Barras de distribuição e conectores em instalações de alta e extra-alta tensão

Barras de Distribuição e Conectores em Instalações Internas e Externas

O que é uma Barra de Distribuição Elétrica?

Uma barra de distribuição elétrica é definida como um condutor único ou um grupo de condutores que serve para coletar energia elétrica de alimentações de entrada e distribuí-la para alimentações de saída. Em essência, ela atua como uma junção crucial onde as correntes das alimentações de entrada e saída convergem, efetivamente agregando a energia elétrica em um único ponto dentro de um sistema elétrico. Essa função torna as barras de distribuição componentes essenciais para facilitar o fluxo e a distribuição eficientes de eletricidade em várias configurações relacionadas à energia.

Barras de Distribuição para Instalações Externas

Em instalações de alta tensão (AT), extra-alta tensão (EAT) e em instalações externas de média tensão (MT), são comumente utilizadas barras de distribuição e conectores descobertos. Os condutores empregados nesses cenários podem ser de dois tipos principais: tubulares ou de fios trançados.

As barras de distribuição tubulares são geralmente suportadas por isoladores de coluna, que são normalmente feitos de cerâmica. Esses isoladores desempenham um papel vital na manutenção do isolamento elétrico entre as barras de distribuição e a estrutura de suporte, garantindo o funcionamento seguro e adequado do sistema elétrico. Por outro lado, as barras de distribuição de fios trançados são fixadas no lugar usando grampas de extremidade morta, que seguram firmemente os fios e impedem qualquer movimento ou afrouxamento que possa interromper a conexão elétrica.

As Figuras 1 e 2 fornecem exemplos visuais que ilustram os conceitos descritos acima, mostrando a aparência típica e a instalação de barras de distribuição externas e seus componentes associados.

Barras de Distribuição para Instalações de Quadros de Distribuição

As barras de distribuição usadas em instalações de quadros de distribuição são comumente fabricadas de cobre, alumínio ou ligas de alumínio, como ligas Al-Mg-Si (alumínio-magnésio-silício). Esses materiais são selecionados por sua condutividade elétrica, propriedades mecânicas e custo-efetividade, tornando-os adequados para distribuir eficientemente a energia elétrica dentro dos sistemas de quadros de distribuição.

Principais Características das Barras de Distribuição Descobertas

• Dimensões Físicas: Para condutores tubulares, o diâmetro é um parâmetro crítico, enquanto para condutores de fios trançados, a seção transversal é de importância primordial. Essas dimensões influenciam diretamente a capacidade de condução de corrente e a resistência elétrica da barra de distribuição. Um maior diâmetro ou seção transversal permite a transmissão de correntes mais altas com perdas menores.

• Propriedades Mecânicas: As barras de distribuição descobertas devem possuir resistência mecânica adequada para suportar diversas forças encontradas durante a operação. Parâmetros mecânicos-chave incluem resistência à tração (capacidade de resistir ao alongamento), resistência à compressão (resistência à compressão), resistência à flexão (capacidade de resistir a forças de flexão) e resistência à flambagem (resistência à deformação sob cargas compressivas). Além disso, momentos de resistência e inércia são cruciais para entender como a barra de distribuição responderá às tensões mecânicas, garantindo sua integridade estrutural ao longo do tempo.

• Corrente Nominal: A corrente nominal de uma barra de distribuição indica a corrente contínua máxima que pode ser transportada com segurança sem aquecimento excessivo ou degradação de seu desempenho. Esse valor é determinado com base em fatores como as propriedades do material, a seção transversal e as condições ambientais de operação. Selecionar uma barra de distribuição com a corrente nominal apropriada é essencial para prevenir o superaquecimento e potenciais falhas no sistema elétrico.

É importante notar que, já que as barras de distribuição descobertas não são isoladas, o conceito de tensão nominal não se aplica da mesma forma que para condutores isolados. Ao conectar barras de distribuição a terminais de equipamentos, devem ser usados conectores especializados. Esses conectores, como exemplificado na Figura 3, garantem uma conexão elétrica segura e de baixa resistência, facilitando a transferência confiável de energia elétrica entre as barras de distribuição e outros componentes do sistema de quadro de distribuição.

Conexão de Barras de Distribuição e Sistemas de Barras de Distribuição Isoladas

Conexão de Barras de Distribuição

Quando se trata de fazer conexões entre barras de distribuição, a escolha dos conectores é crucial e depende dos materiais das barras de distribuição sendo unidas. Para conexões cobre-cobre, são tipicamente utilizados conectores de bronze. Esses conectores oferecem excelente condutividade elétrica e resistência mecânica, garantindo uma conexão confiável. Para conexões alumínio-alumínio, os conectores de liga de alumínio são a escolha ideal. Eles são projetados especificamente para combinar com as propriedades das barras de distribuição de alumínio, fornecendo uma conexão segura e estável, minimizando o risco de corrosão.

No caso de conexões cobre-alumínio, conectores bimetálicos são essenciais. O uso desses conectores é necessário para prevenir a corrosão que pode ocorrer devido ao efeito eletrolítico quando dois metais diferentes entram em contato na presença de um eletrolito (como a umidade do ar). A reação eletrolítica entre o cobre e o alumínio pode levar à degradação da conexão ao longo do tempo, potencialmente causando falhas elétricas. Conectores bimetálicos são projetados para mitigar esse problema, garantindo uma conexão duradoura e confiável entre barras de distribuição de cobre e alumínio.

Barras de Distribuição Isoladas & Sistemas de Dutos

Em instalações internas de média tensão (MT) e baixa tensão (BT), onde correntes elevadas estão envolvidas e o espaço é limitado, são frequentemente utilizadas barras de distribuição isoladas e sistemas de dutos. Nesses sistemas, as barras de distribuição são encerradas em caixas metálicas, que servem para duplo propósito de fornecer proteção mecânica e isolamento elétrico. As caixas protegem as barras de distribuição contra danos físicos, como impactos acidentais ou contato com objetos estranhos, e também previnem choques elétricos, isolando os condutores vivos do ambiente circundante.

No entanto, essa caixa vem com um compromisso. A presença da caixa reduz a dissipação de calor das barras de distribuição. Ela restringe o fluxo de ar de resfriamento em torno das barras de distribuição e diminui as perdas por radiação, que são importantes para dissipar o calor gerado durante o fluxo de corrente. Como resultado, as classificações de corrente de barras de distribuição dentro de caixas são frequentemente significativamente menores em comparação com as de barras de distribuição expostas ao ar livre.

Para abordar esse problema e minimizar a redução na capacidade de condução de corrente, podem ser usadas caixas ventiladas. Essas caixas são projetadas com aberturas ou ventilações que permitem uma melhor circulação de ar, facilitando uma dissipação de calor mais eficiente. Isso ajuda a manter classificações de corrente mais altas, ainda fornecendo a proteção mecânica e isolamento necessários.

A Figura 4 fornece um exemplo ilustrativo de uma barra de distribuição encerrada, mostrando a estrutura e aparência típicas de tal sistema e destacando como a caixa é integrada às barras de distribuição para atender aos requisitos de instalações elétricas internas.

Barras de Distribuição Isoladas e Sistemas de Dutos

Barras de Distribuição Isoladas

As barras de distribuição isoladas são tipicamente construídas usando barras planas de cobre ou alumínio. O número de barras por fase pode variar, dependendo da magnitude da corrente que elas são requeridas a transportar. Nessa configuração, cada fase ou polo individual é encerrado em uma capa separadamente aterrada. As extremidades dessa capa são conectadas por uma barra classificada para a corrente de curto-circuito total.

A função principal da capa é prevenir a ocorrência de correntes de curto-circuito inter-fase. Além disso, ela oferece uma vantagem importante relacionada a campos magnéticos. Quando a corrente flui pelos condutores, gera campos magnéticos fortes. No entanto, uma corrente igual e oposta é induzida na capa ou invólucro, que quase cancela completamente esses campos magnéticos. Este cancelamento de campos magnéticos ajuda a reduzir a interferência eletromagnética e minimiza o potencial de efeitos indesejados em equipamentos elétricos e eletrônicos próximos.

Os materiais isolantes comumente empregados para barras de distribuição isoladas incluem ar e hexafluoreto de enxofre (SF6). O ar é uma opção disponível e econômica, enquanto o SF6 oferece propriedades isolantes superiores, tornando-o adequado para aplicações onde níveis mais altos de isolamento e desempenho elétrico são necessários.

Sistemas de Dutos

Em instalações de baixa tensão (BT), uma abordagem econômica para a distribuição de energia, bem como para o fornecimento de energia a múltiplos equipamentos e a facilitação de interconexões entre quadros de distribuição ou entre um quadro de distribuição e um transformador, é o uso de um sistema de dutos. Como ilustrado na Figura 5, os sistemas de dutos fornecem uma maneira estruturada e eficiente de rotear condutores elétricos, protegendo-os de danos físicos e simplificando a instalação e manutenção de sistemas elétricos.

Sistemas de Dutos: Características e Vantagens

Um sistema de dutos consiste em condutores de barra plana pré-montados (incluindo condutores de fase e neutro) encerrados em uma única caixa metálica. Este design oferece uma abordagem simplificada e organizada para a distribuição de energia elétrica.

Nos sistemas de dutos de alimentação, a extração de energia da barra de distribuição é realizada através do uso de unidades de derivação. Essas unidades são conectadas em locais específicos e pré-definidos ao longo da barra de distribuição. Elas permitem a remoção segura e controlada de energia do sistema, geralmente por meio de dispositivos de proteção apropriados, como disjuntores ou fusíveis. Esta configuração garante que a energia elétrica possa ser distribuída precisamente para várias cargas conforme necessário.

Os sistemas de dutos apresentam várias vantagens significativas sobre os sistemas baseados em cabos tradicionais:

• Custo-Efetividade e Facilidade de Instalação: Os sistemas de dutos são mais econômicos de implementar e mais simples de instalar, especialmente em aplicações de alta corrente. Nesses cenários, atingir as classificações de corrente necessárias com cabos de núcleo único frequentemente exige o uso de múltiplos cabos para atender às especificações de queda de tensão e dip de tensão. Isso não apenas aumenta a complexidade e o custo da instalação de cabos, mas também eleva o risco de superaquecimento entre os cabos, que pode potencialmente levar a curtos-circuitos. Em contraste, os sistemas de dutos fornecem uma solução mais eficiente e confiável para a distribuição de energia de alta corrente.

• Resistência Mecânica e Eficiência de Instalação: Eles exibem superior resistência mecânica em distâncias longas com mínima necessidade de fixações. Essa característica reduz significativamente os tempos de instalação, pois são necessários menos suportes e fixadores em comparação com corridas de cabos. A robustez dos sistemas de dutos também garante maior durabilidade e confiabilidade durante a operação.

• Economia de Espaço e Design Simplificado: Os sistemas de dutos eliminam a necessidade de múltiplas corridas de cabos juntamente com suas estruturas de metal de apoio, simplificando a infraestrutura elétrica geral. Essa redução na complexidade não apenas economiza espaço, mas também torna o sistema mais fácil de gerenciar e manter.

• Redução nos Requisitos de Terminação: Eles demandam menos espaço de terminação dentro dos quadros de distribuição. Esta é uma vantagem crucial, especialmente em designs de quadros de distribuição onde o espaço é limitado, permitindo layouts de painéis elétricos mais compactos e eficientes.

• Eliminação da Necessidade de Emparelhadores de Cabos: Como os sistemas de dutos são pré-montados e não requerem emendas de cabo no local, a necessidade de emparelhadores de cabos especializados é eliminada. Isso não apenas reduz os custos de mão de obra, mas também minimiza o potencial de erros associados à junção de cabos, aumentando a qualidade e confiabilidade geral da instalação elétrica.

• Flexibilidade na Distribuição de Energia: Múltiplas tomadas de derivação fornecem flexibilidade para se adaptar a mudanças nos requisitos de energia após a instalação inicial, sujeitas à classificação da barra de distribuição. Esta característica permite a reconfiguração fácil do sistema elétrico para acomodar novas cargas ou mudanças nas demandas de carga, tornando os sistemas de dutos altamente adaptáveis às necessidades elétricas em evolução.

• Facilidade de Reposicionamento e Extensão: O reposicionamento de pontos de distribuição é um processo simples com os sistemas de dutos. Além disso, o sistema pode ser facilmente estendido à medida que as necessidades de energia de uma instalação crescem, oferecendo uma solução escalável para a distribuição de energia.

• Atração Estética: Em áreas onde o sistema elétrico é visível, os sistemas de dutos oferecem uma aparência esteticamente agradável em comparação com pacotes de cabos. Seu design elegante e uniforme pode melhorar a aparência visual do interior de um edifício, tornando-os uma escolha preferida em espaços comerciais e públicos.

• Reutilização: Os sistemas de dutos de barras de distribuição podem ser desmontados e reutilizados em outras áreas, fornecendo uma solução econômica para instalações em renovação ou expansão. Este fator de reutilização não apenas reduz o desperdício, mas também oferece economias significativas em termos de custos de material e instalação.

• Melhor Resistência ao Fogo: Eles proporcionam melhor resistência à propagação do fogo em comparação com os sistemas de cabos tradicionais. A caixa metálica do duto ajuda a conter o fogo e a impedir que ele se propague através do sistema elétrico, contribuindo para a melhoria da segurança contra incêndios em edifícios.