Un cable de alimentación es un cable eléctrico , un conjunto de uno o más conductores eléctricos , generalmente unidos con una funda general. El conjunto se utiliza para la transmisión de energía eléctrica . Los cables de alimentación pueden instalarse como cableado permanente dentro de los edificios, enterrados en el suelo, tendidos por encima o expuestos. Los cables de alimentación que se agrupan dentro de un revestimiento termoplástico y que están destinados a ser tendidos dentro de un edificio se conocen como NM-B (cable de construcción con revestimiento no metálico).
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 utilizó varillas de cobre , envueltas en yute y colocadas en tubos rígidos llenos 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] Se utilizó cable aislado de caucho para circuitos de 11.000 voltios instalados en 1897 para el proyecto de energía de las Cataratas del Niágara .
Los cables de media tensión aislados con papel impregnados en masa eran comercialmente prácticos en 1895. Durante la Segunda Guerra Mundial se aplicaron a los cables varias 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 de ellos particularmente adaptado a sus usos. [6] Los conductores grandes con aislamiento único 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 los cables individuales varía según la aplicación. La construcción y el material están determinados por tres factores principales:
Los cables para entierro directo o para instalaciones expuestas también pueden incluir una armadura metálica en forma de alambres enrollados en espiral alrededor del cable o una cinta corrugada envuelta alrededor del mismo. La armadura puede estar hecha 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, incluidos conductos eléctricos y bandejas de cables, que pueden contener uno o más conductores. Cuando está destinado a ser utilizado dentro de un edificio, el cable de construcción con cubierta no metálica (NM-B) consta de dos o más conductores (más un conductor de conexión a tierra) encerrados dentro de una funda aislante termoplástica que es resistente al calor. Tiene ventajas sobre el cable de construcción blindado porque es más liviano, más fácil de manejar y es más fácil trabajar con su revestimiento. [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 obtener una discusión detallada sobre los cables de cobre, consulte: Alambres y cables de cobre ) . El cable puede incluir conductores no aislados utilizados para el circuito neutro o para la conexión a tierra. El conductor de conexión a tierra conecta la carcasa/chasis del equipo a tierra para protegerlo contra descargas eléctricas. Estas variantes 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 hidroscópicas si la aplicación lo requiere.
Los cables de alimentación de uso especial para aplicaciones aéreas suelen estar unidos a una aleación de alta resistencia, ACSR o mensajero de soldadura de aluminio. Este cable se denomina cable aéreo o cable aéreo preconfeccionado (PAC). El PAC se puede pedir sin cubierta; sin embargo, 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 blindados encima de la cubierta, acero o Kevlar . Los alambres de armadura se unen periódicamente a placas de soporte para ayudar a soportar el peso del cable. Se podrá 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 de 30 a 150 pies), se puede usar un cable no blindado junto con agarres de cesta (Kellum) o incluso tapones de conducto especialmente diseñados.
La especificación del material para la cubierta del cable a menudo considerará la resistencia al agua, aceite, luz solar, condiciones subterráneas, vapores químicos, impactos, fuego o altas temperaturas. En aplicaciones de la industria nuclear, el cable puede tener requisitos especiales de resistencia a la radiación ionizante. Se puede especificar que los materiales de los cables para una aplicación de tránsito no produzcan grandes cantidades de humo si se queman (bajo nivel de humo y cero halógenos). Los cables destinados al entierro directo deben considerar 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 como prioridad el aceite, la resistencia al fuego o la baja emisión de humo. Hoy en día, pocos cables todavía emplean una funda de plomo general. 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), se pueden proteger con cinta de acero flexible o armadura de alambre, que también puede estar cubierta por una funda resistente al agua.
Un cable híbrido puede incluir conductores para señales de control o también puede incluir fibras ópticas para datos.
Para 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; [9] el escudo a veces se llama escudo Hochstadter. Aparte del blindaje aislante semiconductor ("semicon"), también habrá un blindaje conductor. El blindaje del conductor puede ser semiconductor (normalmente) o no conductor. El propósito del blindaje del conductor es similar al del blindaje aislante: es un relleno de vacíos y un ecualizador de tensiones de voltaje.
Para drenar el voltaje perdido, se colocará una protección metálica sobre el "semicon". Este blindaje tiene como objetivo "hacer seguro" el cable reduciendo el voltaje en el exterior del aislamiento a cero (o al menos por debajo del límite de OSHA de 50 voltios). Este blindaje metálico puede consistir en una fina cinta de cobre, cables de drenaje concéntricos, correas planas, funda de plomo u otros diseños. Los blindajes metálicos de un cable están conectados a tierra en los extremos del cable y posiblemente en ubicaciones a lo largo de su 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 roturas de blindaje para limitar las corrientes circulantes durante las operaciones normales del circuito. Los circuitos con roturas de blindaje pueden estar conectados a tierra en uno o varios puntos. Situaciones especiales de ingeniería pueden requerir unión cruzada.
En la actualidad, todavía se emplean cables llenos de líquido o gas en los sistemas de distribución y transmisión. Los cables de 10 kV o superiores pueden estar aislados con aceite y papel, y van tendidos en un tubo rígido de acero, aluminio semirrígido o funda de plomo. Para voltajes más altos, el aceite se puede mantener 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. Desafortunadamente, las fugas de petróleo al suelo y a las masas de agua son motivo de gran preocupación y mantener una flota de estaciones de bombeo necesarias es una pérdida del presupuesto de operación y mantenimiento de la mayoría de las empresas de energía. Los cables tipo tubería a menudo se convierten en circuitos con aislamiento sólido al final de su vida útil a pesar de que se espera una vida útil más corta.
Los cables modernos de alta tensión utilizan polietileno u otros polímeros, incluido XLPE , como aislamiento. Requieren técnicas especiales para unir y terminar, consulte Cable de alta tensión .
Todos los cables eléctricos son algo flexibles, lo que permite enviarlos a los sitios de instalación enrollados en carretes, tambores o bobinas manuales. La flexibilidad es un factor importante a la hora de determinar la clase de trenzado adecuada del cable, ya que afecta directamente al radio mínimo de curvatura. Los cables de alimentación generalmente son trenzados de clase 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 al tirar del cable, y generalmente son más económicas. Las empresas de energía generalmente solicitan cables trenzados Clase B para aplicaciones de voltaje primario y secundario. En ocasiones, 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.
Aplicaciones que requieren que un cable se mueva repetidamente, como por ejemplo para equipos portátiles, se utilizan cables más flexibles llamados "cords" o "flex" (clase de trenzado GM). Los cables flexibles contienen conductores de hilos finos, cables trenzados o manojos. Cuentan con chaquetas con cantidades adecuadas de materiales de relleno para mejorar su flexibilidad, capacidad de entrenamiento y durabilidad. Los cables de alimentación flexibles y resistentes, como los que alimentan una máquina cortadora de frente 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 alta tensión .
