Barras colectoras y conectores en instalaciones de alta y muy alta tensión
Barras Colectoras y Conectores en Instalaciones Interiores y Exteriores
¿Qué es una Barra Colectora Eléctrica?
Una barra colectora eléctrica se define como un conductor único o un grupo de conductores que tienen la función de recoger la energía eléctrica de los alimentadores entrantes y distribuirla a los alimentadores salientes. En esencia, actúa como una junta crucial donde convergen las corrientes de los alimentadores entrantes y salientes, agregando eficazmente la energía eléctrica en un solo punto dentro de un sistema eléctrico. Esta función hace que las barras colectoras sean componentes esenciales para facilitar el flujo y la distribución eficiente de electricidad en diversas configuraciones relacionadas con la energía.
Barras Colectoras para Instalaciones Exteriores
En instalaciones de alta tensión (AT), extra-alta tensión (EAT) y en instalaciones exteriores de media tensión (MT), se utilizan comúnmente barras colectoras y conectores desnudos. Los conductores empleados en estos escenarios pueden ser de dos tipos principales: tubulares o de alambre estrangulado.
Las barras colectoras tubulares suelen estar soportadas por aisladores de columna, que generalmente están hechos de cerámica. Estos aisladores desempeñan un papel vital en el mantenimiento del aislamiento eléctrico entre las barras colectoras y la estructura de soporte, asegurando el funcionamiento seguro y adecuado del sistema eléctrico. Por otro lado, las barras colectoras de alambre estrangulado se fijan en su lugar utilizando abrazaderas de final muerto, que sujetan firmemente los cables y evitan cualquier movimiento o aflojamiento que pudiera interrumpir la conexión eléctrica.
Las figuras 1 y 2 proporcionan ejemplos visuales que ilustran los conceptos descritos anteriormente, mostrando la apariencia y la instalación típicas de las barras colectoras exteriores y sus componentes asociados.
Barras Colectoras para Instalaciones de Interruptores
Las barras colectoras utilizadas en instalaciones de interruptores se fabrican comúnmente de cobre, aluminio o aleaciones de aluminio como las aleaciones Al-Mg-Si (aluminio-magnesio-silicio). Estos materiales se seleccionan por su conductividad eléctrica, propiedades mecánicas y rentabilidad, lo que los hace adecuados para distribuir eficientemente la energía eléctrica dentro de los sistemas de interruptores.
Principales Características de las Barras Colectoras Desnudas
Dimensiones Físicas: Para los conductores tubulares, el diámetro es un parámetro crítico, mientras que para los conductores de alambre estrangulado, la sección transversal es de importancia primordial. Estas dimensiones influyen directamente en la capacidad de corriente y la resistencia eléctrica de la barra colectora. Un diámetro o sección transversal mayor permite la transmisión de corrientes más altas con pérdidas menores.
Propiedades Mecánicas: Las barras colectoras desnudas deben poseer una resistencia mecánica adecuada para soportar las diversas fuerzas a las que se enfrentan durante la operación. Los parámetros mecánicos clave incluyen la resistencia a la tracción (la capacidad de resistir estiramientos), la resistencia a la compresión (resistencia a la presión), la resistencia a la flexión (capacidad de soportar fuerzas de flexión) y la resistencia a la pandeo (resistencia a la deformación bajo cargas de compresión). Además, los momentos de resistencia e inercia son cruciales para entender cómo la barra colectora responderá a las tensiones mecánicas, asegurando su integridad estructural a lo largo del tiempo.
Corriente Nominal: La corriente nominal de una barra colectora indica la corriente continua máxima que puede transportar de manera segura sin calentamiento excesivo o degradación de su rendimiento. Este valor se determina en función de factores como las propiedades del material, la sección transversal y las condiciones ambientales de operación. Seleccionar una barra colectora con una corriente nominal apropiada es esencial para prevenir sobrecalentamientos y posibles fallos en el sistema eléctrico.
Es importante tener en cuenta que, dado que las barras colectoras desnudas no están aisladas, el concepto de tensión nominal no se aplica de la misma manera que para los conductores aislados. Al conectar las barras colectoras a los terminales de los equipos, se deben utilizar conectores especializados. Estos conectores, como se muestra en la Figura 3, aseguran una conexión eléctrica segura y de baja resistencia, facilitando la transferencia confiable de energía eléctrica entre las barras colectoras y otros componentes del sistema de interruptores.
Conexión de Barras Colectoras y Sistemas de Barras Colectoras Aisladas
Conexión de Barras Colectoras
Cuando se trata de realizar conexiones entre barras colectoras, la elección de los conectores es crucial y depende de los materiales de las barras colectoras que se unen. Para las conexiones de cobre a cobre, se utilizan comúnmente conectores de bronce. Estos conectores ofrecen excelente conductividad eléctrica y resistencia mecánica, asegurando una conexión confiable. Para las conexiones de aluminio a aluminio, los conectores de aleaciones de aluminio son la opción ideal. Están diseñados específicamente para coincidir con las propiedades de las barras colectoras de aluminio, proporcionando una conexión segura y estable mientras minimizan el riesgo de corrosión.
En el caso de las conexiones de cobre a aluminio, los conectores bimetálicos son esenciales. Utilizar estos conectores es necesario para prevenir la corrosión que puede ocurrir debido al efecto electroquímico cuando dos metales diferentes entran en contacto en presencia de un electrolito (como la humedad en el aire). La reacción electroquímica entre el cobre y el aluminio puede llevar a la degradación de la conexión a lo largo del tiempo, potencialmente causando fallos eléctricos. Los conectores bimetálicos están diseñados para mitigar este problema, asegurando una conexión duradera y confiable entre las barras colectoras de cobre y aluminio.
Barras Colectoras Aisladas y Sistemas de Conductos
En instalaciones interiores de media tensión (MT) y baja tensión (BT), donde se involucran corrientes altas y el espacio es limitado, se utilizan comúnmente barras colectoras aisladas y sistemas de conductos. En estas configuraciones, las barras colectoras están encerradas dentro de cajas metálicas, que cumplen doble función de proporcionar protección mecánica y aislamiento eléctrico. Las cajas protegen las barras colectoras de daños físicos, como impactos accidentales o contacto con objetos extraños, y también previenen choques eléctricos aislando los conductores vivos del entorno circundante.
Sin embargo, esta caja tiene un compromiso. La presencia de la caja reduce la disipación de calor de las barras colectoras. Restringe el flujo de aire de enfriamiento alrededor de las barras colectoras y disminuye las pérdidas por radiación, que son importantes para disipar el calor generado durante el flujo de corriente. Como resultado, las clasificaciones de corriente de las barras colectoras dentro de las cajas son a menudo significativamente menores en comparación con las de las barras colectoras expuestas al aire libre.
Para abordar este problema y minimizar la reducción en la capacidad de corriente, se pueden usar cajas ventiladas. Estas cajas están diseñadas con aberturas o ventilaciones que permiten una mejor circulación de aire, facilitando una disipación de calor más eficiente. Esto ayuda a mantener clasificaciones de corriente más altas mientras aún se proporciona la protección mecánica y el aislamiento necesarios.
La Figura 4 proporciona un ejemplo ilustrativo de una barra colectora encerrada, mostrando la estructura y apariencia típicas de tal sistema y destacando cómo la caja se integra con las barras colectoras para satisfacer los requisitos de las instalaciones eléctricas interiores.
Barras Colectoras Aisladas y Sistemas de Conductos
Barras Colectoras Aisladas
Las barras colectoras aisladas se construyen típicamente usando barras planas de cobre o aluminio. El número de barras por fase puede variar, dependiendo de la magnitud de la corriente que deben transportar. En esta configuración, cada fase o polo individual está encerrado dentro de una funda separada y a tierra. Los extremos de esta funda están conectados por una barra clasificada para la corriente de cortocircuito total.
La función principal de la funda es prevenir la ocurrencia de corrientes de cortocircuito inter-fase. Además, ofrece una ventaja importante relacionada con los campos magnéticos. Cuando la corriente fluye a través de los conductores, genera fuertes campos magnéticos. Sin embargo, una corriente igual y opuesta se induce en la caja o funda, que casi cancela completamente estos campos magnéticos. Esta cancelación de los campos magnéticos ayuda a reducir la interferencia electromagnética y minimizar el potencial de efectos indeseados en equipos eléctricos y electrónicos cercanos.
Los materiales aislantes comúnmente utilizados para las barras colectoras aisladas incluyen el aire y el hexafluoruro de azufre (SF6). El aire es una opción disponible y económica, mientras que el SF6 ofrece propiedades aislantes superiores, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde se requieren niveles más altos de aislamiento y rendimiento eléctrico.
Sistemas de Conductos
En instalaciones de baja tensión (BT), un enfoque costo-efectivo para la distribución de energía, así como para suministrar energía a múltiples equipos y facilitar interconexiones entre cuadros de distribución o entre un cuadro de distribución y un transformador, es el uso de un sistema de conductos. Como se ilustra en la Figura 5, los sistemas de conductos proporcionan una forma estructurada y eficiente de enrutar los conductores eléctricos, protegiéndolos de daños físicos y simplificando la instalación y el mantenimiento de los sistemas eléctricos.
Sistemas de Conductos: Características y Ventajas
Un sistema de conductos consta de conductores planos preensamblados (incluyendo conductores de fase y neutro) encerrados dentro de una sola carcasa metálica. Este diseño ofrece un enfoque simplificado y organizado para la distribución de energía eléctrica.
En los sistemas de conductos de alimentación, la extracción de energía de la línea de barras colectoras se logra mediante unidades de derivación. Estas unidades se conectan en ubicaciones específicas y predefinidas a lo largo de la línea de barras colectoras. Permiten la extracción segura y controlada de energía del sistema, generalmente a través de dispositivos de protección adecuados como interruptores automáticos o fusibles. Esta configuración asegura que la energía eléctrica se pueda distribuir precisamente a varias cargas según sea necesario.
Los sistemas de conductos presentan varias ventajas significativas sobre los sistemas basados en cables tradicionales:
Costo-efectividad y Facilidad de Instalación: Los sistemas de conductos son más económicos de implementar y más simples de instalar, especialmente en aplicaciones de alta corriente. En tales escenarios, lograr las clasificaciones de corriente necesarias con cables de un solo núcleo a menudo requiere el uso de múltiples cables para cumplir con las especificaciones de caída de tensión y hundimiento de tensión. Esto no solo aumenta la complejidad y el costo de la instalación de cables, sino que también eleva el riesgo de sobrecalentamiento entre los cables, que potencialmente puede llevar a cortocircuitos. En contraste, los sistemas de conductos proporcionan una solución más eficiente y confiable para la distribución de energía de alta corriente.
Resistencia Mecánica y Eficiencia de Instalación: Exhiben una resistencia mecánica superior a lo largo de distancias largas con mínima necesidad de fijaciones. Esta característica reduce significativamente los tiempos de instalación, ya que se requieren menos soportes y fijadores en comparación con las corridas de cable. La robustez de los sistemas de conductos también asegura una mayor durabilidad y confiabilidad durante la operación.
Ahorro de Espacio y Diseño Simplificado: Los sistemas de conductos eliminan la necesidad de múltiples corridas de cable junto con su metalurgia de soporte asociada, simplificando la infraestructura eléctrica en general. Esta reducción en la complejidad no solo ahorra espacio, sino que también hace que el sistema sea más fácil de administrar y mantener.
Menor Requisito de Terminación: Demandan menos espacio de terminación dentro de los cuadros de distribución. Esta es una ventaja crucial, especialmente en diseños de cuadros de distribución donde el espacio es limitado, permitiendo diseños de paneles eléctricos más compactos y eficientes.
Eliminación de la Necesidad de Empalmadores de Cable: Dado que los sistemas de conductos están preensamblados y no requieren empalmes de cable en el sitio, se elimina la necesidad de empalmadores de cable especializados. Esto no solo reduce los costos de mano de obra, sino que también minimiza el potencial de errores asociados con la unión de cables, mejorando la calidad y confiabilidad general de la instalación eléctrica.
Flexibilidad en la Distribución de Energía: Múltiples tomas de derivación proporcionan flexibilidad para adaptarse a cambios en los requisitos de energía después de la instalación inicial, sujeto a la clasificación de la línea de barras colectoras. Esta característica permite una reconfiguración fácil del sistema eléctrico para acomodar nuevas cargas o cambios en las demandas de carga, haciendo que los sistemas de conductos sean altamente adaptables a las necesidades eléctricas en evolución.
Facilidad de Reposicionamiento y Extensión: El reposicionamiento de los puntos de distribución es un proceso sencillo con los sistemas de conductos. Además, el sistema se puede extender fácilmente a medida que crecen los requisitos eléctricos de una instalación, ofreciendo una solución escalable para la distribución de energía.
Atractivo Estético: En áreas donde el sistema eléctrico es visible, los sistemas de conductos ofrecen una apariencia estéticamente agradable en comparación con los paquetes de cables. Su diseño elegante y uniforme puede mejorar la apariencia visual del interior de un edificio, haciéndolos una opción preferida en espacios comerciales y públicos.
Reutilización: Los sistemas de conductos de barras colectoras pueden desmontarse y reutilizarse en otras áreas, proporcionando una solución costo-efectiva para instalaciones que están sometidas a renovación o expansión. Este factor de reutilización no solo reduce el desperdicio, sino que también ofrece un ahorro significativo en términos de costos de material e instalación.
Mayor Resistencia al Fuego: Ofrecen una mejor resistencia a la propagación del fuego en comparación con los sistemas de cables tradicionales. La carcasa metálica del conducto ayuda a contener el fuego y prevenir su propagación a través del sistema eléctrico, contribuyendo a una mayor seguridad contra incendios en edificios.
