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AISLAMIENTO CONDUCTORES ELÉCTRICOS Materiales aislantes Luis Castillo C.

Profesor: Felipe Opazo Rodriguez

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IINDICE

CONTENIDO

PAG.

Introducción…………………………………………………………………………… …3 El Aislamiento…………………………………………………………………………… 4 Productos Para el aislamiento Eléctrico…….…………………………………………… 5 Materiales de cerámica y placas na de silicato cálcico………..…………………………. 6 Tipos de Aislamientos.………..…………………………………………………………. 7 Clasificación de los conductores Eléctricos de acuerdo a su aislación y Nº de Hebras ….11 Tablas Condiciones de uso Para conductores aislados …….……………………………..13 Conclusión……………………………………………………………………………….. 16

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INTRODUCCIÓN

AISLANTES ELÉCTRICOS Como su nombre lo dice es perfecto para las aplicaciones eléctricas y sería aun más perfecto si fuera absolutamente no conductor, pero claro ese tipo de material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre. Un buen aislante apenas posee electrones permitiendo así el flujo continuo y rápido de las cargas. En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden aislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. En los equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio, porcelana u otro material cerámico. La elección del material aislante suele venir determinada por la aplicación. El polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones de alta frecuencia, y el mylar se emplea en condensadores eléctricos. También hay que seleccionar los aislantes según la temperatura máxima que deban resistir. El teflón se emplea para temperaturas altas, entre 175 y 230 ºC. Las condiciones mecánicas o químicas adversas pueden exigir otros materiales. El nylon tiene una excelente resistencia a la abrasión, y el neopreno, la goma de silicona, los poliésteres de poxy y los poliuretanos pueden proteger contra los productos químicos y la humedad.

El aislamiento El objetivo de la aislación en un conductor es evitar que la energía eléctrica que circula por él, entre en contacto con las personas o con objetos, ya sean éstos ductos, artefactos u 3

otros elementos que forman parte de una instalación. Del mismo modo, la aislación debe evitar que conductores de distinto voltaje puedan hacer contacto entre sí. Los materiales aislantes usados desde sus inicios han sido sustancias poliméricas, que en química se definen como un material o cuerpo químico formado por la unión de muchas moléculas idénticas, para formar una nueva molécula más gruesa. Antiguamente los aislantes fueron de origen natural, gutapercha y papel. Posteriormente la tecnología los cambió por aislantes artificiales actuales de uso común en la fabricación de conductores eléctricos. Los diferentes tipos de aislación de los conductores están dados por su comportamiento técnico y mecánico, considerando el medio ambiente y las condiciones de canalización a que se verán sometidos los conductores que ellos protegen, resistencia a los agentes químicos, a los rayos solares, a la humedad, a altas temperaturas, llamas, etc. Entre Los materiales usados para la aislación de conductores podemos mencionar el PVC o cloruro de polivinilo, el polietileno o PE, el caucho, la goma, el neoprén y el nylon. Si el diseño del conductor no consulta otro tipo de protección se le denomina aislación integral, porque el aislamiento cumple su función y la de revestimiento a la vez. Cuando los conductores tienen otra protección polimérica sobre la aislación, esta última se llama revestimiento, chaqueta o cubierta. Las cubiertas protectoras El objetivo fundamental de esta parte de un conductor es proteger la integridad de la aislación y del alma conductora contra daños mecánicos, tales como raspaduras, golpes, etc. Si las protecciones mecánicas son de acero, latón u otro material resistente, a ésta se le denomina «armadura» La «armadura» puede ser de cinta, alambre o alambres trenzados. Los conductores también pueden estar dotados de una protección de tipo eléctrico formado por cintas de aluminio o cobre. En el caso que la protección, en vez de cinta esté constituida por alambres de cobre, se le denomina «pantalla» o «blindaje».

PRODUCTOS PARA AISLAMIENTO ELÉCTRICO

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Existen materiales con aislamiento eléctrico de alto rendimiento de clase TS disponibles en lámina, varilla o tubería con una variedad de resinas y refuerzos plásticos para aplicaciones industriales a temperaturas baja, media y alta. Las bases de los productos son papel, algodón, vidrio o mica. Las resinas incluyen fenólico, poliéster, melamina, epoxi, silicona, mica y poliamida. Existe una gama de otros productos especializados disponible para aplicaciones específicas e incluyen Isomag y mica flexible. Isomag 175 es una placa aislante de alta resistencia apropiado como aislante eléctrico o un material de barrera térmica en una variedad de aplicaciones industriales exigentes. El revestimiento flexible de mica es un material en placa laminado usado como una barrera aislante dentro de bobinas, por ejemplo, en hornos de inducción.

RECUBRIMIENTOS ESPECIALES

El recubrimiento epóxico Wise Chem es un recubrimiento de dos partes de amina y epoxi de alto rendimiento, para propósitos múltiples. Los recubrimientos Wise Chem son para una aplicación uni-capa de curado rápido y buena adherencia a sí mismo. Crean una barrera de seguridad efectiva entre el substrato húmedo y el aluminio fundido para reducir el riesgo de explosión del aluminio fundido. El recubrimiento es efectivo para inhibir la formación de óxido en partes de acero expuesto. Los recubrimientos ZYP Boron Nitride Lubricoat y Lubricoat Blue son recubrimientos de nitruro de boro que pueden ser pintados para todos los usos. Estos recubrimientos cuentan con una superficie de tipo Teflon , impermeable, que brinda flujo líquido homogéneo. Las aplicaciones incluyen cajas de filtros, canaletas, vertedores, compuertas, distribuidores, embudos y varias aplicaciones en el proceso de fundición.

Materiales de cerámica y placas na de silicato cálcico 5

Se suministran placas sin procesar o formas maquinadas para requerimientos específicos en aplicaciones térmicas, químicas y mecánicas. Estos materiales están disponibles en una amplia gama de grados diseñados para ajustarse a las necesidades de la industria. Por ejemplo, la placa refractaria Pyrotherm N-17 fue diseñada específicamente se mantiene como la “norma industrial del mundo” para aplicaciones de fundición de techos de aluminio. Estos productos minimizan los costos asociados con los tiempos muertos, pérdida de energía y mantenimiento.

Telas, fieltros y sellos de empaque diseñados Las telas con aislante fibroso en composiciones de fibra adecuadas para usarse en un amplio rango de temperaturas. Existen tratamientos especiales disponibles, como recubrimientos de vermiculita, aluminizados y de silicona, así como refuerzos con cable de acero inoxidable, para mejorar el rendimiento de la tela. Los fieltros y las mantas con aislante fibroso son apropiados para cubrir una variedad de necesidades de aplicaciones exigentes en una gama de temperaturas. Las aplicaciones industriales incluyen juntas, sellos, aislamiento, mantas contra incendio, revestimientos de contenedores y muchos otros usos. La amplia gama de sellos que resisten alta temperatura y juntas De goma (tadpole seals), que se ha comprobado que brindan un sellado óptimo.

AISLAMIENTOS

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Es la envolvente de material aislante continua y uniforme en toda la longitud del conductor, con un espesor adecuado para la tensión de trabajo del cable. Los cables de alta tensión pueden aislarse con varios tipos de materiales aislantes. Cuando se exijan comportamientos frente al fuego, las mezclas de los materiales utilizados serán inifugadas. Hay varios tipos de materiales aislantes: • Policloruro Vinilo (PVC) • Caucho Etileno-Propileno (EPR) • Polietileno Reticulado (XLPE) FORRO DE PVC Los cables revestidos con forro de PVC son los cables de uso más simple, normalmente se consideran cables de aplicación general. Este tipo de cables están destinados a instalaciones en sitios sin requerimientos especiales en cuanto a seguridad contra incendios. Como ejemplo puede servir la conexión de un bloque de sistema y de un monitor en casa o en una oficina. En caso de combustión, es posible que los cables revestidos con forro de PVC emitan cloruro de hidrógeno. El cloro sirve de receptor de los radicales libres y aumenta las resistencia contra incendios del material. A pesar de que los gases del cloruro de hidrógeno, debido a su origen, también pueden suponer un peligro para la salud, el cloruro de hidrógeno se desintegra en las superficies, especialmente en espacios dónde hay bastante aire frío. PLENUM (CMP) RATED CABLE Los cables Plenum están indicados para la instalación a través de canales aeroacuáticos (también denominados plenums). Los cables plenum se tienen que auto-extinguir y no inflamarse repetidamente. También emiten menos humo que los cables de PVC tradicionales. El humo y el gas son tóxicos. Este requerimiento normalmente se aplica a la clase de seguridad contra incendios y pertenece al tipo de requerimientos especialmente exigentes en cuanto a seguridad anti-incendios, con el cual este tipo de cable debe estar en conformidad. LOW SMOKE ZERO HALOGEN (LSZH, LS0H) RATED CABLE Los cables con forro LSZH están destinados al uso en espacios dónde tiene que haber tanto gases poco corrosivos y de baja emisión de humos. Se utilizan a bordo de embarcaciones y en centros de comunicaciones de ordenadores, en dónde el humo y gas tóxico y ácido pueden ser perjudiciales para las personas y para los equipos. Por ejemplo el halógeno contiene flúor, cloro, bromo y yodo. En caso de combustión, estos materiales emiten humo ácido que puede ocasionar perjuicios a las personas y al equipamento informático. La baja cantidad de humo, significa que el cable no debe emitir hollín negro y 7

humo parecido a los cables de PVC. Este tipo de cables se apagan, pero no satisfacen las normas UL-910 o UL-1666 para cables Plenum o cables que permiten el tendido en tubos bajantes. RISER (CMR) RATED CABLE En conformidad con UL-1666. Destinados al uso en canales verticales, como líneas de cables entre pisos por tubos bajantes o en huecos de ascensor. Este tipo de espacios no se pueden utilizar para el aire alrededor. Estos cables se apagan y obstaculizan la propagación de la llama hacia arriba por el cable. GENERAL PURPOSE (CM, CMG, CMX) CABLE (Cable De Aplicación Básica) Habrá combustión y se apagará en parte. No apto para el uso bajo suelo técnico y cavidades plenum. Frecuentemente, estos cables se utilizan para centrales de trabajo y patch cords. LIMITED USE CABLE (Cable De Uso Limitado) Este cable tiene determinadas limitaciones en tendidos abiertos, por ejemplo se puede uilizar solamente en edificios para viviendas, se permite el cableado de este tipo únicamente en tubos de material ininflamable, o se limita su diámetro máximo etc. FIRE RETARDANT POLYVINYLCHLORIDE (FR-PVC) (Cloruro Polivinílico Resistente Al Fuego) El forro de cloruro polivinílico resistente al fuego (FR-PVC) tiene mejores características en cuanto a resistencia al fuego, que el forro de PVC normal. Tiene importantes ventajas como una emisión de ácidos más baja y menor formación de humos. La emisión de cloro por forros de PVC resistentes al fuego es bastante superior (5%) que la que emiten los forros normales de PVC. El PVC ininflamable tiene buenas características de aislamiento en temperatura inferior a 100 °C. HALOGEN FREE FLAME RETARDANT (HFFR) CABLES (Cables Libres De Halógenos Resistentes Al Fuego) Los cables resistentes al fuego, sin halógenos, ayudan a prevenir la combustión del cable desde el momento en que surge el fuego, e incluso si el cable ha empezado a arder, la cantidad de humo producida es bastante más inferior. Por esta razón, este tipo de cable es especialmente importante para la protección de la vida de las personas y animales. La principal ventaja de los cables HFFR son las calidades eléctricas y mecánicas, así como la mejor ecnología fusible; lo que también se puede conseguir por medio de una adhesión óptima de rellenos y polímeros o bien mediante el empalme de polietilenos. Ventajas del compaund resistente al fuego y libre de halógenos: Alto nivel de carga, alta resistencia al fuego, absorción de agua muy baja por parte del polímero, popiedades eléctricas bastante mejores, capacidad de paso muy alta de los cables, propiedades mecánicas mejoradas. 8

PE (Polietileno) El polietileno es un material policristalino termoestático y uno de los tipos de plástico más utilizados. Generalmente, se caracteriza por su plasticidad, flexibilidad y baja densidad. Se distinguen dos tipos de polietileno básicos: polietileno de baja densidad (LPDE - low density polyethylene) y polietileno de alta densidad (HDPE - high density polyethylene). HIGH DENSITY POLYETHYLENE (HDPE) (Polietileno De Alta Densidad) PEAD (HDPE) es la variedad más resistente de polietileno. Es más resistente y un poco más duro que el polietileno de baja densidad, aunque menos elástico. El uso de estabilizadores UVA (carbono técnico) mejora la resistencia al impacto atmosférico, pero tiñe el polietileno de color negro. El PEAD tambiñen es menos transparente y más resistente a altas temperaturas (120°C en periodo de tiempo corto, 110°C en régimen continuo). El polietileno de alta densidad tiene numerosas ventajas: resistente a la corrosión y a los químicos, ligero, absorbe la humedad con dificultad, no tiñe (no deja manchas), no tóxico, alta resistencia a la ruptura.

Clasificación de los conductores eléctricos de acuerdo a su aislación o número de hebras La parte más importante de un sistema de alimentación eléctrica está constituida por conductores. Al proyectar un sistema, ya sea de poder; de control o de información, deben respetarse ciertos parámetros imprescindibles para la especificación de la cablería.  Voltaje del sistema, tipo (CC o CA), fases y neutro, sistema de potencia, punto central aterramiento.  Corriente o potencia a suministrar.  Temperatura de servicio, temperatura ambiente y resistividad térmica de alrededores.  Tipo de instalación, dimensiones (profundidad, radios de curvatura, distancia entre vanos, etc.).  Sobrecargas o cargas intermitentes.  Tipo de aislación.  Cubierta protectora.  Alma conductora Aislante Cubierta protectora Todos estos parámetros están íntimamente ligados al tipo de aislación y a las diferencias constructivas de los conductores eléctricos, lo que permite determinar de acuerdo a estos antecedentes la clase de uso que se les dará. De acuerdo a éstos, podemos clasificar los conductores eléctricos según su aislación, construcción y número de hebras en monoconductores y multiconductores. 9

Tomando en cuenta su tipo, uso, medio ambiente y consumos que servirán, los conductores eléctricos se clasifican en la siguiente forma: Conductores para distribución y poder:  Alambres y cables (N0 de hebras: 7 a 61).  Tensiones de servicio: 0,6 a 35 kV (MT) y 46 a 65 kV (AT).  Uso: Instalaciones de fuerza y alumbrado (aéreas, subterráneas e interiores).  Tendido fijo. Cables armados:  Cable (N0 de hebras: 7 a 37).  Tensión de servicio: 600 a 35 000 volts.  Uso: Instalaciones en minas subterráneas para piques y galerías (ductos, bandejas, aéreas y subterráneas)  Tendido fijo

Cables portátiles:  Cables (N0 de hebras: 266 a 2 107).  Tensión de servicio: 1 000 a 5 000 volts  Uso: en soldadoras eléctricas, locomotoras y máquinas de tracción de minas subterráneas. Grúas, palas y perforadoras de uso minero.  Resistente a: intemperie, agentes químicos, a la llama y grandes solicitaciones mecánicas como arrastres,cortes e impactos.  Tendido portátil. Cables submarinos:  Cables (N0 de hebras: 7 a 37).  Tensión de servicio: 5 y 15 kV.  Uso: en zonas bajo agua o totalmente sumergidos, con protección mecánica que los hacen resistentes a corrientes y fondos marinos.  Tendido fijo. Clasificación de los conductores eléctricos de acuerdo a sus condiciones de empleo Para tendidos eléctricos de alta y baja tensión, existen en nuestro país diversos tipos de conductores de cobre, desnudos y aislados, diseñados para responder a distintas 10

necesidades de conducción y a las características del medio en que la instalación prestará sus servicios. La selección de un conductor se hará considerando que debe asegurarse una suficiente capacidad de transporte de corriente, una adecuada capacidad de soportar corrientes de cortocircuito, una adecuada resistencia mecánica y un comportamiento apropiado a las condiciones ambientales en que operará. Conductores de cobre desnudos Estos son alambres o cables y son utilizados para:  Líneas aéreas de redes urbanas y suburbanas.  Tendidos aéreos de alta tensión a la intemperie.  Líneas aéreas de contacto para ferrocarriles y trolley-buses. Alambres y cables de cobre con aislación Estos son utilizados en:  Líneas aéreas de distribución y poder, empalmes, etc.  Instalaciones interiores de fuerza motriz y alumbrado, ubicadas en ambientes de distintas naturaleza y con diferentes tipos de canalización.  Tendidos aéreos en faenas mineras (tronadura, grúas, perforadoras, etc.).  Tendidos directamente bajo tierra, bandejas o ductos.  Minas subterráneas para piques y galerías.  Control y comando de circuitos eléctricos (subestaciones, industriales, etc.).  Tendidos eléctricos en zonas de hornos y altas temperaturas.  Tendidos eléctricos bajo el agua (cable submarino) y en barcos (conductores navales).  Otros que requieren condiciones de seguridad. Ante la imposibilidad de insertar en este folleto la totalidad de las tablas que existen, con las características técnicas y las condiciones de uso de los conductores de cobre, tanto desnudos como aislados, se entregan a modo de ejemplo algunas de las más usadas por los profesionales, técnicos y especialistas. Se recomienda solicitar a los productores y fabricantes las especificaciones, para contar con la información necesaria para los proyectos eléctricos.

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CONCLUCIÓN  Los tipos de aislantes son dos: Eléctricos y Térmicos (En este trabajo se muestran los eléctricos)

 Un aislante es un material que se resiste al flujo de carga.  Los materiales utilizados más frecuentemente son los plásticos y las cerámicas.  Un material aislante de la electricidad tiene una resistencia teóricamente infinita. Los aislante eléctrico son materiales con escasa conductividad eléctrica. Aunque no existen cuerpos absolutamente aislantes o conductores, sino mejores o peores conductores, son materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos, forrando con ellos los conductores eléctricos, para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que, de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión, pueden producir una descarga eléctrica. El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material. Algunos materiales, como el aire o el agua, son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, aislante a temperatura ambiente y bajo condiciones de frecuencia de la señal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.

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