- Harting

tec.News 16: Sicurezza
Jürgen Michaelis, Heinrich Schmettkamp & Udo Schoss
Soluzioni harting
per l‘energia eolica
Le nuove soluzioni adottate negli impianti per la produzione dell‘energia
eolica migliorano la resa e l‘efficienza dei sistemi, fattori importanti in
quanto l’energia eolica è destinata a diventare una tra le maggiori fonti
dell‘alimentazione energetica del futuro.
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harting tec.News 16 (2008)
I gruppi di livello internazionale indicano oggi nell‘energia
eolica la direzione da seguire. Ciò risulta, non per ultimo,
dal volere politico di rivolgersi a fonti di energia alternative
al petrolio. Precisamente per questo motivo è necessaria la
presenza sul mercato di aziende in grado di realizzare impianti di grandi dimensioni. Per i prossimi anni si prevede
una crescita “a due cifre” della produzione di energia da
fonti alternative.
harting da lungo tempo è partner dell‘energia eolica e
sviluppa soluzioni innovative in stretta cooperazione con
produttori e fornitori. Tutti i sistemi harting realizzano le
richieste importanti nell‘industria dell‘energia eolica con
impieghi in campi di temperature tra -40°C e +80°C, garantendo un‘elevata sicurezza meccanica ed elettrica anche in
presenza di carichi di rotazione, vibrazioni e urti. Gli esempi
più recenti riguardano il sistema di accoppiamento ad anelli
del rotore e una scatola per le batterie di backup, sviluppato
sulla base di celle agli ioni di litio.
Parte 1: Sistema di accoppiamento ad anelli
Tra i componenti sostituiti regolarmente in un generatore
eolico ci sono i corpi degli anelli di accoppiamento, che costituiscono l‘interfaccia tra il mozzo (rotante) e la gondola
(statica).
Tramite il nuovo accoppiamento ad innesto si semplifica la
sostituzione del corpo dell‘anello e si riducono i tempi di
inattività del sistema. Nel caso di lavori di manutenzione il
corpo dell‘anello può essere sostituito senza intervenire nel
sistema di controllo del passo delle pale dell‘elica e senza
smontare i cavi di collegamento. Non sono necessari utensili
speciali. Durante il procedimento di accoppiamento la guida
viene realizzata da due robusti perni di acciaio inossidabile
all‘interno di due boccole in ottone. I collegamenti elettrici
vengono garantiti dal sistema di allineamento a telai flottanti con connettori harting serie Han-Modular®.
L‘accoppiamento ad anelli harting possiede, oltre all‘interfaccia elettrica, anche una protezione termica integrata dalle
elevate temperature dell‘olio che si sviluppano nella scatola
di riduzione. Questo accoppiamento ad anelli può essere implementato come retrofit anche negli impianti già esistenti.
L‘interfaccia tra la parte A e B (fig. 1) dell‘accoppiamento ad
anelli è protetta contro gli spruzzi d‘acqua secondo il grado
IP 65. La scatola è realizzata in fusione di lega d‘alluminio
anti-corrosione.
L‘interfaccia elettrica che trasmette il segnale per il controllo del passo nel mozzo, è realizzata con connettori serie
Han-Modular®. In questo modo vengono garantiti i collegamenti per l‘alimentazione trifase con moduli da 100 A, il
bus di controllo attraverso i moduli Han® Quintax (CAN bus
e fast Ethernet) e 24 segnali di ausiliari. I contatti ausiliari
possono essere ampliati fino a 34 poli utilizzando i nuovi
moduli Han® DDD (fig. 4).
L‘accoppiamento ad innesto viene fornito “chiavi in mano”,
comprensivo dei cavi di collegamento. Entrambi gli elementi
vengono prodotti e controllati separatamente. La parte A viene montata nel generatore eolico, la parte B viene collegata
al corpo dell‘anello. Il sistema è “plug and play”: al momento
della messa in funzione non si deve far altro che unire le
due parti. Si evitano così costose operazioni di cablaggio ed
assemblaggio sul campo (fig. 3).
Lo stesso vale per le operazioni di manutenzione. Dopo l’allentamento delle quattro viti, è possibile staccare il corpo
dell‘accoppiatore e montare quello nuovo. L‘impianto di ener3
Parte A
Parte B
Isolamento termico
(verso la scatola del riduttore)
Alloggiamento cuscinetto a sfera
(sul corpo dell’accoppiatore)
Fig. 1: Accoppiatore ad anello
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tec.News 16: Sicurezza
gia eolica può essere riallacciato alla rete senza tempi di
inattività degni di nota. La riparazione del corpo dell’accoppiatore smontato avviene comodamente in stabilimento.
Nella fase di progettazione vengono già eseguite le simulazioni per l‘ottimizzazione del design. Gli elementi possono
essere progettati, in questo caso, su prototipi virtuali, in
relazione alla portata della corrente, alle vibrazioni oppure
alla stabilità. Nel caso dell‘accoppiamento ad innesto la progettazione è stata verificata e ottimizzata preliminarmente
tramite un calcolo degli elementi finiti.
Le geometrie dei carichi vengono simulate con un peso di
150 kg sull‘estremità del corpo dell‘accoppiatore (fig. 2). A
causa dei carichi durante la messa in funzione e la manutenzione, l‘intera struttura è stata progettata in maniera esuberante. Presso i laboratori di prova harting sono stati provati
meccanicamente i valori simulati in fase di progettazione ed
è stato verificata la robustezza e l‘idoneità del sistema.
Parte 2: Scatola batterie di backup (Akkubox)
– Fonte sicura di energia in caso di eventi
catastrofici
In caso di concomitanza di eventi catastrofici, come una forte
tempesta che causa un black out della corrente elettrica nella
zona di funzionamento dell‘impianto eolico e nell‘impianto
stesso, occore una fonte di energia sicura e sempre disponibile per portare le pale dell‘elica in posizione di sicurezza.
In tali casi il generatore eolico deve essere arrestato in un
tempo estremamente breve e le pale dell‘elica devono essere
posizionate “in bandiera” entro pochi secondi. Il funzionamento del sistema di regolazione del passo, in questi casi,
diventa di importanza vitale per la salvaguardia dell‘intero
impianto.
Ogni pala dell‘elica viene ruotata, in caso di emergenza, in
posizione neutrale. Solitamente sono necessari tre Akkubox
per ogni generatore eolico. Grazie alla struttura modulare,
l‘Akkubox può essere sostituito facilmente.
[mN/mm2]
Telaio Han-Modular® con elementi di guida.
Vista del connettore.
Moduli Han® DD per
il collegamento dei
24 contatti ausiliari
Fig. 2: Simulazione di carico con 150 kg
Connettore Han®-Quintax
per linea bus 2x4
Perno di allineamento in acciaio V2A
Mozzo
Scatola di riduzione
Gondola
Parte A
Verso la Top Box
Parte B
Corpo dell‘anello collettore
Fig. 3: Principio di funzionamento (posizione di lavoro)
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Fig. 4: Telaio Han-Modular® con elem
harting tec.News 16 (2008)
Gli accumulatori di energia tradizionali, come gli accumulatori al piombo, non sono la soluzione ideale per applicazioni
che richiedono elevata affidabilità e lunghi periodi tra una
manutenzione e l‘altra. L‘Akkubox di harting invece, è composto da celle agli ioni di litio che, grazie alla loro forma
costruttiva, sono insensibili alle sollecitazioni meccaniche e
alle vibrazioni e non richiedono manutenzioni frequenti.
La scatola in robusta lamiera d‘acciaio verniciata con polvere
epossidica garantisce la protezione nel tempo dei componenti
dell‘apparato. I connettori harting impiegati per i collegamenti interni riducono il valore di resistenza elettrica complessiva a RI < 24 mOhm.
L‘Akkubox fornisce 180 A a 86,4 V nominali. Il sistema consente anche l‘utilizzo di altre tensioni e correnti. Monitorate
da un sistema di gestione della batteria (BMS), le 24 celle
agli ioni di litio, collegate in serie, sono in grado di fornire
energia di emergenza immediatamente, quando richiesto.
Un interruttore per alta corrente garantisce un inserimento monitorato dell‘energia al sistema di controllo del passo
dell‘elica.
La comunicazione con il controllo centrale avviene tramite
CAN Bus (connettore D-Sub a 9 poli). Per il monitoraggio e la
configurazione sono a disposizione altre interfacce. Lo stato
del BMS può essere rilevato in ogni momento tramite una
porta RS232 (connettore D-Sub a 9 poli). Con la funzionalità
hyperterminal, è possibile controllare da remoto lo stato di
ogni singolo accumulatore.
Il monitoraggio ridondante dello stato di carica di ogni singolo accumulatore avviene tramite una linea dedicata collegata al sistema centrale attraverso un connettore Han® 3A.
Il secondo connettore Han® 3A serve per l‘alimentazione a
24 volt dell‘intero sistema.
Nelle fasi di progettazione e sviluppo dell‘Akkubox, è stata
prestata particolare attenzione alle sollecitazioni causate da
vibrazioni e sbalzi termici, al fine di realizzare un prodotto
altamente affidabile anche in condizioni estreme e capace
di durare nel tempo. Le prove sono state eseguite presso i
laboratori harting, accreditati anche per effettuare test a
terze parti
Sono state seguite le seguenti prove di laboratorio:
Prova di vibrazione secondo DIN EN 60 068-2-6
Prova ad urto secondo DIN EN 60 068-2-27
Prova d‘urto secondo DIN EN 60 068-2-29
Prova di durata simulata secondo DIN EN 61 373
l
Telaio Han-Modular® con elementi di guida. Vista del connettore.
l
l
l
Boccola di guida MS
Modulo a vite assiale
Han® Power (100 A)
Guarnizione
(IP 65)
Jürgen Michaelis
Key Account Manager System Integration
HARTING Technology Group
[email protected]
Heinrich Schmettkamp
Project Manager VAB, Germany
HARTING Technology Group
[email protected]
Udo Schoss
Director Project Management VAB, Germany
HARTING Technology Group
[email protected]
menti di guida. Vista del connettore.
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