Explicação da classificação da barra de cobre: tabelas de ampacidade, redução de classificação e verificações de compra

Uma barra de cobre de 100x10 mm é rotineiramente citada como um condutor de 1.500 A. Coloque essa mesma barra em um invólucro de chapa de aço, em uma sala de fábrica a 45 °C, em uma operação com quatro barras por fase, e a corrente que ela pode transportar sem exceder seu limite de temperatura pode cair abaixo de 1.100 A. O cobre não mudou. A classificação sim.

Essa é a coisa mais útil para entender sobre a classificação da barra de cobre: não é uma propriedade fixa do metal. É o resultado de uma seção transversal, um aumento de temperatura permitido, uma condição ambiente, um arranjo de montagem e um padrão que define como o número foi produzido. Dois fornecedores podem cotar a mesma barra em 900 A e 1.300 A e ambos podem estar corretos, porque estão respondendo a perguntas ligeiramente diferentes.

O que se segue é uma maneira prática de ler as classificações das barras de cobre, compará-las honestamente com as do alumínio e identificar as lacunas nas especificações que se transformam em juntas quentes no primeiro verão quente de operação.

O que uma classificação de barra de cobre realmente mede

A classificação da barra de cobre, ou ampacidade, é a corrente de estado estacionário na qual a barra atinge sua temperatura permitida em um determinado ambiente. Três coisas estão sempre implícitas, e todas as três devem coincidir antes que dois valores possam ser comparados: a secção transversal, a temperatura permitida ou o aumento de temperatura e as condições circundantes.

A referência clássica para barras retangulares de cobre é a DIN 43671, que tabula a capacidade de condução de corrente em relação ao aumento de temperatura para barras nuas em ar parado. Os padrões de montagem seguem um caminho diferente. A IEC 61439-1 estabelece limites de aumento de temperatura para a montagem completa, a UL 67 e a UL 891 fazem o mesmo para painéis e quadros de distribuição, e a IEC 61439-6 cobre sistemas de barramento. Segundo esses padrões, a classificação de um bar é, na verdade, a classificação do conjunto em que ele reside, confirmada por testes e não por tabela.

As suposições materiais também são importantes. Uma barra vendida como cobre é normalmente cobre eletrolítico de breu tenaz com uma condutividade de pelo menos 58 MS/m, que é a referência 100% IACS. O estoque com 95% de IACS funciona cerca de 5% mais quente na mesma corrente, o que é um dos motivos pelos quais vale a pena solicitar certificados de usina.

Ampacidade indicativa de barras simples de cobre nu em ar parado, montagem horizontal, temperatura ambiente de 35 °C; verifique em relação ao padrão aplicável e ao invólucro real antes de usar.
Tamanho da barra (mm)	Aprox. amplificadores com aumento de 35 K	Aprox. amperes a 65 K aumentam	Uso típico
20x5	230	330	Pequenos quadros de distribuição, painéis de controle
30x5	320	445	Alimentadores de painéis, pequenas tiragens
40x5	400	555	Distribuição geral de baixa tensão
50x10	640	890	Principais alimentadores de baixa tensão
63x10	750	1.040	Barras principais do quadro
80x10	900	1.250	Links do transformador para placa
100 x 10	1.100	1.520	Principais trechos de alta corrente

Apenas figuras ao ar livre. Invólucro, ambiente e barras paralelas movem esses valores.

O que reduz a classificação da barra de cobre em instalações reais

Depois que um bar sai da mesa ao ar livre, cinco fatores geralmente decidem o número real.

Temperatura ambiente. As tabelas assumem 35 °C. Uma sala a 45 °C custa cerca de 10% da corrente utilizável e 55 °C custa cerca de 20%.
Montagem e gabinete. Um gabinete IP54 fechado pode suportar outros 10 a 20 por cento em comparação com o ar livre. As barras laterais esfriam melhor do que as barras planas empilhadas da mesma seção, e as barras verticais com aberturas de ventilação têm melhor desempenho do que as horizontais no ar morto.
Barras paralelas por fase. Duas barras não são duas vezes uma barra. Os efeitos de proximidade e o compartilhamento desigual normalmente geram cerca de 1,7 vezes o valor de uma barra única, cerca de 2,4 vezes para três barras e cerca de 2,8 vezes para quatro.
Frequência e efeito de pele. A 50 Hz, a corrente no cobre concentra-se em aproximadamente 9 mm da superfície. Acima de cerca de 10 mm de espessura, a largura extra compra mais ampacidade do que a espessura extra.
Condição da superfície e revestimento. O calor sai de uma barra por convecção e radiação. Superfícies escuras e oxidadas irradiam mais do que superfícies brilhantes ou fortemente estanhadas, portanto o revestimento pode adicionar uma pequena penalidade térmica mesmo quando é a escolha certa para corrosão e vida útil da junta.

A altitude também pertence à lista. Acima de aproximadamente 2.000 m, o ar mais rarefeito reduz o resfriamento convectivo e os conjuntos testados ao nível do mar devem ser reduzidos em conformidade.

Forma de desclassificação ilustrativa para uma barra em um recinto interno fechado, referenciada a 35 °C.

Barra de cobre versus barra de alumínio: comparando as classificações de maneira justa

O alumínio é a alternativa natural quando o peso e o custo determinam a decisão, mas a comparação só é válida se for feita na mesma base.

O cobre fica em 100% IACS, enquanto os condutores de alumínio padrão ficam perto de 61%. Portanto, combinar uma barra de cobre requer cerca de 1,6 vezes a seção transversal, mas a barra de alumínio pesa cerca de metade disso. Na prática, o alumínio ganha no carregamento da estrutura, na contagem de suportes e no custo do material, enquanto o cobre ganha no espaço: uma passagem de cobre cabe em uma vala ou compartimento de manobra mais apertado.

Dois detalhes decidem se uma substituição de alumínio funciona no local. Primeiro, articulações. O alumínio forma um óxido isolante em poucos minutos e se desintegra sob pressão sustentada do parafuso, portanto, as terminações precisam de preparação adequada da superfície, torque correto e placas de transição bimetálicas onde o alumínio encontra o cobre. Em segundo lugar, expansão. O alumínio se expande cerca de 30% mais que o cobre para a mesma mudança de temperatura, o que é importante em longos percursos com terminações rígidas.

Para média e alta tensão, os perfis tubulares alteram a aritmética. Uma barra de liga tubular expõe mais superfície de resfriamento por unidade de seção transversal do que uma barra plana, de modo que a diferença de ampacidade em relação ao cobre diminui consideravelmente.

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Barramento tubular de liga de magnésio-alumínio de ultra-alta tensão O barramento tubular de liga de magnésio-alumínio de ultra-alta tensão é um componente condutor chave projetado especificamente para transmissão e transferência de energia de ultra-alta tensão. Ver Produto →

Barras isoladas e fundidas: mesmo cobre, classificação diferente

O isolamento altera ambos os lados da equação de classificação. Remove superfícies de resfriamento convectivas, mas também permite que o condutor aqueça mais, porque a parte condutora de corrente não é mais acessível ao toque e o sistema de isolamento define a classe de temperatura.

É por isso que uma barra tubular totalmente isolada pode transportar mais corrente do que uma barra nua da mesma seção dentro do mesmo invólucro: a temperatura permitida do condutor é mais alta e o invólucro pode muitas vezes ser menor. A desvantagem é que o isolamento se torna o componente limitante, de modo que sua classe de temperatura, e não o cobre, define a classificação publicada.

Sistemas comuns de isolamento de barramentos tubulares e os pontos de projeto que normalmente definem sua classificação; os valores declarados variam de acordo com o fabricante e devem ser confirmados na folha de dados.
Sistema de isolamento	Temperatura típica do condutor contínuo	Melhor ajuste	Cuidados
EPDM/borracha de silicone	Cerca de 90 a 105 °C	Subestações externas e moderadamente poluídas	Envelhecimento por UV e ozono; confirme a classe declarada
Fundição em resina epóxi	Cerca de 105 a 130 °C	Aparelhagem interna compacta, áreas úmidas ou corrosivas	Vazios de fundição, ciclagem térmica; teste a peça acabada
PTFE	Geralmente acima de 150 °C	Áreas de alta temperatura e quimicamente agressivas	Custo; abrasão superficial durante a instalação

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Quando a barra fica dentro de uma via de ônibus, o sistema define a classificação

Na distribuição de baixa tensão, a classificação da barra de cobre raramente é usada sozinha. Um barramento é classificado como um sistema: condutor, juntas, isolamento, invólucro e ambiente declarado são testados juntos sob IEC 61439-6 ou UL 857, e o valor da placa de identificação se aplica a todo esse conjunto.

Isto tem uma consequência prática. Uma barramento compacta de 800 A geralmente usa uma seção transversal de condutor que uma mesa de ar livre creditaria bem acima de 800 A. A diferença não é margem de erro; é a parcela consumida pela resistência da junta, pelas perdas do invólucro e pela suposição ambiental da norma.

Resistência do condutor (I2R) 62% Juntas e pontos de conexão 18% Correntes parasitas do gabinete 12% Terminais e contatos 8%

Balanço de calor ilustrativo dentro de um barramento de baixa tensão operando em corrente nominal.

Os barramentos compactos do tipo sanduíche e de alta densidade reduzem essa participação, mantendo as fases próximas umas das outras, o que reduz a reatância e a queda de tensão e melhora o compartilhamento de corrente entre condutores paralelos. Isso é mais importante, e não menos, em instalações com cargas ricas em harmônicos, onde a impedância do percurso molda a forma como a corrente se divide.

Se você estiver pesando o barramento contra um cabo ou barra desencapada para um quadro de distribuição de média ou baixa tensão, este guia em como escolher o barramento certo para média e baixa tensão percorre a mesma decisão com detalhes em nível de projeto.

Via de ônibus compacta de alta densidade O barramento compacto de alta densidade pertence à categoria de produtos de barramento de resina fundida de baixa tensão. Adota um projeto estrutural densamente organizado, caracterizado por... Ver Produto →

Lista de verificação de compra e pontos de falha comuns

Antes de aceitar uma cotação que reivindique uma classificação de barra de cobre, pergunte o seguinte.

Evidência de condutividade: um certificado de fábrica mostrando pelo menos 58 MS/m, ou 100% IACS.
Dimensões e tolerância: largura e espessura dentro da tolerância padrão aplicável, com arestas vivas removidas.
Especificação de revestimento: espessura do estanho normalmente de 5 a 10 micrômetros onde a resistência à corrosão ou a vida útil da junta são importantes.
Dados de aumento de temperatura: um relatório de teste para a montagem, não apenas um valor de tabela para uma única barra.
Hardware de junta: valores de torque documentados, arruelas Belleville ou de pressão e um plano para verificações de ciclos térmicos.

As falhas mais caras são as silenciosas. Uma barra de tamanho menor que o especificado, 80 x 10 mm em vez de 100 x 10 mm, remove cerca de 20% da seção transversal de cobre e reduz a classificação em cerca de 18%, enquanto o pedido de compra ainda parece correto no papel. O alumínio substituído discretamente pelo cobre no mesmo invólucro, ou cobre de menor condutividade, aparece como uma junta quente dois ou três anos depois. Juntas soltas e conexões metálicas mistas raramente falham no comissionamento; eles falham durante o ciclo de carga, que ocorre precisamente quando a planta não pode arcar com o tempo de inatividade.

Se você tiver um desenho, um perfil de carga e uma condição ambiente, poderá envie os detalhes para nossa equipe de engenharia e obtenha uma recomendação de barra ou barramento que corresponda à instalação, e não à página do catálogo.

FAQ: Perguntas sobre classificação de barras de cobre que os compradores fazem

A classificação da barra de cobre é igual à ampacidade?

No uso diário, sim. Tecnicamente, ampacidade é a corrente que produz um aumento definido de temperatura em um ambiente definido, portanto o número não tem sentido sem essas duas condições associadas.

Que corrente uma barra de cobre de 40 x 10 mm pode transportar?

Aproximadamente 800 a 900 A a uma elevação de 65 K em ar livre e próximo de 600 A dentro de um gabinete fechado a 45 °C ambiente. Verifique com o padrão de montagem ou com um teste de aumento de temperatura antes de projetar de acordo com ele.

Dobrar a espessura da barra dobra a classificação?

Não. Ir de 5 mm para 10 mm na mesma largura normalmente adiciona 45 a 55 por cento, porque a espessura adiciona seção transversal, mas muito pouca área de superfície, e o efeito pelicular limita a quantidade de cobre extra que realmente transporta corrente.

Quanto custa uma temperatura ambiente de 45 °C em comparação com 35 °C?

Cerca de 10 por cento da corrente utilizável em um arranjo interno típico e mais onde a ventilação é fraca ou várias passagens compartilham o mesmo espaço.

As barras de alumínio podem substituir as barras de cobre do mesmo tamanho?

Não do mesmo tamanho. A mesma seção transversal perde cerca de 40% de sua capacidade, portanto as substituições de alumínio precisam de um perfil maior, preparação correta da junta e hardware de transição bimetálico.

O estanhamento altera a classificação?

Apenas ligeiramente. O estanho reduz um pouco o resfriamento radiativo, mas o efeito é pequeno comparado à temperatura ambiente e às condições do gabinete. O verdadeiro benefício do revestimento é a resistência à corrosão e uma interface de junta mais estável.

Uma classificação de barra de cobre significa alguma coisa somente quando a seção transversal, o limite de temperatura, o ambiente e a montagem acompanham ela. Peça as condições de teste antes de comparar dois números, o tamanho do pior ambiente que a sala verá em julho, em vez da média impressa no desenho, e trate as juntas, não as barras, como a parte do sistema com maior probabilidade de falhar primeiro.