Un cable de alimentación es un cable eléctrico , un conjunto de uno o más conductores eléctricos , generalmente unidos por una funda protectora. El conjunto se utiliza para la transmisión de energía eléctrica . Los cables de alimentación pueden instalarse como cableado permanente dentro de edificios, enterrados en el suelo, colocados por encima de la cabeza o expuestos. Los cables de alimentación que se agrupan dentro de una funda termoplástica y que están destinados a instalarse dentro de un edificio se conocen como NM-B (cable de construcción con funda no metálica).
Los cables de alimentación flexibles se utilizan para dispositivos portátiles, herramientas móviles y maquinaria.
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] El cable aislado con caucho se utilizó para circuitos de 11.000 voltios en 1897 instalados para el proyecto de energía de las cataratas del Niágara .
Los cables de media tensión aislados con papel impregnado en masa se empezaron a comercializar 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 América del Norte ha pasado por varias tecnologías:
Los cables de alimentación modernos vienen en una variedad de tamaños, materiales y tipos, cada uno particularmente adaptado a sus usos. [6] Los conductores grandes con un solo aislamiento también se denominan a veces cables de alimentación en la industria. [7]
Los cables constan de tres componentes principales: conductores, aislamiento y cubierta protectora. La composición de cada cable varía según la aplicación. La construcción y el material están determinados por tres factores principales:
Los cables para enterramiento directo o para instalaciones expuestas también pueden incluir una armadura metálica en forma de alambres en espiral alrededor del cable, o una cinta corrugada envuelta alrededor de él. La armadura puede estar hecha de acero o aluminio, y aunque está conectada a tierra, no está destinada a transportar corriente durante el funcionamiento normal. Los cables de alimentación eléctrica a veces se instalan en canalizaciones, incluidos conductos eléctricos y bandejas de cables, que pueden contener uno o más conductores. Cuando se pretende utilizar dentro de un edificio, el cable de construcción con revestimiento no metálico (NM-B) consta de dos o más conductores de alambre (más un conductor de conexión a tierra) encerrados dentro de una funda de aislamiento termoplástico que es resistente al calor. Tiene ventajas sobre el cable de construcción blindado porque es más ligero, más fácil de manipular y su revestimiento es más fácil de trabajar. [8]
Los cables de alimentación utilizan conductores trenzados de cobre o aluminio , aunque los cables de alimentación pequeños pueden utilizar conductores sólidos en tamaños de hasta 1/0. ( Para una discusión detallada sobre los cables de cobre, consulte: Cable y alambre de cobre ) . El cable puede incluir conductores sin aislamiento utilizados para el neutro del circuito o para la conexión a tierra (tierra). El conductor de tierra conecta la carcasa/chasis del equipo a tierra para protegerlo contra 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 se pueden fabricar en versiones no higroscópicas si es necesario para la aplicación.
Los cables de alimentación de propósito especial para aplicaciones aéreas a menudo se unen a una aleación de alta resistencia, ACSR o mensajero de alumoweld. Este cable se llama cable aéreo o cable aéreo preensamblado (PAC). El PAC se puede pedir sin revestimiento, sin embargo, esto es menos común en los últimos años debido al bajo costo adicional de proporcionar una cubierta polimérica. Para aplicaciones verticales, el cable puede incluir cables de armadura en la parte superior de la cubierta, acero o Kevlar . Los cables de armadura se unen a placas de soporte periódicamente 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 llamaría cable vertical blindado. Para transiciones verticales más cortas (quizás 30 a 150 pies), se puede usar un cable sin blindaje junto con agarres de canasta (Kellum) o incluso tapones de conducto especialmente diseñados.
Las especificaciones de los materiales para la cubierta del cable suelen tener en cuenta 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 una aplicación de tránsito pueden especificarse para que no produzcan grandes cantidades de humo si se queman (baja emisión de humo y cero halógenos). Los cables destinados a enterrarse directamente 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 (bóvedas subterráneas) pueden considerar la resistencia al aceite, al fuego o la baja emisión de humo como una prioridad. En la actualidad, pocos cables utilizan una cubierta de plomo en su totalidad. Sin embargo, algunas empresas de servicios públicos aún pueden instalar cables cubiertos de plomo con aislamiento de papel en los circuitos de distribución. Es más probable que los cables de transmisión o submarinos utilicen cubiertas de plomo. Sin embargo, el plomo está en declive y hoy en día existen pocos fabricantes que produzcan dichos artículos. Cuando los cables deben tenderse en lugares expuestos 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 puede incluir fibras ópticas para datos.
En el caso de circuitos que funcionan a 2000 voltios o más entre conductores, un blindaje conductor debe rodear el aislamiento del conductor. Esto iguala la tensión eléctrica en el aislamiento del cable. Esta técnica fue patentada por Martin Hochstadter en 1916; [2] el blindaje a veces se denomina blindaje de Hochstadter. Además del blindaje de aislamiento semiconductor ("semicon"), también habrá un blindaje de conductor. El blindaje de conductor puede ser semiconductor (normalmente) o no conductor. El propósito del blindaje de conductor es similar al del blindaje de aislamiento: es un relleno de huecos y un ecualizador de tensión de voltaje.
Para eliminar el voltaje errático, se colocará un blindaje metálico sobre el "semicono". Este blindaje tiene como objetivo "hacer seguro" el cable al reducir el voltaje en el exterior del aislamiento a cero (o al menos por debajo del límite de 50 voltios de la OSHA). Este blindaje metálico puede consistir en una cinta fina de cobre, cables de drenaje concéntricos, correas planas, vaina de plomo u otros diseños. Los blindajes metálicos de un cable se conectan a tierra en los extremos del cable y, posiblemente, en lugares a lo largo de la longitud si el aumento de voltaje durante las fallas fuera peligroso. La conexión a tierra multipunto es la forma más común de conectar a tierra el blindaje del cable. Algunas aplicaciones especiales requieren interrupciones del blindaje para limitar las corrientes circulantes durante las operaciones normales del circuito. Los circuitos con interrupciones del blindaje pueden tener una conexión a tierra de un solo punto o de varios. Las situaciones especiales de ingeniería pueden requerir una conexión cruzada.
En los sistemas de distribución y transmisión todavía se utilizan cables llenos de líquido o gas. Los cables de 10 kV o más pueden aislarse con aceite y papel y se colocan en un tubo de acero rígido o en una cubierta de aluminio semirrígida o plomo. Para voltajes más altos, el aceite puede mantenerse bajo presión para evitar la formación de huecos que permitirían descargas parciales dentro del aislamiento del cable.
Los cables llenos de líquido son conocidos por su vida útil extremadamente larga con pocas o ninguna interrupción del servicio. Lamentablemente, las fugas de petróleo en el suelo y en los cuerpos de agua son un grave problema y el mantenimiento de una flota de las estaciones de bombeo necesarias supone una pérdida de presupuesto para operaciones y mantenimiento de la mayoría de las empresas eléctricas. Los cables de tipo tubería suelen convertirse en circuitos de aislamiento sólido al final de su vida útil, a pesar de que se espera que tengan una vida útil más corta.
Los cables de alta tensión modernos utilizan polietileno u otros polímeros, incluido el XLPE, para el aislamiento. Requieren técnicas especiales para la unión y terminación, consulte Cable de alta tensión .
Todos los cables eléctricos son algo flexibles, lo que permite que se los envíe 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 el radio de curvatura mínimo. Los cables de energía generalmente son de clase de trenzado A, B o C. Estas clases permiten que el cable se coloque en una posición de instalación final donde generalmente no se verá afectado. Las clases A, B y C ofrecen más durabilidad, especialmente cuando se tira del cable, y generalmente son más económicas. Las empresas de servicios públicos de energía generalmente solicitan cables trenzados de clase B para aplicaciones de voltaje primario y secundario. A veces, se puede utilizar un cable de media tensión de conductor sólido cuando la flexibilidad no es una preocupación, pero se prioriza el bajo costo y el bloqueo del agua.
En las aplicaciones que requieren mover un cable repetidamente, como en el caso de equipos portátiles, se utilizan cables más flexibles denominados "cordones" o "flex" (clase de trenzado GM). Los cordones flexibles contienen conductores trenzados finos, trenzados en forma de cuerda o en manojos. Presentan cubiertas generales con cantidades adecuadas de materiales de relleno para mejorar su flexibilidad, capacidad de adiestramiento y durabilidad. Los cables de alimentación flexibles de alta resistencia, como los que alimentan una máquina cortadora de frentes de mina , están diseñados cuidadosamente: su vida útil se mide en semanas. Los cables de alimentación muy flexibles se utilizan en maquinaria automatizada, robótica y máquinas herramienta. Consulte cable de alimentación y cable de extensión para obtener una descripción más detallada de los cables de alimentación flexibles. Otros tipos de cable flexible incluyen cable de par trenzado , extensible, coaxial , blindado y de comunicación.
Un cable de rayos X es un tipo especial de cable flexible de alto voltaje .
