En esta publicación se explicará que es un embarrado y cómo hacer un cálculo aproximado del mismo. Los datos expuestos se han extraído de las fichas técnicas y catálogos de varios distribuidores, como Padotec (Pàmies-Domínguez, S.L.) y Tecnical Automatización i Electrónica Industrial Manresa (Tecnical Manresa, S.A.), también se ha consultado la guía Copper for Busbars de la asociación Copper Development Association.
Cabe destacar que la mayoría de distribuidores de material eléctrico tienen operarios (cuadristas) que pueden diseñar y fabricar embarrados y cualquier tipo de envolvente bajo demanda. No obstante, es conveniente saber como llevar a cabo un dimensionado básico a fin de poder prever el espacio necesario para su instalación y estimar su coste.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
¿QUÉ ES UN EMBARRADO?
Un embarrado es un cuadro eléctrico o parte del mismo compuesto por pletinas de cobre que sirve para interconectar diferentes circuitos, cumple un propósito similar a la regleta de conexiones, el conector de perforación o los empalmes en T pero para circuitos de gran potencia.
Su función principal es por lo tanto unificar varios circuitos o servir como punto para ramificar una línea principal en varias de menor potencia. Un ejemplo del primer caso sería el borne de puesta a tierra, embarrado que sirve para unir todos los conductores de de protección de un edificio a la toma de tierra a través del conductor de tierra.
Otra aplicación muy común se da en los bloques de viviendas. Estos son alimentados desde la red de distribución a través de la línea general de alimentación (LGA), circuito que abarca desde la caja general de protección (CGP) ubicada en la calle hasta el interruptor general de maniobra (IGM) del armario de contadores.
En este armario, la LGA se conecta a un embarrado sirve para dividirla entre los diferentes consumidores (vecinos), cada una de estas ramas son las derivaciones individuales (DI) que se equipan con contadores de medida y fusibles de protección.
En instalaciones de autoconsumo fotovoltaico, el embarrado se utiliza habitualmente en el lado de corriente alterna para unificar las salidas de todos los inversores de corriente en un único circuito que será el que se conecte al cuadro del cliente. Esto permite ahorrar en cableado, canalizaciones y poder maniobrar toda la instalación mediante un único interruptor de corte.
En corriente continua también es empleado si el sistema cuenta con almacenamiento y se recurren a reguladores MPTT más inversores-cargadores. El embarrado se usa como punto común para conectar entre sí las baterías, la salida de los reguladores y la entrada de los inversores-cargadores.
SECCIÓN MÍNIMA REQUERIDA
La sección de la pletina (espesor x ancho), su tratamiento (pintada o pulida), el tipo de corriente (alterna o continua) y el número de barras amontonadas en paralelo (de 1 a 3) son los principales factores que determinan la corriente máxima que puede soportar un embarrado.
Esta intensidad es recomendable que al menos supere en un 25% a la nominal de trabajo. Los fabricantes suelen definir la corriente máxima como la que provoca una temperatura de operación de 65 [ºC] a una temperatura ambiente de 35 [ºC]. Los valores apenas varían entre fabricantes y pueden tomarse los siguientes de referencia:
Por ejemplo, una pletina de cobre pintado de 160 x 10 [mm] (penúltima fila) soporta hasta 2700 [A] en corriente alterna o 3010 [A] en corriente continua. Si se apilasen tres de estas barras juntas la intensidad límite crecería a 5360 y 6130 [A] respectivamente. Las fórmula para calcular la intensidad nominal de trabajo es la siguiente, la cual incluye el margen de seguridad del 25%:
Sistema monofásico → I = 1,25 · (Potencia / Tensión de fase) ≡ [A]
Sistema trifásico → I = (1,25 · Potencia) / (√3 · Tensión de línea) ≃ 0,72 · (Potencia / Tensión de línea) ≡ [A]
DIMENSIONES DEL CONJUNTO
Los parámetros a calcular son el número de pletinas en paralelo (1 a 5), la longitud mínima de las pletinas, la separación mínima entre barras paralelas y el número de soportes necesarios para dar suficiente estabilidad al embarrado. En los siguientes subapartados se explica como calcular cada uno de ellos:
1) Número de pletinas en paralelo (N):
El número de pletinas o conjunto de ellas colocadas en paralelo entré sí depende del número de polos del sistema objeto de estudio. Si hay varios mezclados, como, por ejemplo, un embarrado al que se van a conectar circuitos trifásicos y monofásicos, se toma el número más alto:
[T] ≡ Sistema de puesta a tierra → N = 1
[P + N] ≡ Sistema en corriente continua → N = 2
[F + N] ≡ Sistema monofásico → N = 2
[F + N + T] ≡ Sistema monofásico más puesta a tierra → N = 3
[3· F] ≡ Sistema trifásico sin neutro→ N = 3
[3 · F + N] ≡ Sistema trifásico con neutro → N = 4
[3 · F + T] ≡ Sistema trifásico sin neutro más puesta a tierra → N = 4
[3 · F + T + N] ≡ Sistema trifásico con neutro más puesta a tierra → N = 5
2) Longitud de las pletinas (L):
La longitud de las pletinas se calcula en base al diámetro de los cables y al número de polos de los circuitos. También se suma cuatro veces el ancho de las pletinas, que es el espacio previsto para los soportes, y se multiplica por dos para disponer de cierta holgura entre conductores:
L ≡ Longitud de las pletinas ≥ 4 · a + ∑ 2 · ki · di ≡ [mm]
a ≡ Ancho de la pletina ≡ [mm]
i ≡ Circuitos conectados al embarrado ≡ 1, 2, 3, …
ki ≡ Número de polos del circuito i conectado al embarrado (ver punto 2.1) ≡ [-]
di ≡ Diámetro más grande entre los cables que conforman el circuito i (ver punto 2.2) ≡ [mm]
Cabe destacar que en instalaciones en media tensión la longitud máxima del embarrado está condicionada por la corriente de cortocircuito, ya que de producirse las fuerzas electroestáticas entre las pletinas pueden romper el embarrado y estas son directamente proporcionales a la longitud del conjunto. Lo mismo ocurre con los soportes, en cuyas fichas suele indicarse la intensidad máxima que pueden soportar y durante cuanto tiempo.
2.1) Valores del parámetro ki:
Este parámetro representa el número de polos del circuito y se determina de manera similar al número de pletinas en paralelo (N), es decir, dependerá del tipo de sistema de cada uno de los circuitos (i) conectados al embarrado:
[T] ≡ Circuito de puesta a tierra → ki = 1
[P + N] ≡ Circuito de corriente continua → ki = 2
[F + N] ≡ Circuito monofásico → ki = 2
[F + N + T] ≡ Circuito monofásico más puesta a tierra → ki = 3
[3· F] ≡ Circuito trifásico sin neutro→ ki = 3
[3 · F + N] ≡ Circuito trifásico con neutro → ki = 4
[3 · F + T] ≡ Circuito trifásico sin neutro más puesta a tierra → ki = 4
[3 · F + T + N] ≡ Circuito trifásico con neutro más puesta a tierra → ki = 5
En el caso particular de circuitos cuyos polos estén compuestos por más de un cable, el parámetro ki será igual número total de cables. Por ejemplo, en un sistema trifásico [3 · F + T + N] en el que cada fase/neutro esté compuesto por dos conductores (2×4) y la tierra solo por uno (1×1), tendrá un valor ki igual a nueve (2×4+1).
2.2) Valores del parámetro di:
El parámetro d es el diámetro del cable, en el caso de circuitos con cables con diferentes diámetros se toma para el cálculo el más grueso. En la siguiente tabla se indican sus valores para diferentes tipos de cables, si bien, como se puede observar, las diferencias no son muy destacables:
| Sección ([mm2]) | di ([mm]) – RZ1-K (AS) | di ([mm]) – H1Z2Z2-K | di ([mm]) – RV Al |
|---|---|---|---|
| 1 x 1,5 | 4,80 | – | – |
| 1 x 2,5 | 5,15 | 5,00 | – |
| 1 x 4 | 5,60 | 5,40 | – |
| 1 x 6 | 6,30 | 6,00 | – |
| 1 x 10 | 7,30 | 7,10 | – |
| 1 x 16 | 8,40 | 8,10 | – |
| 1 x 25 | 10,00 | 10,50 | – |
| 1 x 35 | 11,10 | – | – |
| 1 x 50 | 12,90 | – | 12,80 |
| 1 x 70 | 14,70 | – | 15,10 |
| 1 x 95 | 17,25 | – | 16,50 |
| 1 x 120 | 19,00 | – | 18,10 |
| 1 x 150 | 21,60 | – | 20,20 |
| 1 x 185 | 23,40 | – | 22,60 |
| 1 x 240 | 26,70 | – | 24,80 |
| 1 x 300 | 28,50 | – | 28,20 |
| 1 x 400 | 34,30 | – | 31,20 |
| 1 x 500 | 36,90 | – | 35,40 |
| 1 x 600 | 44,50 | – | 40,90 |
3) Distancia entre las pletinas (D):
La distancia mínima entre las pletinas se calcula principalmente en función del tipo de corriente, aunque también es determinante el espesor de las pletinas y el diámetro de los cables a conectar al embarrado:
DCA ≡ Distancia entre barras en corriente alterna ≥ 1,6 · di-MAX ≡ [mm]
DCC ≡ Distancia entre barras en corriente continua ≥ Espesor de la pletina o conjunto de pletinas ≡ [mm]
4) Modelo y número de soportes intermedios (n):
El modelo usado para dar sujeción al conjunto y poder fijarlo a la envolvente que lo contiene se elige en base a el número de polos, la disposición de las barras (vertical u horizontal) y la dimensión de las pletinas (espesor x anchura). Conocidos estos parámetros se consulta en los catálogos y en las guías técnicas de los fabricantes y distribuidores cual es el modelo más adecuado.
Cabe destacar que estos soportes son aislantes, no son conductores. A parte de los soportes situados en los extremos del embarrado, pueden ser necesarios soportes intermedios para dar suficiente solidez al conjunto, su número (n) dependerá de la longitud de las pletinas (L):
-) 0 ≤ L ≤ 500 [mm] → n = 0
-) 500 < L ≤ 1000 [mm] → n = 1
-) 1000 < L ≤ 1500 [mm] → n = 2
-) 1500 < L ≤ 2000 [mm] → n = 3
CASO PRÁCTICO
Se desea dimensionar el embarrado necesario para conectar en paralelo cinco inversores de 60 / 60 / 100 / 100 / 100 [kWn] bajo un único circuito. La red interior a la que se conectan es trifásica convencional a 400 [V] al embarrado se unirán tanto los conductores de potencia ([3 · F + N]) como los de protección ([T]). Los cables calculados para cada inversor y para el circuito de salida son los siguientes:
| Circuito | Descripción | Cables |
|---|---|---|
| 1 | Salida inversor 1 de 60 [kWn] | [3 · F + N + T] – RZ1-K (AS) 0,6/1 [kV] – 4 x (1 x 35) + 1 x 16 [mm2] |
| 2 | Salida inversor 2 de 60 [kWn] | [3 · F + N + T] – RZ1-K (AS) 0,6/1 [kV] – 4 x (1 x 35) + 1 x 16 [mm2] |
| 3 | Salida inversor 3 de 100 [kWn] | [3 · F + N + T] – RZ1-K (AS) 0,6/1 [kV] – 4 x (1 x 70) + 1 x 35 [mm2] |
| 4 | Salida inversor 4 de 100 [kWn] | [3 · F + N + T] – RZ1-K (AS) 0,6/1 [kV] – 4 x (1 x 70) + 1 x 35 [mm2] |
| 5 | Salida inversor 5 de 100 [kWn] | [3 · F + N + T] – RZ1-K (AS) 0,6/1 [kV] – 4 x (1 x 70) + 1 x 35 [mm2] |
| 6 | Salida del embarrado de 420 [kWn] | [3 · F + N + T] – RZ1-K (AS) 0,6/1 [kV] – 8 x (1 x 240) + 1 x 240 [mm2] (dos cables por fase y neutro) |
PASO 1 – Sección de la pletina (a x e) y su número (N).
El embarrado deberá ser capaz de soportar una potencia máxima de 420 [kWn], lo cual se traduce en una intensidad de 606,94 [A], es decir, 758,67 [A] considerando el margen de seguridad del 25%. Las primeras secciones normalizadas que cumple con este límite son de 40×10 [mm] para pletinas de cobre pintado y de 50×10 [mm] para las de cobre brillante, que soportan 850 y 852 [A] respectivamente (ver Figura 5).
Sistema trifásico → I = (1,25 · Potencia) / (√3 · Tensión de línea) = (1,25 · 420000) / (1,73 · 400) = 758,67 [A]
Cabe destacar que hay varias soluciones viables, como apilar dos pletinas de cobre brillante de 40×5 [mm]. Se decide utilizar pletinas de cobre brillante de 50×10 [mm] (ancho x espesor). Dado que se trata de un sistema trifásico con neutro y puesta a tierra ([3 · F + N + T]), el embarrado requerirá de un total de cinco unidades (N) en paralelo para el conexionado de los circuitos.
PASO 2 – Dimensionamiento del embarrado.
Para obtener la longitud del embarrado (L) es necesario determinar los parámetros ki y di de cada uno de los seis circuitos que van a conectarse. La sección considerada para consultar di es la mayor de los conductores que forman cada circuito, es decir, 35 [mm2] para los circuitos 1/2 (inversores de 60 [kWn]), 70 [mm2] para los circuitos 3/4/5 (inversores de 100 [kWn]) y 240 [mm2] para el circuito 6 (salida del embarrado).
L ≡ Longitud de las pletinas ≥ 4 · a + ∑ 2 · ki · di ≡ [mm]
L = 4 · 50 + (2 · 5 · 11,10 + … + 2 · 9 · 26,70) = 200,00 + 1143,60 =1343,60 [mm] → 1,35 [m]
| Circuito | ki ([-]) | di ([mm]) | 2 · ki · di ([mm]) |
|---|---|---|---|
| 1 | 5 | 11,10 | 111,00 |
| 2 | 5 | 11,10 | 111,00 |
| 3 | 5 | 14,70 | 147,00 |
| 4 | 5 | 14,70 | 147,00 |
| 5 | 5 | 14,70 | 147,00 |
| 6 | 9 | 26,70 (valor máximo) | 480,60 |
| Sumatorio | – | – | 1143,60 |
Con estos resultados preliminares se pueden calcular las dos dimensiones restantes, la distancia entre las cinco pletinas paralelas y el número de soportes intermedios a instalar entre los extremos del embarrado:
DCA ≡ Distancia entre barras en corriente alterna ≥ 1,6 · di-MAX ≡ [mm]
n = f(Longitud de las pletinas) ≡ [-]
DCA ≥ 1,6 · di-MAX = 1,60 · 26,70 = 42,72 [mm] → 0,05 [m]
L = 1350 [mm] → 1000 < L ≤ 1500 [mm] → n = 2
PASO 3 – Esquema acotado del conjunto.
En la siguiente imagen se muestra el plano acotado del embarrado calculado. Las tres primeras barras son para las fases (R, T, S), la cuarta para el neutro (N) y la quinta para el cable de protección (T). Por la parte superior del embarrado entran los circuitos de los cinco inversores y por la parte inferior sale el circuito unificado.
