tierra) es impredecible, porque una falla a tierra podría aparecer en cualquier punto del circuito en cualquier momento. El único personaje garantizado para estar seguro en estos escenarios es el ave, ¡que no tiene ninguna conexión con tierra terrestre en absoluto! Al conectar firmemente un punto designado en el circuito a tierra (“poner a tierra” el circuito), al menos se puede garantizar la seguridad en ese punto. Esto es más garantía de seguridad que no tener ninguna conexión a tierra en absoluto.

En respuesta a la segunda pregunta, los zapatos con suela de goma de hecho proporcionan cierto aislamiento eléctrico para ayudar a proteger a alguien de conducir corriente de choque a través de sus pies. Sin embargo, la mayoría de los diseños de zapatos comunes no pretenden ser eléctricamente “seguros”, sus suelas son demasiado delgadas y no de la sustancia correcta. Además, cualquier humedad, suciedad o sales conductoras del sudor corporal en la superficie o permeadas a través de las suelas de los zapatos comprometerán el poco valor aislante que tenía para empezar el zapato. Hay zapatos hechos específicamente para trabajos eléctricos peligrosos, así como tapetes de goma gruesos hechos para pararse mientras se trabaja en circuitos en vivo, pero estas piezas especiales de equipo deben estar en condiciones absolutamente limpias y secas para que sean efectivas. Baste decir, el calzado normal no es suficiente para garantizar la protección contra descargas eléctricas de un sistema de energía.

La investigación realizada sobre la resistencia de contacto entre partes del cuerpo humano y puntos de contacto (como el suelo) muestra una amplia gama de figuras (ver al final del capítulo para obtener información sobre la fuente de estos datos):

• Contacto con la mano o el pie, aislado con goma: 20 MΩ típico.
• Contacto del pie a través de la suela del zapato de cuero (seco): 100 kΩ a 500 kΩ
• Contacto del pie a través de la suela del zapato de piel (húmeda): 5 kΩ a 20 kΩ

Como puede ver, no sólo el caucho es un material aislante mucho mejor que el cuero, sino que la presencia de agua en una sustancia porosa como el cuero reduce en gran medida la resistencia eléctrica.

En respuesta a la tercera pregunta, la suciedad no es un muy buen conductor (¡al menos no cuando está seca!). Es demasiado pobre de un conductor para soportar corriente continua para alimentar una carga. No obstante, como veremos en la siguiente sección, se necesita muy poca corriente para lesionar o matar a un ser humano, por lo que incluso la mala conductividad de la suciedad es suficiente para proporcionar un camino para la corriente mortal cuando hay suficiente voltaje disponible, ya que generalmente hay en los sistemas de energía.

Algunas superficies del suelo son mejores aislantes que otras. El asfalto, por ejemplo, al ser a base de petróleo, tiene una resistencia mucho mayor que la mayoría de las formas de tierra o roca. El concreto, por otro lado, tiende a tener una resistencia bastante baja debido a su contenido intrínseco de agua y electrolito (químico conductor).

Revisar

• La descarga eléctrica sólo puede ocurrir cuando se hace contacto entre dos puntos de un circuito; cuando se aplica voltaje a través del cuerpo de una víctima.
• Los circuitos de alimentación suelen tener un punto designado que está “conectado a tierra”: firmemente conectado a varillas o placas metálicas enterradas en la tierra para garantizar que un lado del circuito esté siempre a potencial de tierra (voltaje cero entre ese punto y tierra a tierra).
• Una falla a tierra es una conexión accidental entre un conductor de circuito y la tierra (tierra).
• Los zapatos y tapetes especiales aislados están hechos para proteger a las personas de los golpes a través de la conducción en tierra, pero incluso estas piezas de equipo deben estar limpias y secas para ser efectivas. El calzado normal no es lo suficientemente bueno como para brindar protección contra golpes aislando a su portador de la tierra.
• Aunque la suciedad es un mal conductor, puede conducir suficiente corriente para herir o matar a un ser humano.