Conectores para instalação e manutenção da instalação da energia eólica

À medida que a energia eólica avança como uma tecnologia dominante para fornecer energia verde acessível, fabricantes, instaladores e operadores buscam reduzir os custos de instalação e operação, ao mesmo tempo em que melhoram a eficiência. Instalações mais rápidas, maior confiabilidade e manutenção mais fácil desempenham um papel na economia da energia eólica: colocar uma turbina on-line rapidamente e tê-la funcionando de forma confiável sem interrupção são preocupações críticas.

À medida que o setor elétrico eólico amadurece, a padronização também está ocorrendo. As organizações normatizadoras estão começando a evoluir normas específicas para turbinas eólicas. No momento e no passado, a maioria dos designers estão se voltando para a tecnologia disponível, como a Ethernet Industrial, ou para abordagens amplamente comprovadas, como conectores industriais modulares. 

A complexa estrutura de uma turbina eólica requer uma ampla gama de soluções de cabos para várias áreas funcionais. Essas soluções incluem cabos de alta tensão para a entrega da energia produzida à rede, também cabos de fibra óptica e Ethernet para monitoramento e SCADA (Supervisão de Controle e Aquisição de Dados), cabos de controle para orientação e passo, e cabos de alimentação para motores e unidades. Para acelerar e simplificar a instalação e manutenção de sistemas de turbina, os projetistas estão se voltando para soluções mais "plug-and-play". O objetivo é alcançar a conveniência de "plug-and-play" na instalação de soluções de cabo para acelerar a instalação e manutenção geral dos sistemas de energia eólica.  

Simplificando as soluções globais de cabos dentro da turbina eólica, os fabricantes estão recorrendo a uma tecnologia de conector industrial bem estabelecida. Esta tecnologia combina três características: construção mecânica robusta com carcaça robusta de metal ou composto, inserções modulares para flexibilidade nos tipos de contatos e cabos aceitos e a capacidade de fornecer blindagem e vedação conforme necessário.

A capacidade de misturar e combinar cabos – cabos de alimentação do motor para motores e unidades, cabo de par torcido para controle, cabo de instrumentação para monitoramento e assim por diante – permite que uma única interface substitua vários conectores.

A imagem abaixo mostra os conectores modulares de serviço pesado da TE, que tipificam um conector robusto de resistência industrial. Até seis módulos simples ou triplos duplos podem ser usados no quadro. Em muitos aplicativos de energia eólica, o conector modular de serviço pesado reduz o número de interfaces exigidas, permitindo que os usuários configurem a interface exata necessária para um aplicativo dentro de um único conector. 

• Contatos de alta tensão, até 3000 V nominais
• Contatos de alta corrente, até 700 A
• Contatos de sinal de alta densidade, com até 25 contatos em um único módulo
• Contatos coaxiais
• Plugues modulares RJ-45
• USB
• IEEE 1394 (FireWire)
• Contatos Quadrax, suportando operação de 1 GHz
• Interface subminiatura-D

A modularidade dos conectores industriais dá aos designers maior flexibilidade na configuração de uma interface e montagem de cabos. Através do arranjo de inserções e através de chaveamento, os conjuntos de cabos podem ser "personalizados" para uma aplicação específica. O conector aos controles do motor da orientação é diferente do conector aos controles do motor de passo, tornando impossível conectar o cabo ao subsistema errado.

Para facilitar a identificação, as carcaças podem ser codificadas por cores. A capacidade de codificar por cores os conectores para indicar função, circuitos ou outros parâmetros de aplicação torna a identificação visual mais simples e virtualmente infalível. Os sistemas de computador pessoal e audiovisual, por exemplo, há muito tempo usavam um método de codificação por cores para identificar portas de mouse, teclado, vídeo e áudio. Trazer a codificação por cores para aplicações de energia eólica oferece a mesma conveniência de instalação, melhorando assim o tempo para um sistema estar disponível para a rede.

Os conectores industriais modulares também podem simplificar a cadeia de suprimentos através da padronização de uma única família de conectores para acomodar uma ampla gama de necessidades. Embora cada aplicação de cabo possa usar um conector configurado de forma diferente, alguns módulos podem ser compartilhados em várias aplicações. Essa capacidade de compartilhar reduz o número de peças que devem ser estocadas e consolida o número de diferentes procedimentos que devem ser dominados na construção de conjuntos de cabos. Uma única família de conectores modulares pode produzir milhares de combinações possíveis. Você pode contar com os fornecedores desses conectores para obter conselhos na configuração das peças para suas aplicações específicas. Outro exemplo é que várias fontes de um subsistema podem agora ser especificadas, uma vez que cada uma delas pode ter o conector de encaixe adequado à medida que chega ao seu ponto final de montagem.

A modularidade também está se tornando comum na torre. Muitos fabricantes hoje conectam cada seção vertical na fábrica da torre ou no campo. Com uma solução plug-and-play, à medida que cada seção é levantada e colocada no lugar, os cabos são simplesmente conectados de uma seção para a próxima, eliminando a tarefa demorada de usar conectores do tipo parafuso mecânico que requerem várias etapas no processo de montagem no campo.

Um exemplo recente das vantagens da modularidade é visto em conjuntos de anel de deslizamento usados para transferir dados e energia entre o hub e o nacele. A maioria dos projetos exigia a remoção demorada de numerosos conjuntos de cabos quando os anéis precisavam ser reparados ou substituídos. O procedimento pode facilmente envolver vários dias de inatividade. Um design mais modular para conjuntos de anel de deslizamento permite que o cabo seja desconectado em minutos para uma remoção mais rápida dos anéis de deslizamento. Os anéis de deslizamento de hoje podem ser substituídos em horas ao invés de dias. 

Os níveis mais baixos de 600 V dentro da turbina permitem que qualquer número de tecnologias padrão do setor sejam usadas. Vários cabos, talvez de oito a dez, entregam essa baixa tensão ao transformador elevador na base da estação. A partir daí, os conectores vêm mais tipicamente do setor energético do que dos setores industriais ou de comunicação. As terminações de compressão ou de rosca em emendas são comuns. Uma consideração importante é a necessidade de aterramento, proteção contra surtos, arcos e fenômenos semelhantes que separam a distribuição de energia de média tensão de seu sinal e contrapartes de baixa tensão.

A maioria das conexões de distribuição de energia são emendas em linha ou conexões em T (Figura C) para fazer contato. Como a rede coletora é subterrânea, a confiabilidade é primordial. Ao contrário do nacele, com seus componentes mecânicos sujeitos ao desgaste e eletrônicos sofisticados, a rede coletora não precisa se preocupar com manutenção rápida e fácil no mesmo grau da própria turbina. Instalada corretamente, a rede coletora deve funcionar por anos. Uma falha na rede coletora pode deixar muitos geradores off-line. Da mesma forma, uma falha na alimentação ponto a ponto da rede coletora para a subestação poderia interromper todo o parque eólico. 

Os cabos de comunicação, monitoramento e controle das diversas turbinas estão consolidados no centro de controle para controle das turbinas, para fazer interface com a rede e para comunicação a montante pela Internet. A ligação em rede das turbinas individuais em uma rede integrada apresenta opções de conector e cabeamento semelhantes a qualquer outra rede. Um sistema de cabeamento estruturado permite que a rede seja gerenciada convenientemente e acomode movimentos, adições e alterações na infraestrutura que conecta os switches e roteadores de rede e os computadores do sistema de controle. Painéis de patch montados em rack e gabinetes de fibra fornecem um meio de organizar e interconectar cabos por função ou circuito.

A chave principal aqui é, obviamente, a confirmação de que conectores e cabos são combinados com as velocidades da rede. Enquanto os pares torcidos de categoria 5e são o tipo predominante usado com Ethernet Industrial para taxas de dados de até 1 Gb/s, categoria 6 e 6A, capazes de suportar redes de 10 Gb/s, podem ser uma escolha melhor mesmo se as taxas de dados mais altas forem usadas. Os cabos de categoria 6 dão espaço para desempenho extra para fornecer um bom amortecimento para manter a integridade do sinal. Uma vez que o centro de controle é um ambiente controlado, questões como vedação ou amplas faixas de temperatura não são uma preocupação. Os componentes de cabeamento estruturado padrão geralmente funcionam bem. 

A escolha do conector não é voltada ao custo. Ela se preocupa com o tempo de atividade e com a disponibilidade on-line da turbina eólica. Os fabricantes de turbinas eólicas agora olham para além dos custos de aquisição de um componente para os custos do ciclo de vida. Por exemplo, um conjunto de cabos devidamente configurado pode reduzir significativamente o tempo necessário para instalar uma turbina eólica. Também pode acelerar reparos e manutenção. O custo do conector ou de uma solução de cabo é geralmente insignificante em comparação com o custo de ter uma turbina eólica off-line.