Altitud: Por qué es importante

Trabajar con electricidad es peligroso, por lo que el equipo de seguridad, como ropa, guantes, botas, etc., es fundamental para ayudar a proteger a los trabajadores eléctricos de posibles accidentes. Sin embargo, un problema de seguridad menos obvio es el diseño del equipo de medida que se utiliza para mantener el sistema eléctrico.

La norma 61010 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) trata las disposiciones relativas a requisitos de seguridad de los equipos eléctricos de medición, control y uso en laboratorio. Incluye requisitos para la comprobación y medición de circuitos y para instrumentos.

La clasificación de categoría de medición (CAT) del equipo le indica en qué parte del sistema se ha diseñado el equipo para utilizarlo de forma segura. Cuanto mayor sea el valor nominal, mayores serán los valores de líneas de fuga ("creepage") y distancia al aislamiento ("clearance"). Un factor que a menudo se pasa por alto es la altitud en la que se llevan a cabo las mediciones. No es lo mismo encontrarse al nivel del mar que en la montaña a la hora de hacer mediciones. Este documento ofrece información sobre las implicaciones de seguridad de las altitudes elevadas.

Distancia al aislamiento ("clearance")

El concepto de "distancia al aislamiento" ("clearance") hace referencia a la trayectoria más corta del aire entre dos piezas conductoras que proporcionan suficiente aislamiento. Difiere de la línea de fuga ("creepage"), que mide la distancia más corta a lo largo de la superficie del material aislante. La distancia al aislamiento puede ser la misma, pero nunca mayor que la distancia de línea de fuga.

Mantener una separación adecuada es cuestión fundamental del diseño seguro de las tarjetas de circuito impreso (PCB). Los diseños de las PCB y los componentes deben incorporar distancias de separación de seguridad suficientes para evitar arcos de alta tensión o averías entre conductores y componentes electrónicos, y para proteger el dispositivo y al usuario.

La densidad y la resistencia aislante del aire son bastante buenas a nivel del mar, lo que significa que se necesita la mínima distancia para clasificaciones de CAT específicas. Por desgracia, la resistencia aislante del aire se modifica a medida que cambia la altitud.

Ley de Paschen

La ley de Paschen, llamada así por el físico alemán Friedrich Paschen, es una ecuación que indica el voltaje necesario para iniciar un arco eléctrico entre dos electrodos en un gas como una función de la presión del gas y la distancia entre los electrodos. Para un gas determinado, el voltaje es una función únicamente de la presión y la longitud del espacio. A medida que la presión desciende, también disminuye la tensión de ruptura para una separación fija. En estas condiciones, la separación debe ampliarse para mantener una tensión de ruptura fija. Esta ley adquiere relevancia en el diseño de equipos porque el aire es un gas.

El efecto de la altitud

Se usa aire a modo de medio aislante eléctrico en el diseño de equipos eléctricos. La presión atmosférica se puede definir como el peso total del aire sobre un área unitaria a cualquier elevación dada. La densidad y la fuerza del aire son muy buenas a nivel del mar. El aire se vuelve menos denso a mayor altitud y, en consecuencia, se convierte en un aislante menor. A medida que aumenta la elevación, disminuye la cantidad de aire aplicada al área de la unidad. La presión atmosférica disminuye a medida que aumenta la altitud, lo que reduce la resistencia dieléctrica (aislante) del aire.

A una presión de aire más baja, hay menos aislamiento entre los conductores eléctricos, lo que da lugar a una mayor probabilidad de formación de arcos eléctricos. La presión reducida hace que el aire se descomponga más fácilmente, lo que provoca ionización, que a su vez hace que conduzca la electricidad con mayor facilidad.

En el siguiente gráfico de Engineering Toolbox (www.EngineeringToolBox.com) se señala el cambio en la presión atmosférica a medida que aumenta la elevación:

La distancia al aislamiento ("clearance") necesaria para garantizar la seguridad aumenta con la altitud, ya que se reducen las propiedades aislantes del aire. En la siguiente tabla (tomada de la IEC 62368-1, Tabla 22) se indica el factor de multiplicación de la distancia en función de la altitud.

La elevación a la que se tiene previsto trabajar es una cuestión a la hora de diseñar (y adquirir) equipos de medida eléctricos. En la norma IEC 61010-1:2001 se dispone el trabajo a 2000 metros o menos. Un equipo con una clasificación CAT específica indicada para 2000 metros o menos puede no cumplir dicha clasificación CAT para 3000 metros o más.

Conclusión

Entender el entorno en el que se utilizará el equipo de medida es fundamental para seleccionar los equipos que serán seguros. La altitud de trabajo o la elevación no suponen diferencias. La mayor parte del mundo se encuentra por debajo de los 2000 metros, pero todavía hay un número significativo de personas que trabajan con electricidad por encima de esta elevación; La Paz (Bolivia) tiene una elevación media de 3689 metros, la mina de cobre Escondida de Chile (la mina de cobre más grande del mundo) está a 3010 metros y la mina de cobre Antamina de Perú, a 4200 metros. Estos son solo algunos ejemplos. La mayoría de las estaciones de esquí, por su naturaleza, están a más de 2000 metros.

Es importante que, como usuario del equipo de medida eléctrico, compruebe la altitud asociada con la clasificación CAT. Recuerde que la cota es de 2000 metros. Si el equipo de medida se va a utilizar a gran altitud, debe ser consciente del efecto que debe tener en las separaciones.