In che modo le connessioni rapide riducono i costi di manutenzione delle turbine eoliche ed aiutano a prevenire i guasti degli IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

I convertitori elettronici di potenza nelle turbine eoliche costituiscono dei componenti critici. Secondo un articolo di MDPI (fonte: MDPI) è stato dimostrato che sono una delle parti a più alto rischio di rottura. La principale ragione del cedimento è la mancata dissipazione del calore con conseguente arresto, perdita di guadagno ed elevati costi di manutenzione. Con un'efficace gestione termica mediante le connessioni rapide questo rischio può essere ridotto e può essere prolungata la durata degli IGBT. 

Il rapido sviluppo nelle applicazioni di elettronica di potenza ha incrementato la richiesta per metodi più efficienti e moderni di dissipazione del calore. Sfortunatamente, una dissipazione del calore non efficace è un problema comune che ha come conseguenza la riduzione dell'efficienza del sistema o, nel peggiore dei casi, il guasto del sistema.

La parte critica in un convertitore di potenza elettronico è il transistor elettronico, es. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). La consistente generazione di calore spesso richiede un sistema di raffreddamento a liquido per la gestione termica. Di seguito è riportato lo schema di una sequenza di eventi che si verifcano nella conversione della corrente attraverso un transistor elettronico in un convertitore elettronico di potenza:

1. Il generatore nella turbina eolica genera AC
2. L'AC viene quindi convertito in CC, che sottopone a stress termico l'IGBT.
3. La CC viene quindi riconvertita in CA con la giusta tensione e frequenza, che ...
4. ... poi si spegne in griglia. Come spiegato sopra, questo provoca uno stress termico sull'IGBT. In caso di una non efficace  dissipazione del calore, gli IGBT rischiano di bruciarsi con conseguente guasto del sistema ed arresto.

Come evitare costosi guasti degli IGBT dovuti ad un raffreddamento insufficiente

Quando non si è in grado di gestire efficacemente le alte temperature nei convertitori elettronici di potenza delle turbine eoliche, provocando così una dispersione termica che causa una più breve durata di servizio o addirittura, nel peggiore dei casi, il collasso dei moduli, le conseguenze possono essere rilevanti perdite economiche. Infatti, oltre ai tempi di fermo impianto e alle perdite di denaro, i costi di manutenzione di un IGBT non funzionante possono arrivare fino a 100.000 € al giorno, soprattutto se l'energia eolica si trova off-shore dove sono si rende necessario l'intervento di navi, gru o elicotteri.
Pertanto, investire in componenti di alta qualità nel sistema di gestione termica è estremamente importante per evitare guasti inutili e dispensiosi.

Le connessioni rapide consentono di lavorare con moduli pre-riempiti

Quando si verifica un incidente e l'IGBT giuge al termine della sua durata di servizio, una progettazione intelligente che utilizzi connessioni rapide renderà il lavoro di manutenzione sul campo molto più rapido, mantenendo le perdite di produzione al minimo.
Moduli IGBT con fluido di raffreddamento pre-riempiti possono essere facilmente collegati senza la necessità di operazioni di svuotamento e riempimento negli spazi confinati della navicella. Utilizzando connessioni rapide senza perdite e di alta qualità si evitano problemi di fuoriuscite e perdite. E' sufficiente scollegare il modulo IGBT esistente e collegare il nuovo modulo pronto per l'uso. Il modulo danneggiato può quindi essere riportato in officina per lo svuotamento, la sostituzione dell'IGBT ed il riempimento.

Inoltre, l'utilizzo delle connessioni rapide rispetto ad altre soluzioni costituisce un vantaggio poichè velocizzano il processo di assemblaggio e installazione che altrimenti comporterebbe un procedimento che richiede tempo ed elevati costi di produzione del convertitore. Poiché le connessioni rapide non richiedono una coppia di serraggio precisa, compito spesso difficile da eseguire sui collegamenti a flangia perchè più difficili da raggiungere, questi costi di produzione possono essere ridotti.

Progettati per resistere alle vibrazioni

Un'altra grande sfida con le turbine eoliche sono le vibrazioni meccaniche. Le vibrazioni sono spesso causate dall'allentamento di viti, dadi e bulloni durante il funzionamento. Le vibrazioni possono anche causare l'allentamento delle flange e quindi creare una perdita in un circuito di raffreddamento chiuso. Proprio come il surriscaldamento, questo può causare elevati costi di manutenzione. L'utilizzo di connessioni rapide affidabili e di alta qualità possono preveire tutto questo.

La serie di connessioni rapide CEJN ultraFLOW può costituire un vantaggio nel collegamento dei componenti in un circuito. Chiuderà le sezioni nel sistema del convertitore, garantendo l'assenza di fuoriuscite, una caratteristica che non è possibile con le tradizionali valvole a sfera.
Utilizzando le connessioni rapide CEJN ultraFLOW l'operatore deve scaricare solo una minima quantità di refrigerante dal sistema rispetto alla quantità massima dei 200 litri. Questa è un notevole risparmio di tempo che comporta anche un beneficio sulla maggior attività della turbina eolica ed i relativi costi.

 

Written by:

Kenneth Kjellberg
Division Manager Engineering

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