2 Edición Wilmer Useche
Tensiones y Medidas de los Cables
Tipos de Conductores Eléctricos y Aislamientos
Cables Eléctricos
Colores y Significados De los cables eléctricos
CONTENIDO
Cables Eléctricos.
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Conductores Eléctricos.
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Selección de Conductores y Cables.
Criterios de Selección.
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Procedimiento de Selección.
Selección de Conductores por Carga.
Selección de Conductores por Corto Circuito.
Selección de Conductores por Caída de Tensión. Selección de Conductores por Criterio Económico
Wilmer Useche. Conductores Y Cables Eléctricos. Ingeniería Eléctrica. Instituto Universitario Santiago Mariño. Mérida Mayo 2018
CABLES ELÉCTRICOS Un Cable es el conjunto de varios conductores eléctricos, normalmente aislados por una funda protectora y aislante eléctrica.
Comercialmente hay muchos tipos de cables eléctricos pero vamos a ver los principales y más usados: Multipolares: formados por más de un hilo.
Unipolares: formados por un hilo conductor.
Al Aire: sin aislamiento.
Blindados: Está hecho de uno o más alambres aislantes que están colectivamente adjuntos por una lámina de aluminio Mylar o tejido trenzado de blindaje.
Mangueras: formado por 2 o 3 conductores rodeados de protección.
Coaxial: Tiene un núcleo chapado en cobre, rodeado por un aislante dieléctrico. Un escudo tejido de cobre rodea la capa aislante, el cual está finalmente unido por una cubierta de plástico más exterior.
Trenzado: consiste en pares de alambres de cobre aislantes, los cuales están trenzados alrededor del otro.
Con Aislante: con capa protectora.
Redondos: de forma redonda.
Flexibles: fáciles de deformar.
Rígidos: difíciles de deformar. 1
Planos: de forma plana.
CABLES ELÉCTRICOS
1. CONDUCTOR DEL CABLE : Es por donde se transmite realmente la corriente eléctrica, siendo el cobre el material más utilizado generalmente. En algunos casos también se usan conductores de aluminio, pese a que este metal sea un 60% peor conductor que el cobre. 2. EL AISLAMIENTO DEL CABLE: El aislamiento es la capa de polímero, plástico o elastómero que rodea al conductor y que lo aísla de contactos externos. Existen aislamientos termoplásticos y termoestables. Los primeros son aquellos en los que el material que se aplica no sufre transformaciones química. 3. LAS PROTECCIONES METÁLICAS DEL CABLE: En algunos casos los cables pueden tener protecciones metálicas. Las protecciones metálicas eléctricas (PANTALLAS) se aplican para aislar las señales que pasan por el interior del cable de posibles interferencias externas. Las protecciones mecánicas (ARMADURAS) protegen el cable de posibles agresiones externas: animales, golpes, etc. 4. LA CUBIERTA EXTERIOR DEL CABLE: En casi todos los casos los cables llevan una cubierta de recubrimiento exterior. Su función es eminentemente de protección. Por lo general son de material polimérico y deben escogerse en consonancia con la naturaleza del material de aislamiento.
Los cables tienen diferentes colores que nos sirven para identificarlos. Conductor de Fase: marrón, negro y gris. Este cable es por el que entra la corriente eléctrica. Conductor Neutro: azul claro. Este cable es por el que sale la corriente eléctrica en el circuito. Conductor de Protección o T.T (toma de tierra): verde-amarillo. Es el cable de toma de tierra y sirve para proteger la instalación y a las personas. 2
CONDUCTORES ELÉCTRICOS
Es un material que permite fácilmente el paso de la corriente eléctrica por él, o lo que es lo mismo, el paso de los electrones. Se utilizan para transportar de un sitio a otro la corriente eléctrica (transmisión de energía eléctrica). Normalmente a los conductores con su funda aislante la gente les suele llamar Cables o Cables Eléctricos. Realmente el conductor es la parte interior del cable.
Los conductores eléctricos, ya sean hilos o cables, están formados por 3 partes: - Alma conductora: fabricado de cobre y por donde circula la corriente eléctrica. - Aislante: material por el que no puede pasar la corriente eléctrica y que envuelve al alma conductora para que la corriente no salga fuera de la misma. Normalmente suele ser de un material polímero, es decir de plástico. Los más usados son el Policloruro de Vinilo (PVC), el Caucho Etileno-Propileno (EPR) y el Polietileno Reticulado (XLPE). - Cubierta protectora: Sirve para proteger mecánicamente al cable o hilo. Protege al alma y al aislante de daños físicos y/o químicos como el calor, la lluvia, el frío, raspaduras, golpes, etc. Se suelen construir de nailon, aunque no todos los conductores tienen esta cubierta, a veces el propio aislante hace las veces de aislante y cubierta protectora.
La diferencia es muy fácil. Cuando el conductor es solo uno se llama Hilo, si está formado por varios hilos, se llama cable. Tanto uno como el otro tienen funda aislante o protectora. Los hilos tienen un alma conductora y los cables varias.
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CONDUCTORES ELÉCTRICOS
Conductores de Cobre: Este tipo de conductores en los que el material con el que están hechos es el cobre, es uno de los más usados en la actualidad. Y esto es así por el hecho de que resultan ser los más económicos y sobre todo, tienen un alto grado de conductividad eléctrica. Conductores de Aluminio: El porcentaje de conductividad que presenta este tipo de material está en un promedio del 65 % en comparación con el del cobre.
Conductores Circulares Compactos: Este tipo de conductores, tienen entre sus características principales, el hecho de poseer una diversidad de casillas que buscan facilitar el uso de sus compartimentos en la conducción eléctrica y resulten menos pesadas que otros tipos de conductores. Conductores Anulares: Se le llaman así a aquellos conductores que se presentan en forma de alambres, que están enlazados entre si alrededor de un centro y termina conformándose lo que conocemos como cable. Este tipo de conductor normalmente está conformado por alambre de cobre y helio como agentes conductores de electricidad.
Conductores de Plata: Son aquellos que tienen como material a la plata. Es importante señalar que este tipo de material empleado posee poca capacidad de transmisión de corriente eléctrica y resulta ser costosas su obtención y aplicación por lo que es poco factible su implementación en la fabricación de este tipo de conductores.
Conductores de Aleaciones de Cobre y Níquel: Este tipo de conductores permiten desarrollar una potencia en relación a la transmisión de energía eléctrica de niveles bajos, permitiendo una eficiencia de carácter electromotriz comparándola solamente con el uso del cobre.
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Selección de Conductores y Cables
Se inicia escogiendo el tipo de conductor adecuado en función de las condiciones de operación, es decir, si se habrá de utilizar para intemperie, para clima tropical, para medio ambiente altamente contaminado, para operar sumergido en agua, directamente enterrado, o bien para que soporte la acción de productos químicos, etcétera. Ahora bien, para seleccionar el calibre apropiado de los conductores y cables deben tenerse en cuenta una serie de factores, tanto de orden técnico como económicos, con objeto de garantizar la operación confiable y la eficacia económica de la instalación eléctrica.
Por su parte, los factores técnicos que influyen en el proceso de selección de la sección transversal del conductor más adecuado son: 1) Calentamiento por el prolongado desprendimiento de calor causado por la corriente de trabajo normal. 2) Calentamiento por el desprendimiento de calor de corta duración causado por la corriente de corto circuito. 3) Caída de tensión (voltaje) en el cable o en la línea aérea causada por el paso de la corriente en régimen normal o anormal de larga duración. 4) Resistencia mecánica. Los cables y líneas aéreas deben ser estables con la carga mecánica correspondiente a su propio peso, viento, tensión de tendido, etc. 5) Factor corona. Este efecto depende del voltaje utilizado, de la sección del conductor y del medio ambiente.
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Criterios de Selección
En la selección del calibre normalizado se recomienda proceder de la siguiente manera: 1) En la selección del calibre por calentamiento se debe optar por el calibre próximo superior. 2) Para seleccionar la sección por estabilidad térmica se debe tomar la sección normalizada próxima inferior. 3) Cuando se selecciona la sección por caída de tensión se debe elegir la sección próxima superior. Sin embargo, en algunos casos, cuando la sección calculada está muy cerca de la estándar, se puede tomar la próxima inferior. 4) La selección del calibre por resistencia mecánica se resuelve fácilmente para los cables, ya que éstos se fabrican con la condición de que incluso el cable de la sección más pequeña sea mecánicamente estable. 5) En la selección del calibre por efecto corona para los conductores de línea aérea se debe tomar el calibre normalizado próximo superior. 6) Después de que se determina la sección mínima permitida del conductor por condiciones técnicas (ST) se realiza la comparación con la correspondiente sección económica. 6
Procedimiento de Selección
En la práctica los conductores se deben seleccionar teniendo en cuenta los siguientes cuatro puntos:
1) La corriente de carga.
2) La corriente de corto circuito.
3) La caída de tensión.
4) La efectividad económica.
Con frecuencia se olvidan los ingenieros de la comprobación técnico-económica, lo cual es inadmisible en los tiempos actuales.
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Selección de Conductores por Carga
Selección de cables. Para determinar el calibre del cable por calentamiento se establece la corriente de cálculo, y por los cuadros de sección de corriente se selecciona la sección normalizada próxima superior.
Como puede observarse en el cuadro V.2., la capacidad de conducción de corriente depende en gran medida del tipo del aislamiento del conductor.
Por ejemplo, para un calibre de 500 MCM se tienen 320 A para 60ºC y 405 A si la temperatura permitida del aislamiento es de 90ºC. Existe una diferencia de costos en los conductores que se debe evaluar en el estudio técnico-económico para decidir qué tipo de conductor debe usarse.
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Selección de Conductores por Carga
La corriente de los cuadros se tiene que afectar, si es necesario, por los factores de agrupamiento y de temperatura, tal como se observa en ambos cuadros V.3 Y V.4.
Por razones de espacio sólo se dan los conductores con temperaturas máximas permisibles de 60, 75 y 90ºC, para conductores de cobre.
En las normas técnicas se dan los valores para 85,110, 125 y 200 C, además de los ya mencionados. También ahí se pueden ver los valores correspondientes a los conductores de aluminio.
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Selección de Conductores por Carga
Selección de conductores para líneas aéreas. La selección de la sección por corrientes de carga para líneas aéreas se realiza en la misma forma que para los cables, pero no se requiere aplicar los factores de corrección por agrupamiento. La corriente permitida en este caso corresponde a la columna "Al aire" en el cuadro V.2., visto anteriormente.
La gráfica V.1 indica que los cables tienen cierta capacidad para soportar las sobrecargas temporales, de tal manera que no se tenga que incrementar innecesariamente el calibre del conductor. La capacidad de sobrecarga depende en gran medida de los materiales aislantes así como de la colocación de los cables.
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Selección de Conductores por Cortocircuito
Para seleccionar la sección térmicamente estable en corto circuito del cable, es necesario conocer el valor de la corriente permanente de corto circuito y e! tiempo probable que pasará dicha corriente a través de él. El tiempo depende de la rapidez con que actúen las protecciones y se debe considerar la protección más lenta para prevenir el caso más crítico.
La gráfica V.2 muestra la forma típica en que los fabricantes dan las corrientes de corto circuito que pueden soportar los conductores en función del tiempo de duración de la falla.
Los cables protegidos con fusibles limitadores de corriente no se comprueban en estabilidad térmica bajo corto circuito, ya que estos fusibles operan con tal rapidez que el cable no se alcanza a calentar al grado de tener la posibilidad de sufrir daños. Los fusibles limitadores de corriente operan dentro del primer cuarto de ciclo.
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Selección de Conductores por Caída de Tensión
Como se sabe, el voltaje es uno de los índices principales de la calidad de la energía eléctrica, por lo cual la caída de tensión que se permite en los alimentadores normalmente es de 5%. El otro 5% se reserva para las caídas de tensión que se tienen hasta el usuario. La tensión en el extremo receptor de una línea o cable no se mantiene constante, ya que depende de la carga y, en particular, del factor de potencia.
El concepto de regulación expresa la dependencia de la caída de tensión respecto a la carga y su factor de potencia. Se puede definir como la diferencia de voltajes entre el extremo receptor y el de envío cuando por la línea circula la corriente de plena carga.
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Selección de Conductores por Criterio Económico
Uno de los métodos para escoger el calibre de conductores y cables es aplicar la densidad económica de corriente. Este procedimiento no es muy confiable, ya que desprecia muchos factores importantes.
La sección económicamente ventajosa normalmente resulta no estándar, pero a partir de ella se selecciona el calibre normalizado próximo superior.
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