Barras colectoras en centrales eléctricas: problemas magnéticos y térmicos

Resumen

El documento describe los sistemas de barras colectoras o embarrados en centrales eléctricas, sus tipos principales y los problemas básicos que presentan. Explica los efectos magnéticos y térmicos que condicionan su diseño, así como el apantallamiento magnético y el sistema de refrigeración de las barras de fases aisladas.

Puntos clave

Un embarrado es un grupo de conductores que sirve de conexión común de dos o más circuitos.
Las barras de fases aisladas conectan los bornes del generador con el lado de B.T. del transformador de salida.
Las altas corrientes generan esfuerzos mecánicos de atracción y repulsión que pueden deformar las fijaciones.
El calor por efecto Joule provoca dilataciones que deben considerarse en el diseño de los soportes.
El apantallamiento magnético se logra con envolventes metálicas de aluminio por las que circula una corriente igual y opuesta a la del conductor central.
La densidad de corriente típica para el aluminio es de 1,55 A/mm2.

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Sistemas de Barras Colectoras en Generación

1. Sistemas de Barras Colectoras

1.1. Introducción

En instalaciones eléctricas, se denominan barras o embarrado a un grupo de conductores que sirve de conexión común de dos o más circuitos.

En una central eléctrica, cabe distinguir diferentes sistemas de barras:

Barras de fases aisladas, que conectan los bornes del generador con el lado de B.T. del transformador de salida.
Barras de fases agrupadas o segregadas que alimentan los servicios auxiliares de la central.
Barras de la subestación de salida.

Algunos también incluyen los cables que conectan los centros de carga con los cuadros de conmutación de cargas.

1.2. Problemas en Embarrados

Los sistemas de barras presentan dos problemas básicos:

Problemas Magnéticos:
- Las elevadas corrientes que circulan por este tipo de conductores producen esfuerzos mecánicos de atracción y repulsión debido a la interacción entre corrientes y campo magnético.
- También provocan calentamiento por corrientes parásitas en estructuras metálicas adyacentes.
- Estas fuerzas son especialmente importantes en CC, y pueden llegar a deformar y romper las fijaciones de los conductores.
Problemas Térmicos:
- La temperatura de los juegos de barras depende tanto de la temperatura ambiente como del calor que se disipa en ellas por efecto Joule, lo que se traduce en dilataciones que deben ser tenidas en cuenta a la hora de diseñar los soportes.
- Los ciclos de expansión y contracción pueden llegar a aflojar las conexiones y dar lugar a la aparición de puntos calientes, con la aparición de arcos en casos extremos.
- La temperatura se monitoriza normalmente mediante termografía infrarroja, y se controla en todo momento.

1.3. Barras de Fases Aisladas

La corriente asignada del generador de una central puede llegar a ser de varios miles de amperios:

Potencia aparente asignada (MVA)	Tensión asignada (kV)	Intensidad asignada (kA)
60	15	2,3
500	19	15,2
1000	21	27,5

Las corrientes subtransitorias de cortocircuito pueden llegar a ser hasta 6 veces mayores en valor eficaz, con valores instantáneos de más de 15 veces.

1.4. Apantallamiento Magnético

Para apantallar el campo magnético que producen, van alojadas dentro de envolventes metálicas conductoras de aluminio, conectadas entre sí:

El efecto de apantallamiento se consigue por la circulación a lo largo de la carcasa de una corriente igual y de signo contrario a la del conductor central.

Los retornos de estas corrientes se cierran mediante placas conductoras que interconectan las envolventes externas en sus extremos.

Existe un sistema de impulsión de aire de refrigeración en circuito cerrado por el espacio anular entre el conductor y la carcasa externa.

Este sistema incluye un desecador para extraer la humedad del aire y evitar la formación de condensaciones.

1.5. Aspectos Constructivos

Las densidades de corriente típicas utilizadas en la práctica son de 1,55 A/mm² para el aluminio.

Los conductores son huecos, y de forma rectangular o circular.

1.6.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un embarrado en una instalación eléctrica?

Se denomina barras o embarrado a un grupo de conductores que sirve de conexión común de dos o más circuitos. En las centrales se distinguen barras de fases aisladas, barras de fases agrupadas y barras de la subestación de salida.

¿Qué problemas presentan los sistemas de barras?

Presentan problemas magnéticos, causados por los esfuerzos de atracción y repulsión y el calentamiento por corrientes parásitas, y problemas térmicos, debidos a las dilataciones y al calor por efecto Joule. Los ciclos de expansión y contracción pueden aflojar las conexiones y generar puntos calientes.

¿Cómo se apantalla el campo magnético de las barras de fases aisladas?

Se alojan dentro de envolventes metálicas conductoras de aluminio, conectadas entre sí. Por la carcasa circula una corriente igual y de signo contrario a la del conductor central, y los retornos se cierran mediante placas conductoras en los extremos.