Tensiones electromagnéticas en sistemas de barras

En la mayoría de los sistemas de barras colectoras, los conductores portadores de corriente suelen ser rectos y paralelos entre sí.La fuerza Producida por los

Métodos de reducción

Cuando un conductor lleva una corriente crea una campo magnético Que interactúa con cualquier otro campo magnético. Presente para producir una fuerza. Cuando las corrientes que fluyen en dos conductores adyacentes están en la misma dirección, la fuerza es de atracción, y cuando las corrientes están en direcciones opuestas, se produce una fuerza repulsiva.

Tensiones electromagnéticas en el sistema de barras colectoras (crédito de foto: teknomega.com)

En la mayoría de los sistemas de barras colectoras, los conductores portadores de corriente suelen ser rectos y paralelos entre sí.

La fuerza Producida por los dos conductores es proporcional a los productos de sus corrientes.

Normalmente, en la mayoría de los sistemas de barras, las fuerzas sonmuy pequeño y puede ser descuidado, pero en condiciones de cortocircuito, se vuelven grandes y deben tenerse en cuenta junto con las tensiones de la fibra del material del conductor al diseñar el aislador del conductor y sus soportes asociados para garantizar factores de seguridad adecuados.

Los factores a tener en cuenta pueden resumirse como sigue:

  1. Destaca por fuerzas laterales directas atractivas y repulsivas.
  2. Tensiones vibracionales.
  3. Tensiones longitudinales resultantes de la deflexión lateral.
  4. Momentos de torsión por desviación lateral.

En la mayoría de los casos, las fuerzas debidas a cortocircuitos se aplican muy repentinamente. Las corrientes directas dan lugar a fuerzas unidireccionales mientras que las corrientes alternas producen fuerzas vibratorias.

pletinas de cobre

Tensiones maximas

Cuando un sistema de barras está funcionando normalmente, las fuerzas de interfase son normalmente muy pequeñas, y el peso estático de las barras es el componente dominante.

En condiciones de cortocircuito, esto no suele ser el caso. a medida que la corriente se eleva a un pico de unas treinta veces su valor normal, cayendo después de unos pocos ciclos hasta diez veces su valor inicial.

Estas altas corrientes transitorias crean grandes fuerzas mecánicas no solo en las barras de distribución sino también en su sistema de soporte. Esto significa que los aisladores de soporte y sus estructuras de acero asociadas deben estar diseñados para soportar estas altas cargas, así como sus requisitos estructurales normales Como viento, hielo, cargas sísmicas y estáticas.

El pico o el cortocircuito totalmente asimétrico.la corriente depende del factor de potencia (cos φ) del sistema de barras colectoras y su planta eléctrica conectada asociada. El valor se obtiene multiplicando el r.m.s. corriente simétrica por el factor apropiado dado en tensiones de cortocircuito trifásicas equilibradas.

Si se desconoce el factor de potencia del sistema.entonces, un factor de 2.55 normalmente estará cerca del valor real del sistema, especialmente en lo que respecta a la generación. Tenga en cuenta que el máximo teórico para este factor es 2√2 o 2.828 dónde cos φ = 0.

Estos valores máximos se reducen exponencialmente y, luego de aproximadamente 10 ciclos, el factor cae a 1.0, es decir, la rm.s simétrica. corriente de cortocircuito.

Por lo tanto, las fuerzas de pico normalmente ocurren en los primeros dos ciclos (0.04 s) como se

muestra en la Figura 1 a continuación.

Forma de onda de corriente de cortocircuito

Figura 1 – Forma de onda de corriente de cortocircuito

En el caso de una corriente completamente asimétrica.Onda, las fuerzas se aplicarán con una frecuencia igual a la de la frecuencia de suministro y con una frecuencia doble cuando la onda se vuelva simétrica. Por lo tanto, en el caso de un suministro de 50 Hz, estas fuerzas tienen frecuencias de 50 o 100 Hz.

Las tensiones máximas a las que se asemeja una estructura de bus.es probable que se someta durante un cortocircuito en un sistema de barras colectoras monofásicas en el que las corrientes de cortocircuito de la línea se desplazan 180 °. En un sistema trifásico un cortocircuito entredos fases son casi idénticas a las del caso monofásico y aunque las corrientes de fase normalmente se desplazan 120 °, en condiciones de cortocircuito, las corrientes de fase de las dos fases están casi 180 ° desfasadas. El efecto de la tercera fase puede ser descuidado.

En un cortocircuito trifásico equilibrado, ellas fuerzas resultantes en cualquiera de las tres fases son menores que en el caso de una sola fase y dependen de las posiciones físicas relativas de las tres fases.

En el caso de un cortocircuito monofásico, ellas fuerzas producidas son unidireccionales y, por lo tanto, son más severas que las debidas a un cortocircuito trifásico, que alterna en la dirección. Las fuerzas de cortocircuito deben ser absorbidas primero por el conductor. Por lo tanto, el conductor debe tener una resistencia de prueba adecuada para transportar estas fuerzas sin distorsión permanente.

El cobre cumple este requisito ya que tiene una alta resistencia en comparación con otros materiales conductores (Tabla 2 a continuación).

Tabla 2 – Propiedades relativas típicas del cobre y el aluminio.

Propiedades de Cu y AlCobre (CW004A)Aluminio (1350)Unidades
Conductividad eléctrica (recocido).10161% IACS
Resistividad eléctrica (recocido)1.722.83μΩ cm
Coeficiente de temperatura de resistencia (recocido)0.00390.004/ ° C
Conductividad térmica a 20 ° C.397230W / mK
Coeficiente de expansión17 x 10–623 x 10–6/ ° C
Resistencia a la tracción (recocido)200 – 25050 – 60N / mm2
Resistencia a la tracción (medio duro)260 – 30085 – 100N / mm2
0,2% de tensión de prueba (recocido)50 – 5520-30N / mm2
0.2% de estrés de prueba (medio duro)170 – 20060 – 65N / mm2
Modulu elástica116 – 13070kN / mm2
Calor especifico385900J / kg K
Densidad8.912.70g / cm3
Punto de fusion1083660° C
Propiedades relativas típicas del cobre y el aluminio.

Debido a la alta resistencia del cobre, los aisladores pueden estar más espaciados de lo que es posible con materiales de menor resistencia.

Métodos para reducir la tensión del conductor.

En los casos en que exista la posibilidad de vibración.a corrientes normales o cuando se somete a fuerzas de cortocircuito que causen daños al conductor, se puede usar lo siguiente para reducir o eliminar el efecto:

a) Reducir el intervalo entre los soportes del aislador.

Este método puede usarse para reducir los efectos de la vibración continua y la debida a fuerzas de cortocircuito.

b) Aumente el intervalo entre los soportes del aislador.

Este método solo se puede utilizar para reducir los efectos de la vibración que resulta de una corriente continua. Aumentará las tensiones debidas a una corriente de cortocircuito.

c) Aumentar o disminuir la flexibilidad de los soportes conductores.

Este método reducirá los efectos de la vibración debido a la corriente continua, pero tiene un efecto muy pequeño sobre eso debido a las fuerzas de cortocircuito.

d) Aumentar la flexibilidad del conductor.

Esto solo se puede utilizar para reducir los efectos de la vibración debido a una corriente continua. Se aumenta el efecto de cortocircuito.

e) Disminuir la flexibilidad del conductor.

Este método reducirá los efectos de la vibración debido a una corriente continua o un cortocircuito.



Se observará que al llevar a cabo las diversas sugerencias anteriores, solo se pueden realizar cambios dentro de los requisitos generales de diseño del sistema de barras colectoras.

Más sobre Barras de cobre

Referencias: Fundamentos de la protección del sistema de energía | web.fceia.unr.edu.ar

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