Como projetar um layout de barramento de subestação: esquemas, folgas e regras de espaçamento

Um pátio externo de 110kV tem 60 metros de comprimento, a linha de entrada fica no lado oeste e o cliente deseja dois compartimentos de transformadores e espaço para um futuro terceiro. O diagrama unifilar é aprovado. A questão que paralisa o projeto por uma semana é muito menos glamorosa: onde exatamente funciona o barramento e de quantas estruturas de suporte ele precisa?

O layout do barramento é um problema de sequência antes de ser um problema de desenho. Fixe primeiro o arranjo de comutação, depois trave as folgas elétricas e coloque o aço e os isoladores por último. As equipes que começam com o desenho do suporte geralmente o redesenham, porque uma folga que parece generosa na planta raramente sobrevive a uma verificação de acesso para manutenção com um caminhão caçamba.

A resposta curta: escolha o arranjo a partir do nível de falha e da filosofia de manutenção, determine o espaçamento da tensão mais alta do sistema e do nível de poluição do local e, em seguida, dimensione o condutor a partir da corrente contínua e da resistência a curto-circuito. Suportes, isoladores, trincheiras, estradas e futuras baías decorrem dessas três decisões.

As informações que você precisa antes de desenhar qualquer coisa

Colete-os antes do primeiro esboço. A falta de qualquer um deles leva o problema para a construção, onde as correções custam muito mais do que no papel.

Tensão nominal e máxima do sistema, que define o nível de isolamento e, indiretamente, a geometria de todo o pátio.
Corrente contínua do barramento mais o crescimento que o proprietário espera nos próximos 10 a 15 anos.
Suporta curto-circuito: corrente eficaz e de pico e duração, normalmente 1 ou 3 segundos.
Limites do local, direitos de passagem existentes e a direção em que cada linha entra.
Nível de poluição e altitude, os quais ampliam os requisitos de fuga e liberação.
Faixa de temperatura ambiente, velocidade do vento e zona sísmica para carregamento estrutural.
Regras de redundância: quais circuitos devem continuar funcionando enquanto um barramento ou disjuntor é mantido.

O último item decide o dinheiro. Um barramento que transporta 800 A hoje ainda é projetado para os 25 kA que a rede pode fornecer, porque o espaçamento do suporte e a carga do isolador vêm da força de pico de curto-circuito e não da corrente de carga. Aumente o nível de falha mais tarde e você reconstruirá o aço.

Escolhendo o esquema de disposição de barramentos

O acordo é uma troca entre flexibilidade de comutação e quantos disjuntores, seccionadores e baias você compra, instala e mantém ao longo de 30 anos.

Tabela 1: arranjos comuns de barramentos de subestações e suas compensações práticas.
Arranjo	Flexibilidade de mudança	Pegada relativa	Ajuste típico	Principal compensação
Barramento único	Mais baixo; uma falha ou manutenção do ônibus interrompe a estação	Menor	Pequenas subestações de distribuição, locais com transformador único	Simples e econômico, mas sem janela de manutenção de ônibus
Barramento único with sectionaliser	Moderado; seções podem ser isoladas independentemente	Pequeno	Subestações de distribuição com dois alimentadores de entrada	Limita a interrupção, mas não a remove
Barramento duplo	Alto; qualquer alimentador pode ser transferido para qualquer barramento	Maior, com barramento duplicado e seccionadores extras	Nós de transmissão e importantes subestações industriais	Custo mais alto e intertravamento mais complexo
Ônibus principal e de transferência	Moderado; um alimentador se move para o barramento de transferência para manutenção do disjuntor	Um pouco maior	Locais onde a manutenção do disjuntor não deve interromper o fornecimento	A troca de transferência exige procedimento rigoroso
Um disjuntor e meio	Mais alto; qualquer disjuntor pode ser retirado sem perder um circuito	Maior, com mais estruturas	Nós EHV e conexões críticas à rede	Maior custo de capital e complexidade de proteção

Na prática, um único barramento com seccionador cobre a maioria dos trabalhos de distribuição de 10 kV a 35kV. O barramento duplo ganha seu custo quando perder o ônibus significa perder produção ou um bairro da cidade. Arranjos de um disjuntor e meio pertencem a nós onde nenhum circuito pode ser desligado para manter um disjuntor.

Espaços livres e espaçamentos moldam o quintal

Uma vez estabelecido o arranjo, a autorização é o que realmente desenha o plano. Comece com a tensão mais alta do sistema, aplique as correções de poluição e altitude e, em seguida, compare o resultado com o padrão vigente.

Tabela 2: folgas de ar típicas entre fases para barramentos isolados a ar externos; a norma aplicável sempre prevalece.
Tensão do sistema	Folga mínima típica entre fases	Consequência prática para o layout
10 kV	Cerca de 200mm	Baias compactas; o painel interno geralmente substitui barramentos abertos
35 kV	Cerca de 400 mm	Baias delgadas e estruturas de barramento de nível único são comuns
66kV	Cerca de 700 mm	As larguras das baías aumentam rapidamente; estruturas de suporte ficam mais altas
110kV	Cerca de 1000 mm	Layouts de dois níveis com barramentos acima dos seccionadores
220kV	Cerca de 1800 milímetros	Vãos longos, estruturas pesadas, vias de acesso largas
500kV	Cerca de 3800 milímetros	O planejamento do pátio é dominado por liberação e corona

Seguem-se duas consequências. Primeiro, um pátio de 220 kV tem aproximadamente três vezes a largura de um pátio de 35 kV que transporta a mesma corrente. Em segundo lugar, o comprimento do vão é tão importante quanto a folga. Os pós-isoladores geralmente carregam barramentos tubulares rígidos em vãos de 6 a 12 metros, e o vão deve ser curto o suficiente para que o pico de força de curto-circuito não sobrecarregue o isolador, o suporte ou o próprio condutor.

Combinando Condutor e Isolamento com o Layout

A escolha do condutor segue o layout, e não o contrário. Onde as folgas são fáceis, os barramentos tubulares de alumínio ou cobre em postes isoladores são a resposta econômica: rígidos, fáceis de inspecionar e simples de estender quando um novo compartimento é adicionado.

Aluminum Alloy Tubular Bus Bar for High-Voltage Systems

Barramento tubular de liga de alumínio para sistemas de alta tensão Este barramento tubular rígido em liga de alumínio 6063G se adapta a layouts com amplas folgas, oferecendo alta resistência mecânica e condutividade. Ver Produto →

Onde o espaço é apertado, como uma sala de distribuição interna, um compartimento industrial compacto, uma torre de turbina eólica, um túnel ou uma subestação no telhado, os condutores desencapados não conseguem atender à largura disponível. Os barramentos tubulares isolados resolvem isso colocando o isolamento no condutor em vez de depender do ar, razão pela qual são cada vez mais comuns em projetos de modernização com dimensões fixas de edifícios. O barramento tubular totalmente isolado intervalo cobre a maioria dessas restrições.

Três sistemas de isolamento atendem à maioria dos casos. Os barramentos fundidos a vácuo em resina epóxi fornecem um invólucro rígido e dimensionalmente estável, adequado para ambientes úmidos ou contaminados. A borracha de silicone EPDM mantém a flexibilidade e absorve o movimento térmico. O PTFE é adequado para aplicações onde a resistência química e um diâmetro pequeno são mais importantes.

Fully Insulated Epoxy Resin Cast Tubular Bus Bar

Barra de barramento tubular totalmente isolada em resina epóxi fundida Este barramento fundido em resina epóxi totalmente isolado fornece um invólucro rígido e dimensionalmente estável para ambientes úmidos ou contaminados em uso interno de média e baixa tensão. Ver Produto →

Em média e baixa tensão dentro de edifícios, os sistemas de barramento substituem os cabos onde a flexibilidade de derivação, a dissipação de calor previsível e a localização mais fácil de faltas são mais importantes do que o menor custo inicial.

Fully Insulated High and Low Voltage Busway System

Sistema de barramento de alta e baixa tensão totalmente isolado Este sistema de barramento totalmente isolado oferece um design compacto e de gabinete compartilhado para distribuição de energia, adequado para projetos de modernização e expansão com restrições de espaço. Ver Produto →

Aterramento, acesso para manutenção e espaço para crescer

A geometria do barramento e o projeto de aterramento devem se mover juntos. A pegada da rede de aterramento segue as rotas dos condutores, portanto, um barramento movido posteriormente no projeto força o estudo de aterramento a ser refeito, e os limites de tensão escalonados e de toque geralmente são mais apertados em vez de relaxados.

Mantenha as estradas de acesso com 3,5 a 4 metros de largura, com área de manobra livre no compartimento do transformador.
Deixe passagem suficiente para que um técnico opere os seccionadores sem entrar na zona livre.
Passe as valas de cabos de modo que não cruzem sob os suportes do barramento que possam precisar de substituição.
Reserve uma baia sobressalente ou pelo menos o espaço físico para ela, incluindo suas conexões de aterramento.

Uma sequência de design prático

Confirme os dados elétricos: tensão, corrente contínua, nível de falha e duração.
Selecione o arranjo do barramento por exigência de redundância, não por hábito.
Obtenha folgas da tensão mais alta do sistema, além de correções de poluição e altitude.
Dimensione o condutor para corrente contínua e serviço térmico de curto-circuito.
Defina o vão e o espaçamento do suporte a partir do pico da força de curto-circuito.
Coloque suportes, fundações, estradas e valas na planta e verifique o acesso para manutenção.
Verifique as zonas de proteção, intertravamentos e aterramentos em relação ao layout físico final.
Revise o desenho com a equipe de operações antes de congelá-lo; eles encontrarão o problema de acesso que você perdeu.

Onde os layouts de barramento geralmente dão errado

Dimensionar o barramento apenas para corrente de carga e depois descobrir que o espaçamento entre suportes é governado pela força de falta.
Usando uma tabela de liberação de baixa altitude em um local acima de 1.000 metros.
Esquecer que o nível de poluição amplia a fuga, o que alonga os isoladores e aumenta a altura das estruturas.
Colocar um seccionador onde a alavanca de operação termina dentro da distância de segurança.
Não deixando espaço físico para uma futura baia, o que posteriormente obriga a uma reorganização completa do pátio.
Escolher um condutor flexível onde um barramento tubular rígido teria reduzido pela metade o vão e o aço.

Perguntas frequentes

Qual deve ser a largura de um compartimento de barramento de subestação?

A largura do compartimento é normalmente determinada pela maior folga no compartimento mais o espaço de trabalho, e não pelo diâmetro do condutor. Para um bay externo de 110 kV, são típicos 8 a 12 metros entre os centros de fase; em 35 kV, 3 a 5 metros costumam ser suficientes. Confirme sempre a norma aplicável e as dimensões do quadro.

O barramento deve ficar acima ou abaixo dos seccionadores?

Acima, na maioria dos projetos externos com isolamento de ar, para que a manutenção em um seccionador possa ser feita sem aproximar-se de um barramento energizado. A desvantagem são estruturas mais altas e isoladores mais longos. Layouts de nível único economizam aço, mas dificultam o acesso.

Barramento tubular rígido ou condutor flexível?

Barramentos tubulares rígidos adequam-se a vãos curtos e limpos e reduzem a altura e a contagem da estrutura. Condutores flexíveis suportam melhor vãos longos, movimentos sísmicos e assentamentos irregulares de suporte. A decisão geralmente se resume ao comprimento do vão e à quantidade de aço que você deseja construir.

Se a sequência acima for seguida, o desenho do layout deixa de ser uma negociação e passa a ser uma consequência das decisões elétricas. Comece com o arranjo, determine as folgas e depois dimensione o hardware. Se você estiver trabalhando em um pátio específico, nossos engenheiros poderão revisar seu diagrama unifilar e as restrições do local e sugerir uma combinação de condutor e isolamento que se adapte ao espaço que você realmente possui. Você pode entrar em contato com a equipe através do página de contato .