Cuando una falta de media tensión llega a tierra en un centro de transformación o una subestación, la corriente que se dispersa por el terreno eleva el potencial de la instalación de puesta a tierra respecto a puntos lejanos. En ese reparto de potenciales, una persona puede quedar sometida a una tensión entre mano y pies (tensión de contacto) o entre los dos pies (tensión de paso). La ITC-RAT 13 del Reglamento de alta tensión (Real Decreto 337/2014) fija cuánta tensión es aceptable y cómo comprobarlo.
Las dos tensiones
- Tensión de contacto: la que soporta el cuerpo entre una mano (que toca una masa metálica puesta a tierra, una valla…) y los pies apoyados en el suelo. Es la más peligrosa porque la corriente atraviesa el pecho.
- Tensión de paso: la que hay entre los dos pies, separados un paso, sobre un terreno con gradiente de potencial.
Los valores admisibles dependen de cuánto dura la falta: cuanto menos tiempo circule la corriente por el cuerpo, más tensión se tolera.
Valores de la tensión de contacto aplicada admisible (Uca)
La ITC-RAT 13 parte de los efectos de la corriente en el cuerpo (UNE-IEC/TS 60479-1), con las hipótesis de que la corriente circula mano-pies, de que solo se considera la impedancia del cuerpo (sin calzado ni contacto con el terreno), con un 50 % de probabilidad de valor menor o igual de impedancia y una probabilidad de fibrilación ventricular del 5 %. La tabla 1 de la instrucción da los valores:
Duración de la falta t_F (s) |
U_ca (V) |
|---|---|
| 0,05 | 735 |
| 0,10 | 633 |
| 0,20 | 528 |
| 0,30 | 420 |
| 0,40 | 310 |
| 0,50 | 204 |
| 1,00 | 107 |
| 2,00 | 90 |
| 5,00 | 81 |
| 10,00 | 80 |
| Más de 10 | 50 |
Y para la tensión de paso aplicada admisible, la instrucción establece:
U_pa = 10 · U_ca
Por qué diez veces: la corriente que pasa de pie a pie atraviesa solo las piernas y no el corazón.
Además, salvo casos excepcionales, no se consideran tiempos de falta inferiores a 0,1 s, y para el tiempo se tiene en cuenta el funcionamiento correcto de las protecciones; si hay reenganche automático rápido (hasta 0,5 s), se suman los tiempos parciales de mantenimiento de la corriente de falta.
De la tensión aplicada a la admisible en la instalación
Las tensiones de la tabla son las que soporta el cuerpo. Pero entre el cuerpo y el terreno hay resistencias adicionales que reducen la corriente real: el calzado y la resistencia de contacto de los pies con el suelo. La instrucción considera:
- Impedancia del cuerpo humano
Z_B = 1.000 Ω. - Resistencia del calzado de un pie
R_a1 = 2.000 Ω(se considera nula si las personas pueden estar descalzas: jardines, piscinas, campings…). - Resistencia de contacto de un pie con el terreno
R_a2 = 3 · ρ_s, conρ_sla resistividad superficial del suelo (Ω·m); cada pie se asimila a una placa de 200 cm² con una fuerza de 250 N.
Con esos datos, las tensiones máximas admisibles en la instalación (el reglamento las presenta como sus fórmulas (1) y (2), deducidas del circuito de la figura 2 de la instrucción) son:
U_c = U_ca · [1 + (R_a1 + 3·ρ_s) / 2.000]
U_p = 10 · U_ca · [1 + (2·R_a1 + 6·ρ_s) / 1.000]
Si hay posibilidad de tocar masas metálicas que puedan quedar a potenciales distintos (contacto mano-mano o mano-pies sin la resistencia del suelo), se aplica la fórmula del contacto con ρ_s = 0 y sin resistencias adicionales.
Ejemplo
Falta despejada en t_F = 0,5 s, por lo que U_ca = 204 V. Se comparan el suelo natural (ρ_s = 100 Ω·m) y una capa superficial de grava (ρ_s = 3.000 Ω·m), con calzado (R_a1 = 2.000 Ω):
| Caso | U_c |
U_p |
|---|---|---|
| Suelo natural, 100 Ω·m | 204 · [1 + 2.300/2.000] = 439 V |
2.040 · [1 + 4.600/1.000] = 11.424 V |
| Grava, 3.000 Ω·m | 204 · [1 + 11.000/2.000] = 1.326 V |
2.040 · [1 + 22.000/1.000] = 46.920 V |
| Descalzo, suelo 100 Ω·m | 204 · [1 + 300/2.000] = 235 V |
2.040 · [1 + 600/1.000] = 3.264 V |
Se aprecia el efecto de una capa superficial de alta resistividad (grava, hormigón): multiplica los valores admisibles. La instrucción da una expresión para el coeficiente reductor de la resistividad cuando el terreno está recubierto de una capa adicional (depende del espesor de la capa y de las resistividades del terreno y de la capa).
El procedimiento de diseño
La ITC-RAT 13 propone estos pasos:
- Investigación de las características del suelo (véase la medida de la resistividad).
- Determinación de las corrientes máximas de puesta a tierra y del tiempo máximo de eliminación del defecto (depende del tratamiento del neutro y de las protecciones).
- Diseño preliminar del electrodo.
- Cálculo de la resistencia del sistema de tierra.
- Cálculo de las tensiones de paso en el exterior.
- Cálculo de las tensiones de paso y contacto en el interior.
- Comprobar que las calculadas son inferiores a los valores admisibles.
- Investigar las tensiones transferibles al exterior por tuberías, raíles, vallas, neutros, pantallas y armaduras de cables.
- Corregir y ajustar el diseño.
Una vez construida la instalación, se comprueba in situ y se corrigen las deficiencias.
Si no se cumplen: condiciones difíciles
Cuando la resistividad del terreno, la corriente de falta o el tiempo de despeje hacen técnicamente imposible, o económicamente desproporcionado, cumplir los límites, la instrucción obliga a adoptar medidas adicionales de seguridad, entre otras:
- Hacer inaccesibles las zonas peligrosas.
- Pavimentos aislantes en las zonas de servicio peligrosas.
- Aislar las empuñaduras y mandos que se hayan de tocar.
- Conexiones equipotenciales entre la zona de servicio y los elementos conductores accesibles.
- Aislar los conductores de tierra a su entrada en el terreno.
Se dispondrán rótulos de aviso y medios de protección para el personal (calzado aislante, guantes, banquetas o alfombrillas).
Medida in situ
El director de obra verifica las tensiones de paso y contacto con un voltímetro de 1.000 Ω y electrodos de 200 cm² con una fuerza de 250 N, inyectando una corriente suficiente para no falsear la medida con corrientes parásitas: no inferior a 50 A en centrales y subestaciones y 5 A en centros de transformación (se admiten equipos con filtros que inyecten menos, con incertidumbre menor del 20 %). En CT de configuración tipo, el órgano territorial competente puede admitir sustituir las mediciones por la medida de la resistencia de puesta a tierra.
Resumen
- La tolerancia a la tensión depende del tiempo de falta: 633 V a 0,1 s, 204 V a 0,5 s, 80 V a 10 s (tabla 1).
- La tensión de paso admisible aplicada es 10 veces la de contacto.
- En la instalación, las resistencias del calzado y del suelo permiten tensiones mayores; si hay descalzos o contacto mano-mano, se aplica ρs = 0.
- Si no se cumple: medidas adicionales (inaccesibilidad, pavimentos aislantes, equipotencialidad).
Los valores y requisitos de este artículo se han contrastado con el texto del Real Decreto 337/2014, ITC-RAT 13 (BOE). Las expresiones (1) y (2) se presentan en forma deducida del circuito de la instrucción; consulte el texto oficial para el cálculo del proyecto.