Wie Schnellverschlusskupplungen die Wartungskosten von Windkraftanlagen senken und die Ausfälle von IGBTs verhindern

Elektronische Leistungsstromrichter in Windkraftanlagen sind kritische Komponenten. Laut eines Artikels der Fachzeitschrift MDPI sind sie sogar das Bauteil mit der höchsten Ausfallrate. Die häufigste Ursache für Ausfälle ist das Versagen der Wärmeabfuhr, was zu einem Stillstand der Windkraftanlage und in der Folge zu Einnahmeverlusten und kostenintensiven Wartungsarbeiten führt. Mit einem effektiven Wärmemanagement, optimiert durch den Einsatz von Schnellverschlusskupplungen, kann dies reduziert und die Lebensdauer der IGBTs verlängert werden.

Die schnell voranschreitende Entwicklung in der Leistungselektronik macht die Entwicklung von effizienten und modernen Kühlkonzepten notwendig. Noch immer ist eine mangelhafte Kühlung ein weitverbreitetes Problem, welches die Effizienz der Anlage verringern oder im äußersten Fall zu einem Ausfall der Anlage führen kann.

In einem elektronischen Leistungsstromrichter ist der Transistor, genauer gesagt der IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor), ein wichtiges Bauteil. Aufgrund der enormen Wärmeentwicklung dieses Bauteiles erfordert ein zuverlässiges Thermomanagement eine Flüssigkühlung. Das nachfolgende Beispiel erklärt grob die einzelnen Prozessschritte der Stromwandlung durch einen elektronischen Konverter:

1. Der Generator in der Windkraftanlage erzeugt Wechselstrom.
2. Der Wechselstrom wird dann in Gleichstrom umgewandelt, wodurch der IGBT thermisch belastet wird.
3. Der Gleichstrom wird dann erneut in Wechselstrom umgewandelt, jetzt mit der richtigen Spannung und Frequenz, sodass dieser...
4. ...dann ins Netz eingespeist werden kann. Wie oben beschrieben, wird der IGBT durch diesen Vorgang thermisch belastet. Wird die Wärme nicht effektiv abgeführt, besteht die Gefahr, dass der IGBT durchbrennt, was zum Systemausfall und -stillstand führt.

Vermeiden Sie kostspielige IGBT-Ausfälle aufgrund unzureichender Kühlung

Mangelnde Kühlung führt zu einer verkürzten Lebensdauer, im schlimmsten Fall zu einem Durchbrennen der Module. Es kann also zu einer kostspieligen Erfahrung werden, wenn die Hitze von elektronischen Leistungsumrichtern in Windkraftanlagen nicht effizient abgeführt wird.
Abgesehen von den Ausfallzeiten und Einnahmeverlusten können die Wartungskosten eines ausgefallenen IGBTs bis zu 100.000 € pro Tag betragen. Insbesondere dann, wenn es sich um eine Offshore-Windkraftanlage handelt, für deren Wartung der Einsatz von Schiffen, Schwimmkränen oder sogar eines Hubschraubers erforderlich sein kann. Die Investition in qualitativ hochwertige Komponenten eines Thermomanagementsystems kann helfen, solche teuren Ausfälle zu vermeiden.

Schnellverschlusskupplungen ermöglichen das Arbeiten mit flüssigkeitsgefüllten Modulen

Schlägt das Schicksal zu und das IGBT hat das Ende seiner Lebensdauer erreicht, kann durch ein zuvor installiertes Schnellkupplungssystem die Wartungsarbeit vor Ort beschleunigt und der Anlagenausfall auf ein Minimum beschränkt werden. Komplette IGBT-Module mit vorgefüllten Kühlleitungen können einfach angeschlossen werden, ohne dass im engen Raum der Gondel das Kühlsystem entleert und neu gefüllt werden muss. 

Durch die Verwendung hochwertiger tropffreier Schnellverschlusskupplungen wird das Austreten von Flüssigkeit effektiv unterbunden. Trennen Sie ein vorhandenes IGBT-Modul vom System, schließen Sie das neue Modul an, und schon ist es einsatzbereit. Im Vergleich zu anderen Verbindungselementen verkürzen Schnellverschlusskupplungen die Montage- und Anschlusszeiten.
Zeit- und kostenintensive Prozesse im Service und in der Herstellung von Konvertern können so optimiert werden. Schnellverschlusskupplungen lassen sich auch in schwer zugänglichen Anlagenbereichen einfach installieren und können so den Aufwand und Kosten bei weiteren Montagearbeiten reduzieren.

Konstruiert, um Vibrationen standzuhalten

Eine weitere große Herausforderung bei Windkraftanlagen sind mechanische Schwingungen.
Die Vibrationen sind die Ursache dafür, dass sich Schrauben, Muttern und Bolzen lösen können.
Folglich führen Vibrationen auch dazu, dass sich Flanschverschraubungen lösen, wodurch Leckagen in geschlossenen Kühlkreisläufen entstehen können. Ebenso wie Überhitzungen können Leckagen hohe Wartungskosten verursachen. Durch zuverlässige und hochwertige Schnellverschlusskupplungen können Leckagen vermieden werden.

Für das Trennen der einzelnen Baumodule im Kühlkreislauf sind die Kupplungen der Serie ultraFLOW von CEJN hervorragend geeignet. Das flachdichtende Ventildesign der ultraFLOW-Kupplungssysteme ermöglicht, im Gegensatz zu den altbekannten Ventilausführungen, ein zuverlässiges und leckagefreies Trennen der Module vom Kühlkreislauf.

Durch die Verwendung einer ultraFLOW-Kupplung von CEJN erspart sich der Techniker die Entleerung des kompletten Kühlkreislaufes, immerhin bis zu 200 Liter. Stattdessen muss nur die im Modul verbleibende Restmenge an Kühlmittel wieder aufgefüllt werden. Ein Faktor, der sich aufgrund der Zeitersparnis gewinnbringend auf die Anlagenverfügbarkeit und positiv auf die Servicekosten auswirkt.

 

Written by:

Kenneth Kjellberg
Division Manager Engineering

---