ÁREA MÁQUINAS, DISPOSITIVOS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS
GUÍA DE TRABAJOS PRÁCTICOS
Fecha:
ENSAYOS ELÉCTRICOS EN CABLES
Cantidad de páginas: 10
ÍNDICE
1
Objetivo .............................................................................................................................. 2
2
Normas de aplicación .......................................................................................................... 2
3
Definiciones acerca de los ensayos ...................................................................................... 2
3.1
Ensayo de tipo .............................................................................................................. 2
3.2
Ensayo por muestreo .................................................................................................... 2
3.3
Ensayo de rutina ........................................................................................................... 2
4
Características de los cables a ensayar ................................................................................ 3
5
Ensayos a realizar ............................................................................................................... 3
6
Breve referencia teórica ....................................................................................................... 3
7
8
6.1
Resistencia eléctrica de los conductores........................................................................ 3
6.2
Ensayo de tensión en corriente alterna .......................................................................... 4
Realización de los ensayos .................................................................................................. 4
7.1
Medición de la resistencia eléctrica de los conductores .................................................. 4
7.2
Ensayos de tensión aplicada ......................................................................................... 5
7.2.1
Ensayo de tensión en corriente alterna efectuado en cables completos ................... 5
7.2.2
Ensayo de tensión, efectuado sobre los conductores aislados constitutivos ............. 5
Resultados obtenidos .......................................................................................................... 7
8.1
Resistencia eléctrica de los conductores........................................................................ 7
8.1.1
8.2
Tratamiento de los errores...................................................................................... 7
Ensayo de tensión aplicada........................................................................................... 7
1
1
Objetivo
Comprobar, mediante ensayos, algunos de los requisitos eléctricos que deben cumplir los cables
aislados en PVC, destinados a ser usados en instalaciones fijas, con tensiones U 0/U1 de hasta
450/750 V y que responden a la norma IRAM 2183; así como para aquellos que poseyendo el
mismo aislamiento son aptos para tensiones no mayores de 300/500 V y cuyos requisitos los establece la norma IRAM 2158.
2
Normas de aplicación
IRAM 2022: “Conductores eléctricos para cables aislados”
IRAM 2158: “Cables aislados con poli cloruro de vinilo (PVC). Para tensiones nominales de
hasta 300/500 V. Requisitos de ensayo”
IRAM 2183: “Cables con conductores de cobre aislados con poli cloruro de vinilo (PVC). Para
instalaciones fijas interiores con tensiones nominales de 450/750 V.
IRAM 2342: “Cables aislados con poli cloruro de vinilo (PVC). Para tensiones nominales de
hasta 450/750 V, inclusive.
3
Definiciones acerca de los ensayos
Se dan a continuación algunas definiciones relativas a las diferentes modalidades de los ensayos.
Para cada una de ellas las normas específicas establecen cuales son las pruebas que deben realizarse, bajo que condiciones, de que modo se extraen las muestras cuando ello corresponda, etc.
3.1
Ensayo de tipo
Ensayo que debe realizar el fabricante a fin de demostrar el comportamiento satisfactorio del diseño del producto en conformidad con la aplicación prevista. Estas pruebas son, por eso mismo, de
naturaleza tal, que no requieren ser repetidas, a menos que se introduzcan cambios en los materiales o en el propio diseño que modifiquen el producto.
3.2
Ensayo por muestreo
Ensayo que debe realizar el fabricante sobre muestras extraídas del producto completo o de sus
componentes, con una frecuencia adecuada para así poder verificar el cumplimiento de las especificaciones de diseño.
3.3
Ensayo de rutina
Ensayo que el fabricante debe realizar para constatar que el producto cumple con una característica determinada de su diseño. Se trata de un ensayo que se realiza durante el proceso de fabricación.
1
Uo: Tensión a frecuencia industrial entre un conductor de fase y tierra o pantalla metálica para la
cual está diseñado el cable.
U: Tensión a frecuencia industrial entre conductores de fase para la cual está diseñado el cable.
2
4
Características de los cables a ensayar
La norma IRAM 2158 establece las características constructivas y requisitos de ensayo para cables flexibles de sección circular o plana, aislados como ya se ha indicado, posean o no envoltura,
destinados al uso en instalaciones móviles –industriales y domésticas– y aparatos portátiles en
general, excluyendo los de calefacción.
Su alcance incluye a:
los cables de sección circular de 2, 3, 4 o 5 conductores aislados, que contienen relleno y poseen envoltura.
los de 2 o 3 conductores aislados, con envoltura, para tensiones nominales de 300/300 V ca de
forma plana y circular con secciones de 0,5 y 0,75 mm 2, y de hasta 300/500 V ca de forma plana
para las secciones de 1; 1,5 y 2,5 mm 2.
los de sección plana de 2 conductores aislados, sin envoltura, para tensiones nominales de
300/300 Vca, también llamados “cables de perfil ocho”
La norma IRAM 2183 establece los requisitos que deben cumplir los cables con conductores de
cobre recocido, aislados con PVC, destinados al uso en instalaciones fijas interiores, para ser empleados en redes de corriente alterna con tensiones de servicio U0/U de hasta 450/750 V. Es de
hacer notar que se admite tanto la identificación como la utilización de estos cables, en redes de
corriente alterna de hasta 1 000 V entre fases.
5
Ensayos a realizar
Se realizarán 2 de los ensayos de tipo para cada uno de los de cables mencionados. Estos son:
medición de la resistencia de los conductores
ensayo de tensión en corriente alterna
6
Breve referencia teórica
Para una adecuada comprensión de este trabajo deben recordarse algunos de los conceptos dados en las clases teóricas y en la de explicación respectiva.
6.1
Resistencia eléctrica de los conductores
Téngase en cuenta que una determinada sección de un conductor cableado, puede obtenerse con
unos pocos hilos de un cierto diámetro o con una cantidad mayor si se utilizan alambres de menor
calibre. La diferencia entre ambas situaciones hace a la flexibilidad del cable. En efecto: cuanto
más delgados sean los hilos que lo constituyen tanto más flexible será el conjunto. Por esta razón,
las normas fijan una “clase” para indicar la flexibilidad de un cable. Estas clases se enumeran del
1 al 6, siendo la “clase 1” la más rígida. Se hace notar que en la práctica la clase 3 no se utiliza y
que por lo tanto la norma IRAM 2022, que se refiere a las características de los conductores eléctricos, no suministra sus particularidades.
Los especimenes que se ensayarán corresponden a la clase 5 para los cables construidos según
la norma IRAM 2158 y a la 4 para aquellos regidos por la 2183. Las tablas I y II proporcionan los
requisitos que deben cumplir unos y otros a este respecto.
La resistencia eléctrica se medirá por el método del voltímetro y amperímetro, utilizando la llam ada conexión corta, cuyo circuito es el que se muestra en la figura1.
De las dos condiciones que se establecen en estas tablas, se controlará la resistencia máxima de
los conductores a 20 °C. Se entiende que la corrección debida a la temperatura se hace necesaria
para que todos los ensayos sean comparativos.
3
6.2
Ensayo de tensión en corriente alterna
Es sabido que el equipo eléctrico de una instalación debe mantener cierto grado de aislamiento
entre los distintos componentes y con respecto a tierra. Esta característica de aislamiento puede
deteriorarse con el paso del tiempo por razones de humedad, acción de inclemencias atmosféricas, contaminación, etc. Por este motivo es que las normas establecen las condiciones mínimas
que los distintos componentes deben cumplir y determinan el modo de realizar los ensayos de aislamiento.
En el caso de los cables que se están tratando, el aislamiento lo proporciona el recubrimiento de
PVC que envuelve a los conductores y es a él a quien se lo somete a las exigencias de los ensayos.
Un aislante eléctrico es toda sustancia cuya conductividad es tan pequeña, que el paso de la corriente a través de ella, cuando se le aplica una cierta tensión, es prácticamente despreciable y se
la conoce como “corriente de fuga”.
Una de las propiedades de los materiales aislantes es su rigidez dieléctrica, la que se define como
el máximo gradiente de potencial que puede soportar ese material sin que se produzca la descarga disruptiva (perforación eléctrica). Si se aumenta progresivamente la tensión alterna aplicada, se
observarán, al principio, ciertos fenómenos luminosos (efluvios, penachos), seguidamente y de repente, se producirá la ruptura, es decir, una descarga disruptiva de un electrodo a otro, a través o
a lo largo del aislante.
En la situación que nos ocupa la tensión que se aplicará será lo suficientemente baja como para
que no se produzca la ruptura cuando el aislamiento posea las cualidades requeridas, pero lo necesariamente alta como para originarla en caso contrario.
7
7.1
Realización de los ensayos
Medición de la resistencia eléctrica de los conductores
Tal ya se mencionó esta medida se realizará utilizando el método del voltímetro y el amperímetro
con el montaje conocido como “derivación corta”. En función a los datos que se suministren de los
instrumentos, se calcularán los errores sistemáticos y se obtendrá el error relativo de la medida.
Los valores obtenidos, a la temperatura ambiente, se corregirán para reducirlos a 20 °C tal como
indica la norma respectiva. A tal efecto se hará uso de un termómetro para registrar la temperatura
del aire en el ámbito del laboratorio.
CIRCUITO DE ENSAYO
Figura 1: Circuito a utilizar para la medición de la resistencia eléctrica de los conductores
4
ATV : Auto transformador variable 220/0-240 V; 10 A; 2,2 kVA. Marca “Variac”
F
: Fuente regulada de corriente continua. Marca “Lambda”
entrada : 105 a 132 Vca
salida
A
: 12
5 % Vcc; 10,0 A a la temperatura máxima de 40 °C
: Multímetro de mesa marca Fluke 8600A N° 3410049
I = (0,1% lectura + 0,01% alcance)
V
: Multímetro Hewlett Packard 972A N° JP37002631
V = (0,2% lectura + 1dig); Ri = 10 M
R
: Resistencia de regulación 11,74
E
: Muestra a ensayar
; 4,3 A E1108
cable según IRAM 2183 de 1,5 mm 2; 450/750 V
cable multipolar según IRAM 2158; 3x4 mm 2 300/500 V
Termómetro de alcohol
Borneras, caja de conexión, conductores etc.
7.2
Ensayos de tensión aplicada
7.2.1 Ensayo de tensión en corriente alterna efectuado en cables completos
Una muestra de cable en el estado de suministro se sumerge en agua. El largo de la muestra, la
temperatura del agua, la duración de la inmersión, la tensión y el tiempo de aplicación se indican
en la tabla III.
Forma de efectuar el ensayo
Cables que responden a la norma IRAM 2183: La tensión se aplica entre el conductor y el agua.
Cables que responden a la norma IRAM 2158: La tensión se aplica sucesivamente entre cada
conductor y todos los otros conectados eléctricamente entre sí y el agua, y luego entre todos los
conductores conectados entre sí y el agua.
El ensayo se considera satisfactorio cuando no se produce ninguna falla.
7.2.2 Ensayo de tensión, efectuado sobre los conductores aislados constitutivos
En el caso de los cables que responden a la norma IRAM 2158, se debe retirar la envoltura y
cualquier otro revestimiento o capa de relleno sin dañar el aislamiento primario de los conductores. Luego se los sumerge en agua y se les aplica tensión entre esta y los conductores constitutivos.
El ensayo se considera satisfactorio cuando no se produce ninguna falla.
Nota: Por razones de simplicidad y dado que los ensayos relacionados con la aplicación de tensión, son muy similares entre sí, la experiencia se realizará solamente sobre una muestra de cable
IRAM 2158. Los alumnos recibirán, por parte del personal docente del área, las explicaciones pertinentes a los otros tipos de cables.
5
CIRCUITO DE ENSAYO
Figura 2: Circuito a utilizar para el ensayo de tensión aplicada
ATV : Autotransformador variable. 220/0-240 V; 10 A; 2,2 kVA; Marca “Variac”
DLC : Dispositivo limitador de corriente. 220 V ca; 0 – 1/5 A; Marca Rhomberg – Bräsler. Slimline.
SP120
TMT : Transformador de media tensión. 250/5 000 V; 1/0,050 A; Monofásico. 50/60 Hz. Marca
Lombard. Tipo TME. Modelo 075-TR-CO. N° 15 847
V
: Multímetro Hewlett Packard 972A N° JP37002631
L
: Interruptor termomagnético de la caja de alimentación
Accionando sobre el ATV se regula un valor de tensión tal que, afectado por la relación de transformación del TMT, proporcione en el secundario el valor establecido por la respectiva norma. Ver
tabla III.
La tensión se aplica partiendo de un valor lo suficientemente bajo como para evitar posibles efectos de sobre tensión debidos a fenómenos transitorios de conexión. El incremento debe ser lo suficientemente lento como para permitir la lectura de los instrumentos, pero sin que cause un sostenimiento innecesario de la solicitación. Generalmente estos requisitos se cumplen cuando la velocidad de crecimiento por encima del 75% de U es de aproximadamente el 2% de U por segundo.
El circuito mostrado en la figura ha sido montado sobre una única base, conformando así un dispositivo específico destinado exclusivamente a los ensayos de tensión aplicada. El desplazamiento del cursor del ATV se realiza mediante la ayuda de un motor paso a paso controlado a distancia
mediante pulsador. El proceder de este modo incrementa las condiciones de seguridad ya que tan
sólo es necesario accionar la botonera para alcanzar la tensión de ensayo, la cual se lee en el voltímetro dispuesto a tal efecto. Los sucesivos escalones de tensión se controlan m ediante la ayuda
de un PLC que también contribuye a la automatización de otros aspectos del ensayo.
Debe tenerse en cuenta que las lecturas del voltímetro han de ser afectadas con la relación de
transformación del TMT, ya que los valores que se desean medir son los de media tensión; mientras que el instrumento está conectado en el lado de baja tensión.
El DLC es un dispositivo que desconecta el circuito de baja tensión del TMT cuando la corriente
reflejada desde el devanado de media tensión, alcanza un valor predeterminado lo cual significaría
la falla del aislamiento de la muestra en ensayo. Ocurrido esto, el PLC le ordena al motor que accione sobre el ATV para que haga descender su cursor a la posición de cero.
El tiempo de aplicación de la tensión, indicado en la tabla III, es también controlado por el PLC.
De esta forma, si la muestra supera la prueba, el programa imparte las instrucciones necesarias
para hacer descender el cursor.
6
Atención: Esta circunstancia no indica que se pueda acceder a la muestra o a cualquier otro elemento situado en el lado de media tensión del TMT, pues si bien la tensión desciende progresivamente hasta cero, el circuito sigue energizado. La condición de riesgo nulo sólo se alcanzará
cuando todo el conjunto se desconecte de la red del laboratorio mediante los elementos de m aniobra dispuestos a tal fin, representados en este caso por el interruptor L indicado en el circuito
de la figura 2. Las condiciones de seguridad impartidas por los señores jefes de trabajos prácticos
durante las explicaciones previas, y las dadas por los ayudantes durante la realización del trabajo,
deben ser estrictamente respetadas por todos los presentes. Sin detrimento de ello se enuncian a
continuación un conjunto de medidas destinadas a lograr las condiciones de seguridad necesarias.
1. Se delimitará claramente el punto de máximo acercamiento a la muestra en ensayo. Esta distancia en ningún caso será inferior a 2m.
2. No se aplicará tensión al circuito hasta tanto la muestra no se encuentre debidamente situada
y alejada del conjunto de los alumnos o de cualquier otra persona autorizada a presenciar el
ensayo.
3. Si durante el proceso de incrementar la tensión para alcanzar el valor fijado por la norma, se
produjera algún desplazamiento de personas más allá de los límites establecidos, el operador
suspenderá de inmediato el ensayo.
4. Ninguna persona accederá a la muestra hasta tanto el circuito de ensayo no haya sido separado de la red de alimentación siempre que el docente a cargo del grupo lo autorice.
8
8.1
Resultados obtenidos
Resistencia eléctrica de los conductores
Norma
Clase
Sección
Temperatura
ambiente (T)
mm2
[°C]
Resistencia
medida a T °C
Resistencia
a 20° C
IRAM 2183
Longitud del cable:
Resistencia por unidad de longitud:
8.1.1 Tratamiento de los errores
Analizar la propagación de los errores y calcular el error absoluto y relativo. Dar conclusiones
acerca de los valores obtenidos en cuanto a su cumplimiento con las normas.
8.2
Ensayo de tensión aplicada
Escribir un breve resumen de lo realizado en la clase práctica, indicar los resultados obtenidos y
presentar conclusiones.
7
Tabla I. Conductores flexibles de cobre para cables uni y multipolares. Clase 4
Sección nominal
Diámetro máximo
de los alambres
en el conductor
Resistencia eléctrica máxima
del conductor a 20 °C
Cobre desnudo
2
mm
0,5
0,75
1
1,5
2,5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
300
400
500
Mm
0,31
0,31
0,31
0,41
0,41
0,41
0,41
0,51
0,61
0,61
0,68
0,68
0,68
0,68
0,68
0,86
0,86
0,86
0,86
0,86
0,86
/km
39,0
26,0
19,5
13,3
7,98
4,95
3,30
1,91
1,21
0,780
0,554
0,386
0,272
0,206
0,161
0,129
0,106
0,0801
0,0641
0,0486
0,0384
Cobre estañado
/km
40,1
26,7
20,0
13,7
8,21
5,09
3,39
1,95
1,24
0,795
0,565
0,393
0,277
0,210
0,164
0,132
0,108
0,0817
0,0654
0,0495
0,0391
8
Tabla II. Conductores flexibles de cobre para cables uni y multipolares. Clase 5
Sección nominal
Diámetro máximo
de los alambres
en el conductor
Resistencia eléctrica máxima
del conductor a 20 °C
Cobre desnudo
2
mm
0,5
0,75
1
1,5
2,5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
300
400
500
630
Mm
0,21
0,21
0,21
0,26
0,26
0,31
0,31
0,41
0,41
0,41
0,41
0,41
0,51
0,51
0,51
0,51
0,51
0,51
0,51
0,51
0,61
0,61
/km
39,0
26,0
19,5
13,3
7,98
4,95
3,30
1,91
1,21
0,780
0,554
0,386
0,272
0,206
0,161
0,129
0,106
0,0801
0,0641
0,0486
0,0384
0,0287
Cobre estañado
/km
40,1
26,7
20,0
13,7
8,21
5,09
3,39
1,95
1,24
0,795
0,565
0,393
0,277
0,210
0,164
0,132
0,108
0,0817
0,0654
0,0495
0,0391
0,0292
9
Tabla III. Condiciones para el ensayo de tensión aplicada
Ensayo
Unidad
V
Tensión nominal
de los cables
300/500 450/750
Ensayo de tensión en cables completos
Longitud mínima de la muestra
m
10
10
Duración mínima de la inmersión en
el agua
h
1
1
Temperatura del agua
°C
20
Tensión aplicada
Vca
2 000
2 500
Duración de cada aplicación
min
5
5
Longitud mínima de la muestra
m
10
10
Duración mínima de la inmersión en
el agua
h
1
1
Temperatura del agua
°C
20
hasta 0,6 mm inclusive
Vca
1 500
-------
mayor de 0,6 mm
Vca
2 000
2 500
5
20
5
Ensayo de tensión de los conductores
aislados constitutivos del cable
5
20
5
Tensión aplicada de acuerdo con el
espesor del aislamiento
10