Jak szybkozłącza obniżają koszty konserwacji elektrowni wiatrowych i zapobiegają awariom tranzystorów IGBT

Prostowniki elektryczne to krytyczne komponenty elektrowni wiatrowych. Według artykułu zamieszczonego w czasopiśmie branżowym MDPI (źródło: MDPI, Szwajcaria) komponent ten charakteryzuje się najwyższym współczynnikiem awaryjności. Najczęstszą przyczyną jego awarii jest awaria układu odprowadzania ciepła, pociągająca za sobą przestoje, straty przychodów i wysokie koszty konserwacji. Skuteczny system termiczny, zoptymalizowany przez zastosowanie szybkozłączy, może zmniejszyć podatność na awarie i wydłużyć okres eksploatacji tranzystorów IGBT.

Szybki rozwój elektronicznych układów sterowania mocą pociąga za sobą konieczność stosowania wydajnych i nowoczesnych systemów chłodzenia. Niedostateczna jakość chłodzenia stanowi wciąż jeszcze bardzo rozpowszechniony problem, powodujący redukcję wydajności systemów, a nawet ich awarie.

Najważniejszą częścią prostownika elektronicznego jest tranzystor, w skrócie IGBT (tranzystor bipolarny z izolowaną bramką, ang. Insulated-Gate Bipolar Transistor).
Ze względu na fakt, że część ta generuje olbrzymie ilości ciepła, niezawodny system termiczny wymaga zastosowania układu chłodzenia cieczą. Przedstawiony niżej przykład opisuje ogólnie etapy przekształcania prądu przez konwerter elektroniczny:

1. Generator elektrowni wiatrowej wytwarza prąd przemienny
2. Prąd przemienny jest przekształcany na prąd stały, co obciąża tranzystor IGBT termicznie.
3. Następnie prąd stały jest ponownie przekształcany na prąd przemienny, teraz posiadający odpowiednie napięcie i częstotliwość, który można...
4. ...już przekazać do sieci. Jak wspomniano wyżej, proces ten generuje obciążenia termiczne tranzystora IGBT. Nieskuteczne odprowadzanie ciepła grozi przepalaniem tranzystora IGBT, które spowodowałoby awarię i przestój systemu.

Unikaj drogich awarii tranzystorów IGBT spowodowanych niedostateczną jakością chłodzenia

Nieodpowiednie chłodzenie skraca okres eksploatacji, a w najgorszym przypadku nawet powoduje przepalenie modułów. Nieskuteczne odprowadzanie ciepła wytwarzanego przez elektroniczne elementy elektrowni wiatrowych może się więc stać kosztownym problemem. Oprócz przestoju i straty przychodów koszt awarii tranzystora IGBT może wynieść nawet 100.000 euro na dzień. Jest tak szczególnie w przypadku morskich parków wiatrowych, wymagających użycia okrętów, pływających dźwignic czy nawet helikopterów. Inwestycja w jakość komponentów systemu termicznego jest więc opłacalna, pozwala bowiem uniknąć niepotrzebnych i drogich awarii.

Szybkozłącza umożliwiają stosowanie modułów napełnianych cieczą

Gdy stanie się konieczna wymiana zużytego tranzystora IGBT, zoptymalizowana przy użyciu szybkozłączy konstrukcja przyspieszy prace konserwacyjne i zredukuje do minimum czas przestoju. Kompletne moduły IGBT z napełnianymi wstępnie przewodami chłodzącymi można łatwo przyłączać bez konieczności opróżniania i ponownego napełniania układu chłodzenia w ograniczonej przestrzeni gondoli. Zastosowanie wysokiej jakości niekapiących szybkozłączy eliminuje trudności związane z kałużami cieczy czy wyciekami. Wystarczy odłączyć stary moduł IGBT, przyłączyć nowy - i już jest on gotowy do eksploatacji. Przepalony moduł można następnie przekazać do warsztatu w celu opróżnienia, wymiany tranzystorów IGBT i napełnienia.

W porównaniu z innymi elementami łączącymi, szybkozłącza znacznie skracają czas montażu i przyłączania.
Umożliwia to udoskonalenie czasochłonnych i kosztownych procesów serwisowania i produkcji konwerterów.
Szybkozłącza można łatwo instalować nawet w trudno dostępnych obszarach elektrowni, gdzie redukują nakłady i koszt późniejszych prac montażowych.

Skonstruowane po to, by stawiać czoła wibracjom

Kolejnym wyzwaniem związanymi z elektrowniami wiatrowymi są wibracje.
Wibracje mogą być przyczyną obluzowań śrub, nakrętek i bolców. Wibracje prowadzą też do rozłączania połączeń kołnierzowych i nieszczelności w zamkniętych układach chłodzenia. Tak samo jak przegrzania, nieszczelności mogą za sobą pociągać konieczność wykonania kosztownych prac. Nieszczelności to coś, co można wyeliminować dzięki wysokiej jakości niezawodnym szybkozłączom.

Przy odłączaniu pojedynczych modułów chłodzących sprawdza się doskonale seria produktów ultraFLOW firmy CEJN. Uszczelniająca płaszczyznowo konstrukcja zaworów systemów sprzęgowych ultraFLOW umożliwia, w przeciwieństwie do znanych starszych wariantów zaworów, niezawodne i bezwyciekowe odłączanie modułów od układu chłodzenia.

Zastosowanie sprzęgła ultraFLOW marki CEJN oszczędza serwisantowi konieczności opróżnienia całego układu chłodzenia, który może zawierać nawet 200 litrów cieczy. Wystarczy zamiast tego uzupełnić środek chłodzący, który pozostał w module. To czynnik, który dzięki oszczędności czasu korzystnie wpływa na dostępność elektrowni i redukuje koszt jej serwisowania.

 

Autor:

Kenneth Kjellberg
Division Manager Engineering

---