Anexo:Conductores electricos

Conductores electricos Concepto: Un conductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al paso de la electricidad. Generalmente son aleaciones o compuestos con electrones libres que permiten el movimiento de cargas.

Conductores eléctricos. Un conductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al paso de la electricidad. Generalmente son aleaciones o compuestos con electrones libres que permiten el movimiento de cargas. La conductividad eléctrica es la propiedad de los materiales que cuantifica la facilidad con que las cargas pueden moverse cuando un material es sometido a un campo eléctrico. La resistividad es una magnitud inversa a la conductividad, aludiendo al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos, dando una idea de lo bueno mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor. Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que la de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura.

Los conductores eléctrico se clasifican según su conductividad o resistividad en conductores eléctricos, dieléctricos, semiconductores y superconductores.

• Los conductores eléctricos, son los materiales que, puestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad, transmiten ésta a todos los puntos de su superficie. Los mejores conductores eléctricos son los metales (plata, cobre, aluminio, latón, hierro, níquel, estaño, bronce) y sus aleaciones. Existen otros materiales, no metálicos, que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como son el grafito, las soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) y cualquier material en estado de plasma.
• Los dieléctricos son los materiales que no conducen la electricidad, por lo que pueden ser utilizados como aislantes. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son vidrio, cerámica, plásticos, goma, mica, cera, papel, madera seca, porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita.
• El semiconductor es un elemento que funciona como un conductor o como un aislante dependiendo de algunos factores, como el campo eléctrico o magnético, la radiación, la presión o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

Los materiales semiconductores (Diodo, Germanio y Selenio) ocupan una posición intermedia en la escala de conductividades entre los conductores y los aislantes. Un material semiconductor es aquel que tiene una conductividad eléctrica intermedia, entre la de los metales y los aislantes; y otras propiedades físicas no usuales.

• Los superconductores o superconductividad es la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía cercanas a cero en determinadas condiciones. La superconductividad es una fase de ciertos materiales que se da normalmente a bajas temperaturas. No obstante no es suficiente con enfriar, también es necesario no exceder una corriente crítica ni un campo magnético crítico para mantener el estado superconductor. Esta propiedad fue descubierta en 1911 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes, cuando observó que la resistencia eléctrica del mercurio desaparecía cuando se lo enfriaba a 4 Kelvin (-269 °C).

Denominación de los conductores eléctricos

Se clasifican en alambres y cables.

• Alambre: Es el que está formado por un solo conductor, se utiliza para conductores sencillos de pequeño tamaño.
• Cable: Es un conjunto formado por varios conductores independientes, que pueden ser macizos o en haces de filamentos y pueden estar o no cubiertos con material aislante, se utiliza para conductores compuestos de varios alambres y de gran diámetro.
• Cordón eléctrico: Es un cable de pequeño calibre muy flexible, formado por varios hilos desnudos o varios filamentos aislados entre si, se utiliza para conductores de pequeño diámetro y gran flexibilidad.
• Cable concéntrico: Generalmente es aquel monoconductor formado por un núcleo central rodeado por varios cables torcidos en forma helicoidal.

Clasificación de los conductores eléctricos (cables)

Los cables eléctricos se pueden subdividir según:

• Nivel de tensión
  • Cables de muy baja tensión (hasta 50 V)
  • Cables de baja tensión (hasta 1000 V)
  • Cables de media tensión (hasta 30 kV)
  • Cables de alta tensión (hasta 66 kV)

Componentes

Las partes generales de un cable eléctrico son:

• Conductor: Elemento que conduce la corriente eléctrica y puede ser de diversos materiales metálicos (cobre, aluminio u otro metal). Puede estar formado por uno o varios hilos.
• Aislamiento: Recubrimiento que envuelve al conductor, para evitar la circulación de corriente eléctrica fuera del mismo (materiales plásticos, elastoméricos, papel impregnado en aceite viscoso o fluido).
• Capa de relleno: Material aislante que envuelve a los conductores para mantener la sección circular del conjunto.
• Cubierta: Está hecha de materiales que protejan mecánicamente al cable. Tiene como función proteger el aislamiento de los conductores de la acción de la temperatura, sol, lluvia, etc. (pantallas, armaduras y cubiertas).

Número de conductores

• Unipolar: Un solo conductor.
• Bipolar: 2 conductores.
• Tripolar: 3 conductores.
• Tetra polar: 4 conductores

Materiales empleados

• Cobre, Aluminio, Almelec (aleación de Aluminio, Magnesio).

Flexibilidad del conductor

• Conductor rígido
• Conductor flexible

Aislamiento del conductor

• Aislamiento termoplástico:
  • PVC - (policloruro de vinilo).
  • PE - (polietileno).
  • PCP - (policloropreno), neopreno o plástico.
• Aislamiento termoestable:
  • XLPE - (polietileno reticulado).
  • EPR - (etileno-propileno).
  • MICC - Cable cobre-revestido Mineral-aislado.

Materiales aislantes

• Cables en papel impregnado:
  • Papel impregnado con mezcla no migrante.
  • Papel impregnado con aceite fluido.
• Cables con aislamientos poliméricos extrusionados:
  • Polietileno reticulado (XLPE)
  • Goma etileno propileno (HEPR)
  • Polietileno termoplástico de alta densidad (HDPE).

Cables de Baja, Media y Alta Tensión

Aplicaciones

• Conexión de generadores.
• Transformadores auxiliares.
• Entrada a subestaciones.
• Sifones (se trata de cables intercalados en una línea aérea).
• Mallado de una red urbana.
• Enlace entre dos subestaciones.

Partes constitutivas

• Conductor.
• Capa semiconductora interna.
• Aislamiento.
• Capa semiconductora externa.
• Pantalla o cubierta metálica.
• Armadura.
• Cubierta exterior

Parámetros eléctricos

• Resistencia óhmica
• Inductancia y reactancia inductiva
• Capacidad y reactancia capacitiva
• Caída de tensión
• Campo eléctrico
• Pérdidas eléctricas

Usos

Las principales aplicaciones de un conductor eléctrico son el transporte de energía eléctrica (cables de la red eléctrica domiciliaria, de alta tensión, aparatos eléctricos, actuadores, iluminación, automóviles, etc.), transporte de señales (transmisores/receptores, computadores, automóviles, etc.), y fabricación de componentes electrónicos (conectores, placas de circuito impreso, resistencias, condensadores, transistores, circuitos integrados, sensores, etc.).

• Conducir la electricidad de un punto a otro (pasar electrones a través del conductor; los electrones fluyen debido a la diferencia de potencial).
• Crear campos electromagnéticos al constituir bobinas y electroimanes.
• Modificar el voltaje al constituir transformadores.

Utilización de los alambres y cables eléctricos

Alambre de cobre

• Instalaciones interiores residenciales y clientes menores con cargas inferiores a 30 amperes, se utilizan normalmente los calibres No. 8, 10, 12 y 14.
  • No. 8 Para hornos, cocinas, equipos de aire acondicionado, etc.
  • No. 10 y 12 Alambrado de las instalaciones interiores, lámparas y tomacorrientes.
  • No. 14 Para bajantes de interruptores.
• Acometidas aéreas para servicios monofásicos de 30 y hasta 100 amp. (Cu y Al) Dependiendo de la carga instalada se utilizará No. 8 y 10.

Cables TW, polietileno y otros

• Distribución eléctrica desde paneles de control para alumbrado, ventiladores, equipos de oficina, etc, con cargas hasta 60 amp. No. 8, 10 y 12.
• Distribución interior para alumbrado y fuerza: turbinas, climatización, motores, etc, con cargas entre 60 y 100 amp. No. 2, 4 y 6.
• Distribución secundaria desde la PGD y alimentadores hasta los puntos o centros de carga mayores de 150 y hasta 750 amp. ascensores, escaleras eléctricas, estaciones de bombeo, lavandería, panadería, sistemas de tierra, etc, desde 1/0, 2/0, 3/0, 4/0, 250 MCM hasta 1000 MCM.
• Acometidas aéreas desde No. 4 hasta 3/0.
• Acometidas soterradas desde 1/0 hasta 1000 MCM.

Cable de cobre desnudo

• Líneas aéreas de distribución secundaria fundamentalmente con calibres de 1/0 – 3/0.
• Sistemas de tierra y bajantes desde 1/0 hasta 1000 MCM.
• Sistema de tierra en edificaciones No. 1/0 y 2/0.
• Sistema de pararrayos (cable flexible en forma de malla de 1/0).

Cables de aluminio desnudos

• Líneas aéreas primarias (alta tensión) desde 78 mm² hasta 200 mm².
• Líneas aéreas secundarias (baja tensión), con un centro de acero, sin centro de acero.

Cables de acero

• Para protección de las líneas aéreas de alta tensión contra las descargas atmosféricas, actuando como puntas de pararrayos (Shield wire) Tensor hasta 9,1 mm².

Cables concéntricos de cobre

• Para acometidas aéreas o en tubos de 2, 3 y 4 hilos desde No. 10 hasta No. 4
• Para alumbrado de protecciones eléctricas.

Propiedades de los conductores eléctricos

• Eléctricas: Resistencia o resistividad Conductancia o conductividad
• Mecánicas: Maleabilidad o elasticidad (Adelgazamiento, alargamiento) Ductilidad o dureza (Resistencia a la rotura) Resistencia a la torsión
• Físicas: Densidad o peso específico Calor específico Punto de fusión

Cultura técnica

• Maleabilidad: Es la propiedad de resistir fuerzas o golpes que lo aplastan fácilmente, incluso has las láminas muy finas sin romperse.
• Elasticidad: Es la propiedad que tiene un cuerpo de recuperar su forma cuando desaparece o cesa la causa que originó su deformación (alargarse, estirarse y recogerse).
• Ductilidad: Es la propiedad de estirarse o adelgazarse.
• Densidad: ES la relación entre el peso de un cuerpo sólido y el de igual volumen de agua, pesado con relación a su volumen.

Cables de comunicación eléctrica (Conductores eléctricos)

• Cable de pares
• Cable coaxial
• Cable apantallado
• Cable de par trenzado
• Hilo de Litz

Cable de pares

Un cable de pares es el formado por grupos de 2 hilos (par) de material conductor, de grosores entre 0,3 y 3mm, recubiertos de plástico protector.

Los cables de pares son usados para la conexión física de equipos de telefonía, en redes de datos, como por ejemplo en redes LAN. En estas redes de datos se utilizan pares de cobre trenzados (UTP), donde los conductores se “trenzan” entre sí, y apantallados, es decir cubiertos de una pantalla o malla de material conductor. Estas mejoras permiten la transmisión de datos a capacidades altas y minimizan interferencias hacia/desde otros sistemas.

Cable coaxial

Con el objetivo de transportar señales eléctricas de alta frecuencia se construye el cable coaxial, este posee dos conductores concéntricos, uno central, llamado vivo, encargado de llevar la información, y uno exterior, de aspecto tubular, llamado malla o blindaje, que sirve como referencia de tierra y retorno de las corrientes. Entre ambos se encuentra una capa aislante llamada dieléctrica, de cuyas características dependerá principalmente la calidad del cable. Todo el conjunto suele estar protegido por una cubierta aislante.

El uso principal del cable coaxial es la transmisión de señales de alta frecuencia de banda ancha. Los cables coaxiales se usan poco, o cerca de, la frecuencia de voz dado que las propiedades de blindaje son pobres, además de que son más caros que los pares trenzados, con la misma pérdida de transmisión.

Aplicaciones tecnológicas

1. Entre la antena y el televisor.
2. En las redes urbanas de televisión por cable (CATV) e Internet.
3. Entre un emisor y su antena de emisión (equipos de radioaficionados).
4. En las líneas de distribución de señal de vídeo (se suele usar el RG-59).
5. En las redes de transmisión de datos como Ethernet en sus antiguas versiones 10BASE2 y 10BASE5.
6. En las redes telefónicas interurbanas y en los cables submarinos.

Cable apantallado

Se llama cable apantallado o blindado a un tipo de cable recubierto por una malla o un tubo metálico, que actúa de jaula de Faraday para evitar el acople de ruidos y otras interferencias, tanto del entorno hacia el cable, como del cable al entorno.

La pantalla no tiene por qué ser única, y un cable puede contener en su interior varios conductores apantallados, para evitar diafonía entre ellos.

No se debe confundir el cable apantallado con el cable coaxial, ya que este último es una línea de transmisión caracterizada por su impedancia característica, constante de propagación, etc; mientras que el cable apantallado no lo es.

Para que la pantalla sea efectiva debe conectarse a masa sólo en un extremo del cable, para evitar que por ella circule corriente que podría acoplarse a los hilos de señal, produciendo un efecto contraproducente. Esta es otra diferencia con el coaxial, en el cual sí debe conectarse.

Cable de par trenzado

El cable de par trenzado es un medio de conexión usado en telecomunicaciones en el que dos conductores eléctricos aislados son entrelazados para anular las interferencias de fuentes externas y diafonía de los cables adyacentes. Fue inventado por Alexander Graham Bell.

Ventajas

• Bajo costo en su contratación.
• Alto número de estaciones de trabajo por segmento.
• Facilidad para el rendimiento y la solución de problemas.
• Puede estar previamente cableado en un lugar o en cualquier parte.

Desventajas

• Altas tasas de error a altas velocidades.
• Ancho de banda limitado.
• Baja inmunidad al ruido.
• Baja inmunidad al efecto crosstalk (diafonía)
• Alto costo de los equipos.
• Distancia limitada (100 metros por segmento).

Hilo de Litz

El hilo de Litz es un tipo especial de hilo o alambre conductor utilizado en electrónica. El hilo de Litz está constituido por varios alambres recubiertos con una película aislante y trenzados, de esta forma se incrementa el área de la superficie conductora y con ello se reduce el efecto pelicular y por tanto las pérdidas de potencia asociadas cuando se usa en aplicaciones de alta frecuencia. Con este tipo de conductor, la relación impedancia/resistencia se incrementa respecto a un conductor sólido, de la misma sección, dando como resultado un factor Q más elevado en estas frecuencias altas. Este tipo de hilo se utiliza en la construcción de inductores y transformadores, especialmente en aplicaciones de alta frecuencia, donde el efecto skin (efecto pelicular) es más pronunciado. El término hilo de Litz tiene su origen en la palabra alemana litzendraht que significa hilo entretejido.

Fuentes

• Wikipedia Enciclopedia libre citada fecha 2-4-2014 Formato digital. [1]
• ECURED Enciclopedia cubana citada fecha 25-3-2014 Formato digital. eléctricos/
• Libro de texto Electrotecnia General, profesor Eberto Alfonso Lastre, 1983.
• Electrical Transmission and Distribution Reference Book (Libro de consulta de transmisión y distribución eléctrica) Formato digital. Enrique Sacatana Vice-President and Director Electric Systems Technology Institute USA, octubre 1997.
• Electrical Power Cable Engineering, William A. Thue Washington, D. C. USA, Formato digital. 1999.
• Biblioteca Empresa Eléctrica Provincia Holguín, Dpto. de Capacitación y Centro de operaciones.