El cobre se ha utilizado en el cableado eléctrico desde la invención del electroimán y el telégrafo en la década de 1820. [1] [2] La invención del teléfono en 1876 creó una mayor demanda de cable de cobre como conductor eléctrico. [3]
El cobre es el conductor eléctrico en muchas categorías de cableado eléctrico. [3] [4] El cable de cobre se utiliza en la generación de energía , transmisión de energía , distribución de energía , telecomunicaciones , circuitos electrónicos e innumerables tipos de equipos eléctricos . [5] El cobre y sus aleaciones también se utilizan para hacer contactos eléctricos . El cableado eléctrico en edificios es el mercado más importante para la industria del cobre. [6] Aproximadamente la mitad de todo el cobre extraído se utiliza para fabricar conductores de cables y alambres eléctricos. [5]
La conductividad eléctrica es una medida de la capacidad de un material para transportar una carga eléctrica . Se trata de una propiedad esencial en los sistemas de cableado eléctrico. El cobre tiene la clasificación de conductividad eléctrica más alta de todos los metales no preciosos : la resistividad eléctrica del cobre = 16,78 nΩ•m a 20 °C.
La teoría de los metales en estado sólido [7] ayuda a explicar la conductividad eléctrica inusualmente alta del cobre. En un átomo de cobre , la zona de energía 4s más externa, o banda de conducción , está solo llena a la mitad, por lo que muchos electrones pueden transportar corriente eléctrica . Cuando se aplica un campo eléctrico a un cable de cobre, la conducción de electrones se acelera hacia el extremo electropositivo , creando así una corriente. Estos electrones encuentran resistencia a su paso al chocar con átomos de impurezas, vacantes, iones reticulares e imperfecciones. La distancia promedio recorrida entre colisiones, definida como el camino libre medio , es inversamente proporcional a la resistividad del metal. Lo que es único en el cobre es su largo camino libre medio (aproximadamente 100 espaciamientos atómicos a temperatura ambiente). Este camino libre medio aumenta rápidamente a medida que el cobre se enfría. [8]
Debido a su conductividad superior, el cobre recocido se convirtió en el estándar internacional con el que se comparan todos los demás conductores eléctricos. En 1913, la Comisión Electrotécnica Internacional definió la conductividad del cobre comercialmente puro en su Estándar Internacional de Cobre Recocido como 100 % IACS = 58,0 MS/m a 20 °C, disminuyendo en 0,393 %/°C. [9] [10] Debido a que la pureza comercial ha mejorado durante el último siglo, los conductores de cobre utilizados en los cables de construcción a menudo superan ligeramente el estándar 100 % IACS. [11]
El principal grado de cobre utilizado para aplicaciones eléctricas es el cobre electrolítico tenaz (ETP) (CW004A o designación ASTM C11040). Este cobre tiene una pureza de al menos el 99,90 % y una conductividad eléctrica de al menos el 101 % IACS. El cobre ETP contiene un pequeño porcentaje de oxígeno (entre el 0,02 y el 0,04 %). Si es necesario soldar o soldar cobre de alta conductividad o utilizarlo en una atmósfera reductora, se puede utilizar cobre especialmente puro sin oxígeno (CW008A o designación ASTM C10100); [12] es aproximadamente un 1 % más conductivo (es decir, alcanza un mínimo del 101 % IACS). [9] [10]
Varios metales conductores de electricidad son menos densos que el cobre, pero requieren secciones transversales más grandes para transportar la misma corriente y pueden no ser utilizables cuando el espacio limitado es un requisito importante. [8] [4] El aluminio tiene un 61% de la conductividad del cobre. [13] El área de la sección transversal de un conductor de aluminio debe ser un 56% más grande que el cobre para la misma capacidad de transporte de corriente. La necesidad de aumentar el espesor del cable de aluminio restringe su uso en muchas aplicaciones, [4] como en pequeños motores y automóviles. Sin embargo, en algunas aplicaciones como los cables de transmisión de energía eléctrica aérea , predomina el aluminio y rara vez se utiliza el cobre. [ cita requerida ]
La plata , un metal precioso , es el único metal con una conductividad eléctrica mayor que el cobre. La conductividad eléctrica de la plata es el 106% de la del cobre recocido en la escala IACS, y la resistividad eléctrica de la plata = 15,9 nΩ•m a 20 °C. [14] [15] El alto costo de la plata combinado con su baja resistencia a la tracción limita su uso a aplicaciones especiales, como el recubrimiento de juntas y superficies de contacto deslizantes, y el recubrimiento de los conductores en cables coaxiales de alta calidad utilizados a frecuencias superiores a 30 MHz.
La resistencia a la tracción mide la fuerza necesaria para tirar de un objeto, como una cuerda, un cable o una viga estructural, hasta el punto en que se rompa. La resistencia a la tracción de un material es la cantidad máxima de tensión de tracción que puede soportar antes de romperse.
La mayor resistencia a la tracción del cobre (200–250 N/mm2 recocido ) en comparación con el aluminio (100 N/mm2 para aleaciones de conductores típicas [16] ) es otra razón por la que el cobre se utiliza ampliamente en la industria de la construcción. La alta resistencia del cobre resiste el estiramiento, el estrechamiento, la fluencia, las mellas y las roturas, y por lo tanto también previene fallas e interrupciones del servicio. [17] El cobre es mucho más pesado que el aluminio para conductores de igual capacidad de transporte de corriente, por lo que la alta resistencia a la tracción se compensa con su mayor peso.
La ductilidad es la capacidad de un material de deformarse bajo tensión de tracción . Esto se caracteriza a menudo por la capacidad del material de estirarse hasta convertirse en un alambre . La ductilidad es especialmente importante en la metalurgia porque los materiales que se agrietan o rompen bajo tensión no se pueden martillar, laminar ni estirar (el estirado es un proceso que utiliza fuerzas de tracción para estirar el metal).
El cobre tiene una mayor ductilidad que los conductores de metales alternativos, con excepción del oro y la plata. [18] Debido a la alta ductilidad del cobre, es fácil estirarlo a diámetros con tolerancias muy estrechas. [19]
Por lo general, cuanto más resistente es un metal, menos maleable es. Este no es el caso del cobre. Una combinación única de alta resistencia y alta ductilidad hace que el cobre sea ideal para sistemas de cableado. En las cajas de conexiones y en las terminaciones, por ejemplo, el cobre se puede doblar, torcer y tirar sin estirarse ni romperse. [17]
La fluencia es la deformación gradual de un material debido a las constantes expansiones y contracciones bajo condiciones de carga variables. Este proceso tiene efectos adversos en los sistemas eléctricos: las terminaciones pueden aflojarse, lo que provoca que las conexiones se calienten o creen arcos eléctricos peligrosos.
El cobre tiene excelentes características de deslizamiento que minimizan el aflojamiento en las conexiones. En el caso de otros conductores metálicos que sufren deslizamiento, se requiere un mantenimiento adicional para verificar los terminales periódicamente y asegurarse de que los tornillos permanezcan apretados para evitar la formación de arcos eléctricos y el sobrecalentamiento. [17]
La corrosión es la descomposición y el debilitamiento no deseados de un material debido a reacciones químicas. El cobre generalmente resiste la corrosión causada por la humedad, la contaminación industrial y otras influencias atmosféricas. Sin embargo, los óxidos, cloruros y sulfuros de corrosión que se forman en el cobre son en cierta medida conductores. [13] [17]
En muchas condiciones de aplicación, el cobre ocupa un lugar más alto en la serie galvánica que otros metales estructurales comunes, lo que significa que es menos probable que el cable de cobre se corroa en condiciones húmedas. Sin embargo, cualquier metal más anódico en contacto con el cobre se corroerá, ya que esencialmente se sacrificará en beneficio del cobre.
Los metales y otros materiales sólidos se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse. Esto es un fenómeno indeseable en los sistemas eléctricos. El cobre tiene un coeficiente de expansión térmica bajo para un material conductor eléctrico. El aluminio, un conductor común alterno, se expande casi un tercio más que el cobre cuando aumenta la temperatura. Este mayor grado de expansión, junto con la menor ductilidad del aluminio, puede causar problemas eléctricos cuando las conexiones atornilladas se instalan incorrectamente. Si se utilizan los herrajes adecuados, como conexiones de presión de resorte y arandelas ahuecadas o partidas en la unión, es posible crear uniones de aluminio que sean comparables en calidad a las uniones de cobre. [13]
La conductividad térmica es la capacidad de un material para conducir el calor. En los sistemas eléctricos, una alta conductividad térmica es importante para disipar el calor residual, en particular en las terminaciones y conexiones. El cobre tiene una conductividad térmica un 60 % superior a la del aluminio [17] , por lo que es más capaz de reducir los puntos calientes térmicos en los sistemas de cableado eléctrico [8] [20]
La soldadura es un proceso mediante el cual se unen dos o más metales mediante un proceso de calentamiento. Esta es una propiedad deseable en los sistemas eléctricos. El cobre se suelda fácilmente para realizar conexiones duraderas cuando es necesario.
La resistencia, dureza y flexibilidad del cobre hacen que sea muy fácil trabajar con él. El cableado de cobre se puede instalar de forma sencilla y fácil sin necesidad de herramientas especiales, arandelas, coletas ni compuestos para juntas. Su flexibilidad hace que sea fácil de unir, mientras que su dureza ayuda a mantener las conexiones seguras en su lugar. Tiene buena resistencia para pasar el cable por lugares estrechos, incluidos los conductos. Se puede doblar o torcer fácilmente sin romperse. Se puede pelar y terminar durante la instalación o el servicio con mucho menos peligro de mellas o roturas. Y se puede conectar sin el uso de terminales y accesorios especiales. La combinación de todos estos factores hace que sea fácil para los electricistas instalar cables de cobre. [17] [21]
El cable sólido consta de una hebra de alambre de metal de cobre, desnudo o rodeado por un aislante. Los conductores de cobre de una sola hebra se utilizan normalmente como alambre magnético en motores y transformadores. Son relativamente rígidos, no se doblan fácilmente y suelen instalarse en aplicaciones permanentes, poco manipuladas y de baja flexibilidad.
El cable trenzado es un grupo de cables de cobre trenzados o retorcidos entre sí. El cable trenzado es más flexible y más fácil de instalar que un cable monofilar grande de la misma sección transversal. El trenzado mejora la vida útil del cable en aplicaciones con vibración. Una sección transversal particular de un conductor trenzado le otorga esencialmente las mismas características de resistencia que un conductor monofilar, pero con mayor flexibilidad. [22]
Un cable de cobre consta de dos o más cables de cobre que corren uno al lado del otro y están unidos, trenzados o retorcidos entre sí para formar un conjunto único. Los cables eléctricos pueden hacerse más flexibles trenzando los cables.
Los cables de cobre de un cable pueden estar desnudos o revestidos para reducir la oxidación con una fina capa de otro metal, generalmente estaño , pero a veces oro o plata . El revestimiento puede prolongar la vida útil del cable y facilita la soldadura . Los cables de par trenzado y coaxiales están diseñados para inhibir la interferencia electromagnética, evitar la radiación de señales y proporcionar líneas de transmisión con características definidas. Los cables blindados están revestidos con una lámina o una malla de alambre.
El cobre electrolítico-tough pitch (ETP), un cobre de alta pureza que contiene oxígeno como agente de aleación , representa la mayor parte de las aplicaciones de conductores eléctricos debido a su alta conductividad eléctrica y capacidad de recocido mejorada . El cobre ETP se utiliza para transmisión de energía , distribución de energía y telecomunicaciones . [5] Las aplicaciones comunes incluyen cables de construcción, bobinados de motores, cables eléctricos y barras colectoras . Los cobres libres de oxígeno se utilizan para resistir la fragilización por hidrógeno cuando se necesitan grandes cantidades de trabajo en frío y para aplicaciones que requieren mayor ductilidad (por ejemplo, cable de telecomunicaciones ). Cuando la fragilización por hidrógeno es una preocupación y no se requiere baja resistividad eléctrica, se puede agregar fósforo al cobre. [8]
Para ciertas aplicaciones, se prefieren los conductores de aleación de cobre en lugar del cobre puro, especialmente cuando se requieren mayores resistencias o propiedades mejoradas de resistencia a la abrasión y la corrosión . Sin embargo, en relación con el cobre puro, los beneficios de mayor resistencia y resistencia a la corrosión que ofrecen las aleaciones de cobre se ven compensados por sus menores conductividades eléctricas. Los ingenieros de diseño sopesan las ventajas y desventajas de los diversos tipos de conductores de cobre y aleaciones de cobre al determinar qué tipo especificar para una aplicación eléctrica específica. Un ejemplo de un conductor de aleación de cobre es el cable de cobre cadmio , que se utiliza para la electrificación ferroviaria en América del Norte. [5] En Gran Bretaña, la BPO (más tarde Post Office Telecommunications ) utilizó líneas aéreas de cobre cadmio con 1% de cadmio para mayor resistencia; para líneas locales 40 lb/milla (1,3 mm de diámetro) y para líneas de peaje 70 lb/milla (1,7 mm de diámetro). [23]
A continuación se resumen algunos de los principales mercados de aplicación de los conductores de cobre.
El cableado eléctrico distribuye energía eléctrica dentro de edificios residenciales, comerciales o industriales, casas móviles, vehículos recreativos, barcos y subestaciones a voltajes de hasta 600 V. El grosor del cable se basa en los requisitos de corriente eléctrica junto con las temperaturas de funcionamiento seguras. El cable sólido se utiliza para diámetros más pequeños; los diámetros más gruesos se trenzan para proporcionar flexibilidad. Los tipos de conductores incluyen cable no metálico/resistente a la corrosión no metálico (dos o más conductores aislados con una cubierta exterior no metálica), cable blindado o BX (los cables están rodeados por una carcasa metálica flexible), cable revestido de metal, cable de entrada de servicio, cable de alimentación subterráneo, cable TC, cable resistente al fuego y cable con aislamiento mineral, incluido el cable revestido de cobre con aislamiento mineral . [24] El cobre se utiliza comúnmente para el cableado de construcción debido a su conductividad, resistencia y confiabilidad. Durante la vida útil de un sistema de cableado de construcción, el cobre también puede ser el conductor más económico.
El cobre utilizado en los cables de construcción tiene una conductividad nominal del 100 % IACS [10] [25] o superior. Los cables de construcción de cobre requieren menos aislamiento y se pueden instalar en conductos más pequeños que cuando se utilizan conductores de menor conductividad. Además, comparativamente, puede caber más cable de cobre en un conducto determinado que en conductores con conductividades más bajas. Este mayor relleno de cable es una ventaja especial cuando se recablea o amplía un sistema. [17]
El cable de cobre para la construcción es compatible con el latón y los tornillos chapados de calidad. El cable proporciona conexiones que no se corroen ni se deslizan. Sin embargo, no es compatible con cables o conectores de aluminio. Si se unen los dos metales, puede producirse una reacción galvánica. La corrosión anódica durante la reacción puede desintegrar el aluminio. Por eso, la mayoría de los fabricantes de electrodomésticos y equipos eléctricos utilizan cables de cobre para las conexiones a los sistemas de cableado de los edificios. [21]
El cableado de edificios totalmente de cobre se refiere a edificios en los que el servicio eléctrico interior se realiza exclusivamente a través de cableado de cobre. En los hogares totalmente de cobre, los conductores de cobre se utilizan en paneles de disyuntores , cableado de circuitos derivados (a tomas de corriente, interruptores, artefactos de iluminación y similares) y en derivaciones dedicadas que dan servicio a electrodomésticos de gran consumo (como cocinas, hornos, secadoras de ropa y aires acondicionados). [26]
Los intentos de sustituir el cobre por aluminio en los cables de construcción se vieron frenados en la mayoría de los países cuando se descubrió que las conexiones de aluminio se aflojaban gradualmente debido a su inherente fluencia lenta, combinada con la alta resistividad y la generación de calor de la oxidación del aluminio en las juntas. Los contactos accionados por resorte han aliviado en gran medida este problema con los conductores de aluminio en los cables de construcción, pero algunos códigos de construcción aún prohíben el uso de aluminio.
En el caso de los circuitos derivados, prácticamente todo el cableado básico para luces, enchufes e interruptores está hecho de cobre. [17] El mercado actual de cables de aluminio para construcción se limita principalmente a calibres más grandes utilizados en circuitos de suministro. [27]
Los códigos de cableado eléctrico indican la corriente nominal permitida para los tamaños estándar de conductores. La corriente nominal de un conductor varía según el tamaño, la temperatura máxima permitida y el entorno operativo del conductor. Los conductores utilizados en áreas donde el aire frío puede circular libremente alrededor de los cables generalmente pueden transportar más corriente que los conductores de tamaño pequeño encerrados en un conducto subterráneo con muchos conductores similares adyacentes. Las clasificaciones de temperatura prácticas de los conductores de cobre aislados se deben principalmente a las limitaciones del material de aislamiento o de la clasificación de temperatura del equipo conectado.
El cableado de par trenzado es el cable de red más popular y se utiliza a menudo en redes de datos para conexiones de longitud corta y media (hasta 100 metros o 328 pies). [28] Esto se debe a sus costos relativamente más bajos en comparación con la fibra óptica y el cable coaxial.
Los cables de par trenzado sin blindaje (UTP) son el tipo de cable principal para uso telefónico. A fines del siglo XX, los UTP surgieron como el cable más común en los cables de redes informáticas, especialmente como cables de conexión o conexiones de red temporales. [29] Se utilizan cada vez más en aplicaciones de video, principalmente en cámaras de seguridad.
Los cables UTP que pasan por encima de los techos y dentro de las paredes utilizan un núcleo de cobre sólido para cada conductor, lo que permite que el cable mantenga su forma cuando se dobla. Los cables de conexión, que conectan las computadoras a las placas de pared, utilizan cables de cobre trenzados porque se espera que se doblen durante su vida útil. [28]
Los UTP son los mejores cables de línea balanceada disponibles. Sin embargo, son los más fáciles de interceptar. Cuando las interferencias y la seguridad son un problema, a menudo se considera el uso de cables blindados o de fibra óptica . [28]
Los cables UTP incluyen: cable de categoría 3 , ahora el requisito mínimo de la FCC (EE. UU.) para cada conexión telefónica; cable de categoría 5e , pares mejorados de 100 MHz para ejecutar Gigabit Ethernet (1000BASE-T); y cable de categoría 6 , donde cada par funciona a 250 MHz para un rendimiento mejorado de 1000BASE-T. [29] [30]
En las redes de cables de par trenzado de cobre, la certificación del cable de cobre se logra a través de una serie exhaustiva de pruebas de acuerdo con las normas de la Asociación de la Industria de Telecomunicaciones (TIA) o la Organización Internacional de Normalización (ISO).
Los cables coaxiales se utilizaron ampliamente en los sistemas de computadoras mainframe y fueron el primer tipo de cable importante utilizado para redes de área local ( LAN ). Las aplicaciones comunes del cable coaxial en la actualidad incluyen conexiones de datos de instrumentación y redes de computadoras (Internet), distribución de video y CATV , transmisión de RF y microondas, y líneas de alimentación que conectan transmisores y receptores de radio con sus antenas . [31]
Si bien los cables coaxiales pueden cubrir distancias mayores y tienen una mejor protección contra interferencias electromagnéticas que los pares trenzados, son más difíciles de manejar y de tender desde las oficinas hasta el armario de cableado. Por estos motivos, ahora se los suele reemplazar por cables UTP menos costosos o por cables de fibra óptica para lograr una mayor capacidad. [28]
En la actualidad, muchas empresas de CATV siguen utilizando cables coaxiales en los hogares. Sin embargo, estos cables se conectan cada vez más a un sistema de comunicaciones de datos de fibra óptica fuera del hogar. La mayoría de los sistemas de gestión de edificios utilizan cableado de cobre patentado, al igual que los sistemas de altavoces y buscapersonas. Los sistemas de control de seguridad y de entrada a menudo siguen dependiendo del cobre, aunque también se utilizan cables de fibra. [32]
La mayoría de las líneas telefónicas pueden compartir voz y datos simultáneamente. El cableado telefónico cuádruple de los hogares, antes de la era digital, no puede manejar las necesidades de comunicación de varias líneas telefónicas, servicio de Internet, comunicaciones por video, transmisión de datos, máquinas de fax y servicios de seguridad. La diafonía , la interferencia estática, las señales inaudibles y el servicio interrumpido son problemas comunes con el cableado obsoleto. Las computadoras conectadas a un cableado de comunicaciones anticuado a menudo experimentan un rendimiento deficiente de Internet.
El cableado estructurado es el término general que se utiliza en el siglo XXI para el cableado local de sistemas de telefonía, video, transmisión de datos, seguridad, control y entretenimiento de alta capacidad. Las instalaciones suelen incluir un panel de distribución central donde se realizan todas las conexiones, así como tomas de corriente con conexiones dedicadas para teléfono, datos, TV y conectores de audio.
El cableado estructurado permite que las computadoras se comuniquen entre sí sin errores y a alta velocidad, al mismo tiempo que resiste las interferencias entre diversas fuentes eléctricas, como electrodomésticos y señales de comunicaciones externas. Las computadoras en red pueden compartir conexiones a Internet de alta velocidad de manera simultánea. El cableado estructurado también puede conectar computadoras con impresoras , escáneres , teléfonos , máquinas de fax e incluso sistemas de seguridad y equipos de entretenimiento domésticos.
El cable coaxial RG-6 con blindaje cuádruple puede transportar una gran cantidad de canales de televisión al mismo tiempo. Un patrón de cableado en estrella, donde el cableado de cada conector se extiende hasta un dispositivo de distribución central, facilita la flexibilidad de los servicios, la identificación de problemas y una mejor calidad de la señal. Este patrón tiene ventajas con respecto a los bucles en cadena. Hay disponibles herramientas, consejos y técnicas de instalación para sistemas de cableado en red que utilizan pares trenzados, cables coaxiales y conectores para cada uno de ellos. [33] [34]
El cableado estructurado compite con los sistemas inalámbricos en los hogares. Si bien los sistemas inalámbricos tienen ventajas en términos de comodidad, también tienen desventajas con respecto a los sistemas con cableado de cobre: el mayor ancho de banda de los sistemas que utilizan cableado de categoría 5e generalmente admite velocidades diez veces mayores que los sistemas inalámbricos para aplicaciones de datos más rápidas y más canales para aplicaciones de video. Por otra parte, los sistemas inalámbricos son un riesgo para la seguridad, ya que pueden transmitir información confidencial a usuarios no deseados a través de dispositivos receptores similares. Los sistemas inalámbricos son más susceptibles a interferencias de otros dispositivos y sistemas, lo que puede comprometer el rendimiento. [35] Ciertas áreas geográficas y algunos edificios pueden no ser adecuados para instalaciones inalámbricas, así como algunos edificios pueden presentar dificultades para instalar cables.
La distribución de energía es la etapa final del suministro de electricidad para un uso final. Un sistema de distribución de energía transporta electricidad desde el sistema de transmisión hasta los consumidores.
Los cables eléctricos se utilizan para la transmisión y distribución de energía eléctrica, tanto en exteriores como en el interior de edificios. Hay información detallada sobre los distintos tipos de cables eléctricos. [36]
El cobre es el material conductor preferido para líneas de transmisión subterráneas que operan a voltajes altos y extra altos de hasta 400 kV. El predominio de los sistemas subterráneos de cobre se debe a sus mayores conductividades térmicas y eléctricas volumétricas en comparación con otros conductores. Estas propiedades beneficiosas para los conductores de cobre ahorran espacio, minimizan la pérdida de potencia y mantienen temperaturas más bajas en los cables. [ cita requerida ]
El cobre continúa dominando las líneas de bajo voltaje en minas y aplicaciones submarinas, así como en ferrocarriles eléctricos, polipastos y otros servicios al aire libre. [5]
El aluminio, ya sea solo o reforzado con acero, es el conductor preferido para líneas de transmisión aéreas debido a su menor peso y menor costo. [5]
Los conductores de los aparatos para aplicaciones domésticas y de instrumentos se fabrican a partir de cables blandos trenzados en manojos, que pueden estar estañados para su soldadura o identificación de fases. Según las cargas, el aislamiento puede ser de PVC, neopreno, etileno propileno, relleno de polipropileno o algodón. [5]
Los conductores automotrices requieren un aislamiento resistente a temperaturas elevadas, productos derivados del petróleo, humedad, fuego y sustancias químicas. El PVC, el neopreno y el polietileno son los aislantes más comunes. Los potenciales varían de 12 V para sistemas eléctricos a entre 300 V y 15 000 V para instrumentos, iluminación y sistemas de encendido. [36]
El alambre magnético o alambre de bobinado se utiliza en bobinados de motores eléctricos , transformadores , inductores , generadores , auriculares , bobinas de altavoces , posicionadores de cabezales de discos duros, electroimanes y otros dispositivos. [5] [8]
En la mayoría de los casos, el cable magnético está compuesto de cobre completamente recocido y refinado electrolíticamente para permitir un bobinado más cerrado al fabricar bobinas electromagnéticas. El cable está recubierto con una variedad de aislamientos poliméricos , incluido el barniz , en lugar del plástico más grueso u otros tipos de aislamiento que se usan comúnmente en los cables eléctricos. [5] Los grados de cobre sin oxígeno de alta pureza se utilizan para aplicaciones de alta temperatura en atmósferas reductoras o en motores o generadores enfriados por gas hidrógeno.
Un cierre de empalme de cobre se define como un recinto y el hardware asociado, que está destinado a restaurar la integridad mecánica y ambiental de uno o más cables de cobre que ingresan al recinto y proporcionan alguna función interna para empalme, terminación o interconexión. [37]
Como se indica en el documento de requisitos de la industria de Telcordia GR-3151, existen dos configuraciones principales para los cierres: cierres a tope y cierres en línea. Los cierres a tope permiten que los cables ingresen al cierre solo por un extremo. Este diseño también puede denominarse cierre de domo. Estos cierres se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones, incluido el empalme de derivaciones. Los cierres en línea permiten la entrada de cables en ambos extremos del cierre. Se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones, incluido el empalme de derivaciones y el acceso a cables. Los cierres en línea también se pueden utilizar en una configuración a tope al restringir el acceso de los cables a un extremo del cierre.
Una caja de empalme de cobre se define por las características de diseño funcional y, en su mayor parte, es independiente de los entornos de implementación o aplicaciones específicos. En este momento, Telcordia ha identificado dos tipos de cajas de cobre:
Los ESC ofrecen todas las características y funciones esperadas de un cierre de empalme típico en un gabinete que evita la intrusión de líquido y vapor en el interior del cierre. Esto se logra mediante el uso de un sistema de sellado ambiental, como juntas de goma o adhesivos termofusibles. Algunos ESC utilizan aire presurizado para ayudar a mantener la humedad fuera del cierre.
Los cierres de empalme de membrana ofrecen todas las características y funciones esperadas de un cierre de empalme típico que evita la intrusión de lluvia, polvo e insectos impulsados por el viento. Sin embargo, un cierre de este tipo permite el libre intercambio de aire con el ambiente exterior. Por lo tanto, es posible que se forme condensación en el interior del cierre. Por lo tanto, es necesario proporcionar un drenaje adecuado para evitar la acumulación de agua en el interior del cierre.
El cobre seguirá siendo el material predominante en la mayoría de las aplicaciones de cables eléctricos, especialmente donde las consideraciones de espacio son importantes. [3] La industria automotriz durante décadas ha considerado el uso de cables de diámetro más pequeño en ciertas aplicaciones. Algunos fabricantes están comenzando a utilizar aleaciones de cobre como el cobre-magnesio (CuMg), que tiene menos conductividad pero más resistencia que el cobre puro. [38]
Debido a la necesidad de aumentar la transmisión de señales de voz y datos a alta velocidad, se espera que la calidad de la superficie del cable de cobre siga mejorando. Se espera que continúen las demandas de una mejor capacidad de trefilado y la transición hacia la eliminación de defectos en los conductores de cobre.
Es posible que se desarrolle un requisito mínimo de resistencia mecánica para el alambre magnético con el fin de mejorar la formabilidad y evitar el estiramiento excesivo del alambre durante las operaciones de bobinado a alta velocidad. [ cita requerida ]
No parece probable que los estándares de pureza de los cables de cobre aumenten más allá del valor mínimo actual de 101 % IACS. Aunque el cobre de 6 nueves (99,9999 % de pureza) se ha producido en pequeñas cantidades, es extremadamente caro y probablemente innecesario para la mayoría de las aplicaciones comerciales, como cables magnéticos, de telecomunicaciones y de construcción. La conductividad eléctrica del cobre de 6 nueves y del cobre de 4 nueves (99,99 % de pureza) es casi la misma a temperatura ambiente, aunque el cobre de mayor pureza tiene una conductividad mayor a temperaturas criogénicas. Por lo tanto, para temperaturas no criogénicas, el cobre de 4 nueves probablemente seguirá siendo el material dominante para la mayoría de las aplicaciones de cables comerciales. [3]
Durante el auge de las materias primas en la década de 2000 , los precios del cobre aumentaron en todo el mundo, [39] aumentando el incentivo para que los delincuentes roben cobre de los cables de suministro de energía y comunicaciones. [40] [41] [42] El Ministro iraní de TIC ha reemplazado el cobre con fibra óptica debido al robo. [43]
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