Preciso barra condutora de cobre O dimensionamento é fundamental para uma circulação de energia elétrica segura, fiável e eficaz. As barras condutoras distribuem correntes elevadas em quadros de distribuição e quadros elétricos. Um dimensionamento inadequado provoca aquecimento excessivo, perda de potência, queda de tensão e possíveis avarias, como danos no isolamento ou incêndio. É essencial compreender os fatores que influenciam o dimensionamento e os métodos de dimensionamento.
A capacidade existente do barramento (ampacidade) é limitada principalmente pela eficiência térmica (aumento da temperatura), pela capacidade de corrente e pela queda de tensão. O aumento da temperatura é normalmente um dos fatores mais importantes, especialmente em recintos fechados. O calor resultante das perdas $I ^ 2R$ tem de ser dissipado para manter a temperatura dentro dos limites.
Uma fórmula simplificada para ΔT é simétrica em relação à perda de potência e inversamente proporcional à localização da dissipação de calor. ΔT ≈ 1000 × perda de potência / (1,1 × área em cm²) ΔT ≈ 1,1 × área em cm² / (1000 × perda de potência). Este valor é aproximado e não abrange toda a transferência de calor.
A transmissão de calor através das ligações reduz o aumento repentino da temperatura na sua área. O método da rede térmica avalia a circulação de calor tendo em conta o coeficiente de transferência (α), a área (A), a resistência térmica (R) e ΔT. Um valor elevado de ΔT pode indicar a presença de calor externo ou uma dissipação reduzida.
No caso de curto-circuitos, ΔT pressupõe que o calor é absorvido pelo condutor, com uma transferência insignificante ao longo desse breve período. As variáveis relevantes são o tempo (T), os níveis de temperatura inicial (Θ1) e máxima admissível (Θ2), a área (A) e a corrente RMS (I).
As versões completas avaliam o comportamento térmico em estado estacionário, tendo em conta a corrente, a secção transversal, o comprimento, a variação da resistividade do produto e a resistência de contacto. Propriedades do produto como a resistividade (ρa), a condutividade térmica (λ) e o coeficiente de temperatura (α0) são importantes. ΔT é inversamente proporcional à área da secção transversal.
A queda de tensão depende da corrente e da resistência das barras coletoras. A impedância em corrente alternada é superior à da corrente contínua, devido a efeitos de regularidade, como os efeitos de pele e de proximidade.
Para um dimensionamento preciso, são necessárias informações essenciais que especifiquem os problemas elétricos e ambientais:
Outras especificações diversas:
Estas especificações orientam a escolha do método e a redução da capacidade nominal para determinar as dimensões necessárias.
A disposição física e o ambiente têm um impacto significativo na capacidade de corrente e na eficiência térmica.
Caixa/Ventilação: As barras condutoras em caixas fechadas têm uma capacidade de corrente inferior à das instaladas ao ar livre, devido ao fluxo de ar limitado. A capacidade de corrente nestas unidades é determinada principalmente por ensaios de aumento de temperatura (UL, ANSI). As regras simples de cálculo da espessura em função da corrente não são fiáveis para sistemas em caixas fechadas. A dissipação de potência deve estar dentro da capacidade da caixa. O arrefecimento forçado aumenta a capacidade em relação à convecção natural.
Barras paralelas/Redução da potência nominal: Barras idênticas aumentam a capacidade; no entanto, verifica-se uma repartição desigual da corrente devido às tolerâncias, ligações e reatância. Isto exige uma redução da ampacidade total indicada para um valor inferior ao da soma das capacidades específicas de cada barra. As variáveis de redução aumentam à medida que o número de barras idênticas aumenta. A capacidade das barras $n$ é muito inferior a $n$ vezes a capacidade de uma única barra.
Espaçamento/Orientação: O espaçamento influencia a transferência de calor e a proximidade tem impacto. Um maior espaçamento aumenta a dissipação e a capacidade de corrente. As disposições lado a lado arrefecem com menos eficácia do que as dispostas em pilha.] Maximizar o espaçamento entre as nervuras e as perfurações melhora a transferência de calor. A ventilação horizontal da superfície inferior é menos fiável.
Equipamentos compactos/tipo sanduíche: O encapsulamento permite conceber circuitos de pequenas dimensões. O espaçamento reduzido diminui a indutância, a resistência, a queda de tensão e as perdas por dispersão.
Outras variáveis diversas: As unidades metálicas (de alumínio) reduzem os impactos de proximidade e o aquecimento da unidade. A instalação em altura requer uma redução da potência nominal. Ligações deficientes provocam o aquecimento da unidade; é essencial que a pressão de contacto seja suficiente.
Um fator de condição combinado (K) tem em conta as seguintes influências: variedade de barras (k1), área de superfície (k2), localização (k3, k4), fluxo de ar ($k5) e tipo existente (k6). A pintura aumenta a dissipação (k2 = 1,15). Os fatores de localização variam (montagem na borda k3 = 1, montagem na base k3 = 0,95, por exemplo).
O tipo de corrente, especialmente a frequência da corrente alternada, influencia a circulação da corrente através dos efeitos de pele e de proximidade, aumentando a resistência e as perdas da corrente alternada.
Efeito de pele: O ar condicionado concentra-se na proximidade da superfície, reduzindo a área efetiva. Mais evidente em frequências mais elevadas. A profundidade de penetração (a espessura da corrente desce até ~ 37%) é de ~ 8,5 mm para o cobre a 50 Hz. Isto limita a densidade eficiente das barras condutoras a valores inferiores a 10 mm. Os fatores (ys) e as fórmulas empíricas estimam as perdas adicionais.
Impacto da proximidade: Os campos eletromagnéticos provenientes de condutores próximos geram correntes de Foucault, que se concentram nessas áreas. Aumentam a resistência e as perdas de corrente alternada, especialmente quando o espaçamento entre os condutores é reduzido. A perda de potência pode aumentar mais rapidamente do que a localização.
O fator de distância (K = RAC/RDC) avalia o aumento da resistência. Uma menor distância aumenta o valor do fator de distância e as perdas.
Impacto/Mitigação Integrados: Ambos os efeitos aumentam a resistência do ar condicionado, as perdas I2R e a queda de tensão. Isto é significativo para correntes elevadas (> 2000 A) e sistemas extensos.] Pequenos aumentos nas perdas têm impacto financeiro. A reatância desequilibrada provoca desigualdades de tensão e forças eletrodinâmicas
Técnicas de redução:
O efeito misto é tido em conta através de um fator de correção (S) = aspeto da pele (Sk) * aspeto da proximidade (Sp).
O dimensionamento envolve metodologias apoiadas em normas de segurança e fiabilidade. As técnicas calculam a área necessária com base no aumento de temperatura admissível para corrente contínua, tendo em conta os impactos do ambiente e da climatização. Este processo é frequentemente repetitivo [15]
Critérios principais:
A escolha da técnica depende da complexidade do sistema, da precisão necessária, do calendário de informações e das normas regulamentares. Os sistemas das instalações ou aqueles que ultrapassam as limitações computacionais requerem uma avaliação física.
Depois de calcular a área da secção transversal necessária, escolha um tamanho e uma densidade adequados. Tenha em conta as dimensões básicas, a resistência mecânica, o desempenho térmico e a circulação de corrente.
As barras condutoras de cobre estão disponíveis em dimensões retangulares padrão. Selecione as medidas que correspondam à localização calculada (por exemplo, 500 mm em duas localizações podem corresponder a 50 × 10 mm ou a várias barras paralelas).
A densidade existente constitui um critério rigoroso. A espessura permitida é maior para barras mais pequenas. Uma estimativa aproximada para o cobre em ar parado é de ~ 2 A/mm².
A opção de dimensão final tem em conta o equilíbrio entre a eficiência elétrica/térmica, as exigências mecânicas, o espaço, o preço e a facilidade de fabrico.
Este software avançado proporciona uma análise e otimização abrangentes de sistemas de instalações, correntes elevadas e fenómenos transitórios, recorrendo à Análise por Elementos Finitos (FEA) e à Simulação de Fluxos de Fluidos (CFD).
CENOS BBH: Análise eletromagnética, térmica e arquitetónica integrada para barras coletoras de CA/CC. Simula a distribuição existente, o aquecimento doméstico por efeito Joule, pontos quentes, queda de tensão e tensão térmica. Permite a modificação e otimização do projeto. Suporta análises em estado estacionário e de curto prazo.
Ansys: Combina simulação eletromagnética (Maxwell) e térmica (Icepak). Útil para barras coletoras de inversores. O solucionador de curto prazo do Maxwell identifica a circulação de perdas óhmicas (incluindo os efeitos da climatização), que é mapeada para o Icepak para avaliação térmica. .
EMWorks: Simulação eletrotérmica centrada na geração de calor por resistência. O solucionador de transmissão elétrica, integrado à análise térmica, simula a área, a densidade atual, a probabilidade, a temperatura e a variação de calor. Requer as características do produto, os dados de entrada (convecção, ambiente) e a malha de simulação.
JMAG-Designer: Consiste na análise do esforço térmico das barras condutoras. Prevê o aumento e a variação do nível de temperatura com base na avaliação da geração de calor resultante do campo magnético.
Estes dispositivos permitem uma análise aprofundada, indo além das abordagens manuais:
Exigem conhecimentos específicos, mas aperfeiçoam os projetos, garantem a conformidade e levam ao limite as restrições de capacidade. A CFD avalia o aumento da temperatura em diversas condições. As fórmulas analíticas automatizam o cálculo da ampacidade e do coeficiente de transferência de calor. A simulação pode complementar ou substituir os ensaios físicos durante a fase de projeto.
