Comprensión de las Tablas de Ampacidad de las Barras Colectoras

 

Este artículo presenta una breve descripción general de las tablas de ampacidad para la barra de bus de cobre y aluminio, y muestra cómo interpretar los datos que contiene. Sin embargo, estas tablas no pueden decirte mucho. Hay una serie de consideraciones que deben tomarse en cuenta más allá de las cifras que figuran en la tabla. Además, como siempre, a los ingenieros de Storm les gustaría recordar a los diseñadores de barras de bus que las tablas de ampacidad son una gran guía, pero no se puede garantizar que una parte funcione según lo calculado hasta que la parte haya sido sometida a pruebas y análisis térmicos reales.

Como referencia, consulte Ampacidades de las barras colectoras de aleación de cobre C11000 o la Tabla de Comparación de la Ampacidad del Aluminio con el Cobre

¿QUÉ ES UNA TABLA DE AMPACIDAD?

Resulta que la ampacidad es una combinación de las palabras amperio y capacidad. Un amperio es una unidad que describe el nivel de corriente eléctrica transportada por el material conductor. Entonces, como lo indica el nombre, una tabla de ampacidad (a veces llamado grafico de ampacidad) es una herramienta utilizada por los ingenieros para calcular rápidamente la capacidad de amperaje máxima de un grosor específico de la barra colectora. En lugar de hacer los cálculos desde cero, la tabla de ampacidad proporciona convenientemente datos importantes para cada grosor, concretamente, la resistencia esperada por pie y la cantidad de aumento de calor esperado.

CÓMO USAR UNA TABLA DE AMPACIDAD

Entonces, ¿desea determinar el grosor apropiado de la barra colectora para transportar un nivel específico de corriente eléctrica? Primero, ¿qué amperaje necesita llevar el conductor? ¿Qué tipo de corriente: corriente continua (CC) o corriente alterna (CA)? ¿Qué tipo de material conductor quieres usar? Para la pregunta del material, vea este artículo que analiza las diferencias y los posibles ahorros de costos al decidir entre la barra colectora de cobre y aluminio.

Consideraciones de diseño para la capacidad de la barra colectora

Milésima de Pulgada Circular (Mil Circular)

Si mira debajo de la columna "Área", verá dos unidades diferentes de área: pulgadas cuadradas y milésima de pulgada circular. El análisis de mil circular requiere de una rápida lección de historia. Antes de que la barra colectora de cobre se convirtiera en el componente de transferencia de energía de preferencia, los cables eran los reyes en la industria de distribución de energía. Por lo tanto, la tabla de ampacidad todavía se basa en el lenguaje matemático desarrollado en torno al cableado. Los alambres se pueden dividir en milésimas de pulgada circular (una referencia al área de un círculo en milésimas de pulgada), donde cuanto mayor es el calibre / grosor de un alambre significa más milésimas circulares contenidas en ese alambre. Las barras de bus, sin embargo, no son circulares, sino cuadradas. Como un reconocimiento a aquellos que continúan trabajando con cables, la tabla de ampacidad incluye una práctica conversión entre el área de pulgadas cuadradas de las barras de bus y las milésimas circulares de cableado. Por ejemplo, una barra de bus de 1/16 x 1/2 pulgada tiene un área de 0.0312 pulgadas cuadradas, y el área circular equivalente de 39.7 milésimas de pulgada circular.

Corriente CA vs. CC

Cuando se trata de alimentación de CC, la mayor preocupación es la resistencia por pie y la caída de voltaje resultante. En otras palabras, no queremos que la resistencia en la barra de bus sea tan alta que no haya suficiente energía eléctrica en el otro lado. Esto no es una preocupación con las barras de bus cortas, pero a medida que la barra se alarga, puede convertirse en un problema grave. El encabezado que se aplica a esto en la tabla de ampacidad es "Resistencia DC a 20 ° C, MicroOhms / Ft". Este encabezado dice: "A una temperatura ambiente de 20 ° C, puede esperar que la resistencia sea de tantos microohmios por cada pie de barra colectora". MicroOhm significa una millonésima parte de un Ohm, donde un Ohm es una medida de impedancia y, por lo tanto, de resistencia. Podemos observar en la tabla que la barra colectora de cobre más delgada tiene mucha resistencia (264.0 MicroOhms / ft), pero a medida que aumenta el grosor, la resistencia disminuye drásticamente.

La principal preocupación con la alimentación de CA es cuando el aumento de calor se convierte en un problema. Las últimas tres columnas de la tabla tratan del aumento de calor esperado en grados Celsius, en función del grosor de la barra colectora y el amperaje que fluye a través de ella. Por ejemplo, si usa una barra de bus de 1/16 x 1/2 pulgada a 136 amperios, puede esperar ver un aumento de 50 ° C con respecto a la temperatura ambiente. Es importante tener en cuenta que este cálculo supone que la frecuencia de la alimentación de CA es de 60 Hz. A medida que aumenta la frecuencia, el aumento de calor también aumentará, y viceversa.

Ratio de Efecto Piel (Efecto Pelicular)

El último título para analizar es el efecto piel. En términos sencillos, el efecto piel es la tendencia de la carga eléctrica a viajar más cerca de la superficie de un material conductor que su interior. Para el cobre, la mayor parte de la energía se transporta dentro de una fracción de la superficie de la barra colectora. El efecto piel solo ocurre con corriente alterna, ya que la causa es el campo magnético producido por la polaridad alterna de la corriente alterna. El efecto piel provoca una mayor resistencia a frecuencias más altas. La relación del efecto piel nos dice cuánta resistencia adicional se experimenta debido a este efecto de CA versus la resistencia que de otro modo se produciría en el sistema de CC comparable. En pocas palabras, cuanto mayor sea la relación de efecto piel, mayor será la resistencia causada solo por la presencia de corriente alterna en comparación con la corriente continua.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES QUE LAS TABLAS DE AMPACIDAD NO MOSTRARÁN

Hay algunos escenarios no cubiertos por la tabla de ampacidad que deben considerarse cuando se trata de la resistencia y la gestión del calor.

Metal Endurecido por Trabajo

Cuanto más duro es el cobre (o aluminio, etc.), peor se vuelve transportar una corriente. Esto entra en juego cuando el metal se endurece al rodar, estampar, doblar o perforar. El material alrededor de estas curvas y orificios se endurece por el trabajo, y el aumento de la resistencia distorsionara las estimaciones proporcionadas por la tabla de ampacidad.

Proximidad Mutua y Efecto Chimenea

La refrigeración por aire funciona por convección. Es decir, el calor se disipa de las barras colectoras a través de las corrientes de aire golpeadas por el aire caliente que sube y el aire frío cae. Sin embargo, si las partes están demasiado cerca una de la otra, inhibe el proceso de enfriamiento por convección. O, digamos, tres barras de bus están colocados en paralelo entre sí muy cerca una de otra. El componente central tendrá menos oportunidades de disipar su calor, ya que las otras dos partes bloquean el flujo de aire de convección y evitan que el aire ambiente se enfríe lo suficiente. Además, el efecto de chimenea describe el escenario en el que la disposición de las piezas verticalmente en su borde, en lugar de horizontalmente plana, aumenta la eficiencia del enfriamiento por convección. Básicamente, la mayor superficie vertical permite que el aire caliente ascendente tome más calor.

Análisis de Rendimiento Físico

Lo más importante, recuerde que la tabla de ampacidad es simplemente una guía rápida. Uno nunca puede estar completamente seguro de cómo funcionará una pieza hasta que se someta a pruebas de rendimiento exhaustivas. Afortunadamente, Storm Power tiene un conjunto completo de capacidades de prueba para medir adecuadamente el rendimiento térmico y de voltaje de cualquier parte.