Los conectores para la energía eólica facilitan la instalación y el mantenimiento

A medida que la energía eólica alcanza su ritmo como una tecnología convencional para proporcionar energía verde asequible, los fabricantes, instaladores y operadores buscan reducir los costos de instalación y operación al tiempo que mejoran la eficiencia. Las instalaciones más rápidas, una mayor confiabilidad y un mantenimiento más fácil juegan un papel en la economía de la energía eólica: obtener una turbina en línea rápidamente y tenerla funcionando de manera confiable sin interrupción son preocupaciones críticas.

A medida que la industria de la energía eólica madura, también se está produciendo la estandarización. Las organizaciones de estándares están comenzando a desarrollar estándares específicos para turbinas eólicas. En la actualidad y en el pasado, la mayoría de los diseñadores están recurriendo a la tecnología existente fácilmente disponible, como Ethernet industrial, o a enfoques ampliamente probados, como los conectores industriales modulares. 

La compleja estructura de una turbina eólica requiere una amplia gama de soluciones de cable para diversas áreas funcionales. Estas soluciones incluyen cables de alta tensión para entregar la energía producida a la red, también cables de fibra óptica y Ethernet para monitoreo y SCADA (control de supervisión y adquisición de datos), cables de control para guiñada y cabeceo, y cables de alimentación para motores y controladores. Para acelerar y simplificar la instalación y el mantenimiento de los sistemas de turbinas, los diseñadores están recurriendo a soluciones más “enchufa y usa”. El objetivo es lograr la conveniencia “enchufa y usa” en la instalación de soluciones de cable para acelerar la instalación y el mantenimiento general de los sistemas de energía eólica.  

Al simplificar las soluciones generales de cables dentro de la turbina eólica, los fabricantes están recurriendo a la tecnología de conectores industriales bien establecida. Esta tecnología combina tres características: construcción mecánica sólida con carcasa metálica o compuesta resistente, insertos modulares para flexibilidad en los tipos de contactos y cables aceptados, y la capacidad de proporcionar blindaje y sellado según sea necesario.

La capacidad de mezclar y combinar cables (cables de suministro de motor para motores y accionamientos, cable de par trenzado para control, cable de instrumentación para monitoreo, etc.) permite que una sola interfaz reemplace múltiples conectores.

La siguiente imagen muestra los conectores modulares de alto rendimiento de TE, que tipifican un conector sólido y de resistencia industrial. Se pueden utilizar hasta seis módulos simples o tres dobles en el marco. En muchas aplicaciones de energía eólica, el conector modular de alto rendimiento reduce el número de interfaces requeridas al permitir a los usuarios configurar la interfaz exacta requerida para una aplicación dentro de un solo conector. 

• Contactos de alto voltaje, hasta 3,000 V nominales
• Contactos de alta corriente, hasta 700 A
• Contactos de señal de alta densidad, con hasta 25 contactos en un solo módulo
• Contactos coaxiales
• Enchufes modulares RJ-45
• USB
• IEEE 1394 (FireWire)
• Contactos Quadrax, compatibles con el funcionamiento de 1 GHz
• Interfaz subminiatura-D

La modularidad de los conectores industriales ofrece a los diseñadores una mayor flexibilidad en la configuración de una interfaz y un conjunto de cables. A través de la disposición de insertos y a través de claves, los conjuntos de cables se pueden “personalizar” para una aplicación específica. El conector a los controles del motor de guiñada es diferente del conector a los controles del motor de paso, lo que hace imposible conectar el cable al subsistema incorrecto.

Para facilitar la identificación, las carcasas pueden estar codificadas por colores. La capacidad de codificar por colores los conectores para indicar la función, los circuitos u otros parámetros de la aplicación hace que la identificación visual sea más simple y prácticamente infalible. Las computadoras personales y los sistemas audiovisuales, por ejemplo, han utilizado durante mucho tiempo un método de codificación por colores para identificar puertos de mouse, teclado, video y audio. Llevar la codificación por colores a las aplicaciones de energía eólica ofrece la misma comodidad de instalación, mejorando así el tiempo para que un sistema esté disponible para la red.

Los conectores industriales modulares también pueden simplificar la cadena de suministro a través de la estandarización de una sola familia de conectores para adaptarse a una amplia gama de necesidades. Si bien cada aplicación de cable puede usar un conector configurado de manera diferente, algunos módulos se pueden compartir entre múltiples aplicaciones. Esta capacidad de compartir reduce el número de piezas que deben almacenarse y consolida el número de procedimientos diferentes que deben dominarse en la construcción de conjuntos de cables. Una sola familia de conectores modulares puede producir miles de combinaciones posibles. Puede confiar en los proveedores de dichos conectores para obtener asesoramiento en la configuración de las piezas para tus aplicaciones específicas. Otro ejemplo es que ahora se pueden especificar múltiples fuentes de un subsistema, ya que cada una podría tener el conector de acoplamiento apropiado a medida que llega a su punto de ensamblaje final.

La modularidad también se está convirtiendo en algo común en la torre. Muchos fabricantes hoy en día cablean cada sección vertical en la fábrica de torres o en el campo. Con una solución de enchufar y usar, a medida que cada sección se eleva y se coloca en su lugar, los cables simplemente se conectan de una sección a la siguiente, eliminando la tarea lenta de usar conectores mecánicos de tipo perno que requieren varios pasos en el proceso de ensamblaje en el campo.

Un ejemplo reciente de las ventajas de la modularidad se ve en los conjuntos de anillos colectores utilizados para transferir datos y potencia entre el cubo y la góndola. La mayoría de los diseños requerían la extracción lenta de numerosos conjuntos de cables cuando los anillos necesitaban ser reparados o reemplazados. El procedimiento podría implicar fácilmente varios días de tiempo de inactividad. Un diseño más modular para conjuntos de anillos colectores permite desconectar el cable en minutos para una extracción más rápida de los anillos colectores. Los anillos colectores de hoy en día se pueden reemplazar en horas en lugar de días. 

Los niveles más bajos de 600 V dentro de la turbina permiten utilizar cualquier número de tecnologías que cumplen con las normas de la industria. Múltiples cables, tal vez de ocho a diez, entregan este bajo voltaje al transformador elevador en la base de la estación. A partir de ahí, los conectores provienen más típicamente de la industria energética que de las industrias industriales o de comunicación. Las terminaciones de compresión o tornillo en los empalmes son comunes. Una consideración importante es la necesidad de conexión a tierra, protección contra sobretensiones, arco y fenómenos similares que separan la distribución de energía de voltaje promedio de sus contrapartes de señal y bajo voltaje.

La mayoría de las conexiones de distribución de energía son empalmes en línea o conexiones T (Figura C) para tomas. Dado que la red de colectores es subterránea, la fiabilidad es primordial. A diferencia de la góndola, con sus componentes mecánicos sujetos a desgaste y electrónica sofisticada, la red de colectores no necesita preocuparse por un mantenimiento rápido y fácil en el mismo grado que la propia turbina. Instalada correctamente, la red de colectores debería funcionar durante años. Un fallo en la red colectora puede desconectar muchos generadores. Del mismo modo, una falla en la alimentación de homerun de la red colectora a la subestación podría interrumpir todo el parque eólico. 

Los cables de comunicación, monitoreo y control para las diversas turbinas se consolidan en el centro de control para el control de las turbinas, para la interfaz con la red y para la comunicación con los procesos anteriores a través de Internet. La conexión en red de las turbinas individuales en una red integrada presenta opciones de conector y cableado similares a cualquier otra red. Un sistema de cableado estructurado permite que la red se administre convenientemente y acomode movimientos, adiciones y cambios en la infraestructura que conecta los interruptores y enrutadores de red y las computadoras del sistema de control. Los paneles de reparación montados en rack y los gabinetes de fibra proporcionan un medio para organizar e interconectar cables por función o circuito.

La clave principal aquí es, por supuesto, la confirmación de que los conectores y cables se adaptan a las velocidades de la red. Mientras que los pares trenzados de categoría 5e son el tipo predominante utilizado con Industrial Ethernet para velocidades de datos de hasta 1 Gb/s, las categorías 6 y 6A, capaces de admitir redes de 10 Gb/s, pueden ser una mejor opción incluso si se utilizan las velocidades de datos más altas. Los cables de categoría 6 ofrecen un margen de rendimiento adicional para proporcionar un buen cojín para mantener la integridad de la señal. Dado que el centro de control es un entorno controlado, cuestiones como el sellado o los amplios rangos de temperatura no son una preocupación. Los componentes de cableado estructurado estándar generalmente funcionan bien. 

La elección del conector no tiene que ver con el costo. Se trata del tiempo de actividad y la disponibilidad en línea de la turbina eólica. Los fabricantes de turbinas eólicas ahora miran más allá de los costos de adquisición de un componente a los costos del ciclo de vida. Por ejemplo, un conjunto de cable configurado correctamente puede reducir significativamente el tiempo que lleva instalar una turbina eólica. También puede acelerar las reparaciones y el mantenimiento. El costo del conector o una solución de cable es generalmente insignificante en comparación con el costo de tener una turbina eólica fuera de línea.