Guida completa alle sbarre: Tipi, progettazione, produzione, applicazioni e sicurezza nei moderni sistemi elettrici

I. Introduzione alle sbarre collettrici

A. Che cos'è una sbarra collettrice?

La sbarra collettrice è un componente cruciale dei sistemi di distribuzione elettrica e funge principalmente da conduttore che raccoglie e distribuisce l'energia elettrica. Ecco una panoramica dettagliata delle sue caratteristiche, tipologie e applicazioni.

B. Sviluppo storico

1. Fase iniziale (anni 1950-1970)

Lo sviluppo storico delle sbarre riflette una significativa evoluzione della tecnologia di distribuzione dell'energia elettrica negli ultimi sette decenni. Nella fase iniziale, tra gli anni '50 e '70, le sbarre sono emerse come soluzioni semplici ma efficaci per la distribuzione industriale dell'energia. Questi progetti iniziali erano strutture di base realizzate con pesanti calibri metallici, utilizzate principalmente in ambito industriale per applicazioni ad alta corrente. Tuttavia, dovevano affrontare problemi di efficienza e richiedevano una manutenzione frequente a causa delle coperture imbullonate e delle connessioni a morsetto per le derivazioni.

2. Periodo intermedio (anni '80-2000)

Con il progredire della tecnologia tra gli anni '80 e gli anni 2000, le sbarre hanno subito una sostanziale modernizzazione. In questo periodo intermedio sono stati introdotti sistemi di canalizzazione chiusi, che utilizzano involucri in lamiera d'acciaio o alluminio che ospitano conduttori in rame o alluminio. Le caratteristiche di sicurezza sono migliorate in modo significativo con lo sviluppo di prese di corrente plug-in con design chiuso e protetto dalle dita. L'applicazione delle sbarre si è estesa dagli ambienti industriali agli edifici commerciali e i miglioramenti dell'efficienza hanno portato all'introduzione di sistemi a cinque poli con barre di terra e neutro separate.

3. Epoca attuale (2010-oggi)

C. Ruolo chiave nei moderni sistemi elettrici

Le sbarre collettrici svolgono un ruolo fondamentale nei moderni sistemi elettrici, in particolare negli ambienti che richiedono una distribuzione efficiente e flessibile dell'energia, come i centri dati e gli impianti industriali. La loro importanza è sottolineata da diverse funzioni e vantaggi chiave:

Distribuzione efficiente dell'energia

Le sbarre collettrici centralizzano la distribuzione dell'energia elettrica, consentendo la trasmissione efficiente di correnti elevate da un'unica sorgente a più circuiti. In questo modo si riduce la complessità associata ai metodi di cablaggio tradizionali, con conseguente snellimento delle installazioni e miglioramento dell'affidabilità.

Flessibilità e scalabilità

I moderni sistemi di sbarre, in particolare nei data center, sono progettati per essere flessibili. Consentono di apportare facilmente modifiche, come l'aggiunta o il riposizionamento di unità di spillamento, senza interrompere l'intero sistema. Questa adattabilità è fondamentale in ambienti in cui le richieste di energia cambiano frequentemente, consentendo alle strutture di scalare le operazioni in modo rapido ed efficiente.

Ottimizzazione dello spazio

Le sbarre collettrici possono essere installate in alto, liberando spazio prezioso sul pavimento che altrimenti sarebbe occupato dai sistemi di cablaggio tradizionali. Ciò è particolarmente vantaggioso nei data center, dove è essenziale massimizzare lo spazio utilizzabile per i rack dei server. I sistemi di sbarre a canale aperto riducono la necessità di apparecchiature aggiuntive sul pavimento, migliorando il layout generale e la funzionalità dello spazio.

Efficienza di raffreddamento migliorata

Riducendo al minimo il cablaggio sotto il pavimento, le sbarre collettrici migliorano il flusso d'aria all'interno dei data center, con conseguente miglioramento dell'efficienza di raffreddamento. Si tratta di un aspetto critico, poiché le densità di potenza più elevate spesso richiedono soluzioni di raffreddamento più robuste. L'installazione sopraelevata delle sbarre collettrici consente una circolazione dell'aria più efficace intorno alle apparecchiature.

Monitoraggio e gestione dell'energia

Molti dei moderni sistemi di sbarre sono dotati di funzionalità di monitoraggio integrate che forniscono dati in tempo reale sull'utilizzo dell'energia. In questo modo i gestori delle strutture possono ottimizzare il consumo energetico, identificare le tendenze e prendere decisioni informate su future espansioni o modifiche. Il monitoraggio continuo aiuta a rilevare gli squilibri di carico e le inefficienze prima che portino a guasti o fermi macchina.

Costo-efficacia

Sebbene l'installazione iniziale dei sistemi di sbarre possa essere paragonabile ai metodi tradizionali, i loro vantaggi a lungo termine includono costi di manutenzione ridotti e un minor consumo energetico. La natura modulare delle sbarre collettrici consente regolazioni rapide senza tempi di inattività significativi o costi di manodopera, con conseguenti maggiori risparmi nel tempo.

II. Principi fondamentali

A. Conducibilità elettrica

La conducibilità elettrica (σ) è una proprietà fondamentale che quantifica la capacità di un materiale di condurre corrente elettrica. È definita come il rapporto tra la densità di corrente (J) e l'intensità del campo elettrico (E), espresso matematicamente come:

σ = J / E

L'unità SI per la conducibilità elettrica è il siemens per metro (S/m). Vari fattori influenzano la conduttività, tra cui la temperatura, la composizione del materiale e le impurità. I metalli come il rame e l'argento presentano un'elevata conduttività grazie alla presenza di elettroni liberi che facilitano il flusso di corrente elettrica, mentre i non metalli hanno tipicamente una conduttività inferiore.

B. Distribuzione della corrente

La distribuzione della corrente si riferisce al modo in cui la corrente elettrica scorre attraverso un conduttore o una rete di conduttori. In un conduttore ideale con sezione trasversale e proprietà del materiale uniformi, la densità di corrente rimane costante in tutto il conduttore. Tuttavia, nelle applicazioni reali, fattori come la variazione della resistività, i gradienti di temperatura e le configurazioni geometriche possono portare a una distribuzione non uniforme della corrente.

La relazione tra densità di corrente e campo elettrico può essere influenzata anche dalla geometria del sistema di sbarre. Ad esempio, nelle sbarre con forme o connessioni complesse, la corrente può concentrarsi in alcuni punti, causando potenziali surriscaldamenti o inefficienze. Per ottimizzare le prestazioni, gli ingegneri devono considerare questi fattori durante la progettazione per garantire una distribuzione uniforme della corrente e ridurre al minimo le perdite.

C. Dissipazione del calore

La dissipazione del calore nei sistemi elettrici è fondamentale per mantenere l'efficienza operativa e prevenire i danni. Quando la corrente elettrica scorre attraverso un conduttore, genera calore a causa delle perdite resistive, descritte dalla legge di Joule:

P = I²R

dove P è la perdita di potenza (in watt), I è la corrente (in ampere) e R è la resistenza (in ohm). Nei sistemi di sbarre è essenziale disporre di meccanismi efficaci di dissipazione del calore per gestire l'accumulo termico. Ciò può comportare:

• Selezione dei materiali: Utilizzo di materiali ad alta conducibilità termica per facilitare il trasferimento del calore lontano dai componenti critici.
• Caratteristiche di progettazione: Incorporazione di sistemi di ventilazione o raffreddamento all'interno del design delle sbarre per migliorare il flusso d'aria e la rimozione del calore.
• Gestione del carico: Distribuzione dei carichi in modo uniforme su più sbarre o circuiti per evitare il surriscaldamento localizzato.

La comprensione di questi principi consente di progettare sistemi elettrici più efficienti che massimizzano le prestazioni e riducono al minimo i rischi associati al surriscaldamento e ai guasti elettrici.

III. Tipi di sbarre

Le sbarre sono componenti fondamentali dei sistemi elettrici e possono essere classificate in diversi tipi in base ai materiali utilizzati e alle loro applicazioni specifiche. Ecco una panoramica dei principali tipi di sbarre:

A. Barre collettrici in rame

Rame sbarre sono rinomati per la loro eccellente conducibilità elettrica, seconda solo all'argento. Sono comunemente utilizzati in varie applicazioni grazie alla loro elevata efficienza nel condurre l'elettricità con una minima perdita di energia. Le caratteristiche principali includono:

Alta conduttività: Il rame è in grado di trasportare una maggiore quantità di corrente a dimensioni ridotte rispetto ad altri materiali, il che lo rende ideale per le applicazioni ad alta richiesta.

Resistenza alla corrosione: Il rame è resistente alla corrosione della maggior parte dei prodotti chimici organici, consentendo di lavorare bene in ambienti difficili.

Resistenza meccanica: Possiede robuste proprietà di resistenza alla trazione e di espansione termica, che ne garantiscono la durata nel tempo.

Peso e costo: Pur essendo più pesanti e più costose dell'alluminio, le sbarre in rame offrono prestazioni superiori, soprattutto nelle applicazioni critiche.

B. Sbarre in alluminio

Le sbarre in alluminio offrono un'alternativa più leggera rispetto al rame, rendendole adatte ad applicazioni specifiche in cui il peso è un problema. Le loro proprietà includono:

Leggero: L'alluminio è significativamente più leggero del rame (fino a 70%), il che può portare a risparmi sui costi di trasporto e installazione.

Conducibilità inferiore: L'alluminio ha una conducibilità pari a circa 60% di quella del rame e richiede quindi aree di sezione maggiore per una capacità di trasporto di corrente equivalente.

Costo-efficacia: In generale, l'alluminio è più economico del rame, il che lo rende un'opzione conveniente per molti progetti.

Considerazioni sulla corrosione: Sebbene l'alluminio si corroda più facilmente del rame, i rivestimenti adeguati possono attenuare questo problema.

C. Barre collettrici laminate

Le sbarre collettrici laminate sono costituite da più strati di materiali conduttivi (in genere rame) separati da sottili strati dielettrici. Questo design ne migliora le proprietà elettriche e l'efficienza termica:

Prestazioni migliorate: Il processo di laminazione consente un migliore isolamento tra gli strati, riducendo le perdite dovute al calore e migliorando la capacità di trasporto della corrente.

Flessibilità: Le sbarre laminate possono essere progettate per adattarsi a configurazioni e applicazioni specifiche, rendendole versatili per diversi sistemi elettrici.

Effetto pelle ridotto: La struttura a strati aiuta a minimizzare l'effetto pelle, che può portare a una maggiore efficienza nelle applicazioni ad alta frequenza.

D. Barre collettrici flessibili

Le sbarre flessibili, o flexi bar, sono progettate per applicazioni che richiedono una configurazione adattabile:

Design pieghevole: Queste sbarre possono essere facilmente piegate o sagomate per adattarsi a diversi layout, rendendole adatte a spazi ristretti o a installazioni complesse.

Composizione del materiale: Spesso realizzate con sottili strisce di alluminio o rame laminate insieme, le sbarre flessibili offrono sia conduttività che facilità di installazione.

Applicazioni: Sono particolarmente utili negli ambienti in cui è necessario riposizionare o regolare frequentemente le apparecchiature, come nei centri dati o nei sistemi modulari.

IV. Considerazioni sulla progettazione

Quando si progettano le sbarre per i sistemi elettrici, è necessario tenere conto di diverse considerazioni critiche per garantire prestazioni, sicurezza ed efficienza ottimali. Ecco le considerazioni chiave per la progettazione:

Selezione del materiale

La scelta del materiale influisce in modo significativo sulle prestazioni della sbarra:

• Rame: Preferito per la sua elevata conducibilità elettrica e resistenza meccanica. È ideale per le applicazioni ad alta corrente, ma è più costoso.
• Alluminio: Un'alternativa più leggera ed economica al rame, anche se ha una conduttività inferiore. Richiede dimensioni maggiori per trasportare la stessa corrente del rame.

Dimensioni e dimensionamento

Il corretto dimensionamento è fondamentale per ottenere la capacità di trasporto della corrente desiderata senza surriscaldamento:

• Area trasversale: Deve essere calcolata in base al carico previsto. Aree più grandi possono dissipare il calore in modo più efficace.
• Spessore: Influenza la resistenza meccanica e le prestazioni termiche. Lo spessore deve essere ottimizzato per bilanciare le esigenze di resistenza e di dissipazione del calore.
• Lunghezza e larghezza: queste dimensioni influiscono direttamente sull'efficienza operativa della sbarra e devono essere in linea con i requisiti di installazione.

Valutazione attuale

È essenziale determinare il carico totale che la sbarra dovrà sopportare:

• Pre-calcolo dei carichi: Questo aspetto influisce sulle dimensioni delle sbarre ed è regolato da norme come la IEC 61439, che può richiedere un valore nominale di 125% della corrente a pieno carico in determinate condizioni.
• Calcolo delle perdite in watt: La comprensione delle perdite in watt aiuta a valutare gli aumenti di temperatura all'interno del sistema, un aspetto fondamentale per mantenere condizioni operative sicure.

Dissipazione del calore

Una gestione efficace del calore è fondamentale per evitare il surriscaldamento:

• Ottimizzazione della superficie: La forma della sbarra influisce sulla sua superficie, che a sua volta influenza le capacità di dissipazione del calore. Le sbarre piatte offrono in genere una migliore dissipazione del calore rispetto a quelle rotonde.
• Meccanismi di raffreddamento: Le considerazioni possono includere la progettazione del flusso d'aria o sistemi di raffreddamento aggiuntivi in ambienti con carichi termici elevati.

Connessioni e terminazioni

Il progetto deve essere adatto a diversi tipi di connessione:

• Compatibilità con i cavi: Assicurarsi che i collegamenti ai conduttori siano dimensionati e configurati in modo appropriato per evitare problemi durante l'installazione.
• Requisiti per i test: Le connessioni che superano determinati valori di corrente devono essere testate per verificare l'impatto dell'aumento di calore e garantire la conformità agli standard di sicurezza.

Valutazioni dei guasti

Le sbarre devono resistere a correnti di guasto elevate senza subire guasti:

• Protezione dai cortocircuiti: Il sistema deve essere sufficientemente robusto da gestire le condizioni di guasto fino all'intervento dei dispositivi di protezione. A tal fine, è necessario comprendere la portata dei guasti in base alle dimensioni del trasformatore e all'impedenza del cavo.

Placcatura e rivestimento

I rivestimenti protettivi possono migliorare le prestazioni:

• Resistenza alla corrosione: Le sbarre possono richiedere una placcatura (ad esempio, argento, nichel, stagno) per prevenire la corrosione e mantenere le superfici di contatto a bassa resistenza.
• Rivestimento epossidico: Può proteggere da scosse elettriche, corrosione e archi ad alta tensione, soprattutto in ambienti difficili.

Considerazioni sull'installazione

Le tecniche di installazione corrette sono essenziali per la sicurezza e le prestazioni:

• Strutture di supporto: Le sbarre hanno bisogno di un supporto adeguato per gestire il loro peso e le sollecitazioni meccaniche dovute alle vibrazioni o all'espansione termica.
• Requisiti di interdistanza: La distanza tra i supporti deve essere determinata in base agli standard di prova per garantire l'integrità strutturale in condizioni di guasto.

V. Processi di produzione

Design e specifiche

Il processo di produzione inizia con la fase di progettazione, in cui gli ingegneri determinano le specifiche in base all'applicazione prevista. Questo include:

• Selezione del materiale: Scelta tra rame e alluminio in base a conduttività, peso, costo e condizioni ambientali.
• Dimensioni e forma: Definizione delle dimensioni necessarie per soddisfare i requisiti elettrici, come la capacità di trasporto della corrente e le prestazioni termiche.

Preparazione del materiale

Una volta ultimato il progetto, vengono preparate le materie prime:

• Preparazione del rame: Le lastre o le barre di rame vengono tagliate secondo le dimensioni richieste. Il materiale viene pulito per rimuovere le impurità che potrebbero influire sulla conduttività.
• Preparazione dell'alluminio: Per l'alluminio si adottano misure simili, con l'aggiunta di misure di protezione dalla corrosione.

Formatura e lavorazione

Questa fase consiste nel modellare i materiali preparati nella forma desiderata:

• Piegatura e punzonatura: tecniche come la piegatura, la punzonatura e la foratura creano i fori e i contorni necessari. La precisione è fondamentale per garantire che ogni sbarra soddisfi le specifiche di progetto.
• Colata continua ed estrusione: Per le sbarre di rame, si utilizzano metodi come la colata continua per produrre barre di rame di elevata purezza, che vengono poi estruse in forme di sbarre in condizioni controllate per ridurre al minimo l'ossidazione.

Isolamento e rivestimento

Le sbarre richiedono spesso un isolamento o un rivestimento protettivo per migliorare la sicurezza e la durata:

• Applicazione dell'isolamento: Materiali come il PVC o l'epossidico possono essere applicati per proteggere da guasti elettrici e fattori ambientali.
• Rivestimento per la resistenza alla corrosione: Le sbarre in alluminio possono essere rivestite per migliorare la resistenza alla corrosione. La stagnatura è una tecnica comunemente utilizzata sulle sbarre di rame per prevenire l'ossidazione e mantenere la conduttività.

Montaggio

Dopo la formatura e il rivestimento, le sbarre vengono assemblate nelle loro configurazioni finali:

• Collegamento di più sbarre collettrici: Questa operazione può comportare il collegamento di più sbarre con bulloni o altri metodi di fissaggio per creare un circuito completo.
• Terminazioni: Le estremità delle sbarre sono spesso dotate di connettori o terminali progettati per una facile integrazione nei sistemi elettrici.

Test

La garanzia di qualità è fondamentale nella produzione di sbarre:

• Test elettrici: Ogni sbarra è sottoposta a test rigorosi per garantire la conformità agli standard di prestazione elettrica, tra cui la capacità di trasporto della corrente e l'integrità dell'isolamento.
• Test termico: Le capacità di dissipazione del calore vengono valutate per confermare che la sbarra possa funzionare in modo sicuro nelle condizioni di carico previste.

Tocchi finali

Le regolazioni finali e i controlli di qualità vengono eseguiti prima della spedizione del prodotto:

• Finitura della superficie: per migliorare l'aspetto e le prestazioni possono essere eseguite ulteriori operazioni di lucidatura o pulizia.
• Imballaggio: Le sbarre sono imballate con cura per il trasporto per evitare danni durante la spedizione.

VI. Sistemi di sbarre

I sistemi di sbarre sono componenti essenziali delle reti di distribuzione elettrica, in quanto forniscono un nodo centralizzato per molteplici connessioni elettriche. Il loro design e la loro configurazione possono influenzare in modo significativo l'efficienza, l'affidabilità e il costo della distribuzione di energia. Ecco una panoramica dei vari sistemi di sbarre in base ai risultati della ricerca.

Tipi di sistemi di sbarre

1. Disposizione a sbarra singola: è la configurazione più semplice, in cui un'unica sbarra collega tutte le apparecchiature, come trasformatori e interruttori. Se da un lato offre semplicità e minori esigenze di manutenzione, dall'altro un guasto nel sistema può avere ripercussioni sull'intera alimentazione, rendendola meno adatta alle applicazioni critiche in cui è essenziale l'alimentazione continua.
2. Disposizione con sbarre principali e di trasferimento: Questa disposizione utilizza due sbarre insieme a un accoppiatore di sbarre per collegare interruttori e sezionatori. Consente di trasferire il carico tra le sbarre in caso di sovraccarico, di mantenere la continuità dell'alimentazione durante i guasti e di effettuare la manutenzione senza interrompere il servizio. Tuttavia, la maggiore complessità comporta un aumento dei costi del sistema.
3. Disposizione a doppia sbarra e doppio interruttore: Caratterizzata da due sbarre e due interruttori, questa configurazione eccelle per affidabilità e flessibilità. Garantisce un'alimentazione ininterrotta durante i guasti e la manutenzione, ma comporta costi più elevati a causa delle apparecchiature aggiuntive.
4. Disposizione con un interruttore e mezzo: in questa configurazione, tre interruttori gestiscono due circuiti indipendenti con un interruttore centrale condiviso. Questa disposizione offre protezione contro le perdite di alimentazione e facilita l'aggiunta di circuiti supplementari, anche se può comportare costi di manutenzione più elevati a causa della sua complessità.
5. Disposizione principale ad anello: in questo caso, le sbarre formano un anello chiuso o ring, offrendo due percorsi di alimentazione. Se un circuito presenta problemi, il sistema può continuare a funzionare attraverso un'altra sezione dell'anello. Questo design localizza i guasti a segmenti specifici e consente di effettuare la manutenzione senza interrompere l'intera alimentazione. Tuttavia, questo design a circuito chiuso limita le possibilità di espansione futura.

Vantaggi dei sistemi di sbarre

• Distribuzione semplificata: Le sbarre collettrici consolidano più connessioni elettriche in un hub centrale, semplificando i complessi sistemi di distribuzione dell'energia.
• Efficienza dei costi: Sostituendo più conduttori singoli, le sbarre riducono i costi di materiale e installazione.
• Protezione avanzata: Facilitano l'integrazione dei dispositivi di protezione, assicurando un'efficiente protezione da guasti e sovraccarichi.
• Flessibilità: Le configurazioni possono essere modificate per adattarsi a requisiti di potenza diversi.
• Facilità di manutenzione: le sbarre semplificano le procedure di manutenzione offrendo un comodo accesso ai collegamenti e ai componenti.
• Continuità di alimentazione: Alcune disposizioni mantengono l'alimentazione durante la manutenzione o i guasti.
• Guasti localizzati: Alcuni progetti consentono di isolare i guasti in segmenti specifici, riducendo i tempi di inattività del sistema.

Svantaggi

• Investimento iniziale: I costi iniziali per la progettazione e l'implementazione dei sistemi di sbarre possono essere più elevati rispetto al cablaggio tradizionale.
• Complessità: Alcune configurazioni possono diventare complesse e richiedere una progettazione e un'installazione qualificata.
• Requisiti di spazio: Alcune disposizioni possono occupare più spazio fisico rispetto ai sistemi di cablaggio tradizionali.
• Rischi di sovraccarico: Sistemi come le reti ad anello possono essere soggetti a sovraccarichi in caso di apertura degli interruttori.

VII. Applicazioni nei vari settori

Le sbarre collettrici sono componenti cruciali dei sistemi di distribuzione elettrica, utilizzati in diversi settori per la loro efficienza, affidabilità e flessibilità. Ecco una panoramica delle loro applicazioni in diversi settori:

Applicazioni in tutti i settori

Centri dati: le sbarre collettrici svolgono un ruolo importante nei centri dati, dove vengono utilizzate per distribuire l'alimentazione ai server e ad altre apparecchiature critiche. I vantaggi principali includono:

• Ottimizzazione dello spazio: I sistemi di sbarre a canale aperto eliminano la necessità di un esteso cablaggio sotto il pavimento, massimizzando lo spazio utilizzabile per i rack di server.
• Scalabilità: Consentono di aggiungere facilmente alimentatori senza interrompere il sistema, soddisfacendo in modo efficiente le esigenze di fluttuazione.
• Miglioramento del raffreddamento: Le installazioni sopraelevate riducono la necessità di misure di raffreddamento aggiuntive, migliorando il flusso d'aria e l'efficienza energetica.
• Monitoraggio in tempo reale: Molti sistemi di sbarre sono dotati di funzionalità di monitoraggio integrate, che forniscono ai responsabili dei data center informazioni sull'utilizzo dell'energia e sulle tendenze.

Ospedali: nelle strutture sanitarie, le sbarre collettrici assicurano una distribuzione affidabile dell'energia alle aree critiche, come le sale operatorie e le unità di terapia intensiva. Le loro applicazioni comprendono:

• Alimentazione elettrica ininterrotta: Le sbarre collettrici forniscono una fonte di alimentazione stabile, essenziale per le apparecchiature salvavita, riducendo al minimo il rischio di interruzioni che potrebbero compromettere l'assistenza ai pazienti.
• Infrastruttura flessibile: Facilitano la rapida modifica della distribuzione dell'energia in base all'evoluzione delle esigenze dell'ospedale, garantendo un funzionamento continuo.

Strutture industriali: le sbarre sono ampiamente utilizzate negli impianti di produzione e nelle fabbriche per una distribuzione efficiente dell'energia:

• Alimentazione dei macchinari: Forniscono elettricità a varie macchine e apparecchiature, supportando diverse esigenze operative.
• Manutenzione semplificata: Le sbarre semplificano le procedure di manutenzione consolidando le connessioni multiple in un unico sistema, riducendo i tempi di inattività durante le riparazioni o gli aggiornamenti.

Istituzioni educative

Nelle scuole e nelle università, le sbarre collettrici gestiscono la distribuzione dell'energia in grandi campus:

• Gestione efficiente dell'energia: Aiutano a distribuire l'elettricità alle aule, ai laboratori e agli uffici amministrativi in modo efficiente.
• Adattabilità: I sistemi di sbarre possono essere facilmente ampliati o modificati con l'aggiunta di nuovi edifici o strutture al campus.

Sistemi di trasporto: le sbarre sono fondamentali nelle infrastrutture di trasporto come le metropolitane e le ferrovie:

• Distribuzione di energia: Distribuiscono l'elettricità dalle sottostazioni ai treni e ai binari, garantendo il buon funzionamento dei sistemi di trasporto pubblico.
• Affidabilità: La robustezza dei sistemi di sbarre aumenta l'affidabilità dell'alimentazione elettrica, fondamentale per la sicurezza dei trasporti.

Edifici commerciali: negli edifici adibiti a uffici e spazi commerciali, le sbarre collettrici facilitano una distribuzione elettrica efficiente:

• Distribuzione centralizzata dell'alimentazione: Semplificano il layout elettrico riducendo il numero di cavi necessari per la distribuzione dell'alimentazione.
• Efficienza dei costi: Riducendo al minimo le complessità di installazione e i costi dei materiali, le sbarre contribuiscono a ridurre le spese complessive del progetto.

Sistemi di energia rinnovabile: le sbarre sono sempre più utilizzate nelle applicazioni di energia rinnovabile:

• Sistemi di energia solare: Gestiscono la distribuzione dell'elettricità generata dai pannelli solari agli inverter e ai sistemi di accumulo.
• Turbine eoliche: Le sbarre facilitano una gestione efficiente dell'energia dalle turbine eoliche alle connessioni alla rete, migliorando le prestazioni complessive del sistema.

VIII. Sicurezza e protezione nel sistema di sbarre

Sistemi di protezione delle sbarre

I sistemi di protezione delle sbarre sono progettati per salvaguardare le sbarre e le apparecchiature associate da guasti quali cortocircuiti e guasti a terra. Questi sistemi sono essenziali per mantenere la stabilità della rete elettrica e garantire la sicurezza del personale. Le caratteristiche principali includono:

• Protezione differenziale: Questo metodo confronta la corrente in entrata e in uscita dalla sbarra. Se viene rilevata una discrepanza, che indica un guasto, il sistema può isolare rapidamente il segmento interessato per evitare ulteriori danni o pericoli.
• Rapida eliminazione dei guasti: Il rilevamento e l'isolamento rapido dei guasti sono fondamentali per ridurre al minimo l'impatto sull'intero sistema elettrico, evitando gravi shock o interruzioni.

Isolamento e protezione

Un isolamento e una protezione adeguati sono fondamentali per evitare il contatto accidentale con le sbarre sotto tensione:

• Barre collettrici isolate: Sono rivestite con materiali che garantiscono l'isolamento elettrico, riducendo il rischio di scosse elettriche. I materiali isolanti devono resistere alle alte temperature e alle condizioni ambientali.
• Schermi protettivi: Le protezioni per le connessioni delle sbarre, gli stivali e i manicotti in cloruro di polivinile (PVC) o altri materiali isolanti aiutano a proteggere da contatti accidentali e cortocircuiti. Questi dispositivi aumentano la sicurezza fornendo barriere intorno ai collegamenti sotto tensione.

Dispositivi di protezione individuale (DPI)

Quando si lavora con le sbarre, in particolare durante la manutenzione o l'installazione:

• Uso dei DPI: I lavoratori devono indossare dispositivi di protezione individuale adeguati, come guanti, occhiali di sicurezza e indumenti ignifughi per proteggersi dai rischi elettrici.
• Formazione del personale: Solo il personale addestrato deve maneggiare sbarre sotto tensione. Un'adeguata formazione assicura che i lavoratori comprendano i rischi e i protocolli di sicurezza necessari quando lavorano in prossimità di apparecchiature ad alta tensione.

Procedure di manutenzione

Una manutenzione regolare è fondamentale per garantire il funzionamento sicuro dei sistemi di sbarre:

• Ispezione: È necessario effettuare ispezioni periodiche per verificare la presenza di segni di usura, corrosione o danni. I collegamenti devono essere serrati se necessario per evitare guasti dovuti a collegamenti allentati.
• Pulizia: Mantenere le sbarre pulite da polvere e detriti aiuta a prevenire i cortocircuiti e il surriscaldamento, che possono causare guasti alle apparecchiature o incendi.

Mitigazione dell'arco elettrico

Le sbarre possono essere fonte di incidenti da arco elettrico se non gestite correttamente:

• Protezione dall'arco elettrico: L'implementazione di strategie di protezione dall'arco elettrico è essenziale. Ciò include la progettazione di sistemi che riducono al minimo il potenziale di arco elettrico attraverso un adeguato isolamento, la distanza dai componenti sotto tensione e l'uso di dispositivi di protezione durante la manutenzione.
• Procedure di emergenza: Stabilire procedure di emergenza chiare per affrontare gli incidenti da arco voltaico può aiutare a ridurre i rischi associati a potenziali esplosioni elettriche.

IX. Installazione e manutenzione

Installazione delle sbarre

1. Preparazione

Raccogliere strumenti e attrezzature: Gli strumenti essenziali sono trapani, seghe, nastri di misurazione, pennarelli, punzoni da centro, martelli e dispositivi di sicurezza (guanti, occhiali di sicurezza).

Ispezione dei materiali: Prima dell'installazione, ispezionare tutti i materiali delle sbarre per verificare che non siano stati danneggiati durante il trasporto. Assicurarsi che siano conservati in un ambiente pulito e asciutto per evitare la corrosione.

2. Progettazione e pianificazione

Considerazioni sulla progettazione: Creare un progetto dettagliato basato sui requisiti di carico elettrico e sulla capacità di trasporto della corrente. Questo include la determinazione del layout e dei supporti necessari.

Marcatura dei percorsi di installazione: Segnare chiaramente i percorsi delle sbarre e le posizioni di supporto sulle pareti o sul pavimento per garantire un allineamento corretto durante l'installazione.

3.Taglio e perforazione

Misurazione e taglio: Misurare accuratamente le lunghezze necessarie delle sbarre e tagliarle con gli strumenti appropriati (ad esempio, seghetto). Levigare eventuali bordi ruvidi con una lima per evitare di danneggiarli durante l'installazione.

Praticare i fori di montaggio: Praticare i fori di montaggio in base alle specifiche del progetto. Utilizzare un punzone centrale per marcare le posizioni prima di forare per garantire la precisione.

4.Fasi di installazione

Montaggio: Montare saldamente le sbarre utilizzando bulloni o viti nei punti di supporto designati. Assicurarsi che il montaggio sia saldo ma non eccessivamente stretto per evitare di danneggiare la sbarra.

Collegamento: Collegare le sbarre adiacenti allineando correttamente le loro estremità. Utilizzare chiavi dinamometriche per serrare i collegamenti in base ai valori di coppia specificati (ad esempio, bulloni M10 a 17,7-22,6 N-m). Assicurarsi che tutti i collegamenti siano isolati correttamente per evitare cortocircuiti.

Messa a terra: Dopo aver collegato le sbarre, controllare la resistenza di messa a terra con un multimetro per verificare che sia conforme agli standard di sicurezza (in genere inferiore a 0,1Ω).

5. Controlli finali

Test di isolamento: Prima di dare tensione al sistema, misurare la resistenza di isolamento con un megaohmmetro; i valori devono essere superiori a 20 MΩ per sezione.

Ispezione visiva: Eseguire un'ispezione visiva finale per verificare che tutti i componenti siano installati correttamente e non presentino danni.

Manutenzione delle sbarre

1. Ispezioni regolari

Controlli di routine: Programmare ispezioni regolari per valutare le condizioni delle sbarre, alla ricerca di segni di usura, corrosione o collegamenti allentati.

Pulizia: Mantenere le sbarre pulite da polvere e detriti che potrebbero causare surriscaldamento o cortocircuiti. Utilizzare metodi di pulizia appropriati che non danneggino l'isolamento o le superfici conduttive.

2.Gestione delle connessioni

Serraggio delle connessioni: Controllare periodicamente il serraggio di tutte le connessioni imbullonate. I collegamenti allentati possono provocare un aumento della resistenza e un accumulo di calore, causando potenziali guasti.

3.Monitoraggio delle prestazioni

Monitoraggio della temperatura: Implementare sistemi di monitoraggio della temperatura per rilevare tempestivamente le condizioni di surriscaldamento. Questo può aiutare a prevenire guasti catastrofici dovuti all'eccessiva generazione di calore.

4.Documentazione

Registri di manutenzione: Tenere un registro dettagliato delle ispezioni, delle attività di manutenzione e delle riparazioni effettuate sul sistema di sbarre. Questa documentazione è essenziale per la conformità alle norme di sicurezza e per la pianificazione della manutenzione futura.

5.Protocolli di sicurezza

Diseccitazione dei sistemi: Assicurarsi sempre che il sistema di sbarre sia diseccitato prima di eseguire qualsiasi intervento di manutenzione. Seguire le procedure di lockout/tagout per evitare una rienergizzazione accidentale durante le attività di manutenzione.

Uso dei DPI: assicurarsi che tutto il personale coinvolto nella manutenzione indossi dispositivi di protezione individuale (DPI) adeguati, come guanti e occhiali di sicurezza.

XIII. Norme e regolamenti

Standard/Regolamento	Descrizione	Aspetti chiave
IEC 61439	Quadro di riferimento completo per le apparecchiature di comando e controllo in bassa tensione	Requisiti per i test Metodi di verifica Gestione della corrente di guasto Documentazione e conformità
EN 13601	Specifiche per conduttori in rame e alluminio nei sistemi di sbarre collettrici	Qualità del materiale Specifiche dimensionali
Standard UL (ad esempio, UL 508A)	Standard di sicurezza per pannelli di controllo industriali e sistemi di sbarre in Nord America	Sicurezza antincendio Sicurezza elettrica
Codice elettrico nazionale (NEC)	Linee guida sugli impianti elettrici negli Stati Uniti	Sicurezza dell'installazione Valutazioni dell'apparecchiatura

XIV.Linee guida per i produttori

Mersen :È specializzata in sbarre collettrici laminate personalizzate e offre un'ampia gamma di soluzioni elettriche.

Ingegneria Velden :Offre servizi di punzonatura e piegatura automatizzata a CNC per sbarre di rame e alluminio, per vari settori industriali.

Electris: Produce sbarre in rame e alluminio, concentrandosi sulla distribuzione efficiente dell'energia e su soluzioni personalizzate.

H V Wooding: Specializzata nella produzione di sbarre in rame e alluminio per componenti di quadri elettrici, pannelli di controllo e trasformatori.

ILF Ltd :Si dedica alla produzione di sbarre di rame di alta qualità per diverse applicazioni, tra cui l'industria elettrica, ferroviaria e aerospaziale.

VIOX Elettrico: Prodotti Scatole di distribuzione sbarre.

XV.Fonte dell'articolo

https://www.epa.gov/environmental-geophysics/electrical-conductivity-and-resistivity

https://www.nde-ed.org/Physics/Materials/Physical_Chemical/Electrical.xhtml