Cable de alimentación

Un cable de alimentación es un cable eléctrico utilizado específicamente para la transmisión de energía eléctrica . Consiste en un conjunto de uno o más conductores eléctricos , generalmente agrupados en un solo haz con una cubierta aislante , aunque algunos cables de alimentación se instalan simplemente como cables expuestos con corriente . Los cables de alimentación pueden ser cables portátiles desmontables (normalmente con adaptadores ) o estar instalados como cableado permanente dentro de edificios y estructuras , enterrados , sumergidos o aéreos . Los cables de alimentación que se agrupan dentro de una cubierta termoplástica y que están destinados a ser instalados dentro de un edificio se conocen como NM-B (cable de construcción con cubierta no metálica).

Los cables de alimentación flexibles de pequeño diámetro se utilizan para dispositivos eléctricos como ordenadores y periféricos , dispositivos móviles , electrodomésticos , luminarias , herramientas eléctricas y maquinaria , así como para la iluminación , calefacción , aire acondicionado y sistemas fotovoltaicos en tejados y de almacenamiento de energía doméstica . Los cables de alimentación de mayor diámetro se utilizan para la transmisión de electricidad de la red para abastecer las demandas industriales , comerciales y residenciales , así como una parte importante del transporte público y de mercancías (en particular, el transporte ferroviario ).

El primer sistema de distribución de energía desarrollado por Thomas Edison en 1882 en la ciudad de Nueva York utilizaba varillas de cobre , envueltas en yute y colocadas en tuberías rígidas rellenas de un compuesto bituminoso . ^{[ 1 ]} Aunque el caucho vulcanizado había sido patentado por Charles Goodyear en 1844, no se aplicó al aislamiento de cables hasta la década de 1880, cuando se utilizó para circuitos de iluminación. ^{[ 2 ]} En 1897, se utilizó cable con aislamiento de caucho para circuitos de 11 000 voltios que se instalaron para el proyecto de energía de las Cataratas del Niágara .

Los cables de media tensión con aislamiento de papel impregnado en masa eran comercialmente viables en 1895. Durante la Segunda Guerra Mundial , se aplicaron a los cables diversas variedades de aislamiento de caucho sintético y polietileno . ^{[ 3 ]}

La construcción típica de viviendas y oficinas en Norteamérica ha pasado por diversas tecnologías:

• Primeros cables desnudos y recubiertos de tela instalados con grapas ^{[ 4 ]}
• Cableado de perilla y tubo , década de 1880-1930, utilizando aislamiento de tela saturada de asfalto o posteriormente de caucho ^{[ 5 ].}
• Cable blindado, conocido por la marca comercial genérica "BX" – cubierta de acero flexible con dos conductores recubiertos de tela y aislados de caucho ^{[ 6 ]} – introducido en 1906 pero más caro que los conductores simples abiertos
• Cables con aislamiento de caucho y revestimiento de tela de algodón tejida (generalmente impregnada de alquitrán ), relleno de papel encerado – introducidos en 1922
• Cable moderno de dos o tres conductores + tierra con aislamiento de PVC (por ejemplo, NM-B), fabricado por marcas como Romex.
• El cable de aluminio se utilizó en las décadas de 1960 y 1970 como un sustituto económico del cobre y todavía se utiliza hoy en día, pero ahora se considera inseguro sin una instalación adecuada, debido a la corrosión , la blandura y el deslizamiento de la conexión. ^{[ 7 ]}
• El amianto se utilizó como aislante eléctrico en algunos cables de tela desde la década de 1920 hasta la de 1970, pero se dejó de usar debido a su riesgo para la salud. ^{[ 8 ] [ 9 ]}
• Cable Teck , un cable blindado con revestimiento de PVC.

Los cables de alimentación modernos vienen en una variedad de tamaños, materiales y tipos, cada uno particularmente adaptado a sus usos. ^{[ 10 ]} Los conductores aislados simples de gran tamaño también se denominan a veces cables de alimentación en la industria. ^{[ 11 ]}

Los cables constan de tres componentes principales: conductores , aislamiento y una cubierta o revestimiento protector. La composición de cada cable varía según su aplicación. La construcción y el material están determinados por tres factores principales:

• Tensión de funcionamiento, que determina el espesor del aislamiento;
• Capacidad de conducción de corriente, que determina el tamaño de la sección transversal del/de los conductor/es;
• Las condiciones ambientales, como la temperatura, el agua, la exposición a productos químicos o a la luz solar, y los impactos mecánicos, determinan la forma y la composición de la cubierta exterior del cable.

Los cables para enterramiento directo o para instalaciones expuestas también pueden incluir armadura metálica en forma de alambres enrollados en espiral alrededor del cable, o una cinta corrugada que lo envuelve. La armadura puede ser de acero o aluminio, y aunque está conectada a tierra, no está diseñada para transportar corriente durante el funcionamiento normal. Los cables de alimentación eléctrica a veces se instalan en canalizaciones, incluyendo conductos eléctricos y bandejas portacables, que pueden contener uno o más conductores. Cuando se pretende utilizar dentro de un edificio, el cable de construcción con cubierta no metálica (NM-B) consta de dos o más conductores de alambre (más un conductor de puesta a tierra) encerrados dentro de una cubierta de aislamiento termoplástico resistente al calor. Tiene ventajas sobre el cable de construcción blindado porque es más ligero, más fácil de manipular y su cubierta es más fácil de trabajar. ^{[ 12 ]}

Los cables de alimentación utilizan conductores de cobre o aluminio trenzados , aunque los cables de alimentación pequeños pueden usar conductores sólidos de hasta 1/0. ( Para una explicación detallada sobre los cables de cobre, consulte: Cables y alambres de cobre ) . El cable puede incluir conductores sin aislamiento utilizados para el neutro del circuito o para la conexión a tierra. El conductor de puesta a tierra conecta la carcasa/chasis del equipo a tierra para protegerlo de descargas eléctricas. Estas versiones sin aislamiento se conocen como conductores desnudos o conductores desnudos estañados. El conjunto general puede ser redondo o plano. Se pueden agregar hilos de relleno no conductores al conjunto para mantener su forma. Los materiales de relleno pueden fabricarse en versiones no higroscópicas si la aplicación lo requiere.

Los cables de alimentación especiales para aplicaciones aéreas suelen estar unidos a un cable mensajero de aleación de alta resistencia, ACSR o alumoweld. Este cable se denomina cable aéreo o cable aéreo preensamblado (PAC). El PAC puede solicitarse sin cubierta, aunque esto es menos común en los últimos años debido al bajo costo adicional de suministrar una cubierta polimérica . Para aplicaciones verticales, el cable puede incluir alambres de armadura sobre la cubierta, de acero o Kevlar . Los alambres de armadura se fijan periódicamente a placas de soporte para ayudar a soportar el peso del cable. Se puede incluir una placa de soporte en cada piso del edificio, torre o estructura. Este cable se denominaría cable elevador blindado . Para transiciones verticales más cortas (quizás de 9 a 45 metros), se puede utilizar un cable sin armadura junto con abrazaderas tipo cesta (Kellum) o incluso tapones de conducto especialmente diseñados.

Las especificaciones del material para la cubierta del cable suelen considerar la resistencia al agua, al aceite, a la luz solar, a las condiciones subterráneas, a los vapores químicos, a los impactos, al fuego o a las altas temperaturas. En aplicaciones de la industria nuclear, el cable puede tener requisitos especiales de resistencia a la radiación ionizante . Los materiales de los cables para aplicaciones de transporte público pueden especificarse para que no produzcan grandes cantidades de humo al quemarse (baja emisión de humo, cero halógenos). Los cables destinados a enterramiento directo deben tener en cuenta los daños causados ​​por el relleno o las excavaciones. Las cubiertas de HDPE o polipropileno son comunes para este uso. Los cables destinados al metro (cámaras subterráneas) pueden priorizar la resistencia al aceite, al fuego o a la baja emisión de humo. Pocos cables en la actualidad emplean una cubierta de plomo . Sin embargo, algunas empresas de servicios públicos aún pueden instalar cables con aislamiento de papel y cubierta de plomo en circuitos de distribución. Los cables de transmisión o submarinos tienen más probabilidades de usar cubiertas de plomo. Sin embargo, el plomo está en declive y existen pocos fabricantes que produzcan estos materiales. Cuando los cables deben tenderse en zonas expuestas a daños mecánicos (sitios industriales), pueden protegerse con cinta de acero flexible o armadura de alambre, que también puede estar cubierta por una cubierta resistente al agua.

Un cable híbrido puede incluir conductores para señales de control o también fibras ópticas para datos.

Voltajes más altos

Para circuitos que operan a o por encima deCon una diferencia de potencial de 2000  voltios entre conductores, se debe rodear el aislamiento del conductor con una pantalla conductora. Esto iguala la tensión eléctrica en el aislamiento del cable. Esta técnica fue patentada por Martin Hochstadter en 1916; ^{[ 2 ]} la pantalla a veces se denomina pantalla Hochstadter. Además de la pantalla de aislamiento semiconductora ("semicon"), también habrá una pantalla para el conductor. La pantalla del conductor puede ser semiconductora (generalmente) o no conductora. El propósito de la pantalla del conductor es similar al de la pantalla de aislamiento: rellena los huecos y ecualiza la tensión.

Para eliminar el voltaje parásito, se colocará un blindaje metálico sobre el "semiconductor". Este blindaje tiene como objetivo "asegurar" el cable al reducir el voltaje en el exterior del aislamiento a cero (o al menos por debajo del límite de OSHA ).50  voltios ). Este blindaje metálico puede consistir en una cinta de cobre delgada, cables de drenaje concéntricos, correas planas, funda de plomo u otros diseños. Los blindajes metálicos de un cable se conectan a tierra en los extremos del cable y, posiblemente, en puntos a lo largo de su longitud si el aumento de voltaje durante fallas resultara peligroso. La conexión a tierra multipunto es la forma más común de conectar a tierra el blindaje del cable. Algunas aplicaciones especiales requieren interrupciones en el blindaje para limitar las corrientes circulantes durante el funcionamiento normal del circuito. Los circuitos con interrupciones en el blindaje pueden tener conexión a tierra de uno o varios puntos. En situaciones de ingeniería especiales, puede ser necesaria la conexión cruzada.

Los cables rellenos de líquido o gas todavía se utilizan en los sistemas de distribución y transmisión actuales.Los cables de 10  kV o superiores pueden aislarse con aceite y papel, y se instalan dentro de una tubería rígida de acero o una cubierta semirrígida de aluminio o plomo. Para voltajes más altos, el aceite puede mantenerse a presión para evitar la formación de huecos que permitan descargas parciales dentro del aislamiento del cable.

Los cables rellenos de líquido son conocidos por su vida útil extremadamente larga y prácticamente sin interrupciones. Desafortunadamente, las fugas de petróleo en el suelo y los cuerpos de agua son motivo de gran preocupación, y el mantenimiento de la flota de estaciones de bombeo necesarias supone una carga para el presupuesto de operaciones y mantenimiento de la mayoría de las compañías eléctricas. Los cables de tipo tubería suelen convertirse en circuitos con aislamiento sólido al final de su vida útil, a pesar de que esta sea menor.

Los cables modernos de alta tensión utilizan polietileno u otros polímeros , incluido el XLPE , para el aislamiento, y requieren técnicas especiales para el empalme y la terminación.

La mayoría de los cables eléctricos son algo flexibles, ^{[ 13 ]} lo que permite transportarlos a los lugares de instalación enrollados en carretes, tambores o bobinas manuales. La flexibilidad es un factor importante para determinar la clase de trenzado adecuada del cable, ya que afecta directamente al radio de curvatura mínimo. Los cables de potencia suelen ser de clase de trenzado 1, 2, 5 o 6 según la norma IEC 60228 .

Clase 1 (conductores sólidos)

Estos conductores están hechos de un solo hilo redondo, desnudo o recubierto de metal, generalmente entre 0,5 mm² ^y 16 mm² ^. Se utilizan principalmente en instalaciones fijas donde no se requiere flexibilidad. ^{[ 14 ]}

Clase 2 (conductores multifilares)

Compuestos por múltiples hilos trenzados entre sí (desnudos o recubiertos), los conductores de Clase 2 ofrecen una flexibilidad moderada y están disponibles en formas circulares, circulares compactadas o sectoriales. ^{[ 14 ]}

Clase 5 (Flexible)

Se utiliza en instalaciones con radios de curvatura bajos o movimiento moderado. Ejemplos: H05V-K, H07V-K, H05Z1-K, H07Z1-K, H03VV-F, H05VV-F, H05VV5-F, H05VVC4V5-K, H05VVH6-F, H05RR-F, H07RN-F, 052XZI-F ^{[ 14 ]}

Clase 6 (Extra Flexible)

Para uso dinámico o de alto movimiento (por ejemplo, soldadura, robótica). Ejemplos: H01N2-D, H01N2-E ^{[ 14 ]}

Los cables flexibles contienen conductores de hilos finos, trenzados o agrupados. Cuentan con una cubierta exterior con cantidades adecuadas de materiales de relleno para mejorar su flexibilidad, manejabilidad y durabilidad. Los cables de alimentación flexibles de alta resistencia, como los que alimentan una máquina de corte de frente de mina, están diseñados con precisión; su vida útil se mide en semanas. Los cables de alimentación muy flexibles se utilizan en maquinaria automatizada, robótica y máquinas herramienta. Consulte la sección de cables de alimentación y cables de extensión para obtener una descripción más detallada de los cables de alimentación flexibles. Otros tipos de cables flexibles incluyen el par trenzado , el cable extensible, el cable coaxial , el cable apantallado y el cable de comunicación.

Un cable de rayos X es un tipo especial de cable flexible de alta tensión .