¿Por qué son cruciales las barras colectoras en los sistemas eléctricos? Las barras colectoras, componentes clave en subestaciones y sistemas de distribución, transmiten eficazmente la energía eléctrica. Este artículo analiza su función, los distintos tipos, como rectangulares y tubulares, y su importancia para garantizar un funcionamiento seguro y económico. Los lectores conocerán la selección de materiales, la categorización estructural y las aplicaciones prácticas de las barras colectoras en la ingeniería eléctrica moderna.
La barra colectora se utiliza en la conexión de dispositivos de distribución de tensión en varios niveles de la subestación, así como en la conexión de equipos eléctricos como transformadores y sus respectivos dispositivos de distribución.
Suele ser un alambre o cordón desnudo de sección rectangular o circular. La función de una barra colectora es recoger, distribuir y transmitir energía eléctrica.
Dado que una gran cantidad de energía eléctrica pasa a través de la barra colectora durante el funcionamiento, ésta soporta un calentamiento significativo y efectos electromagnéticos durante los cortocircuitos.
Por lo tanto, es esencial seleccionar adecuadamente el material de la barra colectora, la forma de la sección transversal y el área para cumplir los requisitos de funcionamiento seguro y económico.
Según su estructura, las barras colectoras se dividen en duras y blandas. Las barras colectoras duras se dividen a su vez en rectangulares y tubulares.
Las barras colectoras rectangulares suelen utilizarse desde el transformador principal hasta el interior de la sala de distribución de energía. Son ventajosas por su facilidad de instalación, cambios operativos mínimos y gran capacidad de transporte de corriente, pero suelen ser más caras.
Las barras colectoras flexibles se utilizan en exteriores, donde los grandes espacios garantizan que el balanceo de los cables no provoque una separación insuficiente entre líneas. Son fáciles de instalar y relativamente baratas.
En los últimos años, para las barras colectoras de más de 35 kV en el diseño de subestaciones, se utilizan barras tubulares fabricadas con materiales de aleación de aluminio.
Este tipo de estructura de barras puede reducir la distancia entre barras, proporcionar un cableado claro y reducir el mantenimiento, pero el hardware de fijación de las barras es algo complejo.
Cuando la corriente pasa por la barra colectora, genera calor. La cantidad de calor es directamente proporcional al cuadrado de la corriente que pasa por la barra. La expansión y contracción térmica de la barra colectora dura puede suponer una tensión peligrosa para el aislante de la barra colectora. La instalación de un compensador de barras colectoras puede mitigar eficazmente esta tensión.
El compensador puede fabricarse con láminas de cobre o aluminio de 0,2 a 0,5 mm (para barras colectoras de aluminio), y su sección total no debe ser inferior a 1,2 veces la de la barra colectora original.
El compensador no debe presentar grietas, pliegues ni fragmentación, y debe eliminarse la capa de óxido entre cada pieza. Las láminas de aluminio deben recubrirse con vaselina neutra o grasa compuesta, y las de cobre deben estañarse.
Si la abrazadera de la barra colectora es de material ferroso, formará un circuito magnético cerrado. Bajo la acción de la corriente alterna, se generará una corriente inducida, o corriente de Foucault, en el circuito cerrado, provocando un calentamiento localizado de la barra colectora y aumentando la pérdida de energía.
Cuanto mayor sea la corriente de la barra colectora, más grave será el efecto. Por lo tanto, la abrazadera de la barra colectora no debe formar un circuito magnético cerrado.
Deben adoptarse las siguientes medidas en las abrazaderas de fijación de las barras colectoras:
1) Una de las dos abrazaderas puede ser de hierro, mientras que la otra es de aluminio o cobre.
2) Cuando ambas abrazaderas son de hierro, una de las dos pernos de fijación debe ser de hierro, y el otro de cobre.
3) Se pueden utilizar materiales de hierro para fabricar abrazaderas abiertas para fijar la barra colectora.
Dada la longitud de las líneas aéreas y su distribución por distintas regiones, los accidentes por rayo son relativamente frecuentes (representan más de 90% de los accidentes por rayo de la red eléctrica).
Por lo tanto, deben adoptarse medidas estrictas y exhaustivas de protección contra sobretensiones para las líneas aéreas de alta tensión, que incluyan principalmente las siguientes:
1) Medidas directas de prevención de la caída de rayos, como la instalación de pararrayos, el uso de pararrayos en algunas zonas y la utilización de huecos de protección.
2) Protección contra las descargas parásitas: Cuando un poste o un pararrayos es alcanzado por un rayo, debido a la inductancia del poste y a la resistencia de puesta a tierra, la corriente del rayo puede hacer que el potencial del poste alcance un valor que provoque un backflashover (descarga súbita) en la línea.
Por lo general, para la protección se pueden adoptar medidas como la reducción de la resistencia de puesta a tierra, el refuerzo del aislamiento y el aumento del coeficiente de acoplamiento.
3) Protección contra la aparición de arcos de frecuencia de potencia estacionarios: Después de que el aislamiento de la línea experimente una descarga de impulso, mientras no se produzca un arco de cortocircuito de frecuencia de potencia constante, la línea no se disparará.
Por lo tanto, deben emplearse medidas como la reducción del gradiente de potencial en el aislamiento, el neutro sin conexión a tierra o la conexión a tierra a través de una bobina de supresión de arco, para que la mayoría de los arcos voltaicos de impulso desaparezcan por sí solos, sin provocar un cortocircuito de frecuencia de potencia.
4) Protección contra la interrupción del suministro eléctrico, como la aplicación de la reconexión automática como medida de protección correctiva.
Los requisitos de protección contra rayos para los disyuntores de poste de línea de 10 kV son los siguientes:
(1) Para la protección deben instalarse descargadores de sobretensiones de óxido metálico, descargadores de tipo válvula, descargadores de tipo tubo o lagunas de protección.
(2) Para los disyuntores montados en poste que se desconectan con frecuencia pero permanecen energizados, deben instalarse descargadores de sobretensión en el lado vivo. El cable de tierra debe conectarse a la carcasa metálica del disyuntor montado en poste, y la resistencia de tierra no debe superar los 10Ω.
(3) En el caso de los disyuntores que se cierran con frecuencia, los descargadores de sobretensiones sólo deben instalarse en el lado de alimentación; en el caso de los disyuntores de líneas de interconexión que se desconectan con frecuencia, los descargadores de sobretensiones deben instalarse en ambos lados del disyuntor.
(4) Los descargadores de sobretensiones deben instalarse lo más cerca posible del disyuntor protegido.
La resistencia del aislamiento de las líneas de distribución de menos de 10 kV no suele ser alta.
Si se instalan cables aéreos de tierra en dichas líneas y un rayo cae sobre los cables, puede iniciar fácilmente un "contraataque" a la línea de distribución desde su cable de tierra, no sólo no proporcionando protección contra el rayo, sino también causando daños por rayo.
Además, el coste de instalar cables aéreos de tierra es considerable, por lo que no suelen instalarse en las líneas de distribución.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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