Barre di distribuzione e connettori in impianti ad alta e molto alta tensione

Cos'è una Barra Elettrica?

Una barra elettrica è un conduttore o un insieme di conduttori progettati per raccogliere l'energia elettrica dai cavi in entrata e distribuirla ai cavi in uscita. Funzionalmente, serve come un punto di congiunzione dove le correnti in entrata e in uscita convergono, agendo come un hub centrale per l'aggregazione e la distribuzione dell'energia.

Installazioni di Barre Elettriche all'Esterno

Nei sistemi ad alta tensione (AT), extra-alta tensione (EAT) e media tensione (MT) all'aperto, sono tipicamente utilizzate barre e connettori nudi, disponibili in configurazioni tubolari o a filo intrecciato:

• Barre Tubolari: Sostenute da isolatori a colonna (di solito in ceramica), offrono alta resistenza meccanica e elevata resistenza alla corona.

• Barre a Filo Intrecciato: Fissate con morsetti terminali, ideali per installazioni che richiedono flessibilità su grandi spanne.

(Esempi delle configurazioni sopra menzionate sono illustrati nelle Figure 1 e 2.)

Barre Elettriche per Installazioni di Apparati di Comando e Protezione

Le barre elettriche per apparati di comando e protezione sono generalmente realizzate in rame, alluminio o leghe di alluminio (ad esempio, serie Al-Mg-Si), con caratteristiche chiave delle barre nude che includono:

• Parametri Geometrici

• Conduttori tubolari: Diametro esterno e spessore della parete

• Filamenti intrecciati: Sezione trasversale nominale

• Proprietà Meccaniche

• Resistenza a trazione/compressione/flessione

• Resistenza al ribaltamento

• Modulo d'inerzia e momento d'inerzia

• Capacità di Portata di Corrente

• Corrente nominale: Determinata dalla resistività del materiale e dalle condizioni di dissipazione termica. Poiché i conduttori nudi si basano sull'isolamento aerea, la tensione nominale non è un criterio di selezione primario.

Tecnologia di Connessione delle Barre Elettriche

I connettori dedicati sono essenziali per terminare le barre elettriche all'equipaggiamento, come illustrato nella Figura 3. Le configurazioni tipiche includono:

• Connessioni a vite: Giunti rigidi fissati con viti controllate in coppia, che richiedono la gestione della resistenza di contatto per prevenire il surriscaldamento

• Giunti di espansione: Compensano l'espansione termica, riducendo le concentrazioni di stress strutturale

• Terminali di transizione: Risolvono la corrosione elettrochimica tra materiali diversi (ad esempio, interfacce rame-alluminio)

Il design della connessione deve conformarsi a:

• Standard di area di contatto per l'aumento di temperatura (ad esempio, IEC 61439)

• Trattamenti di compatibilità dei materiali (ad esempio, verniciatura a stagno per transizioni rame-alluminio)

• Stabilità meccanica sotto forze elettrodinamiche di cortocircuito

Considerazioni di Ingegneria

I sistemi di barre elettriche per apparati di comando e protezione a media/alta tensione richiedono un design integrato per:

• Gestione termica: Convezione d'aria ottimizzata o raffreddamento forzato per controllare l'aumento di temperatura

• Stabilità dinamica: Integrità strutturale sotto forze elettrodinamiche di cortocircuito

• Protezione ambientale: Protezione contro l'ingresso IP3X o superiore in accordo con gli ambienti operativi

Queste misure garantiscono collettivamente una trasmissione affidabile dell'energia e una vita utile prolungata dell'equipaggiamento.

Ampliamente utilizzati in data center e impianti industriali per la distribuzione di potenza ad alta corrente, questi sistemi consentono una disposizione flessibile e un facile ampliamento tramite design modulare.
Per le connessioni rame-rame, vengono utilizzati connettori in bronzo; per le connessioni alluminio-alluminio, dovrebbero essere applicati connettori in lega di alluminio; e per le connessioni rame-alluminio, sono obbligatori connettori bimetalli per prevenire la corrosione causata dagli effetti elettrolitici.
Barre Elettriche Isolate e Sistemi Trunking
Nelle installazioni a media e bassa tensione (MT e BT) all'interno, in particolare dove coesistono correnti elevate e spazio limitato, le barre elettriche sono spesso racchiuse in involucri metallici per protezione meccanica e isolamento.Questo design riduce la dissipazione termica delle barre elettriche a causa del flusso d'aria limitato e delle perdite per irraggiamento, risultando in valori di corrente significativamente inferiori rispetto alle installazioni in aria libera. Gli involucri ventilati possono essere utilizzati per minimizzare la derata della corrente.

Analisi dei Dettagli Tecnici

• Protezione Elettrochimica per Connessioni tra Materiali Diversi

• Giunti rame-rame: Connettori in bronzo (bronzo di stagno o bronzo di alluminio) migliorano l'affidabilità del contatto attraverso il rafforzamento in soluzione solida, prevenendo il rilassamento del rame puro.

• Giunti alluminio-alluminio: Connettori in lega di alluminio 6061-T6 subiscono trattamento di invecchiamento per garantire la stabilità del film ossidico.

• Transizioni rame-alluminio: Connettori bimetalli utilizzano saldatura esplosiva o brasatura (ad esempio, barre composite rame-alluminio) per bloccare i percorsi di corrosione elettrochimica.

• Sfide di Gestione Termica nelle Barre Elettriche Racchiuse
  Analisi della resistenza termica: Gli spazi d'aria formati dagli involucri riducono la conducibilità termica del 30%-50%.
  Soluzioni di compensazione:
  

• Raffreddamento a forza: Ventilatori interni aumentano la capacità di portata di corrente del 20%-30%.

• Alette di raffreddamento degli involucri: Area superficiale aumentata per la convezione naturale.

• Isolamento a elevata conducibilità termica: Rivestimenti in gomma silicone per ridurre la resistenza termica.

• Specifiche di Applicazione Ingegneristica
  

• Classe di protezione: Tipicamente IP54 per ambienti interni, aggiornata a IP65 in condizioni umide.

• Resistenza al cortocircuito: Conforme ai requisiti di stabilità dinamica e termica IEC 61439.

• Compensazione dell'espansione: Giunti di espansione ogni 30-50 metri per accogliere la deformazione termica.

Ampliamente utilizzati in data center e impianti industriali per la distribuzione di potenza ad alta corrente, questi sistemi consentono una disposizione flessibile e un facile ampliamento tramite design modulare.

Barre Elettriche Isolate

Le barre elettriche isolate sono tipicamente costituite da barre piatte di rame o alluminio (una o più per fase, dimensionate in base ai requisiti di corrente), con ogni fase racchiusa in un involucro separato e terra. Le estremità dell'involucro sono connesse da barre a cortocircuito in grado di trasportare le correnti di difetto complete.L'involucro preven