Cables y conductores

Electrónica. Superconductores. Cableado. Cálculos

  • Enviado por: Florencio
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Existen cables de muchos tipos, cada uno de los cuales destinado a una función determinada, que puede ir desde el transporte de señal hasta el transporte de energía eléctrica. Así pues, es el ingeniero el que, a partir de unos cálculos y necesidades elige el cable que utilizará en su instalación. Es menester pues, que las empresas destinadas a la fabricación de cables, dispongan en sus catálogos de una gran variedad de estos.

Como por ejemplo de la gran variedad de cable citar a Alcatel (sección Energia) y Coguesa ( sección Telecomunicación y electrónica).

ALCATEL

Cables Industriales.

Instalaciones interiores, exteriores y subterráneas s/UNE 21.123.

Cables de distribución (Baja y Media Tensión)

Acometida y distribución aérea o subterránea s/UNE 21.123 y 21.030.

Cables domésticos

Instalaciones interiores s/UNE 21.031..

Cables de seguridad, Mando y Control.

Instalaciones en edificios públicos y de control en la industria.

Cables especiales

Automoción e iluminación, instrumentación y control, cables de manutención, cables para industrias petroquímicas, cables para la Marina, cables de balizas

COGUESA

Cables Manguera Blindado

Instalaciones de todo tipo de maniobra en aparatos de control, mando y señalización donde se requiera evitar campos magnéticos e interferencias exteriores de alta frecuencia.

  • Conductor de cobre flexible electrolítico

  • Aislamiento de PVC tipo T12.

  • Pantalla de trenza de hilos de cobre estañado.

  • Cubierta de PVC tipo TM2.

  • 2,3 y 4 conductores de sección 1, 1.5 y 2.5 mm2

CABLES PARALELO BICOLOR

Instalaciones de altavoces, autorradios, lámparas y aparatos de sonido.

  • Conductores de cobre electrolítico.

  • Aislamiento de PVC.

  • 2x0.50, 2x0.75, 2x1.00, 2x1.50 mm2

CABLES INTERFONO

Instalaciones telefónicas interiores.

  • Conductor de cobre electrolítico estañado o sin estañar.

  • Aislamiento de PVC o POLIETILENO.

  • Formación en pares (de 2 a 100 pares)

  • Pantalla de cinta de aluminio/Poliester con hilo de continuidad.

  • Hilo de rasgado.

  • Cubierta de PVC.

  • Sin apantallar o apantallado, de 2 a 100 pares.

CABLES TELEFONICOS DE ACOMETIDA.

Acometidas telefónicas en el interior o en el exterior de edificios.

  • Cable telefónico de acometida interior 2x5/10-3x5/10.

  • Cable telefónico de acometida exterior autosoportado 2x5/10+1x0.7-2x1+1x1

  • Cable telefónico de acometida interior-exterior 2 a 5 conductores de 0.28 mm2

  • Cable telefónico de acometida exterior reforzado Antirrata.

CABLE DE SONIDO

Instalaciones de música ambiental.

  • Sin funda, con funda, apantallados.

  • 2x0.25+3x0.5, 3x0.25+3x0.50, 5x0.25+3x0.50,

CABLES ALTAVOZ

Instalaciones de porteros electrónicos, alarmas, altavoces, telefonía privada...

  • Sin funda, con funda, apantallados.

  • De 2 a 16 conductores de 0.22mm2.

CABLES COAXIALES

Instalaciones de bajada de antena de televisión.

  • Conductor de cobre eletrolítico.

  • Aislamiento de Polietileno celular.

  • Pantalla de trenza de cobre o cinta ALUM/POL/ALUM + trenza de cobre estañado.

  • Cubierta de PVC

  • K-6, K-8,K-10,K-20,KO-7,KO-25.

A continuación queda reflejada toda una lista de más tipos de cables, clasificados utilidades.

Cables flexibles de energía y control ( 500 - 1000 V) :

Cerviflex: destinado a circuitos de control, señalización y medida en máquinas herramientas, maquinaria de producción, etc.; con cubierta resistente al aceite y de gran flexibilidad.

Cerviflex VV-K y Cerviflex RV-K: transporte de energía para instalaciones fijas, distribución de energía en instalaciones interiores y exteriores, acometidas, alumbrado público, etc.

Cerviflex SY: manguera flexible armada destinada a maniobra y alimentación para motores, maquinaria, equipos eléctricos, etc., para instalaciones expuestas a la acción de esfuerzos mecánicos o roedores.

H05 VV-F: cable flexible con aislamiento y cubierta de PVC destinado al conexionado de pequeños electrodomésticos, máquina herramienta, iluminación, etc.

Cables rígidos de energía (0,6 /1 KV) :

Cable RV: transporte de energía para instalaciones fijas, distribución de energía en instalaciones interiores y exteriores, acometidas, alumbrado público, etc.

Cable VVFV y RVFV: cable armado con fleje de acero, destinado al transporte de energía para instalaciones fijas, distribución de energía en instalaciones interiores y exteriores, acometidas, alumbrado público, etc. ; con protección contra esfuerzos mecánicos o roedores.

Cable VVMV y RVMV: cable armado con corona de alambres de acero, destinado al transporte de energía para instalaciones fijas, distribución de energía en instalaciones interiores y exteriores, acometidas, alumbrado público, etc. ; con protección contra esfuerzos mecánicos o roedores.

Cable ROVMV: cable apantallado, armado con corona de alambres de acero, destinado a instrumentación y control en zonas de riesgo de interferencias electromagnéticas, con protección contra esfuerzos mecánicos o roedores.

Cable NYCY: cable para suministro de energía para uso industrial, cajas de distribución, iluminación de exteriores, así como cable de control para transmisión de señales. También es apto para instalaciones que requieran una mayor protección eléctrica o mecánica. El conductor concéntrico se puede utilizar como neutro, conductor de protección o conductor de tierra. Simultáneamente, también está permitido utilizarlo como pantalla.

Cable NYCWY: cable para suministro de energía, apto para instalación aérea, subterránea, en agua o por bandeja portacables. El conductor concéntrico se puede utilizar como neutro, conductor de protección o conductor de tierra. Simultáneamente, también está permitido utilizarlo como pantalla.

Cables de alta seguridad:

Halogen Free H07Z-K y RZ1-K: cable unipolar destinado al transporte de energía para instalaciones fijas, distribución de energía en centralización de contadores, cuadros de distribución, etc. ; recomendado para lugares donde la seguridad de las personas, equipos y bienes destaca por encima de cualquier exigencia.

Cables para servicios móviles:

Cables botonera grúa: cable flexible destinado a botoneras para control de máquinas destinadas a la construcción, montacargas de exteriores, elevadores, etc.

Cables botonera autoportante: cable flexible con fiadores laterales para botoneras de control en máquinas destinadas a la construcción, puentes rodantes, elevadores, grúas, etc.

Cerviflex plano H07VVH6-F: cable plano flexible con los unipolares en disposición paralela, destinado a aplicaciones de maniobra y control de automatismos en puentes grúa, pórticos, etc.

Geonbaron: cable destinado al transporte de energía para servicios móviles donde el cable está sometido a esfuerzos de tracción.

Cable NSHTOUK: Cable extraflexible con refuerzo textil entre cubiertas como protección contra grandes esfuerzos mecánicos, destinado para enrolladores de cable con velocidades de hasta 120 m/min. En grúas, elevadores, etc.

Piezas extensibles: cable extensible para servicios de telefonía, pequeños electrodomésticos, iluminación, etc.

Cables para cadenas portacables y robótica:

Cable S-80 y S-90: cable flexible destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

Cable S-80 C y S-90 C: cable flexible apantallado destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

Cable S-100: cable flexible destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

Cable S-100 C: cable flexible apantallado destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

Cable S-200: cable flexible de tamaño reducido destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

Cable S-200 C: cable flexible apantallado de tamaño reducido destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

Cable S-368 C: Cable ligero, flexible con pantalla para protecciones eléctricas y electromagnéticas, destinado para circuitos de control, señalización y medidas en máquinas para servicio móvil, industria robótica, maquinaria para automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad y resistencia mecánica.

Cable S-369 C TP: Cable ligero, flexible con pantalla para protecciones eléctricas y electromagnéticas, destinado para circuitos de control, señalización y medidas en máquinas para servicio móvil, industria robótica, maquinaria para automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad y resistencia mecánica.

1.INTRODUCCIÓN TEÓRICA SOBRE LOS CONDUCTORES

Vamos a definir estos materiales a partir de la teoría de bandas. Efectivamente, una forma de representar las bandas permitidas y prohibidas sobre el plano, consiste en mostrar estas regiones referidas a un sistema de ejes x-y, tomando valores de energías en eV sobre el eje de ordenadas y distancias interatómicas sobre el de abscisas.

La región comprendida entre las bandas de energías permitidas, se denomina banda prohibida BP por no existir en ella, ningún estado cuántico posible.

En esta representación, a la banda de energía más baja se la denomina banda de valencia B.V y se denomina así por tener tantos estados como electrones de valencia. Cuando está totalmente llena, adopta dicha denominación.

A la banda superior se la denomina banda de conducción BC, por no existir en ella estados cuánticos posibles que pueden ser ocupados por electrones procedentes de niveles inferiores, apareciendo de esta forma el fenómeno de conductividad eléctrica, en el sólido.

Establecido el concepto de banda de energía y habiendo encontrado un modelo gráfico para su representación, estamos en condiciones de definir, apoyándonos en una base científica más coherente que en el caso de otras teorías, los materiales conductores, semiconductores y aislantes, de igual modo se puede justificar porqué unos tienen esas propiedades más acentuadas que otros.

La diferencia fundamental entre los conductores, los semiconductores y los materiales aislantes se debe fundamentalmente a dos factores:

  • Anchura de la banda prohibida o intervalo de energía prohibida (Gap), de valor Eg.

  • Existencia de estados cuánticos posibles en la banda de conducción(nuevos niveles discretos, solape de banda, etc.).

El primer factor Eg, depende en principio de la distancia interatómica que se considere. De cualquier manera, la función Eg=f(x) no es lineal, necesariamente.

En cuanto a la existencia de estados cuánticos posibles, no olvidemos que todo el análisis sobre la teoría de banda, depende de una función de onda ligada a una determinada probabilidad.

Así pues, los materiales conductores son aquellos que, presentan una estructura de bandas con un intervalo Eg, prácticamente inexistente y una banda de conducción con una elevada concentración de estados cuánticos posibles (banda vacía o parcialmente vacía). En algunos casos, las bandas de energía se solapan, dando lugar a un gran número de estados cuánticos posibles, para ser ocupados por los electrones, lo cuál supone para ellos unas elevada conductividad. Así, en el caso del aluminio, su estructura de bandas sin este solape, sería más propia de un aislante que de un excelente conductor.

En conclusión pues, podemos decir que un material conductor eléctrico, es aquel que transmite o conduce electricidad.

1.1 PROPIEDADES DE LOS CONDUCTORES

Para la buena elección de un material conductor, hemos de conocer, en muchas ocasiones, sus propiedades:

  • Propiedades eléctricas: conductividad, movilidad de las cargas, resistividad, resistencia.

  • Propiedades mecánicas: límites elástico en (d a N/mm2 " Kg. f/mm2 (Re)), carga de rotura en d a N/mm2-R, alargamiento (%)(A), resiliencia en d a J/cm2 (K), dureza(H), resistencia al desgaste , etc.

  • Propiedades físicas: densidad, homogeneidad, conductividad térmica.

  • Propiedades químicas: resistencia a los agentes químicos y sobretodo a la oxidación.

  • Propiedades metalúrgicas: temperatura de fusión, fluidez, soldabilidad.

  • Propiedades comerciales: precio de venta, facilidad de aprovisionamiento, facilidad de transporte.

Hasta aquí hemos establecido las bases teóricas que nos han permitido definir cualitativamente los materiales conductores, ahora bien, dentro de cada grupo de materiales, las propiedades eléctricas, térmicas, mecánicas, etc. son diferentes, por lo que resulta necesario valorarlas por medio de magnitudes físicas adecuadas homologables y de aplicación inmediata al diseño.

En el caso que ahora nos ocupa (propiedades eléctricas) vamos a introducir tres factores de gran importancia como son, la movilidad, conductividad y resistividad, que se pueden relacionar entre sí, mediante expresiones sencillas en sus aplicaciones y de precisión suficiente, dando por otra parte un carácter cualitativo al estudio de la conducción eléctrica, en los materiales.

El fenómeno físico de la conducción, lleva implícita la condición necesaria de que se produzca desplazamientos de cargas eléctricas.

En el caso de los sólidos conductores, sabemos que hay electrones que cumplen esta condición (teoría de bandas) ya que el electrón tiene una determinada masa y carga eléctrica de 1,6 10-19 C.

1.1.1 CONDUCTIVIDAD

La conductividad se puede definir como el mayor o menor grado de facilidad que los portadores de carga encuentran al desplazarse. En los conductores metálicos sabemos que existe una nube electrónica en la que están inmersos los iones metálicos positivos.

De acuerdo con la teoría del gas electrónico, los electrones están en equilibrio dinámico. Debido a la agitación térmica, el desplazamiento de estos portadores cambia de dirección al producirse choques con los iones (casi estacionarios). La distancia media entre colisiones se denomina camino libre medio. Puesto que el movimiento es errático, existe la misma probabilidad de que tantos electrones pasen a través de una superficie, en un sentido como en el opuesto en la unidad de tiempo. Como consecuencia la corriente neta sería nula.

Un resultado importante del modelo del electrón libre, para los sólidos conductores, nos da una expresión de la conductividad: (a)

=(e2)m2

Donde:

  • es la concentración volumétrica de electrones;

  • e la carga del electrón;

  • m la masa del electrón;

  • el tiempo de relajación, estrechamente relacionado con el tiempo entre colisiones, es decir, la trayectoria media libre.

Este resultado es lógico ya que, la carga transportada al aplicar una acción exterior, como cuando actúa un campo eléctrico de EV/m, debe ser proporcional a la densidad de carga móvil, e, al tiempo de relajación, ya que mide el tiempo que el campo actúa sobre un electrón antes que las colisiones hagan que su movimiento sea al azar y finalmente a e/m, pues la facilidad de un campo para acelerar una partícula cargada, es proporcional a la carga e inversamente proporcional a la masa.

1.1.2 MOVILIDAD

Movilidad significa facilidad de movimiento y no necesariamente de desplazamiento, es decir, un portador de carga pude moverse y no desplazarse. Así pues, la movilidad expresa la facilidad que tienen los portadores para moverse.

De la expresión (a) podemos obtener:

=ne

Denominando a , movilidad de los portadores.

Esta movilidad también puede definirse como la velocidad de impulsión de los portadores por unidad de campo eléctrico:

=E /seg.

y si hacemos E=1 nos queda

=

Veamos como cambia la situación, si se aplica al sólido conductor un campo eléctrico E, ya que, como consecuencia la fuerza electrostática F, los portadores son acelerados y su velocidad aumentaría indefinidamente con el tiempo, de no existir colisiones con los iones, con lo cual los electrones pierden energía (que se transforma en calor) y se alcanza un régimen permanente cuando se desplazan con una velocidad media , denominada velocidad de arrastre. El sentido de la velocidad de arrastre es contrario al campo E y su módulo, tal como hemos dicho, proporcional a E. La movilidad se expresa en m2/V.seg. , tal como se deduce de la fórmula anterior.

1.1.3 RESISTIVIDAD

Se puede definir como el grado de dificultad que los electrones

encuentran en sus desplazamientos. Analíticamente se puede considerar como el valor inverso de la conductividad.

=1/ m

Los defectos tales como dislocaciones, vacantes, etc., actúan como centros dispersores de electrones y contribuyen a aumentar la resisitividad.

Según la regla de Matthesein, la resisitividad de los metales puros y aleaciones puede expresarse por:

=T+r

En donde T, es la resisitividad debida a las vibraciones en la red cristalina, producidas por efecto térmico, y r, la debida a los efectos estructurales, denominada resisitividad residual.

La regla anterior no es aplicable a elevadas temperaturas ni para valores altos de las concentraciones de impurezas, por lo que al aumentar dicho contenido la resisitividad residual varía según la expresión

r =kCx(1-Cx)

En la cual Cx representa la concentración de impurezas y K es una constante, cuyo valor depende de los metales base y de las impurezas. A esta expresión se la denomina Regla de Nordheim.

En las aleaciones binarias parcialmente solubles en sólido, que presenten una estructura bifásica, +, la resisitividad equivalente, vendría dada por:

e=V+VM+M

Siendo ,M,,M, las resistividades y masas presentes de cada fase, respectivamente.

2. METALES Y ALEACIONES CONDUCTORAS

Todo el conjunto de metales y aleaciones conductoras puede incluirse dentro de dos amplios grupos:

  • Metales y aleaciones férreas.

  • Metales y aleaciones no férreas.

El primer grupo puede ser considerado, en nuestro caso, menos importante y podemos citar el hierro, fundiciones y aceros dentro de las aleaciones Fe-C.

En el caso de los aceros, citaremos, los aceros al silicio, los aceros al níquel, aceros al cobalto y aceros para imanes.

Las designaciones para estos materiales están normalizadas, así una fundición gris se denominará:

Fundición gris

Ft 20 (carga de rotura en M/mm2)

Fundición Maleable

MB 35 7 (alargamiento del material en %)

(carga de rotura)

Para una maleable de corazón negro emplearíamos el símbolo MN.

Acero de uso corriente

Acero A 50 (carga de rotura en M/mm2)

Dentro del segundo grupo, mencionamos como más importantes

el cobre y sus aleaciones, latones -aleaciones Cu-Zn- y bronces aleaciones Cu-Sn- aluminio y sus aleaciones, las alpacas -aleaciones Cu-Zn-Ni-. En telefonía se consumen cantidades importantes de esta aleación. Podemos citar también el PbSn y sus aleaciones.

Las características de estos materiales y de otros no mencionados, pueden verse en cualquier nomenclador.Las designaciones, están igualmente normalizadas, así para el aluminio, tendríamos:

Aluminio

(Aluminio) A 9(índice de pureza química)

El índice de pureza química, está representado por una cifra o dos (0 a 99).

2.1 FORMAS COMERCIALES

Podemos mencionar las siguientes formas constructivas generales:

  • Hilos

  • Cables

  • Órganos de conexión

  • Órganos de interrupción.

2.1.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS CABLES

Las principales características de los cables son:

  • A) Conductor que los constituye

  • B) Aislamiento

  • C) Cubiertas

  • D) Comportamiento ante los agentes externos

A)Conductor

Los metales empleados como conductores en cables eléctricos para baja tensión son el cobre y el aluminio.

El cobre reconocido es más usado, tradicionalmente, por su mayor conductividad y mejores características mecánicas y ductilidad.

El aluminio, utilizado posteriormente en la industria de fabricación de cables eléctricos, tiene un gran campo de aplicación, resaltando sus ventajas de menor peso específico y presentando una buena conductividad y menor coste económico.

A.1)Características de los conductores

Internacionalmente, la fabricación de conductores para cable eléctricos aislados se ajusta a las prescripciones de la norma

UNE-21022 Conductores de cables aislados.

En relación con las características constructivas, composición de los conductores y valores característicos que los determinan, son aplicables las siguientes definiciones:

Formación: La formación de un conductor se define por el número

de alambres que lo componen y por el diámetro nominal de los mismos.

Cuerda: Es el conductor formado por varios alambres reunidos, formando hélices.

Filastica: Es el conductor formado por varios alambres reunidos en hélices en el mismo sentido.

Cuerda compacta: Es aquella en que por deformación de los alambres constituyentes, se han reducido los intersticios existentes entre los mismos.

Cuerda sectorial: Es aquella en que su sección recta adopta aproximadamente la forma de un sector circular.

Sección geométrica: Se entiende por sección geométrica de un conductor la sección recta si es un alambre o la suma de las secciones rectas de cada uno de los alambres si se trata de una cuerda, expresada en mm2.

Sección nominal: Es el valor redondeado que se aproxima al teórico y que se utiliza para la designación del cable expresado en mm2.

Resistencia: Resistencia máximas admisibles para los conductores en corriente continua, para una determinada temperatura ( norma UNE-21022).

B)Aislamientos

Es la envolvente de material aislante continua y uniforme en toda la longitud del conductor, con un espesor adecuado para la tensión de trabajo del cable.

Los cables de alta tensión pueden aislarse con varios tipos de materiales aislantes.

Cuando se exijan comportamientos frente al fuego, las mezclas de los materiales utilizados serán inifugadas.

Hay varios tipos de materiales aislante:

  • policloruro vinilo (PVC)

  • caucho etileno-propileno (EPR)

  • polietileno reticulado (XLPE)

C)Cubiertas

Es la envoltura externa de material termoplástico o termoestable que no tiene una función eléctrica per sí de protección.

En general deben tener unas buenas características mecánicas y buenos comportamientos ante agentes externos.

Cuando se requieran exigencias frente al fuego, las mezclas de los materiales utilizados como cubiertas exteriores, serán ignífugas.

D)Comportamiento de los materiales a los agentes externos.

En todo tipo de instalación, los cables están sometidos a condiciones adversas, tanto de la propia instalación, como de agentes externos. Ambos casos inciden profusamente en la durabilidad o vida de los mismos. Es por ello que los materiales utilizados en aislamientos y cubiertas deben ser los más adecuados para soportar estas adversidades.

Dentro de estos agentes externos, el que más preocupa es el fuego.

La problemática de los incendios puede ser contemplada bajos dos aspectos diferenciados, que se dan antes y durante la evolución del incendio.

El primer aspecto, el principal, comprende el estudio y aplicación del conjunto de medidas que deben observarse en el proyecto de cualquier obra de construcción, que tiendan a evitar que el incendio se establezca y que faciliten la extinción del incendio si éste llega a producirse. Un debido estudio de la línea debería situar los cables a una distancia normativizada de los conductos de gas y elegir aquellos que imposibilitaran la creación del incendio.

El segundo aspecto es el humo que aparece por la combustión de los materiales sometidos a la acción del fuego. Es pues importante que los cables elegidos para la instalación sean no propagadores de incendio, para así evitar la emisión de gases tóxicos y corrosivos debido a la combustión de los halogenuros contenidos en la materia orgánica que conforma la cubierta de los cables.

Así pues, se somete a los cables a una serie de ensayos, dedicados a evitar la propagación del incendio y sus consecuencias:

No propagación de la llama: Con este ensayo se determina la propiedad de autoextinción de la llama cuya ignición ha sido provocada en la superficie del cable por la fuente de calor y las condiciones ambientales.

No propagación incendio: Se comprueba la propiedad de que el cable, sometido a las condiciones simuladas de incendio, no se convertirá en vehículo de propagación.

Los tres sistemas de ensayo más utilizados internacionalmente y que constatan esta particularidad, tienen como objetivo la misma finalidad, aunque siguiendo procedimientos de ensayo diferentes.

Toxicidad y corrosividad: La ausencia de productos halógenos en la combustión de los materiales orgánicos, ofrece la seguridad de que los gases emitidos no contengan características tóxicas ni corrosivas.

Los cables convencionales provistos con aislamientos y cubiertas de polímeros halógenos emiten al arder humos y gases con contenidos notables de F, Cl, Br, ... , muy tóxicos.

Emisión de humos: Los cables, al arder, como consecuencia de una incendio, emiten gran cantidad de humos, ocasionando una pérdida de visibilidad que dificulta la evacuación de las personas.

Otras características exigibles a los cables es que sean flexibles, resistentes a aceites industriales y que tengan capacidad de carga.

2.1.1.A) TIPOS DE CABLES

Existen cables de muchos tipos, cada uno de los cuales destinado a una función determinada, que puede ir desde el transporte de señal hasta el transporte de energía eléctrica. Así pues, es el ingeniero el que, a partir de unos cálculos y necesidades elige el cable que utilizará en su instalación.

Es menester pues, que las empresas destinadas a la fabricación de cables, dispongan en sus catálogos de una gran variedad de estos.

Como por ejemplo de la gran variedad de cable citar a Alcatel , Coguesa y Cerviflex.

ALCATEL

Cables Industriales.

- Instalaciones interiores, exteriores y subterráneas s/UNE 21.123.

Cables de distribución (Baja y Media Tensión)

- Acometida y distribución aérea o subterránea s/UNE 21.123 y 21.030.

Cables domésticos

- Instalaciones interiores s/UNE 21.031.

Cables de seguridad, Mando y Control.

- Instalaciones en edificios públicos y de control en la industria.

Cables especiales

- Automoción e iluminación, instrumentación y control, cables de manutención, cables para industrias petroquímicas, cables para la Marina, cables de balizas

COGUESA

Cables Manguera Blindado

  • Instalaciones de todo tipo de maniobra en aparatos de control, mando y señalización donde se requiera evitar campos magnéticos e interferencias exteriores de alta frecuencia.

  • Conductor de cobre flexible electrolítico

  • Aislamiento de PVC tipo T12.

  • Pantalla de trenza de hilos de cobre estañado.

  • Cubierta de PVC tipo TM2.

  • 2,3 y 4 conductores de sección 1, 1.5 y 2.5 mm2

CABLES PARALELO BICOLOR

Instalaciones de altavoces, autorradios, lámparas y aparatos de sonido.

  • Conductores de cobre electrolítico.

  • Aislamiento de PVC.

  • 2x0.50, 2x0.75, 2x1.00, 2x1.50 mm2

CABLES INTERFONO

Instalaciones telefónicas interiores.

  • Conductor de cobre electrolítico estañado o sin estañar.

  • Aislamiento de PVC o POLIETILENO.

  • Formación en pares (de 2 a 100 pares)

  • Pantalla de cinta de aluminio/Poliester con hilo de continuidad.

  • Hilo de rasgado.

  • Cubierta de PVC.

  • Sin apantallar o apantallado, de 2 a 100 pares.

CABLES TELEFONICOS DE ACOMETIDA.

Acometidas telefónicas en el interior o en el exterior de edificios.

  • Cable telefónico de acometida interior 2x5/10-3x5/10.

  • Cable telefónico de acometida exterior autosoportado 2x5/10+1x0.7-2x1+1x1

  • Cable telefónico de acometida interior-exterior 2 a 5 conductores de 0.28 mm2

  • Cable telefónico de acometida exterior reforzado Antirrata.

CABLE DE SONIDO

Instalaciones de música ambiental.

  • Sin funda, con funda, apantallados.

  • 2x0.25+3x0.5, 3x0.25+3x0.50, 5x0.25+3x0.50,

CABLES ALTAVOZ

Instalaciones de porteros electrónicos, alarmas, altavoces, telefonía privada...

  • Sin funda, con funda, apantallados.

  • De 2 a 16 conductores de 0.22mm2.

CABLES COAXIALES

Instalaciones de bajada de antena de televisión.

  • Conductor de cobre electrolítico.

  • Aislamiento de Polietileno celular.

  • Pantalla de trenza de cobre o cinta ALUM/POL/ALUM + trenza de cobre estañado.

  • Cubierta de PVC

  • K-6, K-8,K-10,K-20,KO-7,KO-25.

CERVIFLEX

CABLES FLEXIBLES DE ENERGÍA Y CONTROL ( 500 - 1000 V) :

  • CERVIFLEX . Destinado a circuitos de control, señalización y medida en máquinas herramientas, maquinaria de producción, etc.; con cubierta resistente al aceite y de gran flexibilidad.

  • CERVIFLEX VV-K Y CERVIFLEX RV-K. Transporte de energía para instalaciones fijas, distribución de energía en instalaciones interiores y exteriores, acometidas, alumbrado público, etc.

  • CERVIFLEX SY. Manguera flexible armada destinada a maniobra y alimentación para motores, maquinaria, equipos eléctricos, etc., para instalaciones expuestas a la acción de esfuerzos mecánicos o roedores.

  • H05 VV-F. Cable flexible con aislamiento y cubierta de PVC destinado al conexionado de pequeños electrodomésticos, máquina herramienta, iluminación, etc.

CABLES RÍGIDOS DE ENERGÍA (0,6 /1 KV):

  • CABLE RV. Transporte de energía para instalaciones fijas, distribución de energía en instalaciones interiores y exteriores, acometidas, alumbrado público, etc.

  • CABLE VVFV Y RVFV. Cable armado con fleje de acero, destinado al transporte de energía para instalaciones fijas, distribución de energía en instalaciones interiores y exteriores, acometidas, alumbrado público, etc. ; con protección contra esfuerzos mecánicos o roedores.

  • CABLE VVMV Y RVMV. Cable armado con corona de alambres de acero, destinado al transporte de energía para instalaciones fijas, distribución de energía en instalaciones interiores y exteriores, acometidas, alumbrado público, etc. ; con protección contra esfuerzos mecánicos o roedores.

  • CABLE ROVMV. Cable apantallado, armado con corona de alambres de acero, destinado a instrumentación y control en zonas de riesgo de interferencias electromagnéticas, con protección contra esfuerzos mecánicos o roedores.

  • CABLE NYCY. Cable para suministro de energía para uso industrial, cajas de distribución, iluminación de exteriores, así como cable de control para transmisión de señales. También es apto para instalaciones que requieran una mayor protección eléctrica o mecánica. El conductor concéntrico se puede utilizar como neutro, conductor de protección o conductor de tierra. Simultáneamente, también está permitido utilizarlo como pantalla.

  • CABLE NYCWY. Cable para suministro de energía, apto para instalación aérea, subterránea, en agua o por bandeja portacables. El conductor concéntrico se puede utilizar como neutro, conductor de protección o conductor de tierra. Simultáneamente, también está permitido utilizarlo como pantalla.

CABLES DE ALTA SEGURIDAD:

  • HALOGEN FREE H07Z-K Y RZ1-K. Cable unipolar destinado al transporte de energía para instalaciones fijas, distribución de energía en centralización de contadores, cuadros de distribución, etc. ; recomendado para lugares donde la seguridad de las personas, equipos y bienes destaca por encima de cualquier exigencia.

CABLES PARA SERVICIOS MÓVILES:

  • CABLES BOTONERA GRÚA. Cable flexible destinado a botoneras para control de máquinas destinadas a la construcción, montacargas de exteriores, elevadores, etc.

  • CABLES BOTONERA AUTOPORTANTE. Cable flexible con fiadores laterales para botoneras de control en máquinas destinadas a la construcción, puentes rodantes, elevadores, grúas, etc.

  • CERVIFLEX PLANO H07VVH6-F. Cable plano flexible con los unipolares en disposición paralela, destinado a aplicaciones de maniobra y control de automatismos en puentes grúa, pórticos, etc.

  • GEONBARON. Cable destinado al transporte de energía para servicios móviles donde el cable está sometido a esfuerzos de tracción.

  • CABLE NSHTOUK. Cable extraflexible con refuerzo textil entre cubiertas como protección contra grandes esfuerzos mecánicos, destinado para enrolladores de cable con velocidades de hasta 120 m/min. En grúas, elevadores, etc.

  • PIEZAS EXTENSIBLES.Cable extensible para servicios de telefonía, pequeños electrodomésticos, iluminación, etc.

CABLES PARA CADENAS PORTACABLES Y ROBÓTICA:

  • CABLE S-80 Y S-90. Cable flexible destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

  • CABLE S-80 C Y S-90 C. Cable flexible apantallado destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

  • CABLE S-100. Cable flexible destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

  • CABLE S-100 C. Cable flexible apantallado destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

  • CABLE S-200. Cable flexible de tamaño reducido destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

  • CABLE S-200 C. Cable flexible apantallado de tamaño reducido destinado a máquinas para servicio móvil, industria robótica, herramientas manuales, automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad, resistencia a la intemperie y esfuerzos mecánicos.

  • CABLE S-368 C. Cable ligero, flexible con pantalla para protecciones eléctricas y electromagnéticas, destinado para circuitos de control, señalización y medidas en máquinas para servicio móvil, industria robótica, maquinaria para automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad y resistencia mecánica.

  • CABLE S-369 C TP. Cable ligero, flexible con pantalla para protecciones eléctricas y electromagnéticas, destinado para circuitos de control, señalización y medidas en máquinas para servicio móvil, industria robótica, maquinaria para automoción, sistemas automáticos, líneas de producción, etc. ; de gran flexibilidad y resistencia mecánica.

Catálogo de Cables.

A continuación, queda expuesto un catálogo de cables con todas sus características técnicas y aplicaciones.

CATÁLOGO

DE

CABLES

2.1.2 ORGANOS DE CONEXIÓN Y ORGANOS DE INTERRUPCION

Contactores

Los contactores son unos interruptores automáticos, accionados mecánicamente por un electroimán que se emplea para efectuar la apertura y el cierre de una instalación eléctrica.

Relés

Un relé es un dispositivo que, al ser activado por la corriente de un circuito, cierra o abre unos contactos que gobiernan la corriente de otro circuito.

Los relés tienen aplicaciones en numerosas funciones específicas. Los relés de control constan de varios juegos de contactos que controlan otros tantos circuitos distintos. Algunas veces se combinan dos o más relés de control para realizar varias funciones automáticamente, según un orden previsto, evitando así los posibles errores manuales. Para controlar sistemas de alimentación de gran potencia, se emplean relés de potencia denominados contactores, caracterizados por la robustez de sus contactos. Otros relés, denominados relés de protección, se utilizan para proteger los componentes de un circuito contra las averías o defectos. Se denominan de Sobrecarga o de máxima, los que desconectan un circuito cuando las corrientes o tensiones aplicadas alcanzan unos valores excesivos; de retardo, los que permiten que transcurra cierto tiempo entre los instantes en que se aplican las tensiones respectivas o a dos o más componentes de un mismo circuito, y de mínima, los que desconectan la tensión aplicada a un circuito cuando la corriente que circula cae por debajo de un mínimo determinado. La protección puede obtenerse también mediante el empleo de relés diferenciales, cuya aplicación se basa en el principio de que las corrientes que entran y salen en un aparato deben ser análogas mientras no exista ningún defecto interno que provoque alteraciones.

A continuación exponemos un catálogo sobre contactores y relés.

CATÁLOGO DE

RELÉS

Y

CONTACTORES

3. MATERIALES SUPERCONDUCTORES

Veamos finalmente, una síntesis sobre la superconductividad y materiales superconductores; con el fin de presentar una exposición completa de la conducción y materiales conductores.

La superconductividad, es la desaparición de la resisitividad a temperaturas próximas a 00K. La temperatura a la que aparece, se denomina temperatura de transición Tc. A dicha temperatura, la resistencia de los superconductores, excepto el aluminio, son generalmente malos conductores a temperaturas ambientes.

Este fenómeno no se manifiesta en los metales monovalentes, ni en aquellos que presenten propiedades ferromagnéticas o antiferromagnéticas.

Los superconductores típicos son el cinc, galio, titanio, cadmio, mercurio, plomo, estaño y niobio. Se presenta igualmente en diversos compuestos químicos, de entre los cuales podemos mencionar los carburos, nitruros, siliciuros y en ciertos compuestos intermetálicos. En el caso de estos compuestos, uno de los constituyentes es habitualmente un superconductor en estado puro.

Actualmente, ya se aplican los materiales superconductores en máquinas eléctricass, conmutación y en líneas de alta tensión. Los materiales superconductores evitan las pérdidas por efecto Joule y permiten construir generadores eléctricos varias veces menores en tamaño a los convencionales.

3.1 UNIÓN SUPERCONDUCTORA

Están basadas en la unión Josephson, constituidas por dos capas superconductoras separadas por otra aislante, actuando su funcionamiento los mecanismos túnel y de superconductividad.

Dichas uniones pueden responder de tal manera que tengan una capacidad operativa de millones por segundo. Por esta característica pueden llegar a sustituir a los diodos y transistores clásicos en conmutación y memoria.

3.2 CONDUCTORES EN HF.

Para finalizar con el tratamiento de los conductores, hablaremos de los conductores en alta frecuencia.

En alta frecuencia, se constata que la resistencia de todos los conductores aumenta con la frecuencia debido a que las líneas de corriente tienden a concentrarse en la zona superficial debido al Skin Effect o efecto pelicular.

Para un conductor de forma cualquiera, se define una profundidad de penetración  como aquella a la que los campos son atenuados en 1/e. En la práctica , a las altas frecuencias, la profundidad de penetración  es igual al espesor de la capa conductora, cuya resistencia en contínua (Ro) es igual a la resistencia en HF (RHF) del conductor lleno.

De lo anterior se deduce la utilidad de  para conocer por ejemplo, el espesor del tubo que tuviese la misma resistencia en HF que un conductor circular lleno del mismo diámetro.

3.3 LA SUPERCONDUCTIVIDAD EN EL SECTOR ELÉCTRICO

A continuación, y como muestra de la utilidad de los superconductores en el sector eléctrico, reflejamos una conferencia impartida por el doctor Julián Cave de VTPI Hidro-Québec, Canadá, durante el coloquio Nuevas tecnologías para el sector eléctrico del siglo XXI, celebrado con motivo de los 20 años del IIE.

Historia resumida de la superconductividad

El fenómeno de la superconductividad, descubierto a principios de siglo, es atractivo por sus muchas aplicaciones. Su desarrollo ha valido para que cinco científicos obtengan el premio Nobel.

Entre 1908 y 1911, Kamerlingh Onnes experimentó por primera vez con el helio líquido y descubrió la superconductividad mientras estudiaba la resistividad de metales a bajas temperaturas. Ese fue el origen de un exitoso desarrollo que alcanzó enorme notoriedad hacia finales de la década pasada, cuando J. Georg Bednorz y Alexander Muller abrieron la puerta a la superconductividad a alta temperatura.
Aún se recuerda el llamado ``Woodstock científico´´ en marzo de 1987, cuando cerca de dos mil especialistas de todo el mundo se reunieron durante varias horas para discutir el hallazgo y las implicaciones del descubrimiento. Este adelanto ha sido considerado por los especialistas tan importante como la invención del transistor.
Los superconductores tienen muchas propiedades electromagnéticas inusuales. Por ejemplo, una vez que una corriente se produce en un anillo superconductor, manteniéndose a temperatura suficientemente baja, la corriente persistirá sin pérdidas cuantificables.

Como mencioné en un principio, para alcanzar la superconductividad los investigadores buscaron reducir la temperatura con helio líquido. En los sesenta se descubrieron las aleaciones con temperaturas críticas superiores, pero aún necesitaban de helio y nitrógeno líquidos. En 1986 se elevó aún más la temperatura y hoy en día se buscan nuevas aplicaciones para la superconductividad. Recientemente, un grupo de investigadores rusos afirmó haber descubierto la superconductividad a la temperatura de ebullición del agua, pero sus resultados no han sido confirmados.

Refrigeración

Actualmente, quienes investigan la refrigeración dudan entre la utilización de helio líquido y el nitrógeno líquido. El nitrógeno es bastante más atractivo que el helio, aun cuando el helio todavía es una opción para grandes aplicaciones. Una comparación entre el nitrógeno y el helio en cuanto a costo, calor latente, disponibilidad y eficiencia de refrigeración ha demostrado las bondades del nitrógeno.

La refrigeración es un área en la que hay mucho por investigar, puesto que es posible reducir costos y lograrse avances tecnológicos significativos.

Limitadores de corriente de falla

Los superconductores cuentan con varias ventajas de aplicación sobre otras tecnologías. Claro ejemplo son los limitadores de corriente y los transformadores. Encontramos que estos limitadores tienen menos pérdidas que los convencionales, además, reducen el costo de equipamiento de líneas nuevas, incrementan la capacidad de las existentes, reducen la necesidad de rehabilitación del sistema y en cuanto a la calidad de la energía, permiten aislar los circuitos que fallan.

Las bobinas superconductoras a altas temperaturas utilizadas en transformadores con capacidad de potencia de 10 MVA usando nitrógeno líquido como refrigerante y dielétrico ofrecen mayor eficiencia, son más compactas y seguras al eliminar el uso de combustibles.
En Hidro-Québec trabajamos en coordinación con Siemens en una nueva tecnología para desarrollar un limitador de corriente de falla. Esto se puede aplicar en diferentes diseños resistivos e inductivos. Cuando entendamos esta transición, desarrollaremos un prototipo conjunto. Por el momento apenas contamos con los materiales.

También hemos trabajado con cables superconductores. Con la tecnología actual en largas distancias (más de 500 kilómetros) las pérdidas de energía eléctrica se estiman cercanas al cinco por ciento. Con nuevo cableado superconductor se gana corriente y disminuyen los problemas de voltaje. Las pérdidas disminuyen hasta el dos por ciento, se cuenta con líneas más compactas y se alcanzan precios competitivos. Por otra parte, en colaboración con universidades canadienses se han logrado progresos importantes en el estudio de la flexibilidad y en la variación de la temperatura crítica del cable. Pese a esto, es necesario continuar con la investigación y el desarrollo.

Almacenamiento de energía

En colaboración con Cegelec hemos desarrollado almacenamiento de energía utilizando celdas de combustible. Mediante un cable de superconducción en una bobina se aplican mil amperios, los cuales seguirán circulando sin resistencia. Este desarrollo es conocido como SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage). Existen SMES de varias escalas:

Micro SMES. Cuenta con capacidad y potencia desde uno hasta cinco MJ (~1 MW). Resuelve problemas comerciales de calidad de energía. Se utiliza para cargas de procesos grandes y críticos. Su costo fluctúa entre un millón y dos millones de dólares. Los ha comercializado Superconductivity Inc. (~ 3 MJ, 1.4 MVA) e IGC (~ 3 MJ, 750 kVA).

SMES de mediana escala. Ofrece regulación y estabilidad de red. En Anchorage Municipal Light and Power se tiene considerada la producción de 30 MW mediante una inversión de 25 millones de dólares hasta 1998.

SMES de gran escala. Capacidad desde 10 MWh hasta 10 000 MWh. Para nivelación de carga y estabilidad de red. Su electrónica está diseñada para cuatro cuadrantes, permitiendo rápido intercambio de potencia activa y reactiva con la red de la empresa eléctrica. Existe un importante proyecto de desarrollo en Japón (20 MWh).

Las investigaciones de Hidro-Québec se han concentrado en los micro SMES, los cuales no necesitan demasiado financiamiento y se han convertido en una tecnología atractiva, aunque aún no muy eficiente; sin embargo, su mercado potencial tiene enormes expectativas, ya que los posibles clientes utilizan cada vez más, equipos complejos, muy sensibles, y sus parques industriales tienen enorme necesidad de energía de calidad. Por otra parte, cuentan con larga vida útil, no causan perturbaciones ambientales y tienen una muy rápida respuesta (~ ms). Entre las desventajas potenciales de los micro SMES, cabe mencionar que su costo puede incrementarse en caso de que sea necesario cambiar a campos magnéticos de alta energía. Además, los sistemas de helio requieren refrigeración, apoyo de sistemas de licuefacción y mantenimiento asociado.

Las aplicaciones de la superconductividad en el servicio eléctrico son un campo de investigación de intensa actividad.

Actualmente, las investigaciones en torno a los SMES buscan utilizar hilos conductores hechos de nuevos materiales cerámicos superconductores que puedan operar entre los 77 K y la temperatura del helio líquido, reduciendo las pérdidas térmicas asociadas con los hilos conductores convencionales por un factor de 10.

Un vistazo al futuro
Los desarrollos logrados constituyen una irrefutable muestra del progreso obtenido en este campo durante los últimos diez años.
El panorama es prometedor: se ha comprobado la capacidad superconductora de materiales en temperaturas transitivas tan altas como 135 K y, por otra parte, ya son cerca de cien las aleaciones que se consideran superconductoras.

Sólo queda esperar el resultado del trabajo de cientos de científicos que investigan diferentes materiales cerámicos que alcancen la superconducción a la temperatura ambiente (alrededor de 300 K), un esperado descubrimiento que revolucionaría a la sociedad moderna. Tal es el futuro en este campo

BIBLIOGRAFIA

  • Paul A. Tipler “Física **”

  • R. Alvarez Santos “Materiales y Componentes Elect. Pasivos”

  • Catálogos de fabricantes.

  • Internet: Página Web:

http://www.iie.org.mx/publica/bolso96/tenden1.htm