Dans les zones minières industrielles typiques d'Afrique du Sud, le système de distribution d'énergie est une garantie essentielle pour la continuité de la production et la sécurité opérationnelle. Cependant, dans des conditions de fonctionnement complexes telles que des niveaux de poussière élevés, de grands écarts de température et de fortes charges d'impact, les solutions de distribution traditionnelles ont souvent du mal à répondre aux exigences d'un fonctionnement stable à long terme.
Ce projet concerne la mise à niveau et la rénovation du système de distribution d'une zone minière centrale en Afrique du Sud. Il adopte l'appareillage d'intérieur à enveloppe métallique et à partie extractible KYN28, résolvant systématiquement les problèmes de longue date de l'utilisateur liés à une faible fiabilité de l'isolation, une usure élevée des équipements et une efficacité de maintenance insuffisante. Cette solution permet non seulement de renouveler les équipements, mais aussi de constituer une solution de distribution systématique adaptée aux conditions de fonctionnement extrêmes.
I. Conditions de fonctionnement de l'utilisateur et principaux défis
Avant le lancement du projet, l'équipe d'exploitation et de maintenance de la mine était principalement confrontée aux trois catégories de problèmes suivantes, qui affectaient directement l'efficacité de la production et la sécurité opérationnelle :
- Risques d'isolation causés par les facteurs environnementaux : Le site minier est soumis à une abondante poussière et à de grands écarts de température entre le jour et la nuit, rendant la condensation probable. Les équipements d'origine avaient un indice de protection relativement faible. L'accumulation de poussière réduisait les lignes de fuite, provoquant facilement des amorçages par pollution et entraînant des coupures non planifiées.
- Contraintes des équipements causées par les charges d'impact : Les courants de démarrage des grands concasseurs, des convoyeurs à bande, des treuils et d'autres équipements sont élevés, avec une teneur en harmoniques significative. De telles charges d'impact imposent des exigences plus strictes sur la durée de vie mécanique des disjoncteurs et la stabilité dynamique et thermique des armoires.
- Efficacité de maintenance insuffisante affectant la continuité de la production : L'appareillage fixe d'origine nécessitait des coupures relativement longues lors de la maintenance, et les fonctions de verrouillage n'étaient pas suffisamment complètes, ce qui entraînait des risques opérationnels plus élevés. Pour un système de production minière fonctionnant en continu 24 heures sur 24, le temps d'arrêt affecte directement le rendement.
Figure 1 : Baie d'appareillage KYN28, fournissant un support stable au système de distribution d'énergie de la mine.
II. Sélection de la solution : Pourquoi choisir l'appareillage à enveloppe métallique KYN28
Lors de l'étape de sélection, l'équipe de projet a mené une analyse comparative entre les postes à coupure en anneau de type fixe et l'appareillage à enveloppe métallique et à partie extractible KYN28.
Bien que la solution de type fixe ait un coût d'acquisition initial plus faible, ses inconvénients étaient relativement évidents dans les conditions de fonctionnement caractérisées par une forte poussière, de forts impacts et une production continue dans les zones minières d'Afrique du Sud.
En fin de compte, l'appareillage KYN28 a été adopté en raison de sa bonne interchangeabilité, de sa sécurité et de la commodité de sa maintenance.
| Dimension de comparaison |
Solution traditionnelle à montage fixe / cellule compacte |
Solution KYN28 à enveloppe métallique et extractible (adoptée dans ce projet) |
Principaux avantages |
| Efficacité de la maintenance |
Les disjoncteurs sont installés à poste fixe ; le traitement des défauts nécessite des coupures relativement longues |
Structure de chariot extractible ; les modules principaux peuvent être entièrement extraits, permettant un remplacement rapide par des chariots de rechange |
Réduit le temps de coupure, adapté aux scénarios de production continue |
| Protection et sécurité |
Séparation des compartiments relativement simple ; risque plus élevé de propagation des défauts d'arc |
Séparation par enveloppe métallique ; le compartiment des jeux de barres, le compartiment du disjoncteur, le compartiment des câbles et le compartiment des instruments sont mutuellement indépendants |
Réduit le risque de propagation des défauts, améliore la sécurité du personnel et des équipements |
| Capacité d'extension |
L'extension et la modification sont relativement difficiles, nécessitant un recâblage |
Interfaces normalisées ; relativement bonne interchangeabilité des chariots |
Facilite l'extension ultérieure de la capacité de la zone minière |
III. Configuration technique et techniques de mise en œuvre
Pour les conditions de fonctionnement spéciales des zones minières, ce projet a réalisé une optimisation ciblée dans les phases de configuration technique et de construction. La conception et la construction sont mises en œuvre en référence aux normes pertinentes, notamment la norme IEC 62271-200
1. Protection de l'armoire et séparation des compartiments
L'armoire KYN28 est assemblée à partir de tôles d'acier revêtues d'aluminium-zinc usinées par CNC, offrant une relativement bonne résistance à la corrosion. Le degré de protection de l'enveloppe est IP4X, et IP2X lorsque les compartiments sont ouverts.
L'armoire adopte un cloisonnement métallique et est équipée d'un mécanisme de verrouillage complet, comprenant des fonctions pour empêcher l'ouverture/fermeture incorrecte des disjoncteurs, empêcher le retrait et la fermeture des sectionneurs en charge, empêcher la fermeture des interrupteurs de mise à la terre sous tension, et empêcher la fermeture lorsque les lignes de mise à la terre sont connectées.
Et empêcher l'accès accidentel aux compartiments sous tension, réduisant ainsi les risques de pénétration de poussière et de fausse manœuvre.
2. Configuration des disjoncteurs et résistance aux chocs
Pour les charges d'impact, ce projet a sélectionné des disjoncteurs à vide haute performance avec un courant nominal de 1250 A et un courant de coupure en court-circuit nominal de 31,5 kA, présentant une durée de vie mécanique et une durée de vie électrique relativement élevées, capables de s'adapter aux impacts de courant causés par les démarrages et arrêts fréquents des équipements miniers.
Figure 2 : Structure interne claire de l'armoire, câblage secondaire normalisé et disjoncteurs avec une résistance relativement forte aux charges d'impact.
3. Techniques de mise en œuvre des terminaisons de câbles
Dans la construction du compartiment câbles, les aspects suivants ont été mis en avant :
- Identification de la séquence des phases : Traitement d'identification strict selon les marquages de couleur triphasés jaune, vert et rouge (comme indiqué sur la figure), garantissant une identification précise des opérations et de la maintenance et réduisant les risques de fausse manœuvre.
- Connexion de mise à la terre : Mise à la terre fiable à l'aide de sangles tressées en cuivre, assurant une évacuation rapide des courants de défaut et garantissant la sécurité des équipements.
- Contrôle du champ électrique : Traitement de contrôle des contraintes pour les terminaisons de câbles haute tension, améliorant la distribution du champ électrique et réduisant les risques de décharge partielle.
Figure 3 : Fabrication normalisée des terminaisons de câbles et connexion de mise à la terre fiable, offrant une garantie pour la sécurité de l'isolation.
4. Fonctions de protection et de contrôle
Ce projet est équipé de relais de protection de départs numériques haute performance prenant en charge la norme de communication IEC 61850, capables d'enregistrer les formes d'onde de défaut et la chronologie des événements. Après le déclenchement, le personnel d'exploitation et de maintenance peut déterminer rapidement les types de défauts tels que les surintensités, les surintensités instantanées et les défauts à la terre grâce aux dispositifs de protection, améliorant ainsi l'efficacité de la localisation et du traitement des défauts.
Figure 4 : Relais de protection utilisés pour enregistrer l'état de fonctionnement du réseau électrique, fournissant un support de données pour l'analyse des défauts.
5. Conception de l'adaptabilité environnementale
En réponse aux caractéristiques de haute altitude et de grands écarts de température dans les zones minières sud-africaines, ce projet a réalisé une optimisation ciblée :
- Adaptation à la haute altitude : Pour les zones minières dont l'altitude dépasse 1000 m, des produits à isolation renforcée ou de type haute altitude sont sélectionnés pour compenser l'impact de la réduction de la rigidité diélectrique de l'air sur les niveaux d'isolation.
- Mesures anti-condensation : Des contrôleurs de température et d'humidité ainsi que des éléments chauffants sont installés à l'intérieur de l'armoire pour réguler automatiquement l'humidité interne en fonction des changements environnementaux, réduisant ainsi le risque que l'humidité affecte les composants d'isolation.
IV. Analyse du coût total de possession (TCO)
Pour les utilisateurs des entreprises minières, la sélection des équipements exige non seulement la prise en compte des coûts d'acquisition initiaux, mais aussi une évaluation globale de l'exploitation et de la maintenance, des pertes liées aux temps d'arrêt, de la gestion des pièces de rechange et de la durée de vie sur l'ensemble du cycle de vie.
Après la mise en service du projet, la stabilité de fonctionnement des équipements s'est considérablement améliorée, le nombre de pannes non planifiées a diminué, l'efficacité de l'exploitation et de la maintenance s'est améliorée, et les résultats d'exploitation globaux ont atteint les objectifs attendus.
V. Service après-vente
Afin de garantir un fonctionnement stable à long terme des équipements, nous fournissons les engagements de service après-vente suivants :
- Garantie : 24 mois de garantie gratuite à compter de la date de réception.
- Réponse : réponse à distance sous 2 heures ; arrivée sur site dans les 24 heures dans l'ouest de l'Afrique du Sud et dans les 48 heures dans l'est de l'Afrique du Sud.
- Inspection : Pendant la période de garantie, 2 inspections gratuites sur site par an, avec émission de rapports d'évaluation de l'état de santé des équipements.
- Pièces de rechange : Approvisionnement continu en pièces de rechange clés pendant 10 ans après l'arrêt de la production du produit.
- Formation : Au moins 8 heures de formation spécialisée fournies lors de la livraison des équipements.
VI. Conclusion
Ce projet de mise à niveau du réseau de distribution dans une zone minière sud-africaine démontre que la solution d'appareillage à enveloppe métallique KYN28 présente une assez bonne applicabilité dans des conditions d'exploitation telles qu'une forte poussière et des charges à fort impact. Tout en améliorant la fiabilité de l'alimentation électrique, cette solution réserve également de l'espace pour l'extension ultérieure de la capacité de la zone minière.
Cette solution est adaptée aux scénarios de distribution d'énergie industrielle tels que les mines, le ciment, la métallurgie et la chimie, qui impliquent une forte poussière, de fortes charges à impact ou des exigences de production continue.
Si votre projet est confronté à des problèmes de distribution similaires, vous êtes invité à contacter nos ingénieurs pour une consultation sur le choix du matériel et une évaluation de la solution.
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