Barres de distribució i connectores en instal·lacions de BT i EBT

Barres de distribució i connectors en instal·lacions interiors i exteriors

Què és una barra de distribució elèctrica?

Una barra de distribució elèctrica es defineix com un conductor únic o un grup de conductors que serveixen per recollir l'energia elèctrica dels alimentadors d'entrada i distribuïrla als alimentadors de sortida. En essència, actua com un punt crucial on convergeixen les corrents dels alimentadors d'entrada i de sortida, aglutinant l'energia elèctrica en un sol punt dins d'un sistema elèctric. Aquesta funció fa que les barres de distribució siguin components essencials per facilitar el flux i la distribució eficients de l'electricitat en diversos escenaris relacionats amb l'energia.

Barres de distribució per a instal·lacions exteriors

En instal·lacions de alta tensió (AT), extra-alta tensió (EAT) i en instal·lacions de mitja tensió (MT) exteriors, s'utilitzen sovint barres de distribució i connectors nus. Els conductors utilitzats en aquests escenaris poden ser de dos tipus principals: tubulars o de fil trenzat.

Les barres de distribució tubulars són generalment suportades per aïllants de columnes, que sovint estan fets de ceràmica. Aquests aïllants juguen un paper vital en mantenir l'aïllament elèctric entre les barres de distribució i l'estructura de suport, assegurant el funcionament segur i adequat del sistema elèctric. D'altra banda, les barres de distribució de fil trenzat són fixades en lloc mitjançant clamps de final mort, que mantenen els fils fermament i preven qualsevol moviment o alliberament que puguin interrompre la connexió elèctrica.

Les figures 1 i 2 proporcionen exemples visuals que il·lustren els conceptes descrits anteriorment, mostrant l'aparença i l'instal·lació típica de les barres de distribució exteriors i els seus components associats.

Barres de distribució per a instal·lacions de commutació

Les barres de distribució utilitzades en instal·lacions de commutació són sovint fabricades amb cobre, alumini o alloys d'alumini com els alloys Al-Mg-Si (alumini-magnesi-silici). Aquests materials són seleccionats per la seva conductivitat elèctrica, propietats mecàniques i cost-efficàcia, fent-los adequats per distribuir l'energia elèctrica de manera eficient dins dels sistemes de commutació.

Característiques principals de les barres de distribució nues

• Dimensions físiques: Per als conductors tubulars, el diàmetre és un paràmetre crític, mentre que per als conductors de fil trenzat, l'àrea de secció transversal és d'importància primària. Aquestes dimensions influeixen directament en la capacitat de portar corrent i la resistència elèctrica de la barra de distribució. Un diàmetre o secció més gran permet la transmissió de corrents més altes amb menys pèrdues.

• Propietats mecàniques: Les barres de distribució nues han de tenir una força mecànica adequada per resistir les diverses forces que es troben durant l'operació. Els paràmetres mecànics clau inclouen la resistència a la tracció (la capacitat de resistir l'estirament), la resistència a la compressió (resistència a la compressió), la resistència a la flexió (capacitat de resistir forces de flexió) i la resistència a la compressió (resistència a la deformació sota càrregues compressives). Addicionalment, els moments de resistència i inèrcia són crucials per entendre com reaccionarà la barra de distribució a les tensions mecàniques, assegurant la seva integritat estructural a llarg termini.

• Corrent nominal: El corrent nominal d'una barra de distribució indica el màxim corrent continu que pot portar sense excesiva calorització o degradació del seu rendiment. Aquest valor s'estableix basant-se en factors com les propietats del material, l'àrea de secció transversal i les condicions ambientals d'operació. La selecció d'una barra de distribució amb un corrent nominal adequat és essencial per prevenir la sobrecalentament i possibles fallades en el sistema elèctric.

Cal tenir en compte que, ja que les barres de distribució nues no estan aïllades, el concepte de tensió nominal no s'aplica de la mateixa manera que per als conductors aïllats. Quan es connecten les barres de distribució a terminals d'equips, s'han d'utilitzar connectors especialitzats. Aquests connectors, com s'il·lustra en la figura 3, asseguren una connexió elèctrica segura i de baixa resistència, facilitant la transferència fiable de l'energia elèctrica entre les barres de distribució i altres components del sistema de commutació.

Connexió de barres de distribució i sistemes de barres de distribució aïllades

Connexió de barres de distribució

Quan es tracta de fer connexions entre barres de distribució, la tria de connectors és crucial i depèn dels materials de les barres de distribució que s'estan unint. Per a les connexions cobre-cobre, sovint s'utilitzen connectors de bronze. Aquests connectors ofereixen una excel·lent conductivitat elèctrica i força mecànica, assegurant una connexió fiable. Per a les connexions alumini-alumini, els connectors d'alloy d'alumini són l'opció ideal. Estan dissenyats específicament per ajustar-se a les propietats de les barres de distribució d'alumini, proporcionant una connexió segura i estable mentre minimitzen el risc de corrosió.

En el cas de les connexions cobre-alumini, són essencials els connectors bimetàl·lics. L'ús d'aquests connectors és necessari per prevenir la corrosió que pot ocórrer degut a l'efecte electroquímica quan dos metalls diferents entren en contacte en presència d'un electròlit (com la humitat de l'aire). La reacció electroquímica entre el cobre i l'alumini pot causar la degradació de la connexió a llarg termini, potencialment provocant fallades elèctriques. Els connectors bimetàl·lics estan dissenyats per mitigar aquest problema, assegurant una connexió duradora i fiable entre les barres de distribució de cobre i alumini.

Barres de distribució aïllades i sistemes de canalització

En instal·lacions interiors de mitja tensió (MT) i baixa tensió (BT) on es tracten corrents altes i l'espai és limitat, sovint s'utilitzen barres de distribució aïllades i sistemes de canalització. En aquests sistemes, les barres de distribució estan encloses dins de closques metàl·liques, que serveixen per oferir protecció mecànica i aïllament elèctric. Les closques protegeixen les barres de distribució de danys físics, com impactes accidentals o contacte amb objectes estranys, i també eviten descàrregues elèctriques aislando els conductors vius de l'entorn.

No obstant això, aquesta closca té un compromís. La presència de la closca redueix la dissipació de calor de les barres de distribució. Restringeix el flux d'aire refredant al voltant de les barres de distribució i disminueix les pèrdues per radiació, que són importants per dissipar el calor generat durant el flux de corrent. Com a resultat, els valors de corrent de les barres de distribució dins de les closques sovint són significativament més baixos en comparació amb les barres de distribució exposades a l'aire lliure.

Per abordar aquest problema i minimitzar la reducció de la capacitat de portar corrent, es poden utilitzar closques ventilades. Aquestes closques estan dissenyades amb obertures o ventils que permeten un millor circulació de l'aire, facilitant una dissipació de calor més eficient. Això ajuda a mantenir valors de corrent més alts mentre encara proporciona la protecció mecànica i l'aïllament necessaris.

La figura 4 proporciona un exemple il·lustratiu d'una barra de distribució tancada, mostrant l'estructura i l'aparença típica d'aquest sistema i destacant com la closca s'integra amb les barres de distribució per complir els requisits de les instal·lacions elèctriques interiors.

Barres de distribució aïllades i sistemes de canalització

Barres de distribució aïllades

Les barres de distribució aïllades solen construir-se utilitzant barres planes de cobre o alumini. El nombre de barres per fase pot variar, depenent de la magnitud de la corrent que s'ha de portar. En aquesta configuració, cada fase o pol individual està enclos dins d'una closca aterrada separatament. Els extrems d'aquesta closca estan connectats per una barra dissenyada per suportar la corrent total de curtcircuït.

La funció principal de la closca és prevenir l'ocurrència de corrents de curtcircuït entre fases. A més, ofereix una important avantatge relacionat amb els camps magnètics. Quan la corrent flueix pels conductors, genera camps magnètics forts. No obstant això, es produeix una corrent igual i oposada a la closca o closca, que gairebé cancel·la completament aquests camps magnètics. Aquesta cancel·lació de camps magnètics ajuda a reduir la interferència electromagnètica i minimitzar el potencial d'efectes indesitjats en equips elèctrics i electrònics propers.

Els materials aïllants comuns utilitzats per a les barres de distribució aïllades inclouen l'aire i el hexafluoruro de sòfur (SF6). L'aire és una opció disponible i econòmica, mentre que el SF6 ofereix propietats aïllants superiors, fent-lo adequat per a aplicacions on es requereixen nivells més alts d'aïllament i rendiment elèctric.

Sistemes de canalització

En instal·lacions de baixa tensió (BT), un enfocament econòmic per a la distribució d'energia, així com per a subministrar energia a múltiples equips i facilitar les interconnexions entre quadros de commutació o entre un quadro de commutació i un transformador, és l'ús d'un sistema de canalització. Com s'il·lustra en la figura 5, els sistemes de canalització proporcionen una manera estructurada i eficient de conduir els conductors elèctrics, protegint-los de danys físics i simplificant la instal·lació i el manteniment dels sistemes elèctrics.

Sistemes de canalització: Característiques i avantatges

Un sistema de canalització consta de conductors de barra plana preassemblats (incloent-hi conductors de fase i neutre) enclosos dins d'una única closca metàl·lica. Aquest disseny ofereix un enfocament organitzat i eficient per a la distribució d'energia elèctrica.

En els sistemes de canalització de alimentació, l'extracció de potència de la canalització de la barra de distribució s'aconsegueix mitjançant l'ús d'unitats de derivació. Aquestes unitats es connecten en ubicacions específiques i predefinides al llarg de la canalització de la barra de distribució. Permeten la retirada segura i controlada de potència del sistema, normalment a través de dispositius de protecció adequats com interruptors de circuit o fusibles. Aquesta configuració assegura que l'energia elèctrica es pugui distribuir precisament a diversos carregues segons sigui necessari.

Els sistemes de canalització presenten diversos avantatges significatius sobre els sistemes tradicionals basats en cables:

• Cost-effectivitat i facilitat d'instal·lació: Els sistemes de canalització són més econòmics de implementar i més simples d'instal·lar, especialment en aplicacions de corrent alta. En aquests escenaris, aconseguir els valors de corrent necessaris amb cables monocable sovint requereix l'ús de múltiples cables per complir les especificacions de caiguda de tensió i dip de tensió. Això no només augmenta la complexitat i el cost de la instal·lació de cables, sinó que també augmenta el risc de sobrecalentament entre cables, que pot potencialment portar a curtcircuïts. En canvi, els sistemes de canalització proporcionen una solució més eficient i fiable per a la distribució de potència de corrent alta.

• Força mecànica i eficiència d'instal·lació: Mostren una forta resistència mecànica a llargues distàncies amb mínima necessitat de fixacions. Aquesta característica reduix significativament els temps d'instal·lació, ja que es requereixen menys suports i fixadors en comparació amb les conduccions de cable. La robustesa dels sistemes de canalització també assegura una major durabilitat i fiabilitat durant l'operació.

• Economització d'espai i disseny simplificat: Els sistemes de canalització eliminen la necessitat de multiples conduccions de cable juntament amb el seu metall de suport associat, simplificant la infraestructura elèctrica global. Aquesta reducció de complexitat no només ahorra espai, sinó que també facilita la gestió i el manteniment del sistema.

• Reducció de requisits de terminació: Requereixen menys espai de terminació dins dels quadros de commutació. Aquest és un avantatge crucial, especialment en dissenys de quadros de commutació on l'espai és limitat, permetent disposicions de panells elèctrics més compactes i eficients.

• Eliminació de la necessitat de juntes de cable: Ja que els sistemes de canalització estan preassemblats i no requereixen juntes de cable a lloc, la necessitat de juntes de cable especialitzades s'elimina. Això no només reduix els costos de mà d'obra, sinó que també minimitza el potencial d'errors associats amb la junta de cables, millorant la qualitat i la fiabilitat general de la instal·lació elèctrica.

• Flexibilitat en la distribució de potència: Múltiples punts de derivació oferixen flexibilitat per adaptar-se a canvis en els requisits de potència després de la instal·lació inicial, subjecte a la classificació de la canalització de la barra de distribució. Aquesta característica permet una reconfiguració fàcil del sistema elèctric per acomodar noves carregues o canvis en les demandes de carrega, fent que els sistemes de canalització siguin molt adaptables a les necessitats elèctriques evolutives.

• Facilitat de reposicionament i ampliació: El reposicionament de punts de distribució és un procés simple amb els sistemes de canalització. A més, el sistema es pot ampliar fàcilment a mesura que creixen els requisits elèctrics d'una instal·lació, oferint una solució escalable per a la distribució de potència.

• Atractiu estètic: En àrees on el sistema elèctric és visible, els sistemes de canalització oferen una aparença atractiva en comparació amb paquets de cables. El seu disseny eleg