Sito minerario in Sudafrica: selezione delle apparecchiature e pratiche ingegneristiche per l'ammodernamento del quadro di distribuzione KYN28 in un ambiente ad alta polverosità e con forti carichi d'urto

1. Panoramica del progetto e sfide applicative

Ambiente geografico: Il progetto è situato in un tipico ambiente minerario industriale in Sudafrica. L'infrastruttura della rete locale è relativamente obsoleta e il sito è caratterizzato da una forte presenza di polvere e da ampie variazioni di temperatura diurne, imponendo requisiti rigorosi per la protezione contro l'ingresso di agenti esterni e le prestazioni di isolamento delle apparecchiature elettriche.

Condizioni applicative e caratteristiche del carico: In qualità di centro energetico principale del sito, questa struttura supporta carichi d'urto provenienti da grandi apparecchiature di frantumazione, nastri trasportatori e argani minerari. Tali carichi assorbono elevate correnti di spunto e generano un significativo contenuto armonico; inoltre, il processo produttivo è altamente continuo e le interruzioni non pianificate sono assolutamente vietate.

Criticità preesistenti: Il sistema di distribuzione esistente era obsoleto, con un basso grado di protezione dell'involucro contro l'ingresso di agenti esterni, incapace di far fronte all'ambiente polveroso del sito. Il vecchio quadro elettrico era inoltre privo di un completo sistema di interblocco a cinque prevenzioni (che previene il funzionamento errato dell'interruttore, la manovra del sezionatore sotto carico, la chiusura dell'interruttore di terra su un circuito in tensione, la chiusura dell'interruttore con l'interruttore di terra chiuso e l'accesso a un compartimento in tensione), risultando in una bassa sicurezza operativa. Con l'espansione della capacità in corso, era urgentemente necessaria una soluzione di distribuzione in media tensione con elevata capacità di tenuta al corto circuito, funzionamento sicuro e flessibile, e un alto grado di intelligenza.

Figura 1: Team di progetto con vista panoramica della sala di distribuzione

2. Confronto delle opzioni e base di selezione

Sulla base degli standard della rete sudafricana (conformi agli standard IEC o SANS), dei requisiti di elevata affidabilità e della facilità di manutenzione, il progetto ha condotto un confronto sistematico tra i quadri elettrici di tipo fisso e i quadri elettrici estraibili KYN28:

Conclusione della selezione: Date le rigorose esigenze di affidabilità dell'alimentazione ed efficienza della manutenzione nei progetti industriali sudafricani, il quadro di distribuzione metallico estraibile KYN28 — con la sua flessibile intercambiabilità, sicurezza eccezionalmente elevata e potenti interfacce intelligenti — si è dimostrato la soluzione ottimale per questo progetto.

3. Configurazione del sistema e implementazione ingegneristica

Figura 2: Vista panoramica interna del quadro di distribuzione nella sala di distribuzione

3.1 Configurazione e struttura del quadro di distribuzione

• Configurazione: È stato selezionato il quadro di distribuzione metallico estraibile per interni della serie KYN28. L'involucro è realizzato in lamiera d'acciaio rivestita di alluminio-zinco, lavorata e assemblata a CNC, offrendo un'eccezionale resistenza alla corrosione e all'ossidazione.
• Componenti principali: I vani di ingresso e di partenza (AH1, AH3, AH4, ecc.) sono dotati di carrelli con interruttori sottovuoto ad alte prestazioni con portata nominale di 1250 A, riconosciuti per la bassa corrente di troncamento e la lunga vita elettrica. Da notare, il vano AH6 è dotato di un carrello con sezionatore sotto carico da 630 A per il controllo di commutazione di circuiti specifici, dimostrando la flessibilità di configurazione.
• Punti di costruzione: Le sezioni dell'involucro sono imbullonate insieme; le connessioni del ponte delle sbarre collettrici sono serrate con coppia di serraggio e rivestite con pasta conduttiva per ridurre al minimo la resistenza di contatto.

Figura 3: Vista del quadro di distribuzione KYN28

3.2 Protezione secondaria e monitoraggio intelligente

• Configurazione: I vani di partenza critici sono dotati di relè di protezione avanzati per partenze.
• Punti di forza funzionali: Oltre alla protezione contro le sovracorrenti e istantanea, il dispositivo di protezione fornisce una potente registrazione della sequenza degli eventi (SER). Come mostrato in Figura 4, registra con precisione le sequenze di azione a livello di millisecondi (come le transizioni di stato CB_CLOSE, TRIP e VOLT_PRES), fornendo un supporto dati di livello black-box per un'analisi rapida delle cause profonde post-guasto.
• Processo di messa in servizio: Sono stati completati i test di iniezione secondaria sulle impostazioni di protezione per garantire uno scatto preciso in condizioni di sovraccarico o cortocircuito, mentre i dati sono stati caricati sul sistema SCADA della sala di controllo centrale tramite l'interfaccia di comunicazione.

Figura 4: Primo piano dello schermo del dispositivo di protezione

3.3 Connessioni elettriche e dettagli di esecuzione

• Configurazione: Le sbarre collettrici principali utilizzano barre di rame ad alta purezza con guaine termorestringenti chiaramente codificate a colori. Il vano cavi offre uno spazio generoso, facilitando il controllo del raggio di curvatura per cavi a grande sezione.
• Punti di costruzione: Come mostrato in Figura 5, l'esecuzione delle terminazioni dei cavi è standardizzata con una chiara separazione delle tre fasi. I circuiti di illuminazione e riscaldamento del vano sono cablati in modo indipendente per evitare che la condensa influenzi l'isolamento.

Figura 5: Connessioni interne nel vano cavi

3.4 Accettazione e collaudo

• Ambito dei test: Sono stati eseguiti rigorosamente i test di tenuta alla tensione a frequenza industriale, la misurazione della resistenza del circuito principale, i test delle caratteristiche meccaniche dell'interruttore (tempi e velocità di apertura e chiusura) e i test di intervento delle protezioni.
• Risultati: Tutti i parametri erano conformi alla serie IEC 62271 e alle specifiche tecniche del costruttore. La messa in tensione è avvenuta con successo al primo tentativo.

4. Risultati operativi e verifica delle prestazioni

• Facilità di utilizzo: Dalla messa in servizio, il meccanismo di inserimento ed estrazione del carrello ha funzionato in modo fluido e agevole, e la logica di interblocco meccanico è rigorosa, eliminando qualsiasi possibilità di manovra errata. Il personale di esercizio e manutenzione ha segnalato che la sostituzione di un carrello interruttore di riserva richiede solo 15 minuti, migliorando notevolmente la velocità di risposta alle emergenze.
• Precisione delle protezioni: I dispositivi di protezione hanno funzionato in modo stabile. Durante un guasto transitorio su una linea esterna, la registrazione del guasto è stata acquisita con precisione, aiutando il team di esercizio e manutenzione a identificare ed eliminare rapidamente il pericolo sulla linea e prevenendo un intervento non necessario delle protezioni a monte.
• Adattabilità ambientale: Nonostante un certo livello di polvere in sito, grazie al solido design di tenuta del KYN28 e alla sua protezione contro la penetrazione IP4X o superiore, i componenti interni sono rimasti puliti, senza incidenti di scarica per scorrimento superficiale causati dall'accumulo di polvere.
• Capacità di carico: Durante il funzionamento a pieno carico, la termografia a infrarossi ha mostrato temperature normali nei giunti delle sbarre collettrici e nelle terminazioni dei cavi, con l'innalzamento della temperatura controllato entro i limiti standard.

Figura 6: Vista laterale della sala di distribuzione

5. Analisi dei vantaggi dei costi sull'intero ciclo di vita

Rispetto ai quadri fissi convenzionali o alle unità ad anello di fascia bassa, la soluzione KYN28 ad alte specifiche adottata in questo progetto offre vantaggi nei seguenti aspetti: