¿Qué hace que la tensión de red sea segura en los hogares?

Cuando comencé a aprender sobre ingeniería eléctrica, una de las pautas de seguridad más importantes que aprendí fue que los voltajes superiores a 36V pueden ser peligrosos. Como lo expresó mi profesor de circuitos, 120VAC picará y 240VAC lastimará gravemente.

Ahora que sé más acerca de estos voltajes y sus peligros, estoy confundido acerca de la electricidad de la red y lo seguro que es. A menudo veo a personas (des) enchufar cables de alimentación en tomas de corriente que están detrás de un escritorio o un sofá sin una visión clara de lo que están tocando, a veces con las dos manos para tener un mejor agarre, un no definitivo en mis laboratorios eléctricos. en la escuela. ¿Qué tan peligroso es el riesgo de, por ejemplo, tocar un dedo a través de las líneas calientes y neutrales? ¿Los interruptores automáticos en una casa realmente protegen contra esto, o 120 / 240VAC no es tan peligroso como creo?

Los disyuntores no son suficientes para proteger la vida. Los interruptores automáticos están ahí para evitar que el cable en las paredes de su casa se derrita y posiblemente se incendie. Los interruptores automáticos y fusibles realizan la función de detener un incendio (que por supuesto también es muy peligroso para la vida).

Para el contacto directo con una parte de CA con corriente, en el Reino Unido tenemos dispositivos de corriente residual (RCD): estos "disparan" el suministro si la corriente que baja uno de los cables de CA es diferente a la corriente que baja al otro en ~ 20 mA:

_{(fuente: diyhowto.co.uk )}

Claramente, un fusible no sería útil porque la corriente normal de los dispositivos conectados a la CA será de decenas o más amperios. Entonces, si tiene un electrodoméstico que toma 10 amperios y toca uno de los conductores de CA, tomaría una corriente de tierra de quizás 20 mA y esto "desequilibraría" el RCD y desconectaría el suministro.

En cuanto a tocar ambas terminales simultáneamente, se debe prever un escenario diferente. Estoy hablando de sistemas de alimentación de CA en los que un conductor (a veces llamado neutro) es "terrenal", es decir, puede tener un voltaje de solo un par de voltios a tierra; si tocas solo este cable, es muy poco probable que dispare el RCD PERO a quién le importa: son solo un par de voltios colocados en su cuerpo en el mejor de los casos y casi no fluirá ninguna corriente. Si, en cambio, tocaste ambos cables de CA (vivo y neutro), entonces habrá una corriente de tierra tomada de la corriente que aún es significativamente mayor que la corriente de tierra del neutro y los disparos del RCD.

Habiendo dicho todo esto, ~ 20mA todavía va a picar, incluso si es solo por menos de 100 milisegundos. ¿Será letal, posiblemente para personas con problemas cardíacos, pero esa gente hurgará debajo de un escritorio para empujar ciegamente un conector a un enchufe?

Para los sistemas de CA que están "aislados" de la tierra, apenas se notará tocar cualquier cable, pero tocar ambos no disparará un RCD y correrá un grave peligro: el flujo de corriente será directamente a través del cuerpo y del conductor al conductor. Afortunadamente, este tipo de instalaciones no son muy comunes, pero ciertamente no son desconocidas. La pérdida del enlace tierra neutral puede causar este problema.

En algunas partes de Europa (sé de Alemania y Francia), los conectores están hechos para protegerlo de tocar la red accidentalmente, incluso si se esfuerza, mientras trabaja con el conector:

(imagen es de wikimedia y dominio público)

Este enchufe en particular está en uso en Alemania. Francia tiene un formato ligeramente diferente (que no es compatible con el enchufe que se muestra en la imagen, pero con otra forma similar de enchufes) donde la tierra no está en los lados (etiquetada con "2" en la imagen) sino como un alfiler grueso saliendo del zócalo.

Como el zócalo está incrustado, no es posible tocar los pines calientes mientras se conecta o desconecta. Las únicas partes metálicas que se pueden tocar están en potencial de tierra y se conectan antes de que se conecten los cables calientes.

La única forma de sorprenderse con un Schuko es rellenando algo que conduce a uno de los agujeros. Para proteger a los niños pequeños de hacer eso, hay disponibles incrustaciones de seguridad (y las regletas a menudo vienen con una protección incorporada).

Además, también se utilizan los RCD descritos por @Andy aka .

Como comenta @venny, los enchufes delgados de dos clavijas ( Europlugs ) tienen metal solo en el extremo de las clavijas.

Lo que lo hace seguro en hogares, empresas y escuelas: nada hace que la red eléctrica sea segura, aparte de las estrictas pautas de diseño aplicadas por varios estándares nacionales e internacionales. En los Estados Unidos, el NEC o el Código Eléctrico Nacional dicta cómo se cablean los hogares y qué dispositivos se permiten y no se usan. Gobierna cosas como cómo se debe ejecutar el cableado, cómo se debe admitir, terminar, encerrar, qué tipos de cables están permitidos para un escenario, etc.

Para un dispositivo eléctrico, que puede ser cualquier cosa, desde la caja de receptáculo (caja que monta un tomacorriente) en su pared hasta un electrodoméstico como un televisor, debe cumplir con varios estándares. Estos son estándares desarrollados y mantenidos por varias agencias privadas y gubernamentales, muchas de ellas internacionales, como IEC. Un ejemplo en los EE. UU. Sería Underwriters (UL) Laboratories and Occupational Safety and Health Administration (OSHA).

Lo que lo mantiene seguro es la cooperación entre los fabricantes y estas diversas agencias. Esto garantiza que un dispositivo conectado a la tensión de red sea seguro de usar en su función prevista.

Donde termina ese uso seguro: una vez que comience a trabajar con la red eléctrica, por ejemplo, si es un ingeniero que desarrolla una fuente de alimentación de conmutación fuera de línea, entonces USTED es su propia agencia de seguridad. Debe tener cuidado y seguir las precauciones básicas.

Qué más lo hace seguro: la educación. Al principio de la vida se te dice que no te metas con eso. No pegue tenedores o dedos dentro de los tomacorrientes, portalámparas o tostadoras. Esto se enseña a la mayoría de los niños a una edad temprana. Sin embargo, algunos de nosotros estábamos un poco más curiosos e ignoramos esas enseñanzas. Nos dolió, pero nos llevó por un camino fantástico para interesarnos en aprender los detalles.

Los interruptores de circuito de falla a tierra generalmente se usan solo para circuitos que tendrán dispositivos conectados a ellos en lugares húmedos. Cualquier toma de corriente cerca de un fregadero, como en un baño o cocina, tendrá GFCI. También los puntos de venta ubicados en el exterior de una casa deben estar protegidos por GFCI. Pero no asumas eso. El mandato para GFCI es reciente y muchas casas antiguas no tuvieron que o no se molestaron en actualizar.

Funcionan simplemente midiendo la corriente de ambas piernas. La corriente siempre es igual en ambas piernas a menos que de alguna manera salga del aparato. El GFCI detecta el desequilibrio y abre un interruptor automático.

En los usuarios que se sorprenden con los enchufes: los enchufes NEMA 5-15 de estilo estadounidense generalmente son lo suficientemente seguros ya que las clavijas no hacen contacto inmediato con los contactos internos. En ese punto, el espacio es normalmente demasiado pequeño para que los dedos quepan entre la cara del enchufe y las puntas. Además, si observa que la cara del tapón es bastante grande, aumenta la distancia entre el borde de la cara y las puntas.

Si tus dedos lograran atravesar tanto el caliente como el neutral, te sorprenderías. De hecho, tendría dos caminos para la corriente, caliente a neutral y caliente a tierra. Cuanto duele? Depende ¿Estás mojado o sudoroso? entonces tal vez te dolerá mucho o incluso te matará. ¿Piel seca? Puede ser una picadura rápida y zumbante.

Otros pensamientos: 120V o incluso 240V no es tan alto cuando lo piensas. La potencia se transmite a medio millón de voltios en torres o más. Se distribuye localmente a 2.4-28.8kV en postes y a veces puede llegar a 69kV. Esos voltajes de red son un compromiso entre conveniencia y seguridad. En grandes sistemas comerciales e industriales, los sistemas trifásicos de 277 / 480V son comunes. En Canadá era común ver sistemas trifásicos de 600V (también llamados sistemas de 550V o 575V, variaba un poco). Esos voltajes más altos fueron para empujar más potencia hacia abajo un conductor del mismo tamaño.

Recuerde que en muchos (tal vez la mayoría) de los casos, cuando alguien entra en contacto con la corriente de la casa, no está conectado a tierra. La corriente de dedo a dedo en la misma mano es desagradable y dañina si continúa (vea videos de salchichas de cocina de esta manera), pero no letal. Las situaciones más peligrosas son de mano a mano o de pies a mano, donde la corriente atraviesa el corazón y puede interrumpir su sincronización.

Jugueteando detrás de un escritorio o lo que sea, es poco probable que ponga una mano en cada una de las puntas del enchufe. Entonces, el gran riesgo es encontrar otra tierra en algún lugar con la segunda mano: plomería, un radiador conectado a tierra, algo con una caja de metal conectada a tierra de seguridad. Ciertamente posible pero aparentemente poco común dadas las estadísticas.

Hay muchas cosas que son subóptimas pero que aceptamos porque rediseñarlas sería más problemático de lo que queremos invertir. Este parece ser uno de ellos. Dada la base de instalación masiva, es más fácil instalar GFCI que tratar de reemplazar unos pocos miles de millones de enchufes y los enchufes para que coincidan.

(Voltaje por contacto: mi abuelo informa que cuando estaba haciendo la reparación del elevador, uno de sus socios era un loco que solía verificar el voltaje de un circuito apartando una mano de manera segura, lamiendo dos dedos con la otra mano). , y rápidamente deslizándolos a través de las terminales. La teoría era que este contacto móvil evitaba el riesgo de bloqueo que puede ocurrir cuando los músculos se contraen en una mano que agarra un conductor con corriente, y mantiene el contacto lo suficientemente corto como para no dañar significativamente el tejido. enfoque, pero demuestra el punto que mencioné anteriormente: si no tiene corriente a través del núcleo del cuerpo central y el voltaje no está en el rango de kilovoltios, un breve encuentro probablemente no lo matará. Probablemente. NO intente esto en casa, niños!)

No asuma que 120V es "más seguro" que 240V. ¡Ambos pueden matar! Y se necesita muy poca corriente a estos voltajes (es decir, 1/10 amp es suficiente para electrocutar). Los disyuntores y fusibles están ahí para evitar que los circuitos se sobrecarguen y puedan provocar incendios. Esta es la razón por la cual los interruptores o receptáculos GFCI (interruptor de circuito de falla a tierra) se usan en ciertas áreas como las cocinas, baños, garajes y áreas de piscina / sauna donde existe la posibilidad de que un aparato enchufado pueda caer al agua. Tienen una característica adicional para ayudar a proteger a las personas de las descargas eléctricas. Cuando se instalan correctamente, dispararán (abrirán) el circuito si se detectan corrientes parásitas superiores a 5 mA (1 / 200A). En cuanto a los enchufes, nunca manipule las partes metálicas (conductoras de electricidad) cuando las conecte o retire.

Los voltajes de suministro son un compromiso. Los voltajes más altos significan más peligro de choque y la capacidad de la electricidad de "saltar" más lejos, pero los voltajes más bajos significan corrientes más altas, lo que significa mayores pérdidas y más peligro de incendio.

Casi todo el mundo ha elegido voltajes de red entre 100V y 240V. Estos voltajes son lo suficientemente altos como para mantener las pérdidas y el riesgo de incendio bajo control, mientras que son lo suficientemente bajos como para no saltar muy lejos y para que muchas víctimas de choque sobrevivan (aunque de ninguna manera está garantizado, NO VAYA A DARSE DESCARGAS DE LOS PRINCIPALES)

Los enchufes y enchufes están diseñados para reducir el riesgo de tocar los pasadores mientras están vivos. Los países de ~ 230V en el primer mundo tienden a llegar más lejos en esto que los países de ~ 115V o los países menos desarrollados.

Dudo que haya estadísticas confiables para la probabilidad de muerte por descargas eléctricas de la red eléctrica porque estoy seguro de que la gran mayoría de las personas que sobreviven a tales descargas no las reportan formalmente, pero anecdóticamente la mayoría de los electricistas que hablo indican que han tenido al menos un choque en la red eléctrica en su carrera, mientras que las muertes por descargas eléctricas son de un puñado por año en el Reino Unido (donde vivo).

No olvidemos que las alternativas a la electricidad como las velas y la iluminación de gas tampoco están libres de riesgos.