CONDUCTORES POR EL TIPO DE AISLAMIENTO

El aislante es el material que separa el alma conductora del

exterior. Si los cables no tuvieran aislante sería muy difícil la
distribución de los circuitos en las instalaciones eléctricas. Esto
permite que en la instalación no se energicen la carcasa de los
equipos, canalizaciones metálicas, evitar cortocircuitos, así
como la electrocución de las personas. Por lo que se puede
notar que sin un buen aislante, la instalación no estaría muy
segura.

El material aislante más usado para la fabricación de

conductores eléctricos son los polímeros termoplásticos y de
hule. Un termoplástico es un tipo de plástico que cambia sus propiedades cuando se calienta y se
enfría. Los termoplásticos se ablandan cuando se les aplica calor y tienen un acabado liso y duro
cuando se enfrían. Algunos termoplásticos son el polietileno (PE) y el policloruro de vinilo (PVC).

Letras de designación del aislamiento:

R: Aislamiento de hule
T: Aislamiento termoplástico
X: aislamiento de polímero sintético barnizado
H: resistente al calor hasta 75˚C
HH: resistente al calor hasta 90˚C
W: resistente a la humedad
UF: para uso subterráneo
N: cubierta de nylon
NOTA: Si no se indica H, resiste hasta 60˚C

a) Cable TW/ THW/ THHW

b) Cable RHH/ RHW
c) Cable THHN/ THWN
d) Cable XHHW.

¿De qué está compuesto el aislamiento de los cables?

En los aislamientos de los cables eléctricos encontramos dos tipos de aislantes, los aislamientos
termoplásticos y los aislamientos termoestables.
Aislamiento termoplástico
PVC: Policloruro de vinilo
PE: Polietileno
PCP: Policloropreno, neopreno o plástico

Aislamiento termoestable
XLPE: Polietileno reticulado
EPR: Etileno-propileno
MICC: Cobre revestido, mineral aislado

MATERIALES AISLANTES PARA CONDUCTORES ELÉCTRICOS

Antescedentes
Antes de la Segunda Guerra Mundial, uno de los materiales que se conocía y empleaba era el hule
natural. Era empleado en cables, como aislamiento y como cubierta exterior. En lo que a los
plásticos se refiere, éstos estaban en esta época en su primera infancia. Para 1930 aparece el
policloruro de vinilo (PVC), primer termoplástico que se empleó como aislamiento para baja
tensión. Su uso original se limitó inicialmente a una temperatura de operación de 60° C, para
lugares secos y para tensiones de 600 volts.

Posteriormente se desarrollaron compuestos de PVC para 60 o 75°

C en presencia de agua, así como los de 90° C ó 105° C y con
características mejoradas de baja emisión de humos, no
propagadores de incendio y de bajo contenido de gas ácido. Antes
de la invención de materiales sintéticos, estaba ampliamente
difundido el uso de algodón y papel aislante en la fabricación de
conductores eléctricos.

Poco antes de 1930, se introdujeron al mercado de los conductores eléctricos varios hules
sintéticos con propiedades especiales. De éstos, el que ha logrado subsistir en su aplicación es el
policloropreno, mejor conocido como neopreno. Al principio se desarrolló como un material
elastomérico especialmente resistente a los aceites, pero sus compuestos y formulaciones se
fueron mejorando hasta lograr un excelente material para cubiertas de cables, que vino a
reemplazar al hule natural.

Durante la Segunda Guerra Mundial, debido a la poca disponibilidad

de hule natural, surgió la necesidad de desarrollar nuevos materiales
sintéticos, que por lo menos sirvieran como aislamientos de baja
tensión. Así por ejemplo, en Alemania, se implementó el hule
estirenobutadieno, conocido como elastómero o hule GRS o SBR. En
poco tiempo la industria de aislamientos para conductores eléctricos
logró desarrollar una gran cantidad de varios y mejores aislamientos
que hoy se manejan en la industria de la fabricación de conductores
eléctricos.
En este sentido conviene aclarar que un elastómero es un material que es capaz de recuperarse
rápida y fácilmente de fuertes deformaciones mecánicas, después de que se ha sometido a un
proceso de vulcanización. Un material termoplástico es un material que se puede suavizar por
calentamiento o endurecerse por enfriamiento.

Los materiales elastoméricos no cambian de forma con la aplicación de calor después de

vulcanizados, en cambio un termoplástico sí cambia de forma al calentarse. Los materiales
termofijos son compuestos que tienen la estructura química de la familia de los plásticos, pero su
estructura y su composición permite en ellos una vulcanización que les confiere cualidades de
termoestabilidad semejante a las de los compuestos elastoméricos o hules sintéticos.

Materiales elastoméricos y termoplásticos

A partir de 1945 se fueron desarrollando excelentes materiales tanto elastoméricos, como los
termoplásticos que han permitido un excelente progreso en la industria de cables, entre estos
materiales se tiene el hule butilo, el polietileno convencional, el polietileno de cadena cruzada o
polietileno vulcanizado, el etileno propileno, el polietileno clorosulfonado, el polietileno clorado,
el hule silicón, etc.

Uno de los materiales que se usó desde los albores de la industria manufacturera y aún se emplea
en la baja fabricación de conductores eléctricos, es el papel aislante de grado eléctrico
impregnado en aceite. Este tipo de aislamiento se forma principalmente por la aplicación de tiras
de papel en forma helicoidal sobre el conductor metálico. Se colocan sucesivamente, capa tras
capa, hasta obtener el espesor de aislamiento adecuado para la tensión (volts) a que va a operar
el cable.

Una vez logrado el espesor total del aislamiento, el cable se somete a

un secado de alto vacío donde se le extrae la humedad para después
pasar al proceso de impregnación en aceite de altas propiedades
dieléctricas. Finalmente se aplica sobre el cable una cubierta
protectora de plomo por medio de un proceso de extrusión.

Esta es la construcción más simple de un cable aislado con papel

impregnado y cubierta protectora de plomo; sin embargo, esta
construcción puede ser más elaborada e incluir cintas semiconductoras, pantallas metálicas,
cubiertas de plomo protegidas con yute, material termoplástico, o con armadura de acero.

El papel impregnado en aceite tiene excelentes propiedades dieléctricas:

-Factor de potencia, % 0.5 – 2
-Constante dieléctrica, SIC 3 – 5
-Constante de resistencia de aislamiento, K,
-M^-km 3 000
-Rigidez dieléctrica, c.a., kV/mm 22
-Rigidez dieléctrica, Impulsos, kV/mm 73
De los valores de factor de potencia y de constante dieléctrica en este tipo de cable, se concluye
que las pérdidas dieléctricas son mínimas y el espesor reducido del aislamiento de papel queda
justificado por su alta rigidez dieléctrica.

La cubierta protectora de plomo sirve para proteger el aislamiento contra los agentes mecánicos,
químicos, intemperie y humedad. Si por alguna razón la cubierta protectora se perfora, la entrada
de humedad al aislamiento se hace inevitable. La presencia de humedad en el aislamiento causa
la falla inmediatamente.

En los cables con aislamiento de papel, aunque se tiene especial cuidado para desgasificar el
compuesto impregnante antes de usarlo, hay un límite de la cantidad de gas o aire que puede
extraerse bajo las condiciones comerciales de fabricación. También el vacío aplicado a los tanques
de impregnación antes de la admisión del compuesto, no puede ser en la práctica menor de 2 mm
absolutos, así que siempre queda una cierta cantidad de aire que luego permanecerá en el
dieléctrico de cable.

En un cable con aislamiento de papel impregnado sujeto a ciclos de calentamiento y enfriamiento,

el compuesto se expande y como resultado, la cubierta de plomo se dilata. Cuando el cable se
enfría durante los períodos de baja carga, el compuesto se contrae, pero la cubierta de plomo no
lo hace con él, debido a su inelasticidad, resultando entonces la formación de cavidades llenas de
aire en el aire o gas, bajo la acción de un campo eléctrico, resulta una ionización del aire (efecto
corona) con sus dos consecuencias perjudiciales al aislamiento: impactos sobre el material
aislante y formación de ozono.

Las magníficas propiedades dieléctricas del papel impregnado, las da precisamente el aceite; sin
embargo, por muy viscoso que sea, siempre habrá el riesgo de que emigre (desniveles entre los
diferentes puntos del cable o diferencias de temperaturas a lo largo del mismo). Lo anterior deja a
ciertas zonas con menos aceite que el necesario, dando como resultado el empobrecimiento
dieléctrico de tales zonas y produciéndose el rompimiento de la rigidez dieléctrica del aislamiento.

En cables aislados con papel impregnado y cubiertas de plomo, la elaboración de las uniones y de
las terminales es compleja y delicada, que requiere de personal especializado y forman puntos
vulnerables en la instalación, pues la posibilidad de falla en esos puntos no es remota.

A) HULE NATURAL
Este material tuvo una época en que no tenía competencia para la fabricación de aislamientos y
cubiertas de cables eléctricos; sin embargo, actualmente se emplea una cantidad muy pequeña
para este propósito. Necesita formularse especialmente para lograr compuestos resistentes a la
humedad, al calor, a los aceites y de resistencia mecánica alta. Actualmente no puede competir
con los hules sintéticos (elastómeros), que se han desarrollado.

B) HULE SBR o GRS

Fue el primer material que reemplazó al hule natural, se le
conoce como hule estireno-butadieno, hule BUNA-S, hule SBR o
GRS. Aunque su resistencia mecánica es inferior al hule natural,
puede formularse para lograr un compuesto de buenas
cualidades eléctricas para cables de baja tensión, es más
resistente al calor y humedad que el hule natural. Aún se emplea
como aislamiento para tensiones hasta de 2,000 volts. Su uso se limita a aplicaciones de baja
tensión porque hay otros aislamientos plásticos y elastoméricos que le llevan toda la ventaja para
tensiones altas. Se emplea para temperaturas de operación hasta de 90°C.

C) HULE BUTILO
Este material es un polímero del isobutileno-isopreno. Aunque este material fue desarrollado en
1940, tomó algunos años vencer algunos problemas técnicos de proceso para poder emplearlo
como aislamiento de conductores eléctricos. Sin embargo, en 1947 se empezó a lograr una
enorme producción de cables con este aislamiento para tensiones hasta de 35,000 volts.

Una vez que las dificultades de formulación y preparación de compuestos de hule butilo fueron
vencidas, se logró tener un excelente aislamiento para alta tensión. Este aislamiento puede
trabajar a temperaturas de operación continua hasta de 90°C. Es inherentemente resistente al
ozono y a la humedad. Muy resistente al calor, de buena resistividad y rigidez dieléctrica, de
buenas propiedades mecánicas y excelente resistencia a la deformación térmica.

Este es un buen aislamiento para cables, pero prácticamente ha sido desplazado por nuevos y
mejores materiales.

D) POLICLOROPRENO, (NEOPRENO)
Alrededor de los años treinta se desarrolló para la industria de cables un nuevo material que
parecía ser muy especial para aquella época. Con el paso del tiempo se convirtió en un caballito
de batalla para aplicaciones como cubiertas de cables. Este material es el neopreno, y aunque
tiene actualmente algunas limitaciones, aún se usa extensamente.

El neopreno, químicamente, es un polímero del

cloropreno, que solo tiene aplicación como aislamiento
eléctrico en conductores de baja tensión, 600 volts, ya
que su contenido de cloro hace sus cualidades aislantes
no sean muy elevadas. Su principal o mayor uso es,
como se indicó antes, en la fabricación de cubiertas
exteriores de cables aislados. Pueden prepararse
compuestos de él con muy buena resistencia mecánica
a la tensión y al rasgado. Por su estructura química es resistente al aceite, a los materiales
químicos, al calor, la humedad y la flama. Es altamente resistente al ozono y al ataque de la
intemperie.

En relación a su resistencia a la flama, como en su constitución contiene cloro, el material es

prácticamente no propagador de ella, es decir, cuando a un compuesto de neopreno se le aplica
una flama, continuará ardiendo mientras la flama se sostiene, pero en el momento en que ésta se
retira, el neopreno deja de quemarse, por esta razón es muy usado como cubierta exterior no
propagadora en aislamientos que sí propagan la flama.

El neopreno es capaz de operar un rango muy amplio de temperaturas; empleado como cubierta
exterior puede trabajar a temperaturas tan bajas como -65°C y especialmente formulado puede
usarse como aislamiento de cables con temperatura de operación de 90°C.

E) POLIETILENO CLOROSULFONADO, (CP) (HYPALON), (CSPE)

Este material es de aplicación más reciente que el neopreno, en la industria manufacturera de
conductores eléctricos. Está especificado por la Norma NMX-J- 061 como aislamiento de los
cables tipo RHH y RHW. Puede emplearse como un compuesto aislamiento-cubierta integral para
muchos tipos de cables, especialmente del tipo automotriz.

Posee buenas cualidades eléctricas para usarse como un aislamiento eléctrico de baja tensión.
Posee una gran resistencia al ozono y al efecto corona. Tiene muy buena resistencia al calor y a la
humedad y pueden prepararse formulaciones especiales para muy bajas temperaturas. Su
constante dieléctrica, su factor de potencia y sus otras características eléctricas no permiten
aplicarlo como un aislamiento para altas tensiones. Resistente al calor, al intemperismo, al
oxígeno y a los aceites.

F) POLIETILENO CLORADO, (CPE)

Este polímero existe tanto en compuestos termoplásticos,

como en termofijos (elastoméricos). Al igual que el
neopreno y que el hypalon, por sus propiedades
dieléctricas inherentes, el CPE se emplea únicamente
como aislamiento en productos de baja tensión, 600 volts
y encuentra su principal aplicación en el área de la fabriación de cubiertas exteriores para
alambres y cables. Hay CPE para 90 y para 105°C.

Uno de sus recientes usos se encuentra como aislamiento de los cordones térmicos portátiles
para plancha, tipo HPN.

G) POLICLORURO DE VINILO (PVC) O (PVC-RAD)

Los compuestos aislantes de este material tienen como base el polímero del cloruro de vinilo. Las
primeras formulaciones de policloruro de vinilo para la fabricación de compuestos termoplásticos
aislantes, se empezaron a desarrollar a partir de 1930 y aunque en un principio esos compuestos
solo se emplearon para conductores cuyas temperaturas de operación fueron de 60°C,
posteriormente se mejoraron y actualmente existen compuestos que pueden emplearse en
cables con temperaturas en el conductor de 90 y 105°C para tensiones de 600 volts.

Debido a que los compuestos de PVC contienen cloro en sus

moléculas, son inherentemente no propagadores de flama,
sobre todo en los casos en los que se preparan
formulaciones especiales para lograr no solo esta cualidad,
sino para hacerlos resistentes a la no propagación de
incendio, de baja emisión de humos y bajo contenido de gas
ácido.

Los compuestos de PVC tienen muy buenas propiedades mecánicas, pero sus cualidades eléctricas
no son sobresalientes, sobre todo si se le compara con otros aislamientos nuevos que se han
venido desarrollando y por esta causa su aplicación se limita en nuestro medio a emplearlo para
tensiones no mayores de 600 volts (en Europa debido a la escasez de otros materiales para alta
tensión, se prepararon compuestos especiales de PVC que sirvieron para cables de energía hasta
de 23,000 volts, sin embargo su alta constante dieléctrica y factor de potencia hacen de él un
aislamiento de altas pérdidas dieléctricas que lo limitan para emplearlo en cables de alta tensión).

El PVC se emplea en la fabricación de alambres y cables de los tipos T, TW, THW,THHN, THWN,
THHW, THHW-LS, y además por sus magníficas propiedades de resistencia mecánica, no
propagación de la flama ni del incendio y de resistencia a los aceites, es ampliamente usado como
cubierta exterior de cables con aislamiento de polietileno, polietileno vulcanizado o etileno
propileno usados para alta tensión.
Cuando se requieren cables especialmente resistentes a la humedad, a los aceites, ácidos, álcalis,
gasolinas y productos químicos o cuando se busca proporcionar a los cables una resistencia
mecánica superior, puede reforzarse el aislamiento de PVC con una capa muy delgada de nylon.

H) POLIETILENO (PE)
Es un material termoplástico constituido por cadenas lineales o ramificadas de monómetros de
etileno. Fue originalmente desarrollado en 1937 y abundantemente fabricado en los Estados
Unidos a partir de 1940.

Eléctricamente, el polietileno posee el mejor conjunto de cualidades que se pueden esperar en un

aislamiento sólido: alta rigidez dieléctrica, bajo factor de potencia y constante dieléctrica, alta
resistividad volumétrica. Sus propiedades mecánicas son buenas, sin embargo sus limitaciones
principales son su pobre resistencia a la flama, su termoplasticidad, su deterioro por la acción de
los rayos ultravioleta y su poca resistencia a la ionización.

El polietileno convencional está normalizado como aislamiento para conductores para 600 ó 1,000
volts, cuya temperatura de operación en el conductor no exceda de 75°C. El polietileno natural de
baja densidad está formado por la polimerización de moléculas de etileno en forma lineal simple,
pero si el proceso de polimerización se conduce a baja presión se obtienen cadenas con
ramificaciones resultando un compuesto más duro y rígido y especialmente resistente a la
abrasión, que si se pigmenta con negro de humo especial proporciona un material excelente para
cables tipo intemperie o para distribución aérea de baja tensión.

Por sus buenas propiedades mecánicas y su alta resistencia a la humedad, también se emplea
para cubiertas exteriores de algunos cables de energíay en cables de comunicaciones
subterráneos o aéreos. Es el material por excelencia para fabricar los aislamientos de cables
telefónicos.

I) POLIETILENO DE CADENA CRUZADA (XLPE o XLP)

El polietileno de cadena cruzada, polietileno reticulado o simplemente XLPE, se produce por la
combinación de un polietileno termoplástico y un peróxido orgánico adecuado, bajo ciertas
condiciones de presión y temperatura.

El aislamiento resultante es de color natural o

café claro dependiendo del tipo de
antioxidante que se emplee en la preparación.
La resina de polietileno reticulada se puede
emplear pura o mezclada con negro de humo o cargas minerales que le mejoran sus propiedades
físicas, pero disminuyen sus cualidades eléctricas, por lo que esta combinación solo se emplea
como aislamiento para cables hasta 5,000 volts, sin cubierta exterior.

Después de la extrusión, el cable aislado con polietileno vulcanizable pasa a través de una línea de
vulcanización con gas o vapor a alta presión y temperatura con lo que el material se convierte de
termoplástico en termo fijo, es decir el aislamiento ya no se funde o escurre a altas temperaturas.

Los aislamientos de polietileno reticulado para altas tensiones tienen buenas cualidades
mecánicas, poseen buena resistencia a la compresión y deformación térmicas y tienen una
excelente resistencia al envejecimiento por altas y bajas temperaturas. Sus cualidades eléctricas
como rigidez dieléctrica, factor de potencia, constantes dieléctricas y de aislamiento, así como su
estabilidad eléctrica en agua son sobresalientes.

Es altamente resistente al ozono, a la humedad y productos químicos. El polietileno vulcanizado

es un aislamiento para temperaturas de 90° C en operación normal, 130° C en condiciones de
emergencia y 250° C enondiciones de cortocircuito y se ha llegado a emplear en cables de energía
para tensiones de: 69, 115, 230 y 525 kV.

J) ETILENO PROPILENO (EPR o EP)

El aislamiento de etileno propileno comúnmente conocido como EPR, es un material elastomérico
obtenido a partir del etileno y del propileno.
Un aislamiento típico de EPR para alta tensión
es un compuesto que se prepara mezclando la
resina de etilenopropileno con varios
ingredientes más, como por ejemplo cargas
minerales, antioxidantes, plastificantes, agentes
de vulcanización, etc. y al igual que en el XLPE el cable aislado con el compuesto de EPR, se
somete a un proceso de vulcanización obteniéndose un material termo fijo.
Los aislamientos de EPR debidamente formulados y procesados poseen muy buenas cualidades
eléctricas y físicas; sobresaliente resistencia térmica y al ozono así como una excelente estabilidad
eléctrica en agua. Los cables aislados con etileno propileno poseen una muy buena flexibilidad
que permite un adecuado manejo durante la instalación. Los rangos térmicos de trabajo son los
mismos que se mencionan para el XLPE.

Debe recordarse que un material aislante es toda substancia de tan baja conductividad que el
paso de la corriente eléctrica a través de ella es prácticamente despreciable. En relación con la
idea anterior, se tiene en cada aislamiento eléctrico una cierta cantidad de características o
parámetros que permiten estudiar, evaluar y comparar estos materiales.