Ie281 Pepe Tension de Contacto en Subestaciones Abiertas de Alta Tension
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106 Ingeniería Eléctrica • Octubre 2013 Nota técnica Tensión de contacto en subestaciones abiertas de alta tensión según IEC En esta nota técnica se calcula la duración máxima admisible de la tensión de contacto, U c , en subestaciones abiertas de alta tensión de acuerdo con la especificación técnica IEC TS 60479-1:2005 y se la compara con la calculada según la IEEE Std. 80. Por: Daniel F. Pepe (Ing. Electricista, UBA) Los valores de los tiempos de desconexión de la curva de la ten- sión de contacto U c se calculan con los valores de la curva c 2 de la figura 20 de la especificación técnica IEC TS 60479-1:2005 y los valores de la impedancia total del cuerpo humano, con la piel trans- pirada, con superficies de contac- to importantes, se calculan a partir de los valores dados por la misma especificación técnica. Corriente por el cuerpo humano En la tabla 1 se indican los valo- res de la curva c 2 , que fue estable- cida convencionalmente para un recorrido de corriente alterna (15 a 100 Hz) entre la mano izquierda y ambos pies y bajo la cual la pro- babilidad de que se produzca la fibrilación ventricular es menor o igual al 5%. La IEC TS 60479-1:2005 no es- pecifica los pares de valores de la tabla 1, sino que estos valores han sido seleccionados de forma tal que la curva de la figura 1 coinci- da con la mayor exactitud posible que permite la comparación gráfi- ca, con la curva c 2 de la figura 20 de la IEC TS 60479-1. Impedancia del cuerpo humano Para representar a la piel transpi- rada se considera que en las superfi- cies de contacto, la mano izquierda se encuentra húmeda y los pies se encuentran húmedos y salados. De acuerdo con la figura 3 de la IEC TS 60479-1, la impedancia total del cuerpo humano que al- canza o supera el 50% de la pobla- ción, con la piel transpirada y con superficies de contacto importan- tes (10.000 mm²), para un reco- rrido de corriente alterna (50 Hz) entre la mano izquierda y ambos pies, Z T•tm2p , se puede calcular con la siguiente expresión: Z T•tm2p = 0,5 Z T•h2m + 0,25 Z T•hs2m donde Z T•h2m es la impedancia total del cuerpo humano que alcanza o su- pera el 50% de la población, con la piel húmeda y con superficies de contacto importantes (10.000 mm²), para un recorrido de corriente alter- na (50 Hz) entre ambas manos se- gún la tabla 2 de la IEC TS 60479-1. Z T•hs2m es la impedancia total del cuerpo humano que alcanza o supera el 50% de la población, con la piel húmeda y salada y con su- perficies de contacto importantes (10 000 mm²), para un recorrido de corriente alterna (50 Hz) entre ambas manos según la tabla 3 de la IEC TS 60479-1. En la tabla 2 se indican los va- lores anteriores en función de la tensión de contacto sin resisten- cias que limiten la corriente por el cuerpo humano, U cs .
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106 Ingeniera Elctrica Octubre 2013
Nota tcnica
Tensin de contacto en subestaciones abiertas de alta tensin segn IEC
En esta nota tcnica se calcula la duracin mxima admisible de la tensin de contacto, Uc, en subestaciones abiertas de alta tensin de acuerdo con la especificacin tcnica
IEC TS 60479-1:2005 y se la compara con la calculada segn la IEEE Std. 80.
Por: Daniel F. Pepe (Ing. Electricista, UBA)
Los valores de los tiempos de
desconexin de la curva de la ten-
sin de contacto Uc se calculan
con los valores de la curva c2 de
la figura 20 de la especificacin
tcnica IEC TS 60479-1:2005 y los
valores de la impedancia total del
cuerpo humano, con la piel trans-
pirada, con superficies de contac-
to importantes, se calculan a partir
de los valores dados por la misma
especificacin tcnica.
Corriente por el cuerpo humanoEn la tabla 1 se indican los valo-
res de la curva c2, que fue estable-
cida convencionalmente para un
recorrido de corriente alterna (15
a 100 Hz) entre la mano izquierda
y ambos pies y bajo la cual la pro-
babilidad de que se produzca la
fibrilacin ventricular es menor o
igual al 5%.
La IEC TS 60479-1:2005 no es-
pecifica los pares de valores de la
tabla 1, sino que estos valores han
sido seleccionados de forma tal
que la curva de la figura 1 coinci-
da con la mayor exactitud posible
que permite la comparacin grfi-
ca, con la curva c2 de la figura 20
de la IEC TS 60479-1.
Impedancia del cuerpo humanoPara representar a la piel transpi-
rada se considera que en las superfi-
cies de contacto, la mano izquierda
se encuentra hmeda y los pies se
encuentran hmedos y salados.
De acuerdo con la figura 3 de
la IEC TS 60479-1, la impedancia
total del cuerpo humano que al-
canza o supera el 50% de la pobla-
cin, con la piel transpirada y con
superficies de contacto importan-
tes (10.000 mm), para un reco-
rrido de corriente alterna (50 Hz)
entre la mano izquierda y ambos
pies, ZTtm2p, se puede calcular con
la siguiente expresin:
ZTtm2p = 0,5 ZTh2m + 0,25 ZThs2m
donde
ZTh2m es la impedancia total del
cuerpo humano que alcanza o su-
pera el 50% de la poblacin, con la
piel hmeda y con superficies de
contacto importantes (10.000 mm),
para un recorrido de corriente alter-
na (50 Hz) entre ambas manos se-
gn la tabla 2 de la IEC TS 60479-1.
ZThs2m es la impedancia total
del cuerpo humano que alcanza o
supera el 50% de la poblacin, con
la piel hmeda y salada y con su-
perficies de contacto importantes
(10 000 mm), para un recorrido
de corriente alterna (50 Hz) entre
ambas manos segn la tabla 3 de
la IEC TS 60479-1.
En la tabla 2 se indican los va-
lores anteriores en funcin de la
tensin de contacto sin resisten-
cias que limiten la corriente por el
cuerpo humano, Ucs.
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Ingeniera Elctrica Octubre 2013 107
Tensin de contacto
La corriente que circula por el
cuerpo humano, Ic, se calcula me-
diante la frmula siguiente:
Ic = Ucs / ZTtm2p
A cada valor de la corriente por
el cuerpo humano, Ic, le corres-
ponde una duracin mxima ad-
misible de acuerdo con la figura 1.
La tensin de contacto consi-
derando las resistencias que limi-
tan la corriente por el cuerpo hu-
mano, Uc, se puede calcular con la
frmula siguiente:
La IEC no especifica resisten-
cias adicionales, pero se pueden
obtener de normas europeas, por
ejemplo, la norma BS 7354:1990.
El valor medio de la impedan-
cia para el calzado seco es:
Zzapato = 4.000
La resistencia de contacto entre
el calzado y el suelo se puede calcu-
lar en funcin de la resistividad del
suelo, , con la expresin siguiente:
Rcontacto = 3 []
Si sobre el suelo se coloca una
capa de piedra partida con una re-
sistividad, pp, mayor que la resisti-
vidad del suelo subyacente, s, la
resistividad se puede obtener de
la expresin siguiente:
donde
K es un coeficiente que es
usualmente negativo y que se cal-
cula mediante la frmula siguiente:
hpp es la profundidad de la
capa de piedra partida, en metros.
En la figura 2 se muestra un
esquema simplificado del circui-
to considerado para obtener los
valores de la tensin de contacto,
Uc, cuya duracin mxima admi-
sible es la correspondiente a la
duracin mxima admisible de la
corriente por el cuerpo humano,
Ic, y en la figura 3 se representan
dichos valores.
Clculo simplificadoLos valores lmites de la ten-
sin de contacto se pueden calcu-
lar en forma simplificada, en base
a los resultados de los estudios
realizados por Dalziel y de acuer-
do con la IEEE Std. 80, mediante la
ecuacin siguiente:
Uc = (1000 + 1,5 ) . 0,157 / ts =
(157 + 0,235 ) / ts
donde
es la resistividad del suelo en
ohm-metro.
ts es tiempo de exposicin en
segundos.
En la figura 3 se comparan las
curvas obtenidas de acuerdo a la
IEC con los resultados de la ecua-
cin anterior.
ConclusinDe acuerdo con la compara-
cin antes citada, los valores l-
mites de la tensin de contacto
calculados de acuerdo con la IEEE
Std. 80 se pueden utilizar en reem-
plazo de los valores calculados
segn la IEC en la mayora de los
casos prcticos de subestaciones
abiertas de alta tensin.
Es de hacer notar que tanto los
valores calculados de acuerdo con
la IEC como los valores calculados
de acuerdo con la IEEE se pueden
utilizar para subestaciones de alta
tensin, pero no son adecuados
para instalaciones industriales de
media tensin en las cuales no se
puede asegurar que se cumplan
los mismos procedimientos de se-
guridad que en las subestaciones
de alta tensin.
Por otra parte, fuera de los l-
mites de las instalaciones de alta
tensin, donde tienen acceso
personas si capacitacin o el p-
blico en general, los valores de la
++= 2
contactozapatotm2pTcc
RZZIU
+= pppp 201 hK
pps
pps
+
=K
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108 Ingeniera Elctrica Octubre 2013
Nota tcnica
tensin de contacto no deben ser
mayores que los establecidos en la
norma IRAM 2281-3.
Bibliografa
1] IEC TS 60479-1:2005 - Effects of current on
human beings and livestock - Part 1: General
aspects.
2] BS 7354:1990 - Design of high-voltage
open-terminal stations.
3] Transener - Gua de Diseo y Normas para
Puesta a Tierra de Estaciones transformadoras.
4] ANSI IEEE Std. 80:2000 - IEEE Guide for
Safety in AC Substation Grounding.
5] IRAM 2281-3 (en estudio) - Puesta a tierra de
sistemas elctricos - Instalaciones con tensiones
nominales menores o iguales a 1 kV
Corriente por el cuerpo humano
(mA)
Tiempo de desconexin (segundos)
50 10 50 5
51,5 3 55,5 2 64 1,3 76 1
100 0,77 130 0,65 160 0,57 185 0,525 200 0,5 260 0,435 300 0,4 380 0,345 400 0,33 440 0,3 500 0,26 610 0,2 680 0,16 800 0,1 850 0,08 940 0,05 970 0,04 999 0,02 1000 0,01
Tensin de contacto
(V)
Impedancia total del cuerpo humano ZTh2m ()
ZThs2m ()
ZTtm2p ()
25 2175 1300 1412,5 50 2000 1275 1318,75 75 1825 1250 1225
100 1675 1225 1143,75 125 1550 1200 1075 150 1400 1180 995 175 1325 1155 951,25 200 1275 1135 921,25 225 1225 1115 891,25 400 950 950 712,5 500 850 850 637,5 700 775 775 581 1000 775 775 581
Tabla 2 - Impedancia total del cuerpo humano, con la piel transpirada y con superficies de contacto importantes, para un recorrido de corriente alterna (50 Hz) entre la mano izquierda y
ambos pies, que alcanza o supera el 50% de la poblacin
Tabla 1 - Valores obtenidos grficamente de la figura 20 de la IEC TS 60479-1 de la curva C2, para un recorrido de corriente alterna (15 a 100 Hz) entre la mano izquierda y ambos pies, bajo los cuales la probabilidad de que se pro-duzca la fibrilacin ventricular es menor o igual al 5%
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Ingeniera Elctrica Octubre 2013 109
Figura 1 - Curva conven-cional para un recorrido de corriente alterna (15 a 100 Hz) entre la mano izquierda y ambos pies, bajo la cual la probabili-dad de que se produzca la fibrilacin ventricular es menor o igual al 5%
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110 Ingeniera Elctrica Octubre 2013
Nota tcnica
ZTh2m /2
ZThs2m /2 ZThs2m /2
Zzapato = 4000
ZTh2m /2
Ic /2 Ic /2
Ic
Ic
Ic
Zzapato = 4000 Calzado seco
Parte inferior del cuerpo humano con la piel hmeda y salada
Parte superior del cuerpo humano con la piel hmeda
Ic /2 Ic /2
Ic
Ic /2 Ic /2
Rcontacto = 3 [] Rcontacto = 3 [] Resistencia de contacto
Uc
Ucs
Figura 2 - Esquema simplificado del circuito considerado para obtener la tensin de contacto, teniendo en cuenta las resis-tencias que limitan la corriente por el cuerpo humano
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Ingeniera Elctrica Octubre 2013 111
Figura 3 - Duracin mxima admisible de la tensin de contacto en funcin de la resistividad del suelo en subestaciones abiertas de alta tensin calculada segn la IEC (lneas llenas) compa-rada con la calculada segn la IEEE (lneas de trazos)
