O que são as barras coletoras e porque importa o dimensionamento
As barras coletoras (ou barramentos) são as peças condutoras, normalmente de cobre, que distribuem a energia dentro de um quadro elétrico. Recebem a alimentação a montante e servem os aparelhos de manobra e proteção — seccionadores, disjuntores, fusíveis — ligados por furos ou pinças. Substituem paralelamente um feixe de cabos e são a espinha dorsal de qualquer quadro de distribuição de média potência.
O dimensionamento determina a secção das barras, o número de condutores em paralelo por fase, o espaçamento e os apoios. Uma barra sobredimensionada ocupa espaço e encarece o quadro; uma barra subdimensionada aquece, oxida os apoios, degrada os contactos e pode falhar num curto-circuito. O quadro como conjunto deve ainda obedecer à família de normas IEC 61439-1 e IEC 61439-2, que fixam os requisitos das partes de baixa tensão e os limites de aumento de temperatura.
Dados necessários antes de começar
O dimensionamento só é fiável se começar por um inventário completo. Recolha pelo menos:
- A potência de cálculo (ou a folha de carga) de cada barramento, por secção do quadro;
- A tensão nominal e o número de fases de cada distribuição (400/230 V trifásico, 230 V monofásico);
- A temperatura ambiente prevista no local de instalação e o grau de proteção do quadro;
- A corrente de curto-circuito prevista no ponto de instalação das barras;
- O número de posições, a distância entre centros dos furos e os cabos de saída;
- O sistema de aterramento (TN-S, TN-C-S, TT), que define o tratamento da barra neutra e da barra de proteção.
Corrente de cálculo de cada barramento
A corrente que cada barra terá de conduzir resulta da potência que lhe é solicitada. Em trifásico: I = P / (√3 × U × cos φ), com U = 400 V; em monofásico: I = P / (230 × cos φ).
Para a barra geral de um quadro, a potência é a potência de cálculo da instalação, já com o fator de diversidade aplicado. Para barramentos secundários, soma-se a carga de cada secção. Um quadro de 200 kW com cos φ de 0,9 pede 200 000 / (1,732 × 400 × 0,9) ≈ 321 A na entrada; cada barramento secundário de 40 kW pede cerca de 64 A.
Secção dos barramentos
Conhecida a corrente, escolhe-se a secção de cobre. Os valores dependem da disposição das barras, do material dos apoios, do agrupamento e da temperatura ambiente; a tabela seguinte dá valores típicos de referência para barras retangulares de cobre dentro de quadro, com aumento de temperatura limitado a cerca de 50 K.
| Secção da barra (cobre) | Corrente admissível típica |
|---|---|
| 10 × 2 mm (20 mm²) | até cerca de 63 A |
| 15 × 3 mm (45 mm²) | 100–125 A |
| 20 × 3 mm (60 mm²) | 140–160 A |
| 20 × 5 mm (100 mm²) | 210–250 A |
| 30 × 5 mm (150 mm²) | 300–320 A |
| 30 × 10 mm (300 mm²) | 500–550 A |
Acima das correntes da tabela, usam-se duas ou mais barras em paralelo por fase, com espaçamento que permita a circulação de ar e o aperto dos furos de ligação. Em quadros de grande porte, prefere-se aumentar o número de barras em paralelo a fabricar barras excessivamente grossas, que são difíceis de furar e de montar.
Queda de tensão nos barramentos
A resistência do cobre sobe com a temperatura, pelo que a queda de tensão se calcula com o valor quente: ΔU = ρθ × I × L / S, onde ρθ ≈ 0,0213 Ω·mm²/m para cobre a cerca de 50 K acima do ambiente, L é o comprimento da barra e S a secção condutiva.
Exemplo: uma barra de 20 × 5 mm (100 mm²) com 1,2 m de comprimento a conduzir 250 A apresenta ΔU = 0,0213 × 250 × 1,2 / 100 ≈ 0,06 V. É um valor irrelevante no total da instalação, mas o mesmo método serve para percorrer o caminho completo — do quadro geral ao quadro de andar — e conferir se a soma das quedas se mantém dentro dos limites da IEC 60364-4-44, habitualmente 3 % para iluminação e 5 % para os restantes circuitos no âmbito da instalação.
Rigidez ao curto-circuito
As barras têm de suportar, sem deterioração, a corrente de curto-circuito prevista até à extinção da falta pela proteção. Verificam-se dois efeitos: o efeito térmico, avaliado pelo produto I²t, e as forças eletrodinâmicas que tendem a afastar os barramentos.
Pelo efeito térmico, a secção mínima de um condutor de cobre com isolamento se obtém por S = Ik × √t / k, com k = 143 para cobre. Para uma falta de 10 kA extinta em 0,1 s: S mínima = 10 000 × √0,1 / 143 ≈ 22 mm². Uma barra de 60 mm² cumpre com folga o requisito térmico; ainda assim, os apoios e os furos devem manter as barras firmes, porque as forças dinâmicas de um curto-circuito de 10 kA num quadro mal reforçado deformam barramentos e podem provocar curtos entre fases vizinhas.
A proteção associada tem de interromper a corrente prevista no nível em que está instalada; este valor é justamente a capacidade de ruptura dos aparelhos que se escolhem a jusante.
Boas práticas de montagem
- Apoios isoladores resistentes ao calor e dimensionados para a massa das barras, com espaçamento suficiente para evitar flexão;
- Distâncias entre fases e até a chapa do quadro compatíveis com a tensão e com o grau de proteção pretendido;
- Furos e pinças dimensionados para a corrente de ramal: um furo mal calculado cria aquecimento localizado no ponto de ligação;
- Aperto de par dos parafusos conforme o fabricante e marcado após verificação;
- Identificação de L1, L2, L3, N e PE de forma permanente, com as fases alinhadas da mesma maneira em todos os quadros da instalação;
- Barra neutra isolada em esquemas TN-S, com ligação de proteção em barra própria de cobre ou de seção equivalente.
Documentar e conferir o resultado
O caderno de projeto deve registar a corrente de cálculo de cada barramento, a secção escolhida, a corrente admissível assumida, a queda de tensão verificada e a corrente de curto-circuito considerada. Este registo é o que permite rever o quadro quando a instalação cresce e é exigido em inspeções e certificações.
Numa ferramenta como o GorkyCAD, o esquema unifilar, o quadro e a lista de materiais saem do mesmo modelo, o que evita divergências entre o desenho e os cálculos de dimensionamento.
Perguntas frequentes
Que material usar nas barras coletoras?
Na maioria dos quadros usa-se cobre, pela condutividade e pela facilidade de furar. Em casos específicos emprega-se alumínio, mas o dimensionamento tem de ser revisto: a alumínio é preciso cerca de 1,6 vezes mais secção para a mesma corrente.
Quantas barras em paralelo posso usar por fase?
Não há limite normativo fixo. O número depende da corrente, do espaço disponível e da capacidade de ligação dos furos. Duas a quatro barras por fase é o habitual em quadros de grande porte, sempre com espaçamento que permita ventilação e aperto correto.
As barras coletoras têm de ser de cobre maciço?
Sim, usam-se barras maciças retangulares de cobre eletrolítico. Cabos flexíveis ou barras perfiladas só aparecem em fabricações especiais e exigem justificação de temperatura e de rigidez mecânica.
Onde consulto os valores de corrente admissível?
Nos catálogos dos fabricantes de quadros, que publicam tabelas para a geometria e a temperatura específicas. A tabela deste guia é apenas indicativa; a escolha final deve seguir o fabricante do sistema de barramentos utilizado.