Barre collettrici in rame isolate e non isolate: ottimizzazione per il sistema di alimentazione

Nel settore della trasmissione di potenza, barre collettrici in rame poiché le “arterie energetiche” svolgono oltre il 90% delle funzioni conduttive dei quadri di distribuzione. Il presente articolo analizza la conduttività, il livello di sicurezza, gli scenari applicativi e altre cinque dimensioni delle sbarre collettrici in rame isolate e non isolate, combinando le norme IEEE e i casi pratici delle principali imprese nazionali per evidenziare le differenze nel posizionamento funzionale delle due tipologie nel sistema elettrico. Lo studio dimostra che la barra collettrice in rame non isolata domina il circuito primario grazie al vantaggio in termini di densità di corrente pari a 2,68 A/mm², mentre barra collettrice in rame isolata consente di superare la resistenza di tensione di 42 kV grazie al PTFE e ad altri materiali, fungendo da protezione di sicurezza per il circuito secondario.

Differenza di conduttività

Le sbarre collettrici in rame non isolate sono realizzate in rame ad alta purezza, con una densità di corrente compresa tra 2,68 e 2,12 A/mm²; la loro sezione trasversale rettangolare consente una dissipazione naturale del calore grazie all’aumento della superficie, rendendole particolarmente adatte a scenari di trasmissione di corrente elevata, superiore a 4000 A. Al contrario, le sbarre collettrici in rame isolate, a causa della maggiore impedenza del rivestimento superficiale, a parità di area della sezione trasversale, riducono la portata di scarico di circa 15%, ma grazie alla struttura tubolare cava, è possibile controllare il coefficiente di effetto pelle (KF) a un valore pari o inferiore a 1, risultato significativamente migliore rispetto alla barra collettrice rettangolare in rame, che presenta un KF ≥ 1,8.

Parametri	Barra collettrice in rame non isolata	Barra collettrice in rame isolata
Densità di corrente (A/mm²)	2,68 (Ф100×5 mm)	2,12 (con isolamento)
Aumento della temperatura (ΔT)	≥70K	≤40K
Resistenza alla corrente di cortocircuito (kA/4 s)	160	200

Differenze nel sistema di protezione di sicurezza

Le sbarre collettrici in rame non isolate prevedono una distanza di isolamento in aria di 125 mm (norma IEC 61439-2); in ambienti umidi sussiste il rischio di dispersioni. La nostra sbarra collettrice in rame isolata, invece, è dotata di tre livelli di protezione:

• Substrato in PTFE da 0,5 mm (resistenza alla temperatura da -250 ℃ a +250 ℃)
• strato schermante in nastro di rame collegato a terra (potenziale superficiale pari a zero)
• Rivestimento in resina epossidica (resistenza alla tensione IF di 50 kV), che garantisce una protezione in qualsiasi condizione atmosferica. Gli esperimenti dimostrano che le sbarre collettrici in rame rivestite con 2 mm di resina epossidica superano comunque la prova di tenuta alla tensione di 50 kV anche quando la distanza tra i conduttori è pari a 0 mm. .

Differenze negli scenari di applicazione 

Circuito primario preferito:
Le sbarre collettrici in rame non isolate sono prevalenti in contesti quali le sottostazioni da 110 kV, grazie ai seguenti vantaggi:

• Non sono necessari sostegni per campate fino a 9 metri
• Resistenza meccanica di 294 MPa a garanzia delle prestazioni sismiche (rispetto ai 196 MPa del rame isolato).
• Adatto a locali di distribuzione con ampio spazio a disposizione.

Innovazione nel circuito secondario:
Le sbarre collettrici in rame isolate ampliano i confini delle applicazioni grazie all'evoluzione tecnologica:

• Batterie per veicoli a energia alternativa (capacità di trasporto di corrente pari a 6000 A).
• Progettazione a prova di arco elettrico per inverter fotovoltaici. .
• Quadro elettrico compatto (distanza libera ridotta da 125 mm a 65 mm).

Differenza di costo

Sebbene il costo di acquisto delle sbarre collettrici in rame isolate sia superiore del 30-50%, il loro valore si riflette nei seguenti aspetti:

• Costi di manutenzione ridotti: si evita il rischio di rottura delle fiale in ceramica (riduzione del tasso di guasto del 72%)
• Vantaggi in termini di risparmio di spazio: dimensioni del quadro elettrico da 40,5 kV ridotte del 40%
• Differenza nella durata di vita utile: la durata di vita prevista delle sbarre collettrici in rame isolate è ≥ 30 anni, ben superiore a quella delle sbarre collettrici in rame nudo, pari a 15-20 anni

Tendenze tecnologiche

I dati del settore indicano che:

1. Una svolta rivoluzionaria nel campo dei materiali: le barre collettrici in rame rivestite di grafene aumenteranno la conduttività del 20% e garantiranno l'autoisolamento.
2. Innovazione tecnologica: la verniciatura elettrostatica sostituisce i tubi termorestringenti, con un errore di spessore dello strato isolante pari a ≤0,1 mm.
3. Aggiornamento standard: la norma IEEE C37.20.2 impone l'uso di cavi in rame con isolamento vulcanizzato epossidico nelle aree critiche.

Conclusione

Nell’ambito del processo di ammodernamento delle reti elettriche, le sbarre collettrici in rame isolate e quelle non isolate non sono alternative, ma svolgono funzioni complementari. Si raccomanda di privilegiare l’uso di sbarre collettrici in rame nudo di grande sezione trasversale nel circuito primario (in scenari con capacità di trasporto di corrente > 4000 A), mentre le sbarre collettrici in rame isolate vengono utilizzate per realizzare un sistema di doppia protezione in luoghi affollati, in impianti di nuova energia e in altri scenari. Con l’entrata in vigore della nuova norma nazionale GB/T 5585.1-2025, il barra collettrice in rame isolata Si prevede che la quota di mercato crescerà dagli attuali 35% a 52% nel 2028.