Case Study: Una fonte di alimentazione di backup affidabile e sicura per le aziende agricole

Background

Un black-out può risultare estremamente rischioso per un’attività agricola con bestiame e può inoltre avere effetti devastanti con considerevoli implicazioni finanziarie. Gli allevatori devono assicurare un funzionamento continuativo dei sistemi di mungitura, riscaldamento, somministrazione di mangimi e ventilazione in caso di una mancanza di energia. In questo senso, la legge tedesca per il benessere degli animali e del bestiame (Tierschutz-Nutztierverordnung) obbliga gli allevatori a munirsi di un sistema di allarme per notificare le situazioni di mancanza di energia nelle aziende agricole. Inoltre, essi devono avere a disposizione anche un sistema di generazione di energia di emergenza fisso o mobile.

È essenziale che i trattori siano sempre disponibili nell’agricoltura e le unità per la presa di potenza alimentate da generatori di emergenza sono largamente utilizzate. Grazie alla loro mobilità, le unità di presa di potenza sono in grado di assicurare alimentazione per l’azienda agricola in caso di mancanza di energia di rete e possono inoltre essere utilizzate anche in altri luoghi. L’azienda tedesca Zapfwellenaggregatebau Hermann Kemper (Kemper) è specializzata nella produzione di generatori mobili di emergenza.
 

La Sfida

L'avviamento dei convenzionali generatori di emergenza non sempre avviene senza intoppi ed è in grado di causare danni irreparabili ai dispositivi elettronici utilizzati per il controllo e la regolazione delle operazioni agricole. I malfunzionamenti possono a volte essere causati da fluttuazioni di frequenza provenienti dal generatore di emergenza. Inoltre, per i cortocircuiti nelle linee domestiche, gli interruttori automatici miniaturizzati consentono un sovraccarico con un fattore di potenza da cinque a dieci volte superiore. In un generatore di emergenza questo è limitato al doppio della corrente nominale di alimentazione.

I tradizionali sistemi di protezione da sovraccarico per linee di servizio domestico (ad esempio fusibili di sicurezza e interruttori di tipo B o C) non offrono una protezione da sovraccarico e cortocircuito sufficiente per un generatore di emergenza quando questo è collegato a sistemi ad alto consumo energetico quali miscelatori di fanghi o i mulini a martelli. Se si verifica un cortocircuito nel generatore causato da un sovraccarico, l’involucro può essere messo sotto tensione. In questo caso, gli interruttori automatici miniaturizzati non sono in grado di rispondere abbastanza velocemente a causa del rapido calo di tensione. Al fine di prevenire un sovraccarico termico e meccanico del generatore, in grado di causare, nel peggiore dei casi, scosse elettriche letali, i generatori di emergenza hanno bisogno di una speciale protezione che garantisca che la fornitura di energia alle attività agricole in caso di mancanza di energia di rete.
 

La soluzione

Kemper ha abbracciato la missione di produrre generatori di emergenza sicuri. Questi ultimi devono essere in grado di tollerare eventuali errori di funzionamento e soprattutto, di proteggere le operazioni agricole dai danni derivanti da cortocircuiti e sovraccarichi. Per questo motivo, l'azienda ha sviluppato due generatori speciali (da 75 e 150 kVA), ognuno con i propri cambi in linea con le caratteristiche dei moderni trattori. Questo significa che il motore non affronterà problemi nel compensare il carico superiore prodotto dai sistemi collegati.

Per assicurare che l’avvio del generatore avvenga in maniera affidabile e sicura Kemper ha dotato le sue unità di presa di potenza di un interruttore automatico per generatori, il modello NZMN2-VE250 parte della serie Moeller di Eaton. Con questo interruttore automatico, sistemi dalle prestazioni elevate possono essere avviati in sicurezza regolando la corrente di apertura e il ritardo temporale. Nel processo, il campo di regolazione per le unità di intervento per sovraccarico è compreso tra 125 e 250 A. Il breve ritardo nell'intervento al cortocircuito può essere impostato tra il doppio e 10 volte il valore dell'unità di apertura per sovraccarico, con l'intervento per cortocircuito che risponde istantaneamente a 3000 A. Quando utilizzato nell'unità di presa di potenza di emergenza Kemper, le unità di sgancio al sovraccarico sono state impostate sulla tensione nominale del generatore di 220 A. Il breve ritardo è stato impiegato per eliminare picchi di corrente di breve durata, come quelli che si verificano all'avviamento del motore. Kemper programma gli interruttori automatici in maniera che intervengano entro 20 ms al raggiungimento di un massimo del doppio della corrente nominale in uscita del generatore di emergenza.

Inoltre, il dispositivo riconosce il consumo di energia corrente del generatore grazie ad una misurazione continua dei valori effettivi. Assieme alla memoria termica dell’unità di sgancio, questo assicura che il generatore funzioni solo ad un massimo di carico del 110 % per un periodo di tempo della durata massima di un’ora. Quando il generatore si surriscalda a causa di un sovraccarico, deve in seguito funzionare in modalità operativa normale per almeno cinque ore per raffreddarsi. In alternativa, se i valori tempo-corrente e di conseguenza la temperatura raggiungono livelli inaccettabili, l’interruttore automatico del generatore interverrà per proteggere il sistema dai danni. Visto che l’interruttore automatico reagisce anche al verificarsi di correnti di cortocircuito minime, esso protegge anche i cavi verso il terminale. Questo significa che non possono verificarsi incendi causati da un sovraccarico.

All’inizio, quando si verifica lo sgancio, l’interruttore automatico può immediatamente essere riavviato e rimesso in servizio. Se il sovraccarico si verifica per un periodo prolungato di tempo, in ogni caso, la memoria termica impedisce che l’interruttore automatico venga resettato immediatamente. L’interruttore automatico viene commutato per permettere alla macchina di raffreddarsi. Lo scopo principale di questa fase di raffreddamento è proteggere i componenti della macchina, questa funzione viene diretta dalla memoria termica basata sulla durata sul livello del sovraccarico.

Kemper si occupa della messa in servizio in loco al fine di garantire che i generatori di emergenza funzionino in maniera affidabile e senza guasti. Si occupa anche di controllare la compatibilità con i trattori in uso, la prontezza dei dispositivi di commutazione e protezione e testa le unità di presa di potenza a pieno carico per far funzionare le macchine agricole.
 

Risultati

I generatori posseggono di serie un’interruttore automatico specifico per questa funzione prodotto da Eaton, il quale fornisce un’ampia e versatile gamma di Impostazioni. Protegge dai sovraccarichi e dai cortocircuiti non solo il generatore, ma anche i sistemi elettrici ad esso collegati e tutti i sistemi di controllo elettronici. Questo riduce il rischio di incendi o il verificarsi di pericolose tensioni di contatto in caso di errori.

"La sicurezza è la nostra principale priorità," ha dichiarato Hermann Kemper direttore gestionale della società. "Dal nostro punto di vista, questo significa offrire una protezione ottima per le persone, gli animali e l’infrastruttura. Una parte importante di questo è costituita dagli interruttori automatici per generatori di Eaton, i quali sono stati integrati nei nostri generatori di emergenza come standard da molti anni. Utilizzando questi interruttori non solo si ottiene il componente giusto, ma anche i servizi e i consigli ricevuti da Eaton sono di altissimo livello."