Perché le barre collettrici vanno dimensionate con cura
Le barre collettrici, o busbar, sono il collegamento principale di un quadro: distribuiscono la corrente dalla linea di arrivo ai vari interruttori di partenza. Sono un componente apparentemente semplice — una barra di rame o di alluminio — ma il suo dimensionamento condiziona il riscaldamento del quadro, la caduta di tensione e la capacità di sopportare un guasto.
Una barra sottodimensionata si surriscalda lentamente e in modo poco visibile, perché il calore si accumula dentro il quadro. Una barra troppo grande costa di più e occupa spazio utile. Il dimensionamento corretto nasce dal confronto tra la corrente che deve transitare, le condizioni di posa e la corrente di guasto che l'impianto può generare.
Questa guida illustra il procedimento con il quale si sceglie la sezione delle barre: si parte dalla corrente di impiego, si applicano i fattori di riduzione, si verifica l'effetto della disposizione dei conduttori e si controlla la tenuta al cortocircuito.
La corrente di impiego delle barre
Il punto di partenza è la corrente di impiego delle barre, cioè la corrente che le attraversa in condizioni di funzionamento normale. Nel caso più semplice coincide con la corrente della linea di alimentazione del quadro, ma conviene sempre calcolarla dai carichi a valle e non copiarla dall'interruttore a monte.
La corrente si ricava dalla potenza di calcolo e dalla tensione: I = P ÷ (√3 × U) per un sistema trifase e I = P ÷ U per un sistema monofase. È lo stesso carico di calcolo usato per scegliere le protezioni, quindi il risultato resta coerente con il resto del progetto.
Per le barre di un quadro di distribuzione si considera la corrente massima prevedibile, tenendo conto della possibile espansione futura dei circuiti. Le barre, a differenza dei cavi, sono difficili da sostituire a impianto finito, perciò un margine ragionevole è buona pratica.
Portata e fattori di riduzione
La sezione scelta deve avere una portata di corrente almeno pari alla corrente di impiego. La portata di una barra, però, è riferita a condizioni ideali: in un quadro reale il valore va ridotto con alcuni fattori.
| Fattore | Effetto sulla portata |
|---|---|
| Temperatura ambiente elevata | Riduce la portata ammissibile |
| Barre vicine tra loro | Aumenta il riscaldamento reciproco |
| Ventilazione scarsa nel quadro | Abbassa la portata effettiva |
| Contatti ossidati o allentati | Aumenta la resistenza e il calore locale |
Il materiale influenza il risultato: il rame conduce meglio dell'alluminio a parità di sezione, ma pesa di più e costa di più. L'alluminio richiede sezioni maggiori per la stessa corrente e una cura particolare nei collegamenti, perché l'ossido è isolante.
La forma conta quanto la sezione: una barra piatta disposta in verticale smaltisce meglio il calore rispetto alla stessa barra in orizzontale, perché l'aria calda sale liberamente lungo la superficie. Per questo la posizione delle barre nel quadro va decisa insieme alla loro sezione.
Effetto pelle e disposizione dei conduttori
Nei sistemi in corrente alternata la corrente non si distribuisce in modo uniforme su tutta la sezione del conduttore: tende a concentrarsi verso la superficie. Questo fenomeno, chiamato effetto pelle, diventa più marcato all'aumentare della frequenza e della sezione, riducendo la portata utile delle barre di grande spessore.
La conseguenza pratica è che non sempre conviene aumentare lo spessore di una singola barra: spesso è meglio usare più barre più sottili in parallelo, che offrono più superficie e smaltiscono meglio il calore. La disposizione delle barre e dei collegamenti va inoltre studiata per garantire una ripartizione uniforme della corrente tra i conduttori in parallelo.
Un collegamento con resistenza più alta degli altri attira meno corrente e crea squilibri, che a loro volta generano punti caldi. Una manutenzione corretta dei serraggi vale quanto un buon dimensionamento della sezione.
Anche il modo in cui le barre vengono collegate influisce sulla portata utile. Giunzioni e derivazioni vanno serrate con la coppia prescritta e protette dall'ossidazione: un contatto lasco si scalda, aumenta la resistenza locale e riduce la corrente che la barra può sopportare in sicurezza. Nella pratica un collegamento eseguito bene vale quanto una sezione scelta con criterio.
Verifica al cortocircuito e sforzo elettrodinamico
Oltre a condurre la corrente di esercizio, le barre devono sopportare senza deformazioni permanenti la corrente di cortocircuito che può attraversare il quadro. Durante un guasto la corrente cresce per un tempo molto breve, ma genera due sollecitazioni gravi: il riscaldamento e lo sforzo elettrodinamico.
Lo sforzo elettrodinamico è la forza meccanica che due conduttori percorsi da corrente si scambiano: con correnti molto elevate diventa enorme e tende ad allontanare o a piegare le barre. Per questo i supporti devono essere dimensionati e distanziati correttamente, e le barre vanno fissate in modo da resistere a quella forza.
La verifica si esegue confrontando la corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione con i valori sopportati dalle barre, indicati dal costruttore. Se il quadro è installato vicino al trasformatore, dove la corrente di guasto è più alta, la verifica diventa più severa e va fatta con particolare attenzione.
Anche la durata del guasto conta: più a lungo circola la corrente di cortocircuito, maggiore è l'energia termica che le barre devono assorbire. Per questo la rapidità di intervento della protezione a monte e la tenuta meccanica delle barre si valutano insieme, perché concorrono entrambe a evitare danni permanenti al quadro.
Esempio di dimensionamento e conclusione
Consideriamo un quadro di distribuzione con una linea di arrivo da 400 A. Si sceglie una barra di rame la cui portata nominale supera i 400 A, poi si riduce il valore per la temperatura del locale e per la disposizione ravvicinata delle barre. Se la portata corretta resta sopra la corrente di impiego, la sezione è confermata.
Si verifica infine che le barre e i relativi supporti sopportino la corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione, confrontando i dati del costruttore con il valore calcolato per l'impianto. Solo dopo questa doppia verifica il dimensionamento si può considerare completo.
Vale infine la pena documentare le scelte: sezione, materiale, portata corretta e corrente di cortocircuito considerata. Annotare questi valori permette di ricostruire il dimensionamento in caso di ampliamento del quadro e di verificare rapidamente se le barre esistenti possono sostenere un nuovo carico.
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Domande frequenti
Come si sceglie tra barre in rame e barre in alluminio?
Il rame conduce meglio e richiede sezioni minori, ma pesa e costa di più. L'alluminio è più leggero ed economico, ma richiede sezioni maggiori e una cura particolare nei collegamenti.
Perché aumentare lo spessore di una barra non sempre basta?
Per l'effetto pelle: in corrente alternata la corrente si concentra verso la superficie. Oltre una certa sezione conviene usare più barre più sottili in parallelo.
Che cos'è lo sforzo elettrodinamico?
È la forza meccanica che due conduttori percorsi da corrente si scambiano. Con correnti di cortocircuito elevate diventa molto intensa e può deformare le barre se i supporti non reggono.
Le barre vanno verificate anche al cortocircuito?
Sì. Oltre alla portata in servizio normale si verifica che barre e supporti sopportino la corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione, confrontandola con i dati del costruttore.