Universidad Fermín Toro Cabudare, Estado Lara
Conductores de Baja y Media Tensión en Venezuela Autores Ernesto Sandoval Jesús A. Rodríguez
Editorial
Contenido Conductor Eléctrico El elemento Conductor
CALIBRE DE CONDUCTORES ELECTRICOS Clasificación de los Conductores Eléctricos Denominaciones y tipos de conductores Medidas de conductores
Autores Ernesto Sandoval Jesús A. Rodríguez
Factor Eléctrico
Conductor Eléctrico
Un conductor es un material que, en mayor o menor medida, conduce el calor y la electricidad. Son buenos conductores los metales y malos, el vidrio, la madera, la lana y el aire.
Conductores son todos aquellos materiales o elementos que permiten que los atraviese el flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento. Si establecemos la analogía con una tubería que contenga líquido, el conductor sería la tubería y el líquido el medio que permite el movimiento de las cargas. Cuando se aplica una diferencia de potencial a los extremos de un trozo de metal, se establece de inmediato un flujo de corriente, pues los electrones o cargas eléctricas de los átomos que forman las moléculas del metal, comienzan a moverse de inmediato empujados por la presión que sobre ellos ejerce la tensión o voltaje. Esa presión procedente de una fuente de fuerza electromotriz (FEM) cualquiera (batería, generador, etc.) es la que hace posible que se establezca un flujo de corriente eléctrica a través del metal.
El conductor más utilizado es el Cobre (valencia 1), que es un buen conductor. Su estructura atómica la vemos en la siguiente figura.
Usos • • •
Aplicaciones de los conductores:
Conducir la electricidad de un punto a otro (pasar electrones a través del conductor; los electrones fluyen debido a la diferencia de potencial). Crear campos electromagnéticos al constituir bobinas y electroimanes. Modificar la tensión al constituir transformadores.
Se aplica este concepto a los cuerpos capaces de conducir o transmitir la electricidad. Un conductor eléctrico está formado primeramente por el conductor propiamente tal, usualmente de cobre. Este puede ser alambre, es decir, una sola hebra o un cable formado por varias hebras o alambres torcidos entre sí. Los materiales más utilizados en la fabricación de conductores eléctricos son el cobre y el aluminio. Aunque ambos metales tienen una conductividad eléctrica excelente, el cobre constituye el elemento principal en la fabricación de conductores por sus notables ventajas mecánicas y eléctricas.
El uso de uno y otro material como conductor, dependerá de sus características eléctricas (capacidad para transportar la electricidad), mecánicas (resistencia al desgaste, maleabilidad), del uso específico que se le quiera dar y del costo. Estas características llevan a preferir al cobre en la elaboración de conductores eléctricos. El tipo de cobre que se utiliza en la fabricación de conductores es el cobre electrolítico de alta pureza, (99.99%). Dependiendo del uso que se le vaya a dar, este tipo de cobre se presenta en los siguientes grados de dureza o temple: duro, semi duro y blando o recocido.
Cobre de temple duro: • Conductividad del 97% respecto a la 2 del cobre puro. • Resistividad de 0.018 Ohms x mm / m a 20°C de temperatura. 2 • Capacidad de ruptura a la carga, oscila entre 37 a 45 Kg/mm
Cobre recocido o de temple blando:
Por esta razón se utiliza en la fabricación de conductores desnudos y para líneas aéreas de transporte de energía eléctrica, donde se exige una buena resistencia mecánica.
2
• Conductividad del 100% • Resistividad de 0.01724 Ohms x mm / m a 20°'C respecto del cobre puro, 2 tomado este como patrón. • Carga de ruptura media de 25 kg/mm
Como es dúctil y flexible se utiliza en la fabricación de conductores aislados.
El elemento Conductor
Se fabrica en cobre y su objetivo es servir de camino a la energía eléctrica desde las centrales generadores a los centros de distribución (subestaciones, redes y empalmes), para alimentar a los diferentes centros de consumo (industriales, grupos habitacionales, etc.). Los conductores se clasifican de acuerdo a varios criterios Según su constitución Alambre: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por un solo elemento o hilo conductor. Se emplea en líneas aéreas, como conductor desnudo o aislado, en instalaciones eléctricas a la intemperie, en ductos o directamente sobre aisladores. Cable: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por una serie de hilos conductores o alambres de baja sección, lo que le otorga una gran flexibilidad.
Según el número de conductores
Monoconductor: Conductor eléctrico con una sola alma conductora, con aislamiento y con o sin cubierta protectora. Multiconductor: Conductor de dos o más almas conductoras aisladas entre sí, envueltas cada una por su respectiva capa de aislante y con una o más cubiertas protectoras comunes.
CALIBRE DE CONDUCTORES ELECTRICOS Los conductores se identifican por un número que corresponde a su sección o calibre y que se basa en el sistema americano de designación AWG (American Wire Gauge). En este sistema los números son regresivos y, el número mayor que es el 36, representa el conductor de menor diámetro. En la medida en que se reduce el número a partir del 36, aumenta la sección transversal del conductor hasta llegar al número 1 y, después de éste, se encuentran los calibres 1/0 (un cero), 2/0 (dos ceros), 3/0 (tres ceros) y 4/0 (cuatro ceros) que es el conductor más grueso en la designación AWG. La escala existente entre dos calibres consecutivos se formó fijando los dos diámetros de los calibres 36 y 4/0 y estableciendo una ley de progresión geométrica para los diámetros intermedios. Los diámetros seleccionados son de 0.46 pulgadas para el conductor 4/0 y de 0.005 pulgadas para el número 36 y, la relación existente es: Es decir, la relación entre dos diámetros consecutivos en la escala, es constante e igual a 1.1229 Existen conductores con una sección mayor a la del 4/0 AWG y, en este caso, se designan en función a su área en pulgadas cuadradas, para lo cual se utiliza una unidad denominada CIRCULAR MIL. Circular mil es la sección de un círculo que tiene un diámetro de un milésimo de pulgada. Es importante recordar que a nivel mundial se usan dos escalas de calibres para cuantificar el tamaño de los conductores eléctricos: • Escala americana AWG-kcmil (AWG = American Wire Gauge; kcmil = kilo circular mil, anteriormente conocida como MCM). • Escala Internacional (IEC), mm2. El tamaño de un conductor eléctrico debe seleccionarse adecuadamente cumpliendo con los requerimientos técnicos y normativos de cada país.
Clasificación de los Conductores Eléctricos
Por lo general, los conductores eléctricos están compuestos por cobre o aluminio y pueden estar compuestos por un alambre o un cable. En el primer caso cuenta con un solo elemento conductor mientras que en el segundo existen varios elementos, además del hilo conductor, que le permiten mayor flexibilidad. Tomando en cuenta sus formas, los conductores eléctricos pueden clasificarse de la siguiente manera:
Segmenta: como su nombre indica, cuentan con algunos segmentos, compuestos a partir de algún material aislante. Suelen ser más económicos.
Sectorial: en éste los hilos se ubican en una porción del cable, que generalmente equivalen a un 33% de su totalidad. Por este motivo, suelen ser muy útiles para las conexiones trifásicas.
Circular compacto: este tipo de conductor se caracteriza por contar con numerosos compartimentos, lo que permite dos cosas. Por un lado, que sea más liviano que otros y, por otro, que se pueda aprovechar de forma más eficiente el espacio.
Anular: en este caso, los alambres conductores son entrelazados y ubicados en capas en torno al núcleo del cable, que por lo general está compuesto de algún elemento metálico como puede ser el helio.
De acuerdo al material con el que esté compuesto, se identifican los siguientes tipos de conductores: Cobre: si bien no es el más eficiente, este metal suele ser el más utilizado, entre otras cosas, por ser económico. De todas formas, cuenta con una conductividad sumamente elevada, por lo que se vuelve un elemento eficiente. El cobre es un elemento que se encuentra con suma facilidad en la naturaleza y para obtenerlo de manera natural se lo suele someter a un proceso de refinado electrolítico. Para que resulte un mejor conductor, en muchos casos se le agregan otros elementos, como el latón o el bronce. El cobre se caracteriza, entre otras cosas, por ser un material significativamente dúctil y maleable así como también resulta muy fácil de manipular, fundir, laminar y estirar. Además de esto, es un material sencillo de estañar y soldar. Bronce: este material es el resultado de la fusión de estaño y cobre. Si bien tiene una conductividad que es menor a la del cobre, es un elemento sumamente utilizado, sobre todo cuando se le agregan otros materiales, como puede ser el fósforo, el cadmio o el magnesio entre otros, puesto a que resulta económico. Aluminio: luego del cobre y la plata, el éste es el metal con mayor conductividad eléctrica. Se debe tener en cuenta que es un material más laxo que el cobre aunque la resistencia de éste sea superior. Además, se trata de un material que se lo encuentra en grandes cantidades y en diversos puntos geográficos, lo que lo vuelve sumamente económico y accesible. El aluminio resulta fácil de forjar, hilar, estirar debido a que es muy dúctil.
Plata: se trata del material con mayor capacidad de conducir la electricidad aunque, por ser el menos económico de todos, no suele ser utilizado con demasiada frecuencia. Este material se caracteriza por ser dúctil y maleable y se lo encuentra en el suelo terrestre de distintas maneras. Para poder adquirir plata pura, esta debe ser sometida a procesos químicos tales como la refinación electrolítica. Algunos de sus rasgos principales como conductor es que tiene una elevada conductividad tanto térmica como eléctrica. Además de esto, suele ser muy precisa e inexorable para realizar fusiones. Por lo general, la plata es un material que se usa en la elaboración de instrumentos médicos eléctricos así como también para la producción de relevadores e interruptores. Latón: si bien la conductividad de este material es inferior a la del cobre, el latón es una aleación (de zinc y cobre) muy utilizada. Entre otras cosas, esto se debe a la sencillez con la que se lo puede estampar y estirar. Aleaciones de alta resistividad: en este caso se ubica a la aleación de níquel y cobre así como también cromo y níquel. Estas se caracterizan por laxas, maleables así como también fáciles de soldar. Además de esto, se caracterizan por poder transmitir la electricidad de manera constante a lo largo del tiempo. También, son aleaciones con puntos de fusión elevados y coeficientes térmicos de resistividad bajos. Por último, logran resistir muy bien a la corrosión.
Al proyectar un sistema, ya sea de suministro de energía, de control o de información, deben respetarse ciertos parámetros imprescindibles para la especificación de los cables: Voltaje del sistema, tipo (CC o CA), fases y neutro, sistema de potencia. Corriente o potencia a suministrar. Temperatura de servicio, temperatura ambiente y resistencia térmica de alrededores. Tipo de instalación, dimensiones (profundidad, radios de curvatura, distancia entre vanos, etc.). Sobrecargas o cargas intermitentes. Tipo de aislamiento. Cubierta protectora Todos estos parámetros están íntimamente ligados al tipo de aislamiento y a las diferencias constructivas de los conductores eléctricos, lo que permite determinar de acuerdo a estos antecedentes la clase de uso que se les dará. De acuerdo a éstos, podemos clasificar los conductores eléctricos según su aislamiento, construcción y número de hebras en monoconductores y multiconductores. Tomando en cuenta su tipo, uso, medio ambiente y consumos que servirán, los conductores eléctricos se clasifican en la siguiente forma:
Conductores para transmisión y distribución: Alambres y cables (N° de hebras: 7 a 6l). Tensiones de servicio: 0.6 a 35 kV (MT) y 46 A 65 kV (A T). Ejemplo de uso: Instalaciones de fuerza y alumbrado (aéreas, subterráneas e interiores). Tendido fijo. Cables armados: Cable (N° de hebras: 7 a 37). Tensión de servicio: 600 a 35,000 volts. Ejemplo de uso: Instalaciones en minas subterráneas (ductos, bandejas, aéreas y subterráneas) Tendido fijo
Conductores para control e instrumentación: Cable (N° de hebras: 2 a 27). Tensión de servicio: 600 volts. Ejemplo de uso: Operación e interconexión en zonas de hornos y altas temperaturas (ductos, bandejas, aérea o directamente bajo tierra). Tendido fijo. Cordones: Cables (N° de hebras: 26 a 104). Tensión de servicio: 300 volts. Ejemplo de uso: Para servicio liviano, alimentación a radios, lámparas, aspiradoras, etc. Alimentación a máquinas y equipos eléctricos industriales, aparatos electrodomésticos y calefactores (lavadoras, enceradoras, refrigeradores, estufas, planchas, cocinillas y hornos, etc.). Tendido portátil Cables portátiles: Cables (N' de hebras: 266 a 2,107). Tensión de servicio: 1,000 a 5,000 voits Ejemplo de uso: en soldadores eléctricas, locomotoras y máquinas de tracción de minas subterráneas. Grúas, palas y perforadoras de uso minero. Resistente a: intemperie, agentes químicos, a la llama y grandes solicitaciones mecánicas como arrastres, cortes e impactos. Tendido portátil Cables submarinos: Cables (N° de hebras: 7 a 37). Tensión de servicio: 5 y 15 kV. Ejemplo de uso: en zonas bajo agua o totalmente sumergidos, con protección mecánica que los hacen resistentes a corrientes y fondos marinos. Tendido fijo. Cables navales: Cables (No de hebras: 3 a 37). Tensión de servicio: 750 volts. Ejemplo de uso: instalaciones en barcos, en circuitos de poder, distribución y alurnbrado. Tendido fijo.
Dentro de la gama de alambres y cables que se fabrican en el país, existen otros tipos, destinados a diferentes usos industriales, como los cables telefónicos, los alambres magnéticos esmaltados para uso en la industria electrónica y en el embobinado de motores, los cables para conexiones automotrices a baterías y motores de arranque, los cables para parlantes y el alambre para timbres, etc.
Denominaciones y tipos de conductores Técnicamente los materiales por los que fluye la corriente eléctrica se denominan conductores. Los conductores que se utilizan para transportar la energía eléctrica de un lugar a otro por lo general son conocidos como cables, alambres o cordones. Denominaciones y tipos de conductores Alambre desnudo: Éste es un solo alambre sólido de cobre sin recubrimiento. Por lo general se utiliza para la conexión a tierra pero es poco común. Alambre aislado: Mismo alambre sólido de cobre que el anterior pero cubierto con un aislamiento plástico para evitar que entre en contacto con algún otro alambre, objeto metálico o persona. Es mucho más común que el desnudo y se utiliza para el alambrado de casas y oficinas. Cable flexible: Es el conductor con mayor presencia en el mercado ferretero. El cable está hecho de varios alambres delgados cubiertos por un aislamiento plástico. A diferencia de los conductores anteriores, el tener varios alambres más delgados en lugar de un solo alambre grueso permite que los cables sean más flexibles. Cordón: Consiste de dos o más cables o alambres aislados y envueltos juntos, a veces en una segunda capa de plástico. El ejemplo más común es el cordón dúplex que consiste de dos cables unidos y que se usa para fabricar extensiones o para la alimentación de aparatos eléctricos. Otro ejemplo es el cordón de uso rudo que trae, dentro de un aislamiento plástico, tres cables aislados.
Medidas de conductores
Los diámetros de los cables y alambres se categorizan de acuerdo al sistema AWG (American Wire Gauge). Mientras más pequeño sea el número AWG será mayor el diámetro de un cable. El diámetro de los alambres y cables está directamente relacionado con la corriente que éstos pueden soportar, mientras mayor diámetro tengan, podrán conducir más amperes (la corriente se mide en amperios A). Si se hace pasar por un cable una corriente mayor a la que éste puede soportar, el cable podría sufrir un sobrecalentamiento e incluso ocasionar un incendio, además de generar un desperdicio de energía.
Las medidas que más se usan en instalaciones para casas y oficinas, y por ende las que más se venden, son las 12 AWG y 14 AWG. Los usos más comunes por diámetro del cable son:
ALAMBRE MAGNETO
Conductor redondo, cuadrado o rectangular de cobre suave, aislamiento a base de resina poliéster modificada, sobrecapa de resina amida-imida. Se utiliza en motores abiertos, motores cerrados, motores herméticos, transformadores tipo seco, bobinas automotrices, balastras y motores para herramientas portátiles
Excelente estabilidad térmica, excelentes propiedades dieléctricas y mecánicas, muy buena resistencia química a solventes comunes y refrigerantes, es químicamente resistente al Freón 12 y 22. No se utilice en aquellas aplicaciones en que existan condiciones de humedad excesiva. El alambre magneto no es un producto soldable.
CABLE PLANO PARA BOMBA SUMERGIBLE
El cable plano para alimentación de bombas sumergibles está formado por tres conductores de cobre electrolítico suave, de alta pureza, en forma de cable flexible. Aislamiento individual de los conductores es de Polietileno (PE) en colores rojo,negro y azul para identificación de fases. Los tres conductores aislados son colocados en forma paralela, y reunidos por medio de una cubierta exterior a base de policloruro de vinilo (PVC), de color negro. El cable para la alimentación de bombas sumergidas en agua, con cárcamo de bombeo. Pueden ser utilizados en la agricultura, la industria pecuaria, aplicaciones industriales, y en suministro de agua potable en zonas urbanas y rurales. En general, donde se requieran tres conductores flexibles que ocupen poco espacio y que tengan su propia cubierta. Su gran flexibilidad facilita las maniobras de instalación. Resistente a la humedad y a la abrasión. Por su tipo de construcción ocupa poco espacio. Buena resistencia a los aceites, ácidos, grasas y agentes químicos. El rango de fabricación es de calibre 14 AWG. Hasta calibre 350 KCM. Para voltaje de operación de 1000 volts.
CABLE PARA PROTECCION CATODICA
Conductor de cobre suave, aislamiento de Polietileno, cubierta de exterior de PVC color negro, para uso en sistemas que requieren protección catódica tales como líneas de tubos subterráneos, pilas de acero, compuertas de seguridad, cables tipo tubo, barcos almacenados, tanques de combustible y electrodos de sistemas de tierra. Excelente aislamiento para operación con C.D. en ambiente húmedo, máxima protección contra corrosión galvánica y electrolítica por medio de la combinación de resistencia dieléctrica sobresaliente, con excelente resistencia contra la humedad, abrasión y químicos corrosivos. Por su cubierta exterior de PVC, el cable es adecuado para instalarse en interiores, ya que es no propagador del fuego. Este conductor se fabrica en calibres del 14 AWG al calibre 4/0 AWG.
CABLE ARMANEL TRIFASICO 600 V
Tres conductores de cobre suave cableado clase B, aislamiento de PVC, Conductor de tierra de cobre suave desnudo, cinta reunidora, armadura engargolada de acero galvanizado o aluminio, cubierta de pvc antillama. Este conductor es ideal para instalaciones eléctricas industriales en baja tensión y alimentación en general a máquinas y herramientas, aún en lugares peligrosos, rapidez y facilidad de instalación, ya que se elimina el uso de tubería conduit. Gran flexibilidad de la armadura que permite librar fácilmente obstrucciones y cambios de dirección. La estructura de la armadura metálica provee al cable de una mayor resistencia al impacto y a la abrasión. Gran resistencia a efectos corrosivos en ambientes salinos, el aislamiento es no propagador del incendio con una mínima emisión de humos densos y oscuros, tóxicos y corrosivos en caso de incendio. El conductor de tierra provee un buen medio para la conexión de tierra de los equipos. Este conductor se fabrica en calibres del 10 AWG al calibre 2 AWG.
CABLE PORTAELECTRODO
Conductor de cobre electrolítico pureza 99,9%, temple suave extraflexible con cableado clase K, aislamiento Elastomérico (TPE) 105°C. Propiedades dieléctricas y mecánicas excelentes, manteniéndose aún después de un prolongado servicio, es altamente resistente a la abrasión, ácidos, aceites, compresión, humedad e intemperie. Cuenta con un amplio rango de temperatura (-70°C a 105°C). voltaje de operación 600 Volts. El cable portaelectrodo es usado generalmente en forma intermitente en máquinas de soldar por arco eléctrico, igualmente como extensión desde la máquina soldadora al lugar de trabajo del electrodo. También puede ser usado en instalaciones temporales, como conexiones para equipos de sonido de alta potencia o sistemas de iluminación en eventos musicales y deportivos. El rango fabricación es del calibre 4 al 4/0 AWG.
CABLES FLEXIBLES DE USO RUDO SJO Y SO
Los cordones de uso rudo tipo SJO y SO están formados por dos, tres o cuatro conductores de cobre electrolítico suave, de alta pureza, en forma de cordón flexible. Sobre el conductor se aplica una cinta separadora no higroscópica (a partir del cal. 8 AWG). El aislamiento individual de los conductores de Etileno Propileno (EP). Los conductores aislados se cablean y sobre el reunido se aplica una cubierta exterior de polietileno clorado (CPE) en color negro. Los cordones de uso rudo tipo SJ0 y SO se utilizan en la alimentación de energía eléctrica a equipos semiportátiles o portátiles. En la alimentación de máquinas industriales. El aislamiento individual de los conductores es a base de Etileno Propileno (EP). Las características de su cubierta lo hacen altamente resistente al maltrato mecánico y, además, proporciona resistencia al contacto momentáneo con objetos calientes. Mayor capacidad de corriente con respecto a los cordones uso extra rudo tipo ST y SJT. Los cables SJO se fabrica en calibres que van desde 14 hasta 10 AWG. Para un voltaje de operación de 300 Volts, mientras que los cables SO, se fabrica en calibres que van desde 14 hasta 2 AWG. Para un voltaje de operación de 600 Volts
CABLE VULCANEL EP-CPE TIPO RHH/RHW
Conductor de cobre suave electrolítico, fabricado con una primer capa a base de etileno-propileno (EP) y una segunda capa a base de polietileno clorado (CPE) en color negro. Este tipo de cable es utilizado en todo tipo de industrias, en especial aquellas con circuitos eléctricos pesados, como: siderúrgicas, plantas textiles, plantas cementeras, etc. Puede ser instalado en charolas, tubos (conduit), ductos o directamente enterrados. Los cables vulcanel EP-CPE tienen excelentes propiedades como son: Retardante a la flama, resiste alta temperatura, buena conductividad electrica, resistencia a la mayoría de los aceites y agentes químicos, mayor espesor de aislamiento que los cables tipo RHH/RHW-2 con aislamiento de XLP. Se fabrica en calibres que van desde 14 AWG hasta 1000 KCM. Para un voltaje de operación de 600 Volts.
ALAMBRE TWD 60°C, 600 V
Conductores sólidos de cobre suave con aislamiento de PVC en color gris o negro Uso general en instalaciones fijas, visibles, directamente sobre muros o paredes. En instalaciones que alimentan aparatos pequeños, incluyendo bocinas fijas y timbres. Tensión máxima de operación: 600 V Temperatura máxima de operación: 60°C Sus características mecánicas permiten su planchado sobre muros y paredes, fácil de instalar mediante el uso de abrazaderas o grapas. Tiene identificación de polaridad a todo lo largo de uno de los conductores. Se fabrica en calibres del 10 al 22 AWG
Calibre de conductores desnudos, designaciรณn AWG