Case Study

Tunnel del San Gottardo - Sicurezza e operatività del sistema nella galleria di base.

Due partner competenti, una soluzione: il produttore di armadi elettrici e lo specialista della gestione termica sviluppano un concetto che sopporta il carico di pressione alternato nelle gallerie.

Il nuovo tunnel del Gottardo presenta numeri impressionanti:

  • E' il tunnel ferroviario più lungo del mondo con i suoi 57 km.
    L'intera rete, con tutti i tunnel trasversali e di collegamento, si estende per oltre 154 km.
  • I treni passeggeri raggiungono una velocità massima di 250 chilometri all'ora, riducendo il tempo di percorrenza per esempio tra Milano e Zurigo a meno di 3 ore e quasi raddoppiando la capacità di trasporto sull'asse nord-sud della Svizzera, arrivando a 40 milioni di tonnellate di merci.

La gestione di un tunnel rappresenta una grande sfida per gli ingegneri e gli operatori. Tutti i prodotti e le soluzioni devono soddisfare i più alti requisiti e devono funzionare perfettamente anche in condizioni ambientali difficili. Questo vale in particolare per i quadri elettrici e la loro gestione termica, poichè sono soggetti a  sbalzi di pressione estremi, esposti a elevate differenze di temperatura e a polvere e umidità.

I condizionatori Pfannenberg assicurano che il carico termico dei componenti elettronici integrati all'interno dei quadri elettrici non superi i livelli di soglia e che tali componenti funzionino in modo sicuro e affidabile per tutto il proprio ciclo di vita.

Interno del Tunnel del Gottardo.

Pfannenberg e Swibox – un team affiatato.

Due partner di vecchia data hanno unito le proprie forze per il progetto del tunnel di base del San Gottardo: Pfannenberg, un'azienda di medie dimensioni con sede ad Amburgo e specializzata nella gestione termica di armadi elettrici e nellla refrigerazione di processo, e Swibox, anch'essa esperta nel settore della produzione di armadi elettrici personalizzati con sede a Balterswil in Svizzera.

La cooperazione è iniziata con l'adozione dei prodotti standard del portafoglio Pfannenberg. La prima volta che le due società hanno sviluppato una soluzione su misura per il cliente è stata nel 2003, durante il progetto "Lötschberg Tunnel", per le difficili esigenze delle gallerie ferroviarie.

Armadi elettrici e condizionatori ideati per reggere alla pressione alternata

La principale sfida tecnica è stato l'elevatissimo livello di protezione (IP 65) richiesto per gli armadi elettrici congiuntamente ai consistenti sbalzi di pressione dovuti al passaggio dei treni nel tunnel. Nel momento in cui un treno entra nel tunnel, questo spinge l'aria di fronte a sè, causando una sovrapressione fino al momento in cui il treno non supera l'intersezione con il corridoio in cui si trovano gli armadi elettrici. E subito dopo, una volta passato il treno, si origina un'analoga depressione.
Tutti i componenti elettrici interni ai quadri e agli armadi sono quindi esposti al carico di questi sbalzi che giungono fino a +/- 5 kPa. Abbiamo dovuto assicurarci che non ci fossero danni per i componenti implementando un sistema di protezione sicuro.

Armadi elettrici Swibox nel passaggio trasversale del tunnel del Lötschberg

Abbiamo raggiunto l'obiettivo grazie alla particolare meccanica costruttiva degli armadi, sviluppata congiuntamente con il produttore Swibox. La struttura dei condizionatori e degli armadi elettrici assicura sia un totale isolamento – senza perdite – dall'ambiente circostante (per quanto riguarda le pareti esterne dell'armadio) sia la protezione dei componenti interni  (protezione interna) in caso di pressione. Per i nostri condizionatori, un componente fondamentale è il rubusto case all'interno del quale sono alloggiati i componenti del circuito di raffreddamento interno.

Pertanto, non sarebbe stato sufficiente utilizzare un case in lamiera rinforzata: la giusta resistenza alla compressione è stata ottenuta attraverso la selezione di un materiale adatto e a un maggiore spessore del materiale, in combinazione con alcune piastre di sostegno appositamente studiate.

Progettare la climatizzazione dei quadri elettrici non significa solo raffreddamento.

Un'altra sfida per un'applicazione interna a un tunnel è rappresentata dall'aria ambiente. Differenze di temperatura che vanno da –20 °C a +40 °C, picchi di umidità fino al 100 %, l'abrasione ferrosa di freni, rotaie e linee di contatto aumentano il rischio di corrosione e mostrano quanto questo tipo di applicazione sia diversa dalle altre.

E' quindi stato necessario ridefinire l'intero concetto di gestione termica nella specificità di questa applicazione. Unitamente ai condizionatori, prevalentemente impiegati nella profondità del tunnel (dove t ambiente fino a +40 °C) si è reso necessario l'impiego di l'impiego di riscaldatori Pfannenberg nei settori adiacenti agli ingressi (dove t ambiente fino a  –20 °C).  Il loro scopo é quello di garantire che la temperatura interna agli armadi elettrici non scenda al di sotto del punto di rugiada (la temperatura alla quale comincia a formarsi la condensa). Al punto di rugiada, l'umidità relativa è pari al 100 % e l'aria è satura di vapore acqueo.

Sono inoltre stati installati dei controller Pfannenberg, appositamente disegnati per questo progetto. Questa scelta è stata cruciale per prevenire guasti e fermi non programmati, pianificare le attività manutentive e garantire il massimo livello di operatività del sistema. I controller non sono stati installati soltanto all'interno dei condizionatori, ma anche dentro gli oltre 500 armadi elettrici non dotati di condizionamento. Il che ha reso possibile un effettivo monitoraggio delle temperature in grado di comunicare con il sistema di controllo generale del tunnel, ed eventualmente esserne rimpiazzato senza alcuna necessità di reinstallazione o trasferimento dati.

Le prime unità realizzate sono state consegnate a Swibox nel 2010. Da allora sono state prodotte tutte le unità successive, installate una a una congiuntamente al proprio armadio elettrico all'interno dei 176 corridoi di collegamento del tunnel.  Hanno quindi già avuto modo di dimostrare la propria affidabilità durante i numerosi test intercorsi dal 2010 a oggi e in quelli che verranno effettuati fino all'apertura del tunnel al traffico regolare, nel 2016.

In breve

Requisiti

  • Sviluppo di un concetto di climatizzazione per quadri elettrici collocati nelle 176 galleria trasversali del San Gottardo.

Sfide

  • Carichi di pressione alternati di ±10 kPa.
  • Differenze di temperatura comprese tra –20 °C e +40 °C.
  • Umidità fino al 100 %.

Soluzione

  • DTGT 9041, DTGT 9541; circa 980 unità.

Fattori di successo

  • Corpo del condizionatore appositamente studiato.
  • La nuova generazione di controller Pfannenberg con protocollo di trasmissione Ethernet per il controllo del tunnel centrale.
  • Concetto di controllo intelligente per l'efficienza energetica.
  • Il tempo di attività delle unità è garantito per una durata di 10 anni e l'MTTR molto breve.