Como Calcular com Precisão a Capacidade de Condução de Corrente de Barramentos na Fase de Projeto

A seleção do tamanho correto do barramento começa com o cálculo preciso de sua capacidade de corrente. Se o barramento for subdimensionado, superaquecerá, causará perdas de energia e poderá, eventualmente, levar à falha do sistema. Um barramento sobredimensionado é igualmente indesejável, pois desperdiça material, acrescenta peso desnecessário e aumenta os custos de produção. Vários fatores devem ser considerados ao determinar o tamanho ideal de um barramento de cobre ou alumínio para conduzir com segurança uma determinada corrente. Este guia resume quatro fatores-chave no cálculo da classificação de corrente do barramento e orientações práticas para mak incluindo decisões de engenharia precisas e confiáveis.

Compreender a Relação entre Seção Transversal e Classificação de Corrente

A área da seção transversal da barra condutora é o parâmetro mais fundamental para determinar a capacidade de condução de corrente. Uma seção transversal maior permite uma corrente maior a fluxo ,devido ao aumento do número de caminhos para os elétrons e à maior área superficial para dissipação de calor íon . No entanto, a relação entre a área da seção transversal e a classificação de corrente não é linear. Dobrar a seção transversal não duplica a classificação de corrente, pois a geração de calor íon é proporcional ao quadrado da corrente (perdas I²R). Na prática, os engenheiros geralmente consultam tabelas-padrão de capacidade de condução de corrente que fornecer correntes de referência para barras comumente utilizadas. Por exemplo, em condições típicas de ar livre, uma pequena barra coletora de cobre com uma área de seção transversal de cerca de 10 mm² pode conduzir dezenas de amperes, enquanto uma barra coletora de cobre de 100 mm² pode frequentemente conduzir várias centenas de amperes. No entanto, a corrente nominal exata depende não apenas da área da seção transversal, mas também das dimensões da barra coletora, da temperatura ambiente, da elevação de temperatura admissível, do método de instalação, do espaçamento e das condições de refrigeração. A condutividade do alumínio é aproximadamente 60% da do cobre, de modo que a seção transversal do condutor de alumínio que conduz a mesma corrente é maior. Para barras coletoras personalizadas, a Kinto colabora com seus clientes para determinar a seção transversal ideal que conhecer s requisitos de desempenho elétrico, levando em consideração as restrições de espaço e peso.

Levar em conta a elevação de temperatura e as condições ambientais

A capacidade de condução de corrente não é um valor fixo. Ela varia conforme a elevação máxima de temperatura admissível da barra condutora e a temperatura ambiente ao redor dela. Cada barra condutora apresenta perdas resistivas que geram calor. Esse calor deve ser dissipado para o ambiente sem exceder a classificação do isolamento ou criar riscos à segurança. A elevação de temperatura típica projetada é de 30–65 °C acima da temperatura ambiente. Se a temperatura ambiente no interior de um invólucro já for de 50 °C, a classificação de corrente deve ser reduzida significativamente. Temperaturas ambientes mais elevadas, em geral, reduzem a capacidade admissível de condução de corrente, enquanto condições aprimoradas de refrigeração podem aumentá-la consideravelmente. Por outro lado, a capacidade pode ser aumentada se a refrigeração for melhorada por meio de ventilação forçada ou dissipação direta de calor. Na fase de projeto, a Kinto recomenda que os clientes definam o ambiente operacional esperado para a barra condutora e a temperatura máxima admissível, garantindo que o produto final da barra condutora seja baseado em condições reais, e não em condições ideais.

Considere o Efeito Pelicular e os Efeitos de Proximidade para Aplicações em Corrente Alternada

Em muitos projetos, considera-se apenas corrente contínua ou corrente alternada de baixa frequência, na qual a corrente é distribuída uniformemente pela seção transversal da barra condutora. Em frequências mais altas ou com tamanhos maiores de condutores, no entanto, o efeito pelicular faz com que a corrente a flua mais próximo da superfície ,reduzindo a área efetiva da seção transversal disponível para condução. Isso aumenta a resistência CA e reduz a capacidade efetiva de condução de corrente. Para uma barra condutora de cobre, a profundidade de penetração é de aproximadamente 8,5 mm a 60 Hz. Se uma barra condutora for mais espessa que o dobro da profundidade de penetração, a porção interna do condutor contribui pouco para a condução de corrente. A solução consiste em garantir que múltiplas barras mais finas sejam utilizadas em paralelo ou em empregar barras laminadas. A capacidade de condução de corrente pode ser ainda mais reduzida pelo efeito de proximidade, causado pela redistribuição da corrente devido aos campos magnéticos em condutores adjacentes. Em aplicações de distribuição de energia ou inversores, a Kinto ajuda os clientes a compreender como esses efeitos impactam as barras coletoras CA e recomenda configurações de barras coletoras laminadas que maxim ize classificações de corrente ao mesmo tempo em que minimizam as perdas CA.

Aplicar fatores de correção para forma, invólucro e método de montagem

A dissipação de calor depende fortemente da configuração física da barra condutora e do seu método de montagem. Uma barra condutora plana montada verticalmente geralmente dissipa calor de forma mais eficaz do que uma montada horizontalmente, devido à melhoria da convecção natural. A forma da barra condutora, o espaçamento entre os condutores e a área superficial também influenciam as características de transferência de calor.

Uma barra condutora exposta ao ar livre beneficia-se de um resfriamento ilimitado, enquanto a mesma barra condutora instalada no interior de um invólucro hermético pode apresentar uma redução significativa em sua capacidade de condução de corrente devido à dissipação limitada de calor. Da mesma forma, múltiplas barras condutoras instaladas próximas umas das outras geram aquecimento mútuo, o que reduz ainda mais a corrente admissível.

Devem ser aplicados fatores de correção padrão publicados pela IEC, IEEE ou pelas orientações dos fabricantes, de acordo com a configuração de instalação. Fatores como o tipo de invólucro, o espaçamento entre condutores, o fluxo de ar e a orientação de montagem devem todos ser considerados ao determinar a classificação final de corrente.

Em Kinto , nossa equipe de engenharia aplica esses princípios de correção em todo projeto personalizado de barramento para garantir que a capacidade de condução de corrente calculada reflita com precisão as condições reais de operação após a instalação.