TEORIA Y APLICACION DE LOS CONECTORES
UNA GUIA PARA EL DISEÑO Y LA ESPECIFICACION DE CONEXIONES
Material
traducido de FCI Electrical, Tercera Edición Revisada, escrito por:
- G. Di Troia - Miembro de la IEEE de FCI Electrical de Estados Unidos
- Kenneth Woo - FCI Electrical de Estados Unidos
- Gaylord Zahlman - FCI Electrical de Estados Unidos
2.1 INSTALACION
Las junturas del conductor y las interconexiones son parte de cada circuito eléctrico. Allí es de suma importancia que las conexiones eléctricas sean hechas apropiadamente. El requisito básico de cualquier conexión eléctrica es que mantenga su integridad estructural y eléctrica a lo largo del lapso esperado de su vida. Materiales de alta calidad y el modo de trabajo (en el conector y durante la instalación) son esenciales para asegurar que los requisitos básicos del conector se alcancen.
2.1.1 Práctica general
Sin tener en cuenta la metodología de conexión empleada, hay muchas prácticas generales que ayudan a asegurar una conexión eléctrica buena. Estas prácticas son el resultado de muchos años de experiencia y pruebas, y debe ser considerado para cada instalación del conector.
2.1.1.1 Preparación de Superficie de Contacto
La preparación de la superficie de contacto es esencial asegurar el contacto apropiado entre el conector y conductor. Los contaminantes de la superficie interferirán grandemente con el establecimiento de una conexión eléctrica perfecta. Los pasos siguientes deben tomarse en cuenta para preparar la superficie de contacto para la conexión:
- Quite toda la corrosión y óxidos de la superficie a lo largo de las áreas de contacto. Los óxidos se forman naturalmente en las superficies metálicas con exposición al aire, y en el caso de algunos metales como aluminio, la formación es relativamente rápida y transparente al ojo. Remueva los óxidos en el conector y conductor, esto se realiza previo a la instalación y puede lograrse adecuadamente con un cepillo de alambre. Las superficies enchapadas no deben ser cepilladas con alambre.
- Si un conector o la superficie del conductor es enchapada, la remoción de contaminantes debe hacerse con un solvente de limpieza apropiado o compuesto similar, que no perjudique la integridad del enchape.
- Pocos fabricantes selectos grabarán químicamente y aplicarán un anti-oxidante que cubre a todas las superficies del conector justo después de su fabricación. El recubrimiento anti-oxidante, además de los componentes inhibidores del óxido, actúa para retardar la formación de óxido de aluminio en el aluminio del enchapado. Para conectores tratados con recubrimiento anti-oxidante durante la fabricación, las superficies de contacto pueden asegurarse ser relativamente libres de óxido y listas para la conexión. (Para determinar si un recubrimiento anti-oxidante se ha aplicado, ponga el conector bajo una luz negra. Los anti-oxidantes aparecerán como un recubrimiento "blanquecino" cuando lo exponga a la luz negra.) Los conectores no tratados con un anti-oxidante deben limpiarse previo a la instalación.
- La preparación de la superficie también incluye la remoción de otros contaminantes de las superficies de contacto. Los tipos de contaminantes que pueden estar presentes en una superficie del conductor son partículas de aislamiento, adhesivos, aceites, suciedad, y humedad. Sin tener en cuenta el contaminante, la remoción es esencial para el apropiado contacto eléctrico. Una vez más, la remoción del contaminante debe realizarse sin perturbar las superficies enchapadas.
2.1.2.2 Remoción del aislamiento
La cubierta del conductor y los aislamientos protegen al conductor de la corrosión y del daño mecánico, así como proporciona separación eléctrica entre las capas conductivas y/o del contacto externo. Al instalar un conector, la cubierta debe quitarse completamente sin dañar al conductor adyacente. La región del conductor expuesta debe ser de longitud suficiente para acomodar la(s) superficie(s) de contacto completa del conector.
Dependiendo del tipo de conductor, la remoción del aislamiento (y re-aislamiento de la conexión terminada) puede ser bastante complicada. Si trabajamos con conductores complicados que tienen múltiples capas de aislamiento y materiales que cubren, o sólo cables de chaqueta simple, allí existe algunas reglas básicas para remover el aislamiento.
- El aislamiento debe quitarse para una longitud sólo mayor que la longitud del contacto del conector a ser instalado. En el caso de conexiones de compresión, la longitud desnuda debe incluir longitud adicional para compensar a la expulsión del conector durante el engrapado.
- Sin tener en cuenta el método usado, el conductor adyacente no debe ser dañado por el corte o durante el proceso de remoción del aislamiento. El corte de las hebras reduce el área seccional de cruce del conductor y pueden producir un eventual fracaso.
- Después de que el conductor se pela y todo el aislamiento es removido, siga las pautas para la preparación de superficie de contacto y, cuando sea necesario, aplique el inhibidor de óxido.
2.1.1.3 Inhibidores del óxido
Al hacer las conexiones por compresión o mecánicas, generalmente es una práctica recomendada cubrir las superficies de contacto con un compuesto que inhibe el óxido. Estos compuestos tienen muchos atributos que aseguran un buen contacto y refuerzan la longevidad de la conexión. Aunque se discutió en numerosas secciones dentro de este documento, se presenta debajo una lista compilada de los beneficios de usar inhibidores del óxido.
- La penetración de capas de óxido ayuda a producir resistencia de contacto inicial baja y produce una mejor conductibilidad de conexión.
- Prevención de oxidación y corrosión sellando la juntura del aire y contaminantes.
- Ayuda a incrementar el poder de adherencia de la conexión, cuando sea necesario.
- Continuación de las propiedades para mantener la integridad de la conexión encima de rangos de temperatura amplios.
- Compatibilidad con el aislamiento del cable.
En muchos casos, el fabricante del conector predeterminará el inhibidor del óxido apropiado y proporcionará el conector pre-llenado con ese compuesto. Donde el conector no está pre-lleno, dos tipos generales de compuestos están disponibles, dependiendo si cobre o aluminio serán unidos. Ambos tipos son convenientes para conexiones pad-to-pad y ranura-a-conductor de contacto.
2.1.1.4 Ferretería
Todas las conexiones del tipo engrampe, incluso las aplicaciones pad-to-pad, dependen de la fuerza desarrollada por la ferretería de sujeción para proporcionar una conexión eléctrica estable. Para que la ferretería realice esta tarea adecuadamente, esta debe: (a) ser lo suficientemente fuerte para resistir los requisitos del torque recomendados por el fabricante del conector, (b) desarrollar la presión correcta para el torque de instalación recomendado, y (c) debe permanecer fiable para toda la vida de servicio esperada de la conexión.
Figura 2.1-1 Uniones con perno
Para lograr la eficiencia óptima, la combinación perno/tuerca/arandela debe seleccionarse apropiadamente para los conductores a ser unidos. Hay dos grupos distintos de ferretería para hacer conexiones eléctricas:
Ferretería suministrada con el juego de piezas del conector. La mayoría de los conectores mecánicos se proporciona con la ferretería apropiada para completar una conexión eléctrica. La ferretería proporcionada está mejor preparada para la aplicación dada y el material del conector. Normalmente se proporcionarán conectores de aleación de cobre con bronce siliconado, o ferretería DURIUM™. Los conectores de aluminio generalmente se ensamblan con ferretería de aleación de aluminio. Los componentes de la ferretería de aleación de aluminio son lubricados para prevenir raspaduras y proporcionar fuerza de engrampe consistente.
Ferretería obtenida por separado. A menudo se exige ferretería suplementaria para completar una conexión eléctrica. La selección de la ferretería apropiada ayuda a asegurar que la integridad de conexión durará. La Figura 2.1-1 y la Tabla 2.1-1 proveen el juego de piezas de la ferretería y los criterios de selección para conectar varios materiales de conductor. Los equipos de ferretería de terminación están disponibles para asegurar la instalación del campo apropiado. (Vea la sección 2.1.1.4.1 para mayores detalles respecto a consideraciones de la ferretería de los terminales)
Tabla 2.1-1 Uniones con perno
El torque es un aspecto crítico cuando la ferretería de instalación es usada para apretar los componentes. Cada terminación de campo, de un terminal de tornillo de baja tensión que lleve al más grande, tiene un valor óptimo de torque que produce la juntura más fiable y de resistencia baja.
El torque es el resultado de una fuerza aplicada a un brazo de palanca multiplicado por la distancia medida del punto de pivote al punto a lo largo del brazo donde la fuerza se aplica (F x d). En el sistema inglés de unidades, donde la fuerza está en libras y la distancia está en pulgadas, el torque tiene las unidades de libra-pulgadas, o lb-in.Hace algunos años la industria eléctrica estableció valores de torque óptimos para los materiales más comúnes y tamaños de ferretería usados para las conexiones eléctricas. La Tabla 2.1-2 lista los resultados de este trabajo.
Tabla 2.1-2 Torque de sujeción recomendado
Figura 2.1-2 Curva de la Fuerza de Relajación del Perno
Apretando el perno más allá de producir una fuerza del contacto F1 no produce una mejor conexión. El único efecto de incrementar el torque es posibilitar daño. Por consiguiente, la mejor práctica es instalar la ferretería inicialmente con el valor de torque recomendado, y entonces chequear periódicamente si hay señales de soltura o calentamiento, antes de hacer cualquier reajuste.
Finalmente, el método de instalación de arandelas de resorte Belleville a menudo se entiende mal. De hecho, allí hay varias opiniones acerca de lo que es el método "correcto". Entre estos puntos de vista diferentes, lo siguiente es un procedimiento exitoso probado en el tiempo. (Refiérase a la Figura 2.1-1.b para los detalles del montaje).
- Una arandela plana se pone entre el lado cóncavo de la arandela Belleville y la superficie del miembro a unir. La arandela Belleville se captura así entre la cabeza del perno y la arandela plana grande. La arandela plana debe tener un diámetro externo mayor que el Belleville aplanado tal que no resulte sobresalido. Seleccione una arandela plana que está a favor dos veces tan grueso como el Belleville de fuerza. (Si no es disponible, apile unas dos o tres arandelas más delgadas para lograr el mismo efecto).
- Con la arandela Belleville capturada entre la arandela plana y la cabeza del perno, encaje este ensamble en su agujero. Cuando las arandelas se ajustan en posición, no debe haber ninguna interferencia con arandelas de pernos adyacentes y ninguna proyección encima de los bordes de la superficie.
- Apriete la tuerca sobre el perno (con su propia arandela) hasta un aumento súbito, sensible en el torque se requiere para continuar. La arandela Belleville es ahora plana. No es necesario "tirar para atrás" la tuerca después de apretarse a este punto.
2.1.1.4.1 Consideraciones de la Ferretería de Terminales
Dentro de los límites, la resistencia de una juntura empernada disminuirá y su fuerza mecánica aumentará con un aumento en el tamaño y número de pernos empleados. Utilizando este hecho, los conectores terminales empernados están normalmente disponibles en configuraciones de un-agujero, dos-agujeros, y cuatro-agujeros. Un aumento extenso en el número de pernos más allá de cuatro produce pequeño aumento apreciable en eficacia de la unión, salvo los conductores muy anchos. Por combinación de los datos de performance existentes y la mecánica de empalmes empernados que se presentaron en las secciones anteriores, es posible generar las pautas para seleccionar terminales empernados de uno, dos y cuatro-agujeros.
En el caso de terminales de un-agujero, un solo perno se usa para hacer la conexión. Mientras ofreciendo la simplicidad de instalación, un solo perno produce una conexión eléctricamente sana, compacta. Sin embargo, a menos que el pad del conector se obligue adecuadamente para prevenir la rotación, el movimiento torsional puede superar el torque de instalación de la ferretería y aflojar la conexión.
Los terminales de dos agujeros tienen pads más largos y requieren dos pernos para la instalación. Las pad largos ofrecen un aumento de la performance eléctrica debido a un área de superficie de contacto más grande. También, empleando dos pernos en la conexión elimina completamente el problema de fuerzas rotatorias de soltar la conexión.
Los terminales de cuatro-agujeros aumentarán más allá la performance mecánica y eléctrica. Más área de superficie de contacto está disponible con el pad más grande, y la presión igual aplicada de cuatro pernos usando la ventaja del área de la superficie aumentada por conductibilidad eléctrica.
Al seleccionar entre los tipos de terminales para la instalación de la conexión, considere la lista siguiente de criterios:
- Preparación de las superficies de interface. (Vea 2.1.1.1)
- Provisiones para los efectos de expansión térmica del bus y terminal. (Vea 1.4.2 y 2.1.1.4)
- Torque de perno-apretándose apropiado. (Vea Mesa 2.1-2)
- Corriente por unidad de área de contacto para condiciones normales y de corto circuito.
- Espaciado del perno y corriente por el perno
Use la información proporcionada en las secciones (a) y (b) debajo, para determinar los ítems (4) y (5) de arriba, y finaliza la selección entre terminales de uno, dos, y cuatro agujeros.
(a) La ampacidad cruce-seccional de los materiales a usar
Ejemplo 1: ¿Qué tamaño de pad de cobre se exige para conducir con seguridad 1000 Amperios?
Asuma un espesor de pad de tamaño manejable; 1/4 en espesor. Para conducir 1000 Amperios, nosotros tenemos:
(b) Amperios por perno
* NOTA: Estos valores de corriente representan el flujo de corriente habilitado por el perno, debido a la presión de contacto aplicado a éste, y NO la capacidad de corriente del perno mismo.
Ejemplo 2: ¿Cuántas Pernos de 1/2 pulgada se requieren para asegurar el pad del Ejemplo 1?
Cada perno de 1/2 pulgada proporciona fuerza de sujeción suficiente para soportar 300 Amperios. Para conducir 1000 Amperios, nosotros necesitamos
Nota: Si un cálculo produce una cantidad recomendada de saetas mayor que cuatro, un ajuste en tamaño de la saeta y/o el tamaño de la almohadilla es posible y deseable para rendir un plan del conector mejor o selección.
2.1.1.5 Aluminio Sobre Cobre
Como brevemente mencionó en el encabezado de la sección 1.4, en instalaciones al aire libre donde se usan metales mixtos, deben instalarse conductores de aluminio sobre conductores de cobre siempre que sea posible. La humedad en la superficie del conductor de cobre aumentará los iones de cobre. Si posicionó sobre aluminio, estas sales de cobre lavarán hacia el aluminio y causa la corrosión galvánica.
En el caso de que el conductor de aluminio se localiza debajo del cobre, una "vuelta de goteo" debe proporcionarse en el conductor de cobre. La vuelta de goteo remite al conductor de cobre alrededor y debajo del conductor de aluminio para la atadura. La vuelta formada permite humedad corrosiva para gotear seguramente del conductor de cobre debajo del aluminio.
2.1.1.6 Enchapados
Se usan varios materiales y procesos de enchapado en productos de conexión eléctricos. La Tabla 2.1-3 contiene una lista corta de posibles razones para enchapar y los tipos correspondientes de conectores enchapados conveniente por encontrar ese objetivo.
Tabla 2.1-3 Conectores enchapados
2.1.1.7 Terminales de DTS
Un terminal de compresión tratado con DTS utiliza una aplicación selectiva de soldar. Se fabrican terminales de compresión usando un tubo que allana proceso para formar el área del pad. Como resultado, una costura fina puede existir bajo el centro del pad a través de la que humedad o aceite pueden resumir en o del barril de compresión. El terminal de DTS se suelda internamente y entonces que el electro-estaño chapó prevenir humedad y engrasar de emigrar a través de la costura. Enchapando el barril de compresión persigue presión probada a 5 lb/pulg² (psi) asegurar un sello eficaz se ha logrado.
El valor de un DTS trató el término generalmente no se requiere para el uso en "normal" las aplicaciones de servicio con ambientes de humedad bajos y el cable no-aceite-lleno. Al usar cable aceite-lleno, o cuando se esperan niveles de humedad altos, el uso de términos de DTS o otros medios de sellar se garantiza.
2.1.1.8 Pared Estándar y los Conectores de Condensación de Pared Pesados
"Pared Estándar" y "pared pesada" son términos que se refieren al espesor del material de un barril de conector de condensación.
Se usan productos de la pared normales para conectar todos cubiertos y ASTM desnudo clasifica y strandings de cobre y conductores de alambre de aluminio (incluyendo flexible y extra-flexible) en tensión mínima, UL listó (o reconoció) y NEC aplicaciones aceptado que conforman a UL486 requisitos. Se estaño-chapan conectores de la pared normales típicamente y se usan en no-tensión, los ambientes no-expuestos (cualquiera dentro, cajas del tablero, o armarios).
Los productos de la pared pesados están preparados para todos cubiertos y ASTM desnudo clasifica y strandings de cobre y cable de aluminio así como los conductores del tipo bi-metálicos (por ejemplo ACSR, Alumoweld, y Copperweld) en aplicaciones que conforman a ANSI C119.4 requisitos. La Tabla 2.1-4 proporciona un resumen de estos dos tipos de barriles de condensación.
Tabla 2.1-4 Resumen de Pared Estándar y la Pesada
