Norberto I. Sirabonian - Alfredo Rifaldi
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.
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)
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.
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
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
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
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
