INSTALACIONES ELCTRICAS

PGINA CAPTULO 3: Elementos de Canalizaciones

CAPTULO 3

Elementos de Canalizaciones

3.0. Introduccin

En cualquier instalacin elctrica, los dispositivos que transmiten la corriente elctrica reciben el nombre de conductores, por mltiples razones que despus se esbozaran, estos se encuentran protegidos y aislador por una serie de elementos que reciben el nombre de canalizaciones elctricas.

Los elementos que constituyen una canalizacin elctrica, son muy variados y dependen de la naturzaleza de utilizacin de la misma.

3.1. Canalizaciones Elctricas

Las canalizaciones elctricas, son los dispositivos o elementos que se utilizan en las instalaciones elctricas, para contener los conductores de manera que estos queden protegidos (contra el deterioro mecnico, qumico y elctrico), adems de proteger las restantes partes de las instalacin elctrica en contra de arcos elctricos y cortocircuito.

Los medios ms comunes utilizados como canalizaciones son:

Tuberas.

Ductos y canales.

Cajetines y caja de paso.

Tanquillas, tanques.

Bancadas.

Casetas.

3.1.1. Cajetines, Cajas de Paso y Tapas

Los cajetines son simplemente unas pequeas cajas metlicas (acero galvanizado) o plsticas (PVC o polietileno), de variadas formas (rectangulares, cuadradas, octogonales, redondas, etc.), las cuales poseen en forma troqueladas orificios, con fcil remocin, para la fijacin de tuberas a travs de conectores. Los cajetines se utilizan con el fin de se intercalados a lo largo de un circuito y al final del mismo, de manera de poder realizar derivaciones, empalmes entre circuitos, o bien para contener dispositivos de iluminacin, tomacorrientes, o de proteccin y maniobra.

El CEN dedica su SECCION 370, a las cajas de salidas, de suiches, de empalmes y accesorios. En la tabla 370-6a del CEN (1978) se muestran los tamaos comerciales de las cajas y cajetines, indicando su volumen adems del numero mximo de conductores entre el calibre 14 al 6 AWG.

Los cajetines ms comunes son:

Rectangular : 2x4x 1.5

Octogonal : 4x4x1.5

Cuadrada : 5x5x2

En Venezuela los tamaos de las cajas y cajetines son normalizados por el CEN (1978) y se muestran en la tabla 370-6a, aunque algunos fabricantes construyen cajas y cajetines de medidas diferentes, cuyas dimisiones deben ser consultadas en los catlogos del fabricante.

Por otra parte, las tapas, son simplemente una cubierta utilizada para sellar o cubrir las cajas y cajetines, estas se encuentra diseadas en conformidad al dispositivo que se propone tapar. Su forma y material depende estrechamente su utilizacin. La tapa ms comn es la de la forma bomb, aquella es un poco abombada, en forma rectangular, cuadrada, octogonal y redonda.

Nota: En aquellas circunstancias, en que el calibre del conductor supere el nmero 4 AWG, se tendr que utilizar gabinetes y cajas, como queda establecido en el CEN SECCION 373.

FIGURA 1Cajetines y Condulets

3.1.2. Tuberas

Las tuberas son un punto importante entre las canalizaciones elctricas, ya que estas alojan directamente los conductores, y resulta ser la forma ms utilizada en Venezuela.

Las tuberas de acuerdo a su forma de instalacin pueden ser de dos tipos, empotradas cuando se encuentra embutidas en las paredes, techos o pisos (Seccin 344 CEN, Extensiones bajo el friso), y las instaladas a la vista que son instalados por medio de dispositivos especiales en las superficies de paredes, techos o pisos.

Segn el autor Enrquez Harper (1996) el tubo Conduit es un tipo de tubo (de metal o plstico) que es usado para contener y proteger los conductores elctricos en las instalaciones elctricas, pudiendo ser estos de aluminio, aleaciones especiales, y de acero, pudiendo ser estos ltimos de tipo pesado, semipesado y ligero, distinguindose entre si por el espesor de su pared. Por otra parte el manual de instalaciones elctricas de La Electricidad de Caracas (ELECAR, 1959), indica que los conduit pueden ser rgidos (esmaltados) y los tubos conduit EMT (Electric Metal Tube).

En Venezuela, la utilizacin del EMT tubo metlico rgido es muy comn, en forma embutida o a la vista para instalaciones residenciales. La Seccin 348 del CEN se dedica al EMT. En el CEN se ha normalizado el uso de estas tuberas, en longitud de tres metros, y en dimetros entre pulgada como mnimo, hasta 6 pulgadas, ya sea de tipo roscado o con uniones.

El EMT se diferencia del Conduit de acero por su resistencia mecnica, pero en las instalaciones residenciales es suficiente el EMT, reservndose el conduit galvanizado para sistemas industriales.

FIGURA 2Tubos Conduit y Conectores

El nmero de conductores que se pueden incluir dentro de un conductor, depende del dimetro del conductor, para el caso de los EMT, en el Capitulo 9 del CEN (1978), tabla 1, se muestra el nmero de conductores, en funcin de su calibre y el dimetro de la tubera.

Es importante mencionar que las tuberas debern ser dobladas con herramientas especiales para tal fin o plantillas, de manera de no afectar la seccin transversal de la tubera o daos en la misma.

Por otra parte, es comn utilizar tuberas de tipo flexible, metlicas o plsticas, ms frecuente la primera, en instalaciones industriales, para la conexin de motores.

Por ltimo, existen tuberas plsticas de tipo rgido (PVC), Policloruro de Vinilo, que tienen un restringido uso dentro de las instalaciones elctricas, consultar CEN Seccin 347.

3.1.3. Ductos y Canales o Bandeja

En las instalaciones elctricas de tipo industrial es comn utilizar las denominadas bandejas, ya sean abiertas o cerradas, con fondo metlico o simplemente metlicos (Seccin 318 CEN). Cuando la bandeja es cerrada recibe el nombre de ductos.

FIGURA 3Tipos de Bandeja

Este tipo de canalizacin, es de tipo a la vista, y posee la caracterstica que pueden incluir mayor cantidad de conductores que las tuberas, siendo tambin ms fciles de cablear.

Por su parte las bandejas abiertas son preferidas, ya que permiten un mejor intercambio de calor en los conductores, aunque estos pueden estar ms expuestos a los agentes ambientales.

En obras civiles de instalaciones de gran capacidad, subestaciones o industrias, se suelen construir canales en el piso con paredes y fondo de concreto, con una tapa metlica, donde se colocan los conductores, estas son las denominadas canales.

En CEN (Seccin 345 y 347) y el manual de instalaciones del Ministerio de Obras Publicas, (MOP), contempla la seleccin de la seccin requerida para las canales.

FIGURA 4Tipos de Canales

3.1..4. Tanquillas

Las tanquillas son pequeas instalaciones subterrneas, con una abertura que permite el acceso a un solo hombre, para realizan labores de mantenimiento, conexin y desconexin, etc. Las tanquillas suelen emplearse en grandes instalaciones elctricas.

FIGURA 5Tipos de Tanquillas

3.1.5. Tanques o Stanos

Los tanques o stanos son recintos subterrneos de una extensin moderada, donde una persona puede entrar a realizar trabajos. Los stanos, son preferidos como lugar para emplazar los equipos de transformacin y subestaciones de distribucin en zonas sumamente pobladas o donde otro tipo no es posible.

El CEN dedica su Seccin 450c a las especificaciones de las bvedas de transformacin. En general los tanques son muy frecuentemente utilizados por las compaas de electricidad o de comunicaciones (CANTV), y cada una de ellas tiene normativas al respecto.

3.1.6. Bancadas de Tuberas

Se denomina bancadas, a uno o varios ductos o tuberas alojados en una zanja o canal. El recubrimiento de estos tubos, puede ser muy variado, desde el sencillo caso de tierra compactada, hasta llegar a complejas estructuras de concreto de baja resistencia.

El autor Oswaldo Penissi (1986), seala que en las bancadas los conductores deben guardar una distancia mnima de 5 cm. entre ellas y de 7.5 cm con respecto a las paredes de la zanja.

Las normativas comnmente utilizadas para la construccin de bancadas, son las de CADAFE y la de ELCAR, sin olvidar el manual del MOP.

FIGURA 6Tipos de Bancadas

3.1.7. Casetas

Las casetas son cuartos que son construidos para alojar los banco de transformacin, protecciones y equipos de maniobra, en fin para emplazar las subestaciones de tipo interior y de pequeo o mediana capacidad. Se suelen construir sobre el terreno, semiempotrado, con materiales resistentes al fuego. Las casetas, son empleadas en sistemas de mediana o gran capacidad, y requieren de clculos y normativas de seguridad para lo cual suelen ayudar las empresas elctricas.

FIGURA 7Estructura de una Caseta Tpica

3.2. Introduccin a los conductores

Uno de los elementos ms comunes en las instalaciones elctricas, son los conductores, su diseo elctrico es un estudio apasionante, en el cual se persigue adaptar sus caractersticas a los requerimientos de transmisin de electricidad dentro de la instalacin. Durante el diseo elctrico o especificacin de los conductores, se suelen tomar en cuenta cuatro parmetros elctricos bsicos: resistencia, inductancia, capacitancia y conductancia (estos dos ltimos parmetros son de poco estudio en la gran mayora de las instalaciones). El estudio de cada una de estas caractersticas del conductor es un proceso delicado, y en donde los aspectos particulares del conductor influye en los valores.

Los conductores elctricos en las instalaciones elctricas son las venas y arterias que distribuyen el fluido elctrico a lo largo de toda la extensin de la instalacin elctrica.

En este trabajo se tratar las caractersticas principales y la tipologa ms comn de los conductores elctricos utilizados dentro de los diseos de instalaciones elctricas.

3.3. Materiales Conductores

Consiste de un cuerpo o un medio adecuado, utilizado como portador de corriente elctrica. El material que forma un conductor elctrico es cualquier sustancia que puede conducir una corriente elctrica cuando este conductor se ve sujeto a una diferencia de potencial entre sus extremos. Esta propiedad se llama conductividad, y las sustancias con mayor conductividad son los metales.

Los materiales comnmente utilizados para conducir corriente elctrica son en orden de importancia: platino, plata, cobre, aluminio, aleaciones de cobre, hierro, acero.

La conductividad real a 0C es la siguiente:

TABLA 1Conductividad de Materiales (a 0C)

MaterialConductividad

(.m-1

Plata66

Cobre64.5

Oro49

Aluminio40

Magnesio25.4

Sodio23.4

Tungsteno20.4

Potasio16

Litio11.8

Hierro11.5

Cesio5.2

Fuente : Penissi, O. (1986)

La seleccin de un material conductor determinado es, esencialmente, un problema econmico, el cual no solo considera las propiedades elctricas del conductor, sino tambin otras como: propiedades mecnicas, facilidad de hacer conexiones, su mantenimiento, la cantidad de soportes o canalizaciones necesarias, las limitaciones de espacio, resistencia a la corrosin del material y otros.

Los conductores ms utilizados, y de mayor importancia en la ingeniera elctrica y en especial para la industria del ramo, es el cobre y el aluminio, con usos especiales adoptados para la plata, platino y acero.

Los metales ms comnmente utilizados como conductores elctricos, entonces, son:

Cobre : Material maleable, de color rojizo, la mayora de los conductores elctricos estn hechos de cobre. Sus principales ventajas son:

Es el metal que tiene conductividad elctrica de las ms alta.

Tiene gran facilidad para ser estaado, plateado o cadminizado y puede ser soldado usando equipo especial de soldadura de cobre.

Es muy dctil por lo que fcilmente puede ser convertido en cable, tubo o rolado en forma de solera u otra forma.

Tiene buena resistencia mecnica, aumenta cuando se usa en combinacin con otros metales para formar aleaciones.

No se oxida fcilmente, por lo que soporta la corrosin ordinaria.

Tiene buena conductividad trmica.

TABLA 2Caractersticas Fsicas del Cobre

Peso Especifico8.9 gr/cm3

Punto de Fusin1053C

Resistividad0.017 (.mm2/m

Aluminio : Los conductores de aluminio son muy usados para exteriores en lneas de transmisin y distribucin y para servicios pesados en subestaciones, con una muy poca aplicacin en conductores de electricidad dentro de las instalaciones elctricas.

Es muy ligero: tiene la mitad del peso que el cobre para la misma capacidad de corriente.

Es altamente resistente a la corrosin atmosfrica.

Puede ser soldado con equipo especial.

Se reduce al efecto superficial (distribucin no uniforme de la corriente elctrica en la seccin transversal del conductor en corriente alterna) y el efecto corona (conductividad elctrica en el medio que rodea al conductor)debido a que para la misma capacidad de corriente, se usan dimetros mayores.

TABLA 3Caractersticas Fsicas del Aluminio

Peso Especifico2.7 gr/cm3

Punto de Fusin660C

Resistividad0.028 (.mm2/m

Las principales desventajas del aluminio son:

Posee una menor conductividad elctrica, con respecto al cobre.

Se forma en su superficie una pelcula de oxido que es altamente resistente al paso de la corriente por lo que causa problemas en juntas de contacto.

Debido a sus caractersticas electronegativas, al ponerse en contacto directo con el cobre causa corrosin galvnica, por lo que siempre se debern usar juntas bimetlicas o pastas anticorrosivas.

En los primeros tiempos de la electricidad, los conductores eran generalmente de cobre, pero los conductores de aluminio han reemplazado completamente a los de cobre en algunas aplicaciones, debido a su menor costo y al peso ligero de un conductor de aluminio comparado con uno de cobre de igual resistencia. Comparando el cobre y el aluminio se puede concluir que el primero es 2 veces ms pesado que el otro, teniendo una resistividad 1.65 veces mayor que la del cobre.

En los comienzos de la electricidad, se utilizaba la corriente continua, en donde los conductores slidos cilndricos fueron muy utilizados, por una gran variedad de particularidades, con el devenir del tiempo, el uso de corriente alterna obliga a la utilizacin de conductores multifilares trenzados en forma helicoidal, con el fundamento de dotar de flexibilidad de a los conductores, adems de una serie de caractersticas relevantes a la transmisin en corriente alterna.

El aluminio puro tiene, frente a todas sus aleaciones, la mxima conductividad, pero en contraparte posee una baja carga mecnica de ruptura.

Segn ensayos realizados por algunos fabricantes de conductores, la carga de ruptura viene dada por:

TABLA 4Carga de Ruptura (Kg/mm2)

Cobre

DuroAluminio

DuroAluminio

Aleado

37/4516/2030/40

Debido a la poca carga de ruptura, en las en la aplicaciones donde se requiera gran resistencia mecnica, esto se transforman en un inconveniente, razn por la cual se recurre a los cables de aluminio aleado y a cables de aluminio reforzado con acero.

3.4. Tipos de Conductores

Un conductor puede estar conformado por uno o varios hilos (alambres), siendo unifilar o multifilar, cableado o trenzado. Cuando el conductor es cableado se le agregan caractersticas de flexibilidad, siendo este clasificado en: flexible o extraflexible, logrndose esto en funcin del nmero y el espesor de los hilos que lo conforman. A medida que aumenta el nmero de alambres y el dimetro de estos es menor aumenta la flexibilidad (el CEN dedica las secciones 400 y 200 a las disposiciones para conductores flexibles). El cableado de los conductores pude hacerse en formas concntricas, circular, compactado, comprimido sectorial p anular, en todo caso la norma CONVENIN 553-81, establece las caractersticas de fabricacin.

Una clasificacin muy variada de los conductores puede ser realizada, pero la ms elemental es:

Conductores desnudos

Conductores aislados

Conductores desnudos: Son aquellos constituidos por uno o varios alambres los cuales son utilizados directamente en el aire soportado por elementos aislantes como vidrio o porcelana, para la transmisin de energa elctrica.

Los conductores desnudos son especialmente utilizados para el caso de lneas de transmisin de potencia, y tambin en los sistemas de distribucin primaria y secundaria. En Venezuela, la utilizacin de conductores desnudos ha sido especialmente difundido, gracias a la gran cantidad de espacio y materiales disponible.

En la actualidad los conductores trenzados son combinaciones de aluminio y otros elementos ms, para aportar caractersticas mecnicas al conductor.

Entre los diferentes tipos de conductores de aluminio desnudos se tienen:

ACC : Conductor de Aluminio.

AAAC : Conductor de Aluminio con Aleacin.

ACSR : Conductor de Aluminio con Refuerzo de Acero.

ACAR : Conductor de Aluminio con Refuerzo de Aleacin.

El AAAC tiene mayor resistencia a la tensin que los conductores de aluminio de tipo ordinario. Los ACSR consisten de un ncleo central de alambre de acero rodeado por capas de alambre de aluminio. ACAR tiene un ncleo de aluminio de alta resistencia rodeado por capas de conductores elctricos de aluminio tipo especial.

En Venezuela el material ampliamente utilizado en las lneas de transmisin areas como conductor es el aluminio, debido a su bajo costo y gran disponibilidad en el pas. En sistemas de distribucin es comn utilizar el denominado ARVIDAL, y en lneas de transmisin de alta tensin se utiliza el aluminio con ncleo reforzado.

Los conductores son los encargados de transportar la corriente y su seccin transversal depende de la energa que se transporte. Si la tensin de operacin del es elevada se hacen presente una serie de fenmenos que se deben considerar para la seleccin de el tipo y calibre del conductor, o la posibilidad de utilizar varios conductores por fase. El conductor por su peso y a su longitud, se ve afectado por esfuerzos mecnicos, interviniendo estos factores en la seleccin el tipo de conductor a utilizar, destacndose que esto se puede solventar utilizando conductores equivalente con mayor carga de ruptura.

El factor preponderante para el esfuerzo mecnico de una lnea de transmisin es la denominada "flecha", no afectando el rea de la seccin del conductor.

Conductores aislados o cables: Se define cable como el conjunto formado de uno o varios conductores trenzados, debidamente aislados, provisto de uno o ms recubrimientos protectores requeridos para que el conductor sea afectado por la corrosin, deterioro mecnico, etc.

Los conductores aislados surgen del hecho, de que cuando por una canalizacin son instalados varios conductores que transportan energa elctrica estos deben ser aislados, entre si, para mantenerlos fuere de contacto entre si o con tierra y las estructuras, evitando un cortocircuito.

Los conductores aislados deben estar recubiertos con una capa de material (aislante) cuya conductividad elctrica es nula o muy pequea.

Existe una cantidad de conductores aislados que son agrupados bsicamente dos clases:

Monopolar: Cuando posee un solo conductor o un solo cableado.

Multipolar: Cuando posee dos o ms conductores o cableados.

Los conductores, en general suelen ser clasificados en, segn el tipo de recubrimiento:

Aislado : Conductor rodeado por aislamiento para evitar la fuga de corriente o cortocircuito.

Anular : Consiste en varios hilos cableados en tres capas concntricas invertidas alrededor de un ncleo de camo saturado.

Apantallado : Conductor aislado cubierto con un blindaje metlico, generalmente constituido por una funda de cobre trenzado.

Axial : Conductor de alambre que emerge del extremo del eje de una resistencia, condensador u otro componente.

Los cables en el rea de alta tensin y extra alta tensin, son materia de estudio muy profundo y en especial, cuando se trabaja en alta tensin, pero esto es dominio de Lneas de transmisin Subterrneas o Subacuticas, por tanto no sern tratados en el presente trabajo.

Las condiciones geogrficas de Venezuela, son propicias para la transmisin de energa elctrica a travs de redes areas, por lo que el uso de conductores elctricos aislados se ha vista limitado a un pequeo campo, en donde las lneas areas no resultan una alternativa, tal es el caso de la Central Hidroelctrica Macagua II, en el Estado Bolvar, en esta central se instalo cables subterrneos, del tipo Land, debido al hecho de la humedad reinante en el sector, adems de preservar la belleza escnica de los Saltos Cachamai y Llovizna. Por otra parte la conexin del estado Nueva Esparta con el resto de Venezuela, se realizo mediante un cable submarino del tipo Oil Filled Cable, de aproximadamente 25 Km., desde Chacopata hasta punta Mosquito.

3.5. Caractersticas Fsicas y Mecnicas de los Conductores

Todo conductor debe poseer suficiente resistencia mecnica para soportar, sin romperse o deformarse permanentemente los esfuerzos aplicados al mismo, en la explotacin (servicio) normal, y aun en las condiciones anormales, pero previsibles en el diseo.

La construccin fsica de los conductores deriva principalmente de la esencia de las necesidades mecnicas mnimas para la operacin segura, ante las eventualidades y operacin normal.

En general los conductores deben poseer caractersticas que le permitan superar una serie de agentes que los afectan y que pueden atentar en contra de una integridad.

Agentes Mecnicos: La mayor parte de las exigencias mecnicas el conductor ocurre frente agentes externos como son: el desempaque, manejo e instalacin que pueden afectar las caractersticas del conductor y que pueden producir fallas de operacin. Los principales agentes que afectan mecnicamente a los conductores son: Presin Mecnica, Abrasin, Elongacin, Doblez a 180.

La presin mecnica se puede presentar en el manejo de los conductores por el paso o colocacin de objetos de peso sobre los conductores, provocando una modificacin del aislamiento, ya sea en su deformacin, fisuras, que pueden provocar fallas futuras.

La abrasin, se presenta cuando el conductor se introduce dentro de las canalizaciones, cuando estas se encuentran mal preparadas, o mal calculadas pro ello hay que tener especial cuidado en el calculo de las canalizaciones y luego en la instalacin del conductor.

La elongacin, se produce cuando se tiene un nmero muy grande de curvas en la tuberas, el conductor puede tratar de quedarse atrapado, y si es aplicado traccin, se puede modificar el conductor por elongacin.

Por ltimo, el problema del doblez a 180 , se presenta principalmente por mal manejo de material, de tal forma que el aislamiento que se encuentran en la parte exterior del dobles experimentan una tensin y el de la parte interna una compresin, creando lo que se conoce como cocas o arrugas del conductor.

Agentes qumicos: El conductor en ciertas ocasiones es vctima de elementos qumicos y contaminantes que se encuentran en el ambiente de la instalacin. Entre estos agentes qumicos se encuentran: el agua o la humedad, los hidrocarburos, cidos y lcalis. Las fallas en los conductores por agentes qumicos deben ser prevenidas por el proyectista, al establecer correctamente el ambiente de trabajo de los conductores, para de esta manera evitar la disminucin del espesor del aislante, grietas, sulfatacin, o desprendimientos como escamas en el conductor.

Agente Elctricos: Desde el punto de vista elctrico, la caracterstica principal de los conductores de baja tensin se mide por la rigidez dielctrica del aislamiento, que es la que determina las condiciones de operacin y manteniendo la diferencia de potencial dentro de los limites de seguridad, permite soportar sobrecargas transitorias e impulsos de corriente provocados por cortocircuito. El fabricante debe garantizar la rigidez dielctrica del aislante, estableciendo un control de calidad estricto, donde se fijan los Kilovoltios mximos y mnimos de prueba. Comnmente la rigidez dielctrica del aislante se expresa en KV/mm, y dependiendo del tipo de prueba que se emplea, elevacin rpido o impulso. En las instalaciones elctricas de baja tensin, los aislamientos de los conductores se disean para un mximo de 600 Voltios, que es la mxima tensin para la cual estn especificados, por esta razn los conductores empleados en instalaciones elctricas raramente fallan por agentes elctricos atribuibles al aislamiento.

Por lo general, la aislacin de los conductores elctricos que se fabricas y se encuentran a la disposicin del consumidor promedio, estn especificados como:

Cables para comunicaciones.

Cables para control o sonido.

Cables para 300 voltios.

Cables para 600 voltios.

Cables para 5000 voltios.

Cables para 15 Kvoltios.

Cables para 25 Kvoltios

Cables para 35 Kvoltios.

Cables para ms de 35 Kvoltios, estos en pedidos especiales.

El CEN en la seccin 310, conductores para isntalaciones de uso general, establece las disposiciones generales que deben cumplir los conductores elctricos, especialmente la tabla 310-13, indica el tipo de aislante y su uso.

En el mbito de las instalaciones elctricas de baja tensin, se emplea el conductor con un aislamiento para 600 Voltios, garantizando una operacin segura y confiable. Por otra parte el tipo de aislamiento de uso ms diversificado son:

TW: Termoplstico resistente a la humedad para uso general.

THW: Termoplstico resistente a la humedad, retardante a la llama, especial para motores.

TTU polietileno PCV: se emplea para acometidas residenciales y redes subterrneas, temperatura por debajo de los 75C.

3.6. Parmetros Elctricos de los Conductores

Desde el punto de vista elctrico, existen (4) cuatro parmetros bsicos, que permiten modelar y simular un conductor elctrico, siendo estos factores lo que afectan la habilidad de transportar la energa elctrica, estos son:

Resistencia.

Capacitancia.

Inductancia.

Conductancia. Resistencia: Es el efecto ms importante en las prdidas de los conductores, es originado por la resistencia de los materiales conductores. La resistencia elctrica de los conductores, desencadena una disipacin trmica sobre los mismos como consecuencia del efecto Joule, adems de una cada de tensin.

Capacitancia: Se define como la carga sobre los conductores por unidad de diferencia de potencia entre los mismos, la capacitancia es una propiedad elctrica que surge cuando cargas elctricas de signos opuesto se encuentran separadas por una distancia y poseen entre s una diferencia de potencial.

La capacitancia depende de los siguientes factores:

Distancia entre conductores.

Dimensiones del conductor.

Dielctrico entre los conductores.

Inductancia: Este parmetro permite relacionar el campo magntico originado por la corriente que transporta el conductor, mediante un modelo elctrico sencillo, que se denomina inductancia.

Conductancia: Es el parmetro elctrico del conductor que toma en cuenta la corriente de fuga a travs de los aislantes y los cables, debido a la posible ionizacin de los medios.

La corrientes de fuga en los aislantes de baja tensin es muy pequea, por lo general se desprecia, por ello se suele admitir que la coductancia es nula (G=0).

Impedancia Serie: Es la impedancia que toma en cuenta la resistencia y la reactancia inductiva uniformemente distribuida a lo largo del conductor.

Inductancia Shunt o Paralelo: Esta constituida por la inductancia y la capacitancia entre los conductores.

Los parmetros elctricos de los conductores son de tipo distribuido, esto se refiere al hecho que no se puede realizar una representacin lineal nica, en que se totaliza el efecto de todo el parmetro, de hecho su influencia depende de la longitud de la lnea de transmisin. Aunque los parmetros de los conductores son del tipo distribuido, se pueden realizar simplificaciones para modelarlo por parmetros concentrados, que guardan un comportamiento lineal, se debe recordar que una resistencia utilizada en un circuito elctrico es un parmetro concentrado, porque su efecto es nico.

3.7. Calibre de los Conductores

Para especificar un conductor trenzado multifilar, se suele utilizar su calibre como punto de partida, se entiende por calibre, el rea de la seccin transversal, o cualquier parmetro que la defina (radio o dimetro). Existen dos sistemas internacionalmente aceptados, para definir el calibre de los conductores, estos son:

Sistema AWG.

Sistema MCM

El sistema AWG, proviene de las iniciales inglesas de American Wire Gauge, en este sistema los calibres de los conductores son definidos por una escala numrica, que cumple con que la relacin entre los nmeros sucesivos de calibres es constante, entonces obedece a una progresin geomtrica (cuya razn es 1.2610).

En el sistema AWG, mientras mayor es el nmero del conductor, menor es su dimetro, en este sistema existen definidos cuarenta (40) calibres diferentes, partiendo del nmero 36 (dimetro de 0.005 pulgadas) hasta llegar al calibre 0, 2/0, 3/0 y 4/0 (dimetro de 0.46 pulgada).

TABLA 5Especificaciones Fsicas de Conductores

TamaoSeccinDimetroKg./KmKg./Km

AWGmm2mmCobreAluminio

360.01270.1270.1126

300.05070.2540.4505

240.2050.5111.820

161.311.2911.633.53

142.081.6318.515.63

123.312.0529.414.94

105.2612.58846.7714.22

88.3673.26474.3822.62

233.626.543298.990.89

142.417.7.348377114.6

1/053.498.252475.5144.6

4/0107.211.68953.2289.8

Fuente : Tabla de Alambres y Conductores Slidos desnudos. Industria Venezolana de Cables Elctricos. CABEL

La clasificacin de los conductores AWG, resulta bastante acertada para los conductores de aplicacin general, residencial e industrial, pero en la transmisin de grandes bloques de energa, en los sistemas de potencia, el calibre de los conductores super los valores establecidos por la AWG, siendo necesario implementar un sistema que admitiera calibres mayores, y es donde nace el concepto de MILS.

Un mils es una unidad de longitud inglesa, que se define como la milsima parte de una pulgada.

(1)

En funcin de esta unidad de longitud se puede definir el rea de la seccin transversal que especifican los conductores, por lo que se adopta el circular mil, que corresponde al rea de una circunferencia cuyo dimetro es un mil (1/1000 pulg.).

(2)

1 circular mil = 1cm = 0.00000007854 pulg2(3)

Entonces debe ser bien comprendido que un circular mil es una unidad de rea que relaciona el calibre del conductor con su rea.

El circula mil es utilizado para especificar alambres slidos y conductores trenzados, tiene la especial ventaja que las secciones especificadas guardan relacin directa su el dimetro.

Si se desea conocer el rea de un conductor, siendo conocido su dimetro (d) en pulgadas, solo se debe operar por

(4)

donde d: viene dado en pulgadas.

Se puede realizar un equivalente entre las unidades inglesas y las americanas:

(5)

Los conductores que transmiten grandes bloques de potencia, requieren de secciones transversales grandes, por lo que el cmil es una unidad muy reducida para la definicin cotidiana de conductores, en ves de esta se ha definido el mcmil, que corresponde a mil cmil.

(6)

El menor calibre definido en el sistema de circular mils es de 250 mcm, siendo crecientes los calibres en pasos de 50 mcm.

TABLA 6Caractersticas Fsicas de Conductores

TamaoSeccinDimetroKg./Km.

MCMmm2mmAluminio

25012712.7342.4

30015213.91410.9

35017715.03479.4

40020316.07547.9

45022817.04616.3

50025317.96684.8

Fuente : Tabla de Alambres y Conductores Slidos desnudos. Industria Venezolana de Cables Elctricos. CABEL

Los conductores trenzados de aluminio con refuerzo de acero, suelen especificarse la proporcin de un material y otro, mediante la nomenclatura Num Aluminio/ Num de Acero.

En Venezuela existe una gran cantidad de empresas dedicadas a la fabricacin de conductores desnudos y aislados, pero las de mayor importancia son:

CABEL, Maracay, Edo. Aragua.

ICONEL, Valencia, Edo. Carabobo.

CABELUM, Ciudad Bolvar, Estado Bolvar.

SURAL, Puerto Ordaz, Estado Bolvar.

FIGURA 8Diferentes Calibres AWG en conductores

3.8. Resistencia Elctrica en Conductores

La resistencia elctrica es la propiedad de los materiales de oponerse al paso de la corriente elctrica. En las instalaciones elctricas, la resistencia se transforma en un factor a eliminar y erradicar, debido a que la resistencia elctrica se transforma en la causa principal de prdidas de la energa transmitida. Como es conocido, la resistividad elctrica es una particularidad de cada material pese a que se utilicen los mejores conductores que econmicamente sean aceptables, aun existe la resistencia que ocasiona prdidas en la transmisin, pero para tratar de disminuir la prdidas por efecto Joule en la resistencia de los conductores, se han elevado los niveles de tensin de operacin, con el objetivo de reducir apreciablemente la corriente que circula por el conductor para un mismo valor de potencia a transmitir. Hasta el futuro cercano, con el advenimiento de los superconductores, la resistencia elctrica es un factor preponderante a tomar en cuenta en la transmisin elctrica.

Como se ha mencionado, la conduccin elctrica se ve afectada por una serie de fenmenos que provocan la distribucin no uniforme de la corriente en el conductor (efecto piel, proximidad, etc.), modificando el valor de la resistencia elctrica; es por esto que en el estudio de las lneas de transmisin areas se suelen distinguir dos (2) tipos de resistencias elctricas:

Resistencia de Corriente Continua (Rcd).

Resistencia de Corriente Alterna (Rac).

3.8.1. Resistencia Elctrica de Corriente Continua (Rdc)

La resistencia elctrica es una propiedad de los cuerpos que depende de los materiales adems de la geometra del mismo. En el caso de la corriente continua se logra una distribucin uniforme de la corriente en la seccin transversal de conductor, lo que permite la mxima conduccin a travs del material.

La resistencia en corriente continua (Rdc) de un cuerpo puede ser estimada por la ecuacin:

(7)

donde :

resistividad del conductor.

L : longitud del conductor.

A : Area de la seccin transversal.

De la ecuacin anterior se evidencia que la resistencia depende la de la geometra (largo, rea) y el tipo de material conductor (resistividad).

El cobre es una de los material conductores utilizados con mayor frecuencia en la construccin de conductores, debido a su alta conductividad, para el caso del cobre recocido se asume una conductividad ideal del 100 %, en el caso del cobre comercial estirado en fro su conductividad es del 97.3%, y en el caso del aluminio de del 61%. El cobre es un material muy utilizado en pases productores del mismo como Chile, etc., en el caso de Venezuela el cobre resulta muy costoso, que ahondado a su gran peso, resulta ms conveniente el uso del aluminio.

TABLA 7Resistividad del Cobre y Aluminio

MaterialResistividad

Cobre Estirado

en Fro10.66 mil/pies

1.77 x 10-8 . m

Aluminio17.00 mil/pies

2.83 x 10-8 .m

Las resistividades de esta tabla estn referidas a una temperatura de 20 Celcius, porque como se explicara en lo siguiente, la temperatura modifica la resistividad de los materiales.

La ecuacin de resistencia elctrica antes expresada, solo es vlida para conductores de tipo slido, pero en la realidad los conductores estn constituidos por alambres de tipo slido que se trenzan en forma helicoidal para conformar conductores multifilares, pero debido al trenzado, los conductores de este tipo poseen mayor longitud que la aparente, resultando una resistencia mayor. Para una milla de conductor multifilar trenzado, se estima que todos los hilos excepto el central tiene que recorrer por el trenzado una milla ms.

Debido a la diferencia de longitudes de los distintos alambres de un conductor trenzado, el valor calculado por la ecuacin de resistencia de corriente continua falla, lo que se suele utilizar es un factor de correccin:

Conductor Trifilar: Rdc + 1%

Conductor Trenzado: Rdc + 2%

Es importante mencionar que en el caso de conductores compuestos de alambres de distintos materiales el calculo de la resistencia total debe ser llevada a cabo de manera diferente, en ocasiones el fabricante entrega el valor de dichos conductores.

3.8.2. Variacin de la Resistencia Elctrica de los Conductores con la Temperatura

Experimentalmente se ha demostrado que la variacin de la resistencia en funcin de la temperatura, corresponde a una relacin lineal, esto para mrgenes aceptables de operacin. Basado en experiencias de laboratorio, se han elaborado grficas del comportamiento de la resistencia ante variaciones de la temperatura para un mismo material, describindose el comportamiento a travs de la recta:

(7)

donde : R2 y R1 son la resistencias a las temperaturas t2 y t1 respectivamente.

El parmetro (, es un valor constante que depende del material, obtenido del hecho de extrapolar el valor de la resistencia hasta una temperatura de cero grados Celcius.

TABLA 8Constante de Temperatura para distintos materiales

Material(

Cobre Recocido234.5

Cobre Estirado en Fro241

Aluminio Estirado en Fro228

Esta ecuacin es igualmente vlida para conductores trenzados de materiales diferentes.

3.8.3. Resistencia Elctrica de Corriente Alterna (Rac)

La resistencia de corriente alterna (Rac) se diferencia de su homologa la de corriente continua (Rdc), en el hecho que la primera considera la distribucin no uniforme de la corriente a lo largo de la seccin transversal de conductor, como consecuencia de los fenmenos que se hacen presente al trabajar con corriente alterna. Los valores de resistencia de corriente alterna, se apoyan en considerar la accin del fenmeno piel (Skin Efect) el cual indica que en los conductores con seccin transversal circular, aumenta la densidad de corriente del interior al exterior, sin embargo en conductores de radio suficientemente grande, se pueden presentar densidades de corriente oscilante a lo largo del radio.

Los estudios de la resistencia de corriente alterna en conductores, puede ser un trabajo profundo, los fabricantes suelen realizar pruebas a sus productos, suministrando esta informacin en forma tabulada.

Los incrementos en la resistencia debidos a el efecto piel se puede calcular para alambres circulares y tubos de conductores slidos con la curvas R/R0 disponibles para los distintos tipos de conductores.

3.9. Valores Tabulados de Resistencia Elctrica de Conductores

Aunque existen mtodos analticos para calcular los valores de resistencia de corriente alterna para los distintos tipos de conductores y materiales y su posible variacin con la temperatura, la mayora de los fabricantes suministran junto a su producto una cantidad de tablas donde se incluyen los posibles valores de resistencias en corriente continua y alterna para ciertas temperaturas.

PGINA

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_976480766.unknown

_976480364.unknown

_976480570.unknown

_976479176.unknown