19 marzo 2009

Entendiendo los aislantes de los conductores.

Luego de la selección del calibre del conductor por lo general no se presta la adecuada atención al aislante, como ingenieros electricistas suponemos que el aislante simplemente va a evitar que todo explote como consecuencia de un corto; no somos químicos, por ello algunas veces nos conformamos con decir, “usa un THW”, “ un THHN”, “aaaa eso lo arreglamos con un TTU”, sin saber realmente lo que implica, pues bien, vamos a ver de que trata todo esto de los aislantes y como los podemos especificar de manera correcta.

Primero, hay que recordar el concepto de aislante, para fines prácticos, decimos que un aislante es una sustancia que NO permite el paso de la corriente, es decir de los electrones, lo que los diferencian de los conductores que SI permiten el paso de la corriente, pues bien, la verdad es que toda la metería es conductora, ya que hasta el momento no se ha descubierto un aislante perfecto, pero los materiales tendrán un voltaje en donde se comportan como conductores, incluso hasta el aire es un conductor, solo que se requieren unos cuantos Mv para lograrlo. En secreto detrás de un aislante esta a nivel molecular, dependiendo de cuan fácil le sea ceder y obtener electrones, en los metales es muy fácil ya que cuentan con muchos “huecos” para llevas los portadores, pero en otras sustancias como los materiales cerámicos y los polímeros este proceso cuesta mucho mas, por ello se clasifican como aislantes.

Ahora bien, los cables que usamos diariamente constan de conductor, que puede ser cobre o aluminio y sobre este cable se incorpora el aislante, que debe tener ciertas propiedades para tal fin, veamos los distintos tipos de aislante:

Papel impregnado de resina:

Este método fue el primero en emplearse en los comienzos de la ingeniería, hoy en dia esta sistema tiene un uso limitado, por los niveles de tensión y requerimientos particulares de las instalaciones (sistemas subterraneos, cables marinos, etc).

Polímeros Termoestables:

aquí comienza la clase de química, los polímeros, son básicamente compuestos cuyas moléculas están conformadas por varias y largas “cadenas” de moléculas mas pequeñas (monómeros), el tipo de molécula y su estructura fisica, le dan las distintas propiedades a los polímeros, que básicamente se dividen en dos grupos, el primero, son precisamente los termoestables, lo que significa que una ves que el polímero adquiere la forma, la va a conservar aun en presencia de calor, usualmente al calentarse no se deforma y se quema dejando básicamente carbón (como: la bakelita). Veamos a continuación algunos ejemplos:

 

Polietileno de cadena entrecruzada

Cross-linked Polyethylene

XLPE

Usualmente usado como recubrimiento exterior (chaqueta), es resistente al sol, al agua y otros químicos.

 

Neopreno

(Policloropreno)

Neoprene

Hule sintético empleado como aislamiento y cubierta de cables flexibles. Usados desde los años 50s, es resistente al calor, a los rayos solares y el clima, también a grasas y aceites.

 

Polietileno Clorosulfonado

Chlorosulphanated Polyethylene

CSPE

También conocido como Hypalon, tiene propiedades similares al neopreno, tiene particular resistencia a los oxidantes químicos, ozono y al calor. Por su resistencia al calor se emplea en cable que deben operar por encima de los 90ºC

 

Goma/Espuma de Nitrilo

Tiene una sobresaliente resistencia al petróleo a altas temperaturas (mas de 250 ºC) pero tiene poca resistencia a la oxidación por aire, por lo que su uso se limita a sistemas de pozos de petróleo.

 

Nitrilo-Butadielo / Cloruro de Polivinilo

Nitrile-Butadiene/Polyvinyl Chloride

(NBR)/PVC

La espuma de nitrilo provee al PVC de una cobertura con propiedades similares al neopreno

 

Goma / Espuma de etileno propileno

Ethylene Propylene Rubber

EPR

Es ampliamente usado como aislante por sus destacadas propiedades eléctricas. Especialmente en aplicaciones a bajas temperaturas (-60ºC). se usa en aplicaciones de bajo voltaje cuando un elemento antillama es agregado.

Polímero termoplástico:

este es el segundo tipo de polímero, su principal característica es que pueden modificar su forma al calentarse, son los que usualmente se “derriten” al exponerse al calor, también pueden emanar gases tóxicos cuado se queman. (ejemplo: el PVC), a continuación unos ejemplos:

 

Cloruro de polivinilo

Polyvinyl Chloride

PVC

Es el aislante mas usado en cables, pero puesto que es un material termoplástico, en condiciones de altas temperaturas (en un corto) puede que el recubrimiento sufra daños. Cuando se quema, libera el cloruro y este, ataca a los metales cercanos.

Polietileno

Polyethylene

PE

Es usado principalmente en chaquetas para cables subterraneos, tiene poca resistencia a las llamas.

 

Polietileno Clorinado

Chlorinated Polyethylene

CPE

Puede ser hecho con propiedades termoplasticas o termoestables, como termoplástico se comporta similar al PVC, pero con mejores prestaciones a altas temperaturas. Tambien tiene mejores propiedades en bajas temperaturas que el PVC.

 

Elastómero Termoplástico

Thermoplastic Elastomer

TPE

Presenta una apariencia similar a espuma, puede usarse como aislante o chaqueta, puede ser resistente a las llamas y tiene buena resistencia a la abrasión

 

Nylon

Este material tiene buenas propiedades para ser usado como chaquetas en los cables, una propiedad muy importante es la baja fricción que presenta con los ductos conduit, lo que facilita su instalación, posee resistencia a los combustibles a base de hidrocarburos y lubricantes, así como también, solventes orgánicos. El uso mas común de este polimero es en los cables de tipo THWN y THHN.

 

Algunos ejemplos de Cables:

Desnudo de Cobre

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Línea de transmisión y distribución de energía eléctrica.

TWF - BATERIA

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Instalaciones donde requieren gran flexibilidad. Para aparatos, toma de motores, tableros, baterias, bancos de baterias de UPS, vehículos. Cable sometido a continuo movimiento.

TW

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Para circuitos de fuerza y alumbrado de edificaciones industriales, comerciales y domésticas.

THHN

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Circuitos de Fuerza, alumbrado e instalaciones expuestas a elementos como gasolina y/o aceite.

TTU

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Circuitos de fuerza, alumbrado e instalaciones industriales. Puede ser enterrado directamente. Tension nominal: 600 Volt.

SPT Piatina

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Extensiones, conexiones colgantes y en general como cables portátiles.

UF Plastiplomo

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Utiles para ser enterrados directamente. En instalaciones cubiertas o expuestas y en viviendas uni o multifamiliares del lado exterior de las paredes. resistente a humedad, corroción, hongos.

ASC Conductores Aluminio Desnudos

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Lineas aéreas de transmisión y distribución de energía eléctrica.

ASCR Conductores de Aluminio Reforzados

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Lineas aéreas de transmisión y distribución de energía eléctrica.

Aquí, algunos acrónimos usados en la industria de los cables:

 

AACS

Aluminum Alloy Standed Conductor: cable de aleación de aluminio.

AC

Armored Cable: cables provistos de una armadura metálica flexible.

ACSR

Aluminum Conductor Steel Reinforced: conductor de aluminio con centro de acero galvanizado.

ACSR-AG AL

ACSR con aleación de aluminio para alta temperatura (150°C) y acero de alta resistencia. Símbolo del aluminio.

ACSR-AW

ACSR con centro de acero recubierto con aluminio (Alumo-Weld). También conocido como ACSR-AS.

BIL

Basic Impulse Insulation Level: nivel básico de aislamiento al impulso.

Bit

Es un dígito binario.

CL2

Cables para circuitos Clase 2, según NEC-725, bajo voltaje y potencia.

CL3

Idem a CL2, para 300 volts máximo, bajo potencia.

CPE

Chlorinated PolyEthylene: polietileno clorado.

CV

Continuous Vulcanization: proceso de vulcanización en línea con la extrusión.

CW

CopperWeld: varilla de acero, con recubrimiento de cobre.

DCS

Cables para Distribución Comercial Subterránea.

DGN

Dirección General de Normas de la Secretaría de Comercio y Fomento Industrial.

DRS

Cables para Distribución Residencial Subterránea (tipo URD).

EP(R)

Fluorinated Ethylene Propylene: aislamiento de etileno-propileno fluorado.Ethylene Propylene (Rubber): aislamiento a base de etileno-propileno.

EPDM

Ethylene Propylene Dionomer: etileno-propileno dieno monómero.

FEP

Nombre abreviado para tetrafluoruroetileno-exafluoruropropileno, material aislante con excelentes propiedades eléctricas y químicas que se usan en cables categoría plenum.

FTP

Foiled Twisted Pair: cables multipares para datos blindados por medio de una cinta plástica aluminizada con hilo dren.

G

Ground: cable flexible para minas con conductores para conexión a tierra, 600 ó 2000 volts.

G-GC

Ground-Ground Check: cable flexible para minas, con conductores para conexión a tierra y un conductor aislado para verificar la continuidad de los conductores de tierra, 600 ó 2000 volts.

HDPE

High Density PolyEthylene (PE): polietileno de alto densidad.

HMWP

High Molecular Weight Polyethylene: polietileno de alto peso molecualr.

HPN

Heater Cord Parallel Neoprene: cordón paralelo de dos conductores flexibles con aislamiento elastomérico para aparatos electrodomésticos resistentes al calor, 90 °C, 600 volts.

HPOF

High Pressure Oil Filled: cables tipo Pipe (tubo) de alta tensión con aislamiento de papel impregnado instalados dentro de un tubo de acero con aceite a alta presión.

LDPE

Low Density PolyEthylene (PE): polietileno de bajo densidad,

Mi

Mineral Insulated: cable con aislamiento mineral de óxido de magnesio y cubierta de tubo de cobre o acero, para alta temperatura y resistencia al fuego, 90 a 250 °C.

mp

Mine Power Feeder Cable: cable alimentador para minas con tres conductores de fase y tres conductores para conexión a tierra.

mp-gc

MP-Ground Check: MP con un conductor aislado para verificar la continuidad de los conductores de tierra.

NM

Non-Metallic Sheathed Cable: conductores aislados y con cubierta no metálica resistente a la humedad, retardante de la flama; sugerido para ambientes secos.

NM-B o NMC-B

NM o NMC con aislamiento de THHN.

NMC

NM con cubierta elastomérica resistente a la corrosión; para ambientes secos o húmedos.

PCC

Designación de CSA para los cables de uso interior (Premises Comunication Cable).

PCG

Portable Cable Control and Ground conductors: cable flexible para minas con conductores de control y para conexión a tierra, 600 ó 2000 volts.

PE

Polietileno, puede ser de los tipos HMWP,HDPE y LDPE.

PFA

PerFluoro-Alkoxy: cables para alta temperatura; ambiente seco, con aislamiento de Perfluoro-Alkoxy, hasta 200 °C.

PFAH

PerFluoro-Alkoxy Heat: PFA con temperaturas mayores de hasta 250 °C.

PG

Portable Cable Ground Conductor: cable flexible para minas con conductores de fase y para conexión a tierra, 600 ó 2000 volts.

PILC

Papel Insulated Lead Cover: cable para media tensión aislado con papel impregnado y con cubierta de plomo.

PVC

PolyVinyl Chloride: cloruro cle poli-vinilo, compuesto ampliamente usado como aislamiento y cubierta.

PVDF

PolyVinyliDene Fluoride: compuesto termoplástico a base de fluor usado generalmente como cubierta en cables para construcción.

RH/RW

Rubber Heat, Rubber Moisture (Water): cables con aislamiento y cubierta de hules sintéticos para 75 °C en ambiente seco y 60 °C en húmedo, 600 volts.

RHH

Rubber High Heat: cables con aislamiento y cubierta de hule sintético, para 90 °C, 600 V.

RHW

Rubber Heat Moisture (Water): cables con aislamiento y cubierta de hules sintéticos para75 °C en ambiente seco y húmedo.

RHW-2

Igual a RHW pero con aislamiento de 90 °C en ambiente seco y húmedo.

SA

Silicone Asbestos: cables aislados con hule silicón y malla de asbesto o fibra de vidrio.

SBR

Styrene Butadiene Rubber: elastómero sintético a base de Estireno y Butadieno, empleado para aislamiento y cubierta de cordones flexibles, se conocía como GRS (Government Rubber Standard).

SF

Silicone Rubber Fiber Glass: alambre o cable de 7 hilos aislados con hule silicón y malla de fibra de vidrio, 200 °C.

SFF

Silicone Rubber Fiber Glass Flexible: SF con conductor más flexible, 150 °C.

SH

Shielded Mining Cable Single Conductor: cable monopolar flexible para minas con pantalla y cubierta para uso pesado.

SHD

Shielded mining Cable with Ground Conductors: cable trifásico flexible para minas con pantalla. "D" significa que cada conductor de fase lleva pantalla y que el cable tres conductores para conexión a tierra.

SHD-GC SHD.

Ground Check: SHD con un conductor aislado para el circuito de comprobación de continuidad de conexión a tierra y dos conductores de tierra.

SIS

Synthetic Insulated Switchboard Cable: cable para tableros con aislamiento elastomérico sintético, 90 °C, 600 volts.

SJ

Hard Service Cord Junior: cordón uso rudo para servicio ligero con aislamiento elastomérico, 300 volts.

SJO

SJ Oil Resistant: SJ con aislamiento resistente al aceite.

SJT SJ

Thermoplastic: SJ con aislamiento y cubierta termoplástica, 60 °C, 300 volts (90 y105 °C con aislamiento de PVC).

SMT

Construcción igual al SPT pero con conductores clase M.

SNM

Shielded Non-Metallic-Sheathed Cable: dos o más conductores aislados con un núcleo de material resistente a la humedad y retardante de la llama; sobre el conjunto lleva una pantalla a base de hilos y cintas; cubierta exterior de material no metálico resis

SO

Service Cord Oil Resistant: cordón uso rudo para servicio pesado; aislamiento y cubierta elastomérica; la cubierta es resistente al aceite, hasta 90 °C, 600 volts.

SPT

Service Parallel Thermoplastic: cordón paralelo con aislamiento de PVC para servicio ligero, 60 °C, 300 volts. (90 y 105 °C con aislamiento de PVC).

ST

Hard Service Cord Thermoplastic: cable o cordón uso rudo para servicio pesado con aislamiento y cubierta termoplástica, 60 a 105 °C, 600 volts.

STP

Shielded Twisted Pair: cables multipares para datos, blindados con una cinta plástica aluminizada y una malla de hilos de cobre estañado.

SU

Término empleado para denominar la tubería de PVC Subterránea.

SV

Service Cord Vacuum Cleaner: cordón tipo uso rudo flexible para conexión de aspiradoras con aislamiento y cubierta elastomérica, 60 °C, 300 volts.SV con cubierta de neopreno.

SVT

SV con aislamiento y cubierta Termoplástica, 60 a 90 °C, 300 volts.

SVTO

SVT Oil Resistant: SVT con cubierta resistente al aceite, 60 °C.

TA

Thermoplastic Asbestos: cable para alambrado de tableros con aislamiento termoplástico; carda de asbesto y trenza de algodón retardante a la llama, 90 °C, 600 volts (En desuso).

TAGA

Teflón*-Asbestos-G lass-Asbestos: conductor con aislamiento de Teflón trenza de asbesto, trenza de fibra de vidrio y malla de eabesto para circuitos de fuerza y control, 250 °C, 600 volts.

TAGT

TAGA sustituyendo la cubierta final de asbesto por una cinta de Teflón*.

TC

Power and Control Tray Cable: dos o más conductores aislados con o sin conductor de tierra y con una cubierta exterior de material no metálico, y aprobado para usarse en instalaciones en charolas, canalizaciones o soportado por un hilo mensajero.

TF

Thermoplastic Fixture: alambre o cable de 7 hilos para alambrado de aparatos eléctricos , aislamiento de PVC, 60 °C, 600 volts.

TFE

Cable para alta temperatura aislado con Teflón*, 250 °C.

TFF

TF Flexible: TF pero con conductor flexible.

TFFN

Thermoplastic Fixture Flexible Nylon: TFN con conductor flexible.

TFN

TF Nylon: TF con aislamiento de PVC y cubierta de nylon, 90 °C, 600 volts.

THHN

Thermoplastic High Heat Nylon: alambre o cable con aislamiento de PVC y cubierta de nylon, 90 °C en ambiente seco, 600 volts.

THHW

Thermoplastic High Heat Moisture (Water) Resistant: cable aislado con PVC para 90 °C en ambientes secos y 75 °C en húmedos, 600 volts.

THW1

Thermoplastic Heat and Moisture (Water) Resistant: alambre o cable con aislamiento de PVC par a75 °C en ambientes secos o húmedos, 600 volts.

THW-21

THW para 90 °C en ambientes secos y húmedos

THWN

THW con cubierta de nylon, resistente a la humedad, aceites e hidrocarburos, 75 °C en ambientes húmedos, 600 volts.

TP

Tinsel Cord Parallel: dos conductores paralelos extraflexibles con aislamiento y cubierta elastomérica para uso ligero en dispositivos de hasta 50 watts.

TPT TP

Thermoplastic: TP pero con aislamiento y cubierta termoplásticos, 125 volts.

TTU

Thermoplastic (or Thermoset) Insulation, Thermoplastic Jacket. Underground

TW

Thermoplastic Building Wire Moisture (Water) Resistant: alambre o cable aislado con PVC resistente a la humedad, 60 °C, 600 volts.

UD

Underground Distribution: cables para distribución subterránea, también conocidos como cables DS.

UF

Underground Feeder: cable de uno o varios conductores con aislamiento y cubierta termoplástica para acometidas subterráneas en baja tensión.

UHF

Ultra High Frequency: ultra alto frecuencia. Es la banda de 300 a 3000 MHz.

UTP

Unshielded Twisted Pair: cables multipares para datos, sin blindaje.

V

Volt: unidad utilizada para denominar tensión eléctrica.

VA

Volt Ampere: unidad de potencia aparente para transformadores.

W

Cables flexibles para minas: redondos o planos de uno o varios conductores con aislamiento y cubiertas elastoméricas para servicio extrapesado.

XHHW

Cross (X)-Linked Polyethylene High Heat and Moisture (Water) Resistant: cable con aislamiento de polietileno de cadena cruzada, 90 °C ambiente seco y 75 °C en ambiente húmedo, 600 volts.

XHHW-2

XHHW para 90 °C en ambientes secos y húmedos.

XLP

Cross (X)-Linked Polyethylene: polietileno de cadena cruzada, también conocida como polietileno vulcanizado o XLPE.

XT

Xmas Tree Cord: cordón paralelo, dos conductores aislados con PVC para series de árboles de navidad.

 

Fuente

Electrical Power Cable Engineering: Second: Edition, (Power Engineering, 21). Boca Raton: CRC, 2003.

Handbook of Electrical Installation Practice. Malden, MA: Wiley-Blackwell, 2003.

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