Les connecteurs pour l’énergie éolienne facilitent l’installation et la maintenance

Alors que l’énergie éolienne atteint son apogée en tant que technologie grand public pour fournir une énergie verte abordable, les fabricants, les installateurs et les opérateurs cherchent tous à réduire les coûts d’installation et d’exploitation tout en améliorant le rendement. Des installations plus rapides, une plus grande fiabilité et une maintenance plus facile jouent toutes un rôle dans l’économie de l’énergie éolienne – la mise en service rapide d’une turbine et son fonctionnement fiable sans interruption sont des préoccupations majeures.

À mesure que l’industrie de l’énergie éolienne gagne en maturité, son uniformisation se produit également. Les organismes de normalisation commencent à élaborer des normes spécifiques aux éoliennes. Actuellement, comme par le passé, la plupart des concepteurs se tournent vers des technologies existantes facilement disponibles, telles que l’Ethernet industriel, ou vers des approches largement éprouvées, telles que les connecteurs industriels modulaires. 

La structure complexe d’une éolienne nécessite un large éventail de solutions de câblage pour les différentes zones fonctionnelles. Ces solutions comprennent des câbles haute tension pour fournir l’énergie produite au réseau, également des câbles à fibre optique et Ethernet pour la surveillance et le SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), des câbles de commande pour le lacet et le tangage, et des câbles d’alimentation pour les moteurs et les entraînements. Pour accélérer et simplifier l’installation et la maintenance des systèmes de turbines, les concepteurs se tournent vers des solutions plus « plug-and-play ». L’objectif est d’atteindre la commodité « plug-and-play » dans l’installation de solutions de câbles afin d’accélérer l’installation et la maintenance globales des systèmes d’énergie éolienne.  

En simplifiant les solutions globales de câblage au sein de l’éolienne, les fabricants se tournent vers une technologie de connecteurs industriels bien établie. Cette technologie combine trois caractéristiques : une construction mécanique robuste avec un boîtier métallique ou composite robuste, des inserts modulaires pour une flexibilité dans les types de contacts et de câbles acceptés, et la possibilité de fournir un blindage et une étanchéité selon les besoins.

La possibilité de mélanger et d’assortir des câbles (d’alimentation moteur pour les moteurs et entraînements, à paires torsadées pour la commande, d’instrumentation pour la surveillance, etc.) permet à une seule interface de remplacer plusieurs connecteurs.

L’image ci-dessous montre les connecteurs modulaires robustes de TE, qui caractérisent un connecteur robuste et industriel. Jusqu’à six modules simples ou trois modules doubles peuvent être utilisés dans le cadre. Dans de nombreuses applications éoliennes, le connecteur modulaire robuste réduit le nombre d’interfaces requises en permettant aux utilisateurs de configurer l’interface exacte requise pour une application au sein d’un seul connecteur. 

• Contacts haute tension, jusqu’à 3 000 V nominaux
• Contacts à courant élevé, jusqu’à 700 A
• Contacts de signal haute densité, avec jusqu’à 25 contacts dans un seul module
• Contacts coaxiaux
• Prises modulaires RJ-45
• USB
• IEEE 1394 (FireWire)
• Contacts Quadrax, prenant en charge le fonctionnement à 1 GHz
• Interface Subminiature-D

La modularité des connecteurs industriels offre aux concepteurs une plus grande flexibilité dans la configuration d’une interface et d’un câble préassemblé. Grâce à la disposition des contacts et au détrompage, les câbles préassemblés peuvent être « personnalisés » pour une application spécifique. Le connecteur des commandes du moteur de lacet est différent de celui des commandes du moteur de tangage, ce qui rend impossible le raccordement du câble au mauvais sous-système.

Pour faciliter l’identification, les boîtiers peuvent être codés par couleur. La possibilité de coder les connecteurs par couleur pour indiquer la fonction, les circuits ou d’autres paramètres d’application rend l’identification visuelle plus simple et pratiquement infaillible. Les ordinateurs personnels et les systèmes audiovisuels, par exemple, utilisent depuis longtemps une méthode de codage couleur pour identifier les ports souris, clavier, vidéo et audio. L’introduction du codage couleur dans les applications d’énergie éolienne offre la même commodité d’installation, ce qui permet de réduire le délai de mise à disposition d’un système dans le réseau.

Les connecteurs industriels modulaires peuvent également simplifier la chaîne d’approvisionnement grâce à la standardisation d’une seule famille de connecteurs pour répondre à un large éventail de besoins. i chaque application de câble peut utiliser un connecteur configuré différemment, certains modules peuvent être partagés entre plusieurs applications. Cette possibilité de partage réduit le nombre de pièces à stocker et consolide le nombre de procédures différentes qui doivent être maîtrisées pour fabriquer des câbles préassemblés. Une seule gamme de connecteurs modulaires peut donner lieu à des milliers de combinaisons possibles. Vous pouvez compter sur les fournisseurs de ces connecteurs pour vous conseiller dans la configuration des pièces pour vos applications spécifiques. Un autre exemple est que plusieurs sources d’un sous-système peuvent désormais être spécifiées puisque chacune peut avoir le connecteur d’accouplement approprié lorsqu’elle arrive à son point d’assemblage final.

La modularité devient également monnaie courante dans les tours. De nombreux fabricants câblent aujourd’hui chaque section verticale dans l’usine de la tour ou sur le terrain. Avec une solution plug-and-play, lorsque chaque section est soulevée et mise en place, les câbles sont simplement branchés d’une section à l’autre, ce qui évite d’avoir à utiliser des connecteurs mécaniques de type boulon qui nécessitent plusieurs étapes dans le processus d’assemblage sur le terrain.

Un exemple récent des avantages de la modularité est vu dans les ensembles de bagues collectrices utilisés pour transférer des données et de l’énergie entre le moyeu et la nacelle. La plupart des conceptions nécessitaient le retrait fastidieux de nombreux câbles préassemblés lorsque les bagues devaient être réparées ou remplacées. La procédure pouvait facilement impliquer plusieurs jours de temps d’immobilisation. Une conception plus modulaire pour les bagues collectrices permet de déconnecter le câble en quelques minutes pour un retrait plus rapide des bagues collectrices. Aujourd’hui, il est possible de remplacer les bagues collectrices en quelques heures au lieu de quelques jours. 

Les niveaux inférieurs de 600 V à l’intérieur de la turbine permettent d’utiliser un certain nombre de technologies standard de l’industrie. Plusieurs câbles (peut-être huit ou dix) acheminent cette basse tension vers le transformateur élévateur situé à la base de la station. De là, les connecteurs proviennent plus souvent du secteur de l’énergie que du secteur manufacturier ou des communications. Les terminaisons à compression ou à vis dans les épissures sont courantes. Il est important de tenir compte de la nécessité d’une mise à la terre, d’une protection contre les surtensions, les arcs électriques et autres phénomènes similaires qui distinguent la distribution de puissance à moyenne tension de ses homologues à basse tension et à signaux.

La plupart des connexions de distribution de puissance sont soit des épissures sur ligne, soit des connexions en T (figure C) pour le piquage. Le réseau collecteur étant souterrain, la fiabilité est primordiale. Contrairement à la nacelle, avec ses composants mécaniques soumis à l’usure et son électronique sophistiquée, le réseau collecteur n’a pas besoin de se préoccuper d’une maintenance rapide et facile au même degré que la turbine elle-même. Installé correctement, le réseau collecteur devrait fonctionner pendant des années. Une défaillance du réseau collecteur peut mettre hors service de nombreux générateurs. De même, une défaillance de l’alimentation du réseau collecteur vers la sous-station peut perturber l’ensemble du parc éolien. 

Les câbles de communication, de surveillance et de contrôle des différentes turbines sont regroupés au centre de contrôle pour la commande des turbines, l’interface avec le réseau et la communication en amont sur Internet. La connexion des turbines individuelles en un réseau intégré induit des choix de connecteurs et de câblage similaires à ceux de tout autre réseau. Un système de câblage structuré permet de gérer facilement le réseau et de s’adapter aux déplacements, ajouts et modifications de l’infrastructure reliant les interrupteurs et routeurs réseau et les ordinateurs du système de contrôle. Les panneaux de brassage montés en rack et les boîtiers à fibre optique permettent d’organiser et d’interconnecter les câbles par fonction ou circuit.

L’essentiel ici est, bien sûr, de confirmer que les connecteurs et les câbles sont adaptés aux vitesses du réseau. Alors que les paires torsadées de catégorie 5e sont le type le plus utilisé avec l’Ethernet industriel pour les débits de données allant jusqu’à 1 Gbit/s, les catégories 6 et 6A, capables de prendre en charge les réseaux 10 Gbit/s, peuvent constituer un meilleur choix même si des débits de données plus élevés sont utilisés. Les câbles de catégorie 6 offrent une marge de performance supplémentaire qui permet de maintenir l’intégrité du signal. Étant donné que le centre de contrôle est un environnement contrôlé, des problèmes tels que l’étanchéité ou de larges plages de température ne sont pas une préoccupation. Les composants de câblage structuré standard fonctionnent généralement bien. 

Le choix du connecteur n’est pas une question de coût. Il dépend plutôt du temps de fonctionnement et de la disponibilité en ligne de l’éolienne. Les fabricants d’éoliennes ne tiennent pas seulement compte des coûts d’acquisition d’un composant, mais aussi des coûts du cycle de vie. Par exemple, un câble préassemblé correctement configuré peut réduire considérablement le temps nécessaire à l’installation d’une éolienne. Il peut également accélérer les réparations et l’entretien. Le coût du connecteur ou d’une solution de câble est généralement insignifiant par rapport au coût de la mise hors service d’une éolienne.