DIMENSIONAMIENTO DE BARRAS
Laminas del tema - introducción
bar03.jpg El croquis muestra un centro de transformación que puede ser de una planta industrial, se alimenta en media tensión 13.2 kV, la potencia del transformador es 1000 kVA, puede definirse la corriente presente en los distintos componentes.
Obsérvese la celda de media tensión, el transformador, y el tablero de baja tensión, deben unirse con cables, en media tensión la sección puede ser mínima, mientras en baja tensión es necesario transportar 1500 A, lo que puede hacerse con varios cables en paralelo, o un conducto de barras.
La definición de las salidas del tablero de baja tensión requiere el conocimiento de las cargas que se conectarán.
bar04.jpg La figura muestra la solución constructiva de un centro compacto obsérvese sobre el bastidor, la sucesión tablero de media tensión, transformador, tablero de baja tensión, que forman el centro de distribución, sendos conductos barras a ambos lados del transformador.
Los conductos son de longitud mínima, por lo que se encuentran próximas las instalaciones de media tensión y baja
bar05.jpg Cuando se prefiere mantener cierta distancia entre transformador (media tensión) y tablero de baja tensión, el conducto barras puede ser una solución en Puente sobre el pasillo que separa a los equipos. La longitud de la conexión resulta mínima.
Barras y conductos de barras
bar06.jpg Las barras se pueden montar sobre aisladores soporte, solución tradicional, la distancia entre fases [a] es función de la aislamiento, los aisladores deben soportar los esfuerzos de atracción y repulsión entre barras cuando circulan elevadas corrientes de cortocircuito, la distancia entre cada par de aisladores es [l] función de la solicitación electrodinámica.
bar07.jpg Las barras pueden estar expuestas al aire, tanto en interior como exterior, encerradas en un conducto metálico, de hierro con corrientes menores, y de material diamagnético (aluminio) con corrientes mayores ( del orden de 5000 A), con cada fase en un conducto metálico (que no puede ser ferromagnético) solución que nos hace pensar en un cable coaxial aislado con aire.
bar08.jpg En baja tensión se trata de minimizar la reactancia para mantener contenidas las caídas de tensión, la aislamiento entre barras puede ser sólida, como en los cables, se trata de conductos de barras que pueden tener longitudes importantes (hasta de un centenar de metros). La figura muestra la adaptación a la distribución eléctrica en un edificio de varios pisos.
bar09.jpg El conducto de barras se especifica para presentar las siguientes características:
- tensión nominal
- corriente nominal
- corriente de cortocircuito (pico máximo)
- corriente térmica de breve duración y tiempo correspondiente
bar10.jpg La forma de las barras puede ser variada, deben presentar gran superficie para disipar el calor, y sección suficiente para transmitir la corriente, la forma debe ser mecánicamente resistente.
Se utilizan barras planas por la superficie de disipación relativamente importante, tubulares por la máxima resistencia mecánica y gran superficie, las cilíndricas macizas solo se utilizan en casos de exigencias mínimas.
También se utilizan barras con formas de perfiles L o C.
Las barras deben transportar la corriente de interés en las condiciones extremas que impone el ambiente, temperatura, y movimiento del aire (convecino), radiación del calor (debe considerarse la emisividad) y también al exterior se puede presentar importante radiación solar.
bar11.jpg Obsérvese las formas preferidas de las barras, las temperaturas ambiente y máxima definen el calor que la barra puede disipar, y la corriente que puede transmitir.
El material con que se hacen las barras puede ser cobre o aluminio (o aleación de aluminio en algunos casos)
Corrinte nominal
bar12.jpg las barras planas se pueden instalar solas o en haz (2, 3 o 4), las normas incluyen tablas que teniendo en cuenta el calentamiento mutuo, fijan la corriente admisible del haz, para distintas dimensiones de barras, y condiciones de temperaturas y terminación superficial (pintadas o no).
bar13.jpg La corriente máxima que puede transportarse con una barra depende de varios factores llamados k, que afectan la corriente en condiciones ideales:
- k1 conductividad del material
- k2 temperatura ambiente
- k3 disposición de las barras
- k4 efectos skin (pelicular) y de proximidad
- k5 densidad del aire (altura sobre el nivel del mar)
bar14.jpg los factores se determinan con ábacos, tablas o formulas.
La figura muestra para los factores k1 y k2 los ábacos característicos.
bar15.jpg el factor k3 para distintas disposiciones de barras y si pintadas o no
bar16.jpg el factor k4 según sean las relaciones dimensiónales altura de la barra, espesor, distancia
bar17.jpg el factor k5 en relación con la altura sobre el nivel del mar
bar18.jpg según sea la forma de la barra aumenta la eficiencia de la disipación de calor (para una dada sección y espesor), nótese que con adecuada disposición se puede transmitir casi el doble de corriente (170%)
bar19.jpg si las fases se mantienen separadas la reactancia de las barras puede asumir importancia, su peso se reduce intercalando las barras de las distintas fases, solución característica de la baja tensión, se trata de minimizar la distancia media geométrica entre conductores, que se utiliza en la determinación de la reactancia.
Esfuerzos electrodinamicos
bar20.jpg Los esfuerzos electrodinámicos entre conductores son por efecto de que la corriente en un conductor esta sumergida en el campo magnético que produce la corriente de otro conductor, y sobre cada trozo elemental de conductor se presenta una fuerza elemental que tiende a desplazarlo y deformarlo.
bar25.jpg La fuerza total que se presenta en una barra se obtiene por integración, si las barras son rectilíneas la formula es relativamente simple siendo lo mas notable que depende del producto de las corrientes (del cuadrado para un camino de ida y regreso)
bar26.jpg la formula se aplica a un tramo de barra entre dos aisladores soportes, las barras pueden ser compuestas (un haz como en la figura) con lo que se incremente el momento resistente, y puede haber distintas cantidades de separadores en cada tramos de barras. Todos estas particularidades son consideradas en el calculo mediante factores.
bar27.jpg Pero al estar los conductores en haz, también aparecen fuerzas debidas al subconductor próximo. Es decir se presenta fuerzas entre conductores principales y fuerzas entre subconductores, que se suman para dar la máxima fuerza y estado de tensión mecánica en un subconductor.
bar27b.jpg Las fuerzas entre conductores principales se presentan sobre los aisladores, según sea su forma tienden a volcarlos, y estos deben resistir el momento flector que se presenta en la cabeza y en la base en especial
bar28.jpg Para evaluar las fuerzas y tener en cuenta distintas condiciones que las reducen yo las amplificas (por efectos de resonancia mecánica) se utilizan coeficientes con significados especiales, que se exponen en la figura
Factores de calculos de esfuerzos
bar29.jpg otros factores tienen en cuenta los tipos de apoyos de la viga que representa la barra, indicados en la figura
bar30.jpg Es importante destacar que si se presentan deformaciones plásticas (limitadas) los efectos de resonancia pierden importancia, por lo que se puede exigir mecánicamente la barra hasta mas allá de su limite elástico , lógicamente sin llegar a la rotura.
bar31.jpg Las formulas presentadas permiten evaluar las condiciones de resonancia
bar32.jpg factores de corrección (de la resonancia, y vibración correspondiente) para distintas disposiciones de barras
bar33.jpg factores en el caso de corriente continua (donde la fuerza es constante y no varia con frecuencia doble como en corriente alterna)
bar34.jpg referencias para obtener los factores que determinan las fuerzas
bar35.jpg (figura 6) factores de amplificación nuF y nusigma que dependen de la frecuencia de resonancia para cortocircuitos monofásico y bifásico, nusigmaT es valido para cualquier caso
bar36.jpg (figura 7) factores de amplificación nuF y nusigma que dependen de la frecuencia de resonancia para cortocircuitos trifásico
Corrinte termica de breve duracion
bar37.jpg solicitación térmica, que equivale a cierta corriente de amplitud constante por cierto tiempo.
bar38.jpg factores m y n que tienen en cuanta la variación de amplitud de la corriente y permiten evaluar una corriente constante equivalente
bar39.jpg efecto de calentamiento de una corriente de breve duración
bar40.jpg hay ábacos que permiten determinar estos efectos
Conclusiones
bar41.jpg verificación de corriente permanente, y sobretemperatura que se presenta
bar43.jpg resumen conceptual de los efectos electrodinámicos
bar44.jpg sucesión de efectos electrodinámicos en operaciones de recierre
No hay comentarios.:
Publicar un comentario