De ce contează dimensionarea barelor
Bara colectoare este elementul prin care curentul intră în tablu și se distribuie pe circuite. O secțiune prea mică o încălzește în funcționare continuu, o secțiune prea mare costă inutil și ocupă spațiu în carcasă, iar prostul amplasament al barelor se simt la un scurtcircuit, când forțele electrodinamice lovesc izolatorii și rigidizările.
Dimensionarea nu este o singură cifră, ci trei verificări care se fac în ordine: curentul de lucru, echilibrul termic și rezistența la scurtcircuit. Un proiect corect le trece pe toate trei, cu aceeași secțiune.
Referința pentru ansamblele de joasă tensiune este IEC 61439-1 și IEC 61439-2, care cer verificarea încălzirii și a rezistenței la scurtcircuit pentru echipamentul asamblat, nu doar a aparatului luat separat.
Pasul 1: curentul de calcul al barei
Curentul barei nu este suma puterilor instalate, ci curentul de calcul Ib al alimentării, obținut din puterea de cerere. Dacă factorii de diversitate au dat, de exemplu, o putere simultană de 70 kW la 400 V și cos φ = 0,90, atunci:
Ib = P / (√3 · U · cos φ) = 70 000 / (1,732 × 400 × 0,90) = 112 A.
La acesta se adaugă, dacă există, curenții de pornire ai grupurilor motoare și corecția pentru puterea reactivă. Rezultatul este valoarea pe care bara trebuie să o ducă continuu, în condițiile de instalare reale ale tabloului.
Standardizarea secțiunilor ajută la alegere: barele dreptunghiulare de cupru se găsesc în serii uzuale, ale căror mase pe metru sunt ușor de calculat din densitatea cuprului de 8,9 g/cm³:
| Bară (mm) | Secțiune (mm²) | Masă în cupru (kg/m) |
|---|---|---|
| 30 × 10 | 300 | 2,7 |
| 40 × 10 | 400 | 3,6 |
| 50 × 10 | 500 | 4,5 |
| 60 × 10 | 600 | 5,3 |
| 80 × 10 | 800 | 7,1 |
| 100 × 10 | 1 000 | 8,9 |
Pasul 2: verificarea termică
Pentru barele descoperite, se lucrează cu o densitate de curent orientativă, care depinde de felul în care bara este montată: în aer liber răcește bine, într-o carcasă închisă aerul se încălzește, iar barele grupate se influențează reciproc.
| Condiție de montaj | Densitate orientativă în cupru (A/mm²) |
|---|---|
| Bară liberă, în aer, cu convecție naturală | 1,4 – 2,0 |
| În carcasă ventilată | 1,0 – 1,4 |
| În carcasă neventilată sau în grup de bare | 0,7 – 1,0 |
Pentru aluminiu, secțiunea crește cu aproximativ 1,6 față de cupru, pentru același curent și același regim, din cauza rezistivității mai mari.
Verificarea propriu-zisă pornește de la pierderea pe metru: P = I² · R, unde R se calculează din rezistivitatea cuprului, 0,0178 Ω·mm²/m la 20 °C, corectată la temperatura de funcționare. Căldura cedată aerului depinde de perimetrul barei și de coeficientul combinat de convecție și radiație; pentru bare descoperite, o valoare de lucru este în jur de 10 W/(m·K). Din raportul dintre pierdere și disip rezultă creșterea de temperatură, care trebuie să rămână sub limitele din standard pentru clasa de încălzire a ansamblului.
În practică, alegerea începe cu densitatea din tabel, apoi rezultatul se confirmă cu verificarea de încălzire pentru condițiile reale de montaj, nu pentru bara goală, aflată pe bancul de lucru.
Pasul 3: rezistența la scurtcircuit
Un scurtcircuit de câteva milisecunde încălzește bara rapid, pentru că nu are timp să cedeze căldura. Dimensionarea termică la scurtcircuit se face cu relația:
Smin = Ik · √t / k
în care Ik este curentul de scurtcircuit simetric, t timpul real de eliminare al protecției, iar k depinde de material și de izolație, conform valorilor din seria IEC 60364-5-54:
| Material și izolație | k |
|---|---|
| Cupru cu PVC | 143 |
| Cupru cu PE sau XLPE | 176 |
| Aluminiu cu PVC | 94 |
| Aluminiu cu PE sau XLPE | 113 |
Separat de încălzire, bara și rigidizările trebuie să reziste forțelor electrodinamice. Forța pe metru între două conductoare paralele este F = 2 × 10⁻⁷ × i² / d, unde i este curentul de vârf și d distanța dintre bare. Cu cât distanța este mai mică și curentul de vârf mai mare, cu atât sprijinirea izolatorilor trebuie mai frecventă.
Exemplu rezolvat: o bară de 250 A
Să luăm un tablou de distribuție cu Ib = 250 A, curent de scurtcircuit de 25 kA și timp de eliminare a defecțiunii de 1 s.
- Alegerea inițială: la densitatea de 1,0 A/mm² pentru carcasă ventilată, secțiunea necesară este 250 mm². Se alege bara standardizată de 30 × 10 mm, adică 300 mm², cu o densitate reală de 0,83 A/mm².
- Verificarea termică: R la 60 °C este în jur de 7,1 × 10⁻⁵ Ω/m, deci pierderea pe metru este 250² × 7,1 × 10⁻⁵ ≈ 4,4 W. Perimetrul barei este 80 mm, adică 0,08 m, iar disiparea în aer este în jur de 0,8 W/(m·K), ceea ce dă o creștere de temperatură de aproximativ 6 K pe metru, cu marjă mare față de limitele admise.
- Verificarea la scurtcircuit: Smin = 25 000 × √1 / 143 = 175 mm², sub cei 300 mm² ai barei, deci bara rezistă termic.
- Verificarea electrodynamică: la un curent de vârf de 50 kA și distanța de 60 mm între bare, forța rezultă în jur de 8,3 kN pe metru. Izolatorii și rigidizările se dimensionează pornind de la această valoare.
Secțiunea aleasă trece astfel toate verificările, iar alegerea se notează în proiect împreună cu condițiile de montaj care au stat la baza ei.
Greșeli frecvente și verificări finale
În revizii, aceleași greșeli apar cel mai des:
- Dimensionarea doar după densitatea de curent, fără verificarea la scurtcircuit, care dă de obicei rezultatul mai sever.
- Ignorarea condițiilor reale de montaj: bara calculată pentru aer liber, montată într-o carcasă închisă, se încălzește mai mult.
- Timp de eliminare a defecțiunii luat prea mic, ceea ce subestimează încălzirea la scurtcircuit.
- Amestecarea barelor de cupru și aluminiu fără corecția de secțiune sau fără tratamentul contactului bimetalic.
- Rigidizări montate doar la capete, deși forțele aglomerează pe întreaga lungime a barei.
Înainte de închiderea proiectului, merită să ai în documentație secțiunea aleasă, densitatea de lucru, curentul de scurtcircuit cu timpul de eliminare și distanța dintre bare. Aceste patru date fac verificarea replicabilă de oricine citește proiectul.
În GorkyCAD, tabloul, schemele uniliniare și jurnalul de cabluri se generează din același model, iar verificările de scurtcircuit, încălzire și cădere de tensiune se refac după fiecare modificare a secțiunii sau a calibrului.
Deschide GorkyCAD gratuit, fără card și verifică tabloul →
Verifică curentul de scurtcircuit online →
Întrebări frecvente
Ce densitate de curent se folosește pentru barele de cupru?
În aer liber, cu convecție naturală, valorile orientative sunt 1,4 – 2,0 A/mm². În carcasă ventilată se coboară spre 1,0 – 1,4 A/mm², iar în carcasă neventilată sau în grup de bare spre 0,7 – 1,0 A/mm².
Cum se calculează secțiunea minimă la scurtcircuit?
Cu relația S = Ik · √t / k, unde Ik este curentul de scurtcircuit simetric, t timpul de eliminare, iar k materialul: 143 pentru cupru cu PVC și 176 pentru cupru cu XLPE.
Ce standard acoperă barele colectoare din tablouri?
Ansamblele de echipamente de joasă tensiune se verifică după IEC 61439-1 și IEC 61439-2: încălzirea în regim normal și rezistența la scurtcircuit se demonstrează pentru ansamblul asamblat.
De ce o bară de aluminiu trebuie mai groasă decât una de cupru?
Aluminiul are rezistivitatea mai mare, deci pentru același curent și același regim secțiunea crește cu aproximativ 1,6 față de cupru. Contactul bimetalic dintre cele două materiale trebuie tratat separat.
Ce se întâmplă dacă bara este supra-dimensionată?
Bara se încălzește mai puțin și pierderile scad, dar cresc costul, masa și spațiul ocupat în carcasă, iar rigidizările și izolatorii primesc forțe mai mari. Alegerea se face la valoarea confirmată de verificări.