Preciso barra colectora de cobre El dimensionamiento es fundamental para garantizar una distribución eléctrica segura, fiable y eficaz. Las barras colectoras distribuyen corrientes elevadas en los cuadros de distribución y los cuadros eléctricos. Un dimensionamiento inadecuado provoca un calentamiento excesivo, pérdidas de potencia, caídas de tensión y posibles fallos, como daños en el aislamiento o incendios. Es esencial comprender los factores que influyen en el dimensionamiento y los métodos para calcularlo.
La capacidad de las barras colectoras (ampacidad) viene limitada principalmente por la eficiencia térmica (aumento de la temperatura), la capacidad de corriente y la caída de tensión. El aumento de temperatura suele ser uno de los factores más importantes, sobre todo en las salas. El calor generado por las pérdidas $I ^ 2R$ debe disiparse para mantener la temperatura dentro de los límites establecidos.
Una fórmula simplificada de ΔT es simétrica a la pérdida de potencia y inversamente proporcional a la ubicación de la disipación de calor. ΔT ≈ 1000 × pérdida de potencia / (1,1 × área en cm²) ΔT ≈ 1,1 × área en cm² / (1000 × pérdida de potencia). Se trata de un valor aproximado y no tiene en cuenta toda la transferencia de calor.
La transmisión de calor a través de los enlaces reduce el aumento de la temperatura en tu zona. El método de la red térmica evalúa la circulación del calor teniendo en cuenta el coeficiente de transferencia (α), la superficie (A), la resistencia térmica (R) y ΔT. Un valor elevado de ΔT podría indicar la presencia de calor externo o una menor disipación.
En el caso de los cortocircuitos, ΔT supone que el calor es absorbido por el conductor, con una transferencia insignificante durante ese breve periodo. Las variables clave son el tiempo (T), la temperatura inicial (Θ1) y la temperatura máxima admisible (Θ2), la sección transversal (A) y la corriente eficaz (I).
Las versiones completas evalúan el comportamiento térmico en régimen estacionario, teniendo en cuenta la intensidad, la sección transversal, la longitud, la variación de la resistividad del producto y la resistencia de contacto. Son importantes propiedades del material como la resistividad (ρa), la conductividad térmica (λ) y el coeficiente de temperatura (α0). ΔT es inversamente proporcional al área de la sección transversal.
La caída de tensión depende de la corriente y de la inmunidad de las barras colectoras. La impedancia en CA es mayor que en CC debido a efectos de regularidad como el efecto piel y el efecto de proximidad.
Para determinar el tamaño adecuado, es imprescindible disponer de datos clave que especifiquen los problemas eléctricos y ambientales:
Otras especificaciones diversas:
Estas especificaciones sirven de guía para elegir el método adecuado y aplicar la reducción de potencia a la hora de determinar las dimensiones necesarias.
La disposición física y el entorno influyen de manera excepcional en la capacidad de carga y la eficiencia térmica.
Carcasa/Ventilación: Las barras colectoras en recintos cerrados tienen una capacidad de corriente menor que las instaladas al aire libre debido a la limitación del flujo de aire. La capacidad de corriente en estas unidades se determina principalmente mediante ensayos de aumento de temperatura (UL, ANSI). Las reglas sencillas sobre la relación entre intensidad y sección transversal no son fiables para los sistemas en recintos cerrados. La disipación de potencia debe mantenerse dentro de la capacidad del recinto. La refrigeración forzada aumenta la capacidad de disipación en comparación con la convección natural.
Barras paralelas/Reducción de potencia: Las barras idénticas aumentan la capacidad; sin embargo, se produce un reparto desigual debido a las tolerancias, las conexiones y la reactancia. Esto exige reducir la intensidad admisible total indicada por debajo de la capacidad de las barras específicas. Las variables de reducción aumentan a medida que se añaden más barras idénticas. La capacidad de las barras $n$ es muy inferior a $n$ multiplicado por la capacidad de una sola barra.
Espaciado/Orientación: La separación influye en la transferencia de calor y la proximidad tiene sus consecuencias. Una mayor separación mejora la disipación y la capacidad de carga. Las configuraciones en paralelo se enfrían con menos eficacia que las apiladas. Maximizar la separación entre las aletas y las perforaciones mejora la transferencia de calor. La refrigeración por aire de la superficie inferior horizontal es menos fiable.
Equipos compactos/de tipo sándwich: La encapsulación permite diseños compactos. Una disposición más estrecha reduce la inductancia, la resistencia, la caída de tensión y las pérdidas por disipación.
Otras variables diversas: Las unidades metálicas (de aluminio) reducen los efectos de la proximidad y el calentamiento de la unidad. La elevación requiere una reducción de la potencia nominal. Las conexiones deficientes provocan el calentamiento de la unidad; es esencial que la presión de contacto sea suficiente.
Un factor de condición combinado (K) tiene en cuenta las siguientes influencias: variedad de barras (k1), superficie (k2), ubicación (k3, k4), flujo de aire ($k5) y tipo existente (k6). La pintura mejora la disipación (k2 = 1,15). Los factores de ubicación varían (por ejemplo, k3 = 1 si se monta en el borde y k3 = 0,95 si se monta en la base).
El tipo de corriente, especialmente la frecuencia de la corriente alterna, influye en la circulación de la corriente a través de los efectos de piel y de proximidad, lo que aumenta la resistencia a la corriente alterna y las pérdidas.
Efecto piel: El aire acondicionado se concentra cerca de la superficie, lo que reduce el área efectiva. Esto resulta más evidente a frecuencias más altas. La profundidad de piel (el espesor de la corriente desciende hasta ~ 37%) es de ~ 8,5 mm para el cobre a 50 Hz. Esto limita la densidad efectiva de las barras colectoras a menos de 10 mm. Los factores (ys) y las fórmulas empíricas estiman las pérdidas adicionales.
Impacto por proximidad: Los campos electromagnéticos procedentes de conductores cercanos generan corrientes parásitas, que se concentran en determinadas zonas. Esto aumenta la resistencia y las pérdidas en el sistema de aire acondicionado, especialmente cuando la distancia entre los conductores es reducida. La pérdida de potencia puede aumentar más rápidamente que en otras ubicaciones.
El factor de distancia (K = RAC/RDC) evalúa el aumento de la resistencia. Una menor separación aumenta el valor de la distancia y las pérdidas.
Impacto y mitigación integrados: Ambos efectos aumentan la resistencia del aire acondicionado, las pérdidas I2R y la caída de tensión. Esto es significativo en el caso de corrientes elevadas (> 2000 A) y sistemas largos.] Los pequeños aumentos de las pérdidas tienen repercusiones económicas. La reactancia desequilibrada provoca desiguales de tensión y fuerzas electrodinámicas.
Técnicas de reducción:
El efecto mixto se tiene en cuenta mediante un factor de corrección (S) = aspecto de la piel (Sk) * aspecto de la proximidad (Sp).
El dimensionamiento implica el uso de metodologías basadas en normas de seguridad y fiabilidad. Las técnicas calculan la superficie necesaria en función del aumento de temperatura admisible para una corriente continua, teniendo en cuenta los efectos del entorno y de la climatización. Este proceso suele ser repetitivo [15]
Criterios clave:
La elección de la técnica depende de la complejidad del sistema, la precisión requerida, los plazos de entrega de la información y la normativa aplicable. Los sistemas de las instalaciones o aquellos que superan los límites de cálculo requieren una evaluación física.
Una vez calculada el área de la sección transversal necesaria, elige un tamaño y una densidad adecuados. Ten en cuenta las dimensiones básicas, la resistencia mecánica, el rendimiento térmico y la circulación de corriente.
Las barras colectoras de cobre están disponibles en dimensiones rectangulares estándar. Seleccione las medidas que se ajusten a la superficie calculada (por ejemplo, para una superficie de 500 mm, se pueden utilizar dos barras de 50 × 10 mm o varias barras paralelas).
La densidad actual supone una dura prueba. El espesor admisible es mayor para las barras más finas. Una estimación aproximada para el cobre en aire en reposo es de ~ 2 A/mm².
La elección de las dimensiones finales tiene en cuenta el equilibrio entre la eficiencia eléctrica y térmica, las exigencias mecánicas, el espacio, el precio y la facilidad de fabricación.
Este software avanzado ofrece un análisis y una optimización exhaustivos de los sistemas de instalaciones, las corrientes elevadas y los transitorios mediante el análisis por elementos finitos (FEA) y el cálculo de flujo computacional (CFD).
CENOS BBH: Análisis conjunto electromagnético, térmico y arquitectónico para barras colectoras de CA/CC. Simula la distribución existente, la calefacción doméstica por efecto Joule, los puntos calientes, la caída de tensión y la tensión térmica. Permite modificar y optimizar el diseño. Admite análisis en régimen estacionario y a corto plazo.
Ansys: Simulación combinada electromagnética (Maxwell) y térmica (Icepak). Resulta útil para las barras colectoras de los inversores. El solucionador a corto plazo de Maxwell localiza la circulación de pérdidas óhmicas (que incluye los efectos de la climatización), y los datos se transfieren a Icepak para su evaluación térmica. .
EMWorks: Simulación electrotérmica centrada en la generación de calor por resistencia. El solucionador de transmisión eléctrica, integrado en el análisis térmico, simula el área, la densidad actual, la potencia, la temperatura y el intercambio de calor. Requiere las propiedades del producto, las entradas (convección, ambiente) y la mallado.
JMAG-Designer: Consiste en un análisis de las tensiones térmicas de las barras colectoras. Predice el aumento y la variación de la temperatura a partir de la evaluación de la generación de calor provocada por el campo magnético.
Estos dispositivos permiten realizar un análisis más exhaustivo que los métodos manuales:
Aunque requieren conocimientos específicos, permiten perfeccionar los diseños, garantizar el cumplimiento normativo y superar los límites de capacidad. El CFD evalúa el aumento de la temperatura en diversas condiciones. Las fórmulas analíticas automatizan el cálculo de la ampacidad y el coeficiente de transferencia de calor. La simulación puede complementar o sustituir los ensayos físicos durante la fase de diseño.
