Kuinka pikaliittimien käyttäminen vähentää tuuliturbiinien huoltokustannuksia ja auttaa ehkäisemään IGBT-transistorien vikaantumisia

Tuulivoimaturbiinien tehoelektroniikkamuuntajat ovat kriittisiä komponentteja. MDPI:n artikkelin mukaan ne ovat osoittautuneet yhdeksi useimmin vikaantuvista osista (lähde: MDPI). Yleisin syy tähän on lämmön poisjohtamisen epäonnistuminen, mistä on seurauksena seisokkeja, tulonmenetyksiä ja korkeat huoltokustannukset. Näitä voidaan vähentää ja IGBT-transistorin käyttöikää voidaan pidentää tehokkaalla lämmönhallinnalla.

Tehoelektroniikan nopea kehitys edellyttää nykyaikaisempia ja tehokkaampia lämmön poisjohtamistapoja. Valitettavasti lämmön tehokkaan poisjohtamisen epäonnistuminen on yleinen ongelma, joka heikentää järjestelmän hyötysuhdetta tai aiheuttaa pahimmassa tapauksessa järjestelmän vikaantumisen.

Tehoelektroniikkamuuntajan kriittinen osa on elektroninen transistori eli IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Massiivinen lämmöntuotanto vaatii usein nestejäähdytysjärjestelmän lämmönhallintaa varten. Alla on esimerkki tapahtumasarjasta, kun virta muunnetaan elektronisen transistorin kautta tehoelektroniikkamuuntajassa:

1. Tuulivoimalassa oleva generaattori tuottaa vaihtovirtaa
2. Vaihtovirta muunnetaan sitten tasavirraksi, mikä kohdistaa IGBT-transistoriin lämpörasitusta.
3. Tasavirta muunnetaan sitten oikean jännitteen ja taajuuden vaihtovirraksi, joka...
4. ...sitten johdetaan ulos verkkoon. Tämäkin kohdistaa lämpörasitusta IGBT-transistoriin. Lämmön poisjohtamisen epäonnistuessa IGBT-transistori on vaarassa palaa, mistä on seurauksena järjestelmävika ja seisokki.

Vältä riittämättömän jäähdytyksen aiheuttamat kalliit IGBT-viat

Ellei tuuliturbiinien tehoelektroniikkamuuntajien korkeita lämpötiloja pystytä hallitsemaan tehokkaasti, seurauksena on ylikuumeneminen ja käyttöiän lyheneminen, tai pahimmassa tapauksessa moduulien palaminen, ja seuraukset voivat tulla kalliiksi. Seisokkien ja tulonmenetysten lisäksi vikaantuvan IGBT-transistorin huoltokustannukset voivat nousta jopa 100 000 euroon päivässä, varsinkin jos tuuliturbiini sijaitsee merellä, jossa tarvitaan aluksia, nostureita tai helikoptereita. Siksi investoiminen korkealaatuisiin lämpöhallintajärjestelmän komponentteihin on erittäin tärkeää tarpeettomien ja kalliiden vikojen välttämiseksi.

Pikaliittimet mahdollistavat esitäytettyjen moduulien käytön

Kun katastrofi iskee ja IGBT-transistori on saavuttanut käyttöikänsä pään, älykäs pikaliittimiin perustuva rakenne nopeuttaa kenttähuoltotyötä ja pitää tuotannon menetykset mahdollisimman pieninä. Täydelliset IGBT-moduulit, jotka on esitäytetty jäähdytysnesteellä, voidaan helposti liittää ilman, että niitä tarvitsee tyhjentää ja täyttää ahtaassa korissa. Korkealaatuisten vuotamattomien pikaliittimien ansiosta roiskeista tai vuodoista ei ole vaivaa. Irrota nykyinen IGBT-moduuli, liitä uusi moduuli ja se on käyttövalmis. Vikaantunut moduuli voidaan sitten viedä työpajaan tyhjennystä, IGBT:n vaihtoa ja täyttöä varten.

Lisäksi pikaliittimien käyttäminen muiden ratkaisujen sijaan on hyödyllistä siinä mielessä, että ne nopeuttavat kokoonpano- ja asennusprosessia, joka muuten on aikaa vievä prosessi ja johtaa korkeisiin muuntajan tuotantokustannuksiin. Tuotantokustannuksia voidaan pienentää, koska pikaliittimet eivät vaadi kiristystä tarkkaan vääntömomenttiin, joka on usein vaikea tehdä laippaliitännöillä, joihin on vaikeampi päästä käsiksi.

Suunniteltu kestämään tärinää

Tuulivoimaturbiinien toinen suuri haaste on mekaaninen tärinä. Tärinä johtuu usein, kun ruuvit ja mutterit löystyvät käytön aikana. Tärinä voi myös löysentää laippoja ja siten aiheuttaa vuodon suljetussa jäähdytyspiirissä. Ylikuumenemisen tavoin tämäkin voi aiheuttaa suuria huoltokustannuksia. Luotettavat ja laadukkaat pikaliittimet voivat estää tämänkin.  

CEJNin ultraFLOW-pikaliittimet ovat käytännöllisiä, kun irrotat piirin osia. Ne sulkevat muuntajajärjestelmän osia ja ovat taatusti vuotamattomia - mikä ei ole mahdollista perinteisillä palloventtiileillä.

CEJN ultraFLOW-liittimien ansiosta käyttäjän tarvitsee vain tyhjentää pieni määrä jäähdytysnestettä järjestelmästä 200 litran sijasta. Tämä on tärkeä aikaa säästävä toiminto, joka lisää tuulivoimaloiden käytettävyyttä ja pienentää niiden kustannuksia.