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:
Línea de transmisión y distribución de energía eléctrica. | ||
Instalaciones donde requieren gran flexibilidad. Para aparatos, toma de motores, tableros, baterias, bancos de baterias de UPS, vehículos. Cable sometido a continuo movimiento. | ||
Para circuitos de fuerza y alumbrado de edificaciones industriales, comerciales y domésticas. | ||
Circuitos de Fuerza, alumbrado e instalaciones expuestas a elementos como gasolina y/o aceite. | ||
Circuitos de fuerza, alumbrado e instalaciones industriales. Puede ser enterrado directamente. Tension nominal: 600 Volt. | ||
Extensiones, conexiones colgantes y en general como cables portátiles. | ||
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. | ||
Lineas aéreas de transmisión y distribución de energía eléctrica. | ||
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.
Estimados, excelente blog, muy interesante.
ResponderEliminarQuisiera hacer una consulta: ¿por qué el conductor tipo TW, THW, THHN, THWN y NSYA están prohibidos en canalizaciones subterráneas, ya sea con dentro de un ducto o directamente en tierra?
Agradecería la aclaración
Saludos
Estimados amigos, leyendo el artículo "Entendiendo los aislantes de los conductores", aprecio que sus conceptos están incompletos y me permito hacer un complemento.
ResponderEliminarLa definición entregada sobre polímeros termoestables o para el caso de aplicaciones eléctricas, deberíamos llamarlos "aislamiento termoestable" está bien; sin embargo los ejemplos mostrados incluyen aislamientos termoplásticos los cuales no son definidos en ninguna parte del artículo.
Como aspecto muy diferenciado entre las clases de polímeros aislantes se debe indicar que, ante el calor, los aislantes poliméricos termoestables tienen un comportamiento muy distinto al de los termoplásticos. Estos son polímeros que tras ablandarse o fundirse por efecto del calor, recuperan sus propiedades originales luego de enfriarse.
En general son polímeros lineales, con bajo PF y solubles en disolventes orgánicos.
Los termoestables no cambian sus propiedades ante el calor y no son solubles en disolventes orgánicos.
Esas son diferencias fundamentales entre ambos tipos de polímero