HARTING entretient depuis longtemps une relation de collaboration avec les fabricants de systèmes d'éoliennes et leurs fournisseurs. L'entreprise travaille en étroite collaboration avec ces derniers afin de développer des solutions systèmes nouvelles et innovantes.
Tous les systèmes HARTING répondent aux exigences rigoureuses du secteur éolien. Ils sont conçus pour fonctionner à des températures allant de -40 °C à +80 °C et offrent une grande résistance électrique et mécanique aux contraintes de rotation, aux vibrations et aux chocs. Parmi les exemples récents, citons un accouplement enfichable à bague collectrice et une batterie de secours rechargeable à cellules lithium-ion.
Partie 1 : Accouplement à bagues collectrices enfichables.
Les bagues collectrices relient le moyeu (rotatif) à la nacelle (fixe) et font partie des composants fréquemment remplacés dans les éoliennes.
Le nouveau système d’accouplement enfichable simplifie l’installation et le remplacement des bagues collectrices, réduisant ainsi les temps d’arrêt. Le remplacement des bagues collectrices s’effectue en une seule intervention, sans toucher au système d’inclinaison ni débrancher de câbles. Aucun outil spécifique n’est requis. Deux boulons en acier inoxydable, logés dans deux bagues en laiton, servent de guides lors de l’accouplement. Ensuite, deux cadres d’accouplement Han® à paliers flottants et les cadres articulés Han-Modular® assurent un alignement parfait des contacts électriques, garantissant ainsi une grande fiabilité de fonctionnement de la connexion.
Outre la connexion électrique, l'accouplement à bagues collectrices HARTING intègre une barrière thermique qui offre une protection accrue contre les températures excessives du réservoir d'huile. Les systèmes de production d'énergie existants peuvent être facilement équipés de cet accouplement.
L'interface entre les parties A et B offre une protection IP65 contre les projections d'eau. Le boîtier est moulé en alliage d'aluminium spécial.
L'interface électrique, qui transmet les signaux au système de commande d'inclinaison du moyeu, utilise des isolateurs de contact Han-Modular®. Cette interface comprend des modules de 100 A pour la transmission de puissance triphasée, ainsi qu'un module Han®-Quintax pour les deux bus à 4 fils (du bus CAN vers Fast Ethernet), et transmet également 24 signaux de commande. Ce nombre peut être porté à 34 grâce aux modules Han® DDD.
Le système d'accouplement est fourni complet, câble inclus. Les deux parties sont assemblées et testées séparément. La partie A est installée sur l'éolienne. La partie B est initialement connectée à la bague collectrice. Les avantages de la technologie « plug-and-play » sont rapidement perceptibles sur site.
Il suffit de connecter les deux parties lors de la phase de mise en service, éliminant ainsi le besoin d'installation ou d'assemblage sur site et permettant un gain de temps (Figure 3).
Le même principe s'applique à la maintenance. Les techniciens n'ont qu'à desserrer quatre boulons, retirer l'ancienne bague collectrice et installer la nouvelle. Le système de production d'énergie éolienne peut alors être reconnecté au réseau avec un temps d'arrêt minimal. L'ancienne bague collectrice peut être remise à neuf en atelier ou sur site.
Une simulation est réalisée lors de la phase de conception afin d'optimiser le système. Des prototypes virtuels peuvent être créés pour concevoir des composants capables de supporter des courants élevés, de résister aux vibrations et d'offrir une bonne stabilité. L'analyse par éléments finis est utilisée pour optimiser et vérifier la conception de l'accouplement.
Une masse de 150 kg a été placée à l'extrémité de l'anneau coulissant afin de simuler différents scénarios de charge. La solution globale a été conçue pour résister aux charges générées lors des opérations de mise en service et de maintenance. Les valeurs simulées ont été évaluées sur des prototypes dans un laboratoire agréé HARTING, ce qui impliquait en l'occurrence la réalisation d'essais de charge mécanique. Les résultats ont montré que les valeurs réelles étaient nettement supérieures à celles prédites par le
modèle théorique.
Partie 2 : Boîtier de secours à batterie rechargeable (lithium, solution de dernier recours)
Il existe des possibilités d’amélioration des unités de stockage d’énergie alimentant le système d’inclinaison des éoliennes. L’alimentation de secours permet de repositionner les pales du rotor en cas de panne de courant lors d’une tempête ou d’une autre catastrophe. Dans ce type d’urgence, l’éolienne doit s’arrêter immédiatement et les pales doivent être orientées à l’opposé du vent en quelques secondes. Cette fonctionnalité est cruciale, car une défaillance du système d’inclinaison pourrait entraîner l’arrêt complet de l’éolienne.
Chaque axe du système d’inclinaison se positionne en cas d’urgence. Une éolienne est généralement équipée de trois unités de secours à batterie, et leur conception modulaire facilite leur remplacement.
Les solutions de stockage d'énergie classiques, telles que les batteries au plomb, ne permettent pas d'obtenir une conception compacte et une durée de vie sans entretien. Le nouveau système de secours par batterie intègre des cellules lithium-ion, largement insensibles aux rotations et vibrations des éoliennes.
Un boîtier métallique robuste, revêtu par voie électrostatique, assure une protection efficace contre les contraintes mécaniques et thermiques et empêche tout contact avec les composants dangereux. La technologie de connecteurs HARTING réduit la résistance interne totale à RI < 24 mΩ.
Un bus CAN (9 broches, Sub-D) gère la communication avec l'unité de commande centrale. Des interfaces supplémentaires sont disponibles pour la surveillance et la configuration. L'état du BMS est accessible via un port RS232 (9 broches, Sub-D). La fonctionnalité HyperTerminal fournit des informations sur l'état de chaque batterie.
Une interface Han® 3A assure une surveillance redondante de l'état de charge de la batterie. La tension de commande de 24 V est fournie via un second connecteur Han® 3A.
Une attention particulière a été portée aux effets des vibrations et des chocs sur la résistance de contact lors des tests effectués dans le laboratoire agréé HARTING pendant la phase d'ingénierie. L'objectif était de concevoir les contacts et les sections de câbles pour des performances optimales dans des conditions extrêmes.
Les normes suivantes ont été utilisées lors de la phase de conception :
- Chocs : DIN 60 068-2-27.
- Chocs : DIN EN 60 068 -2-29.
- Durée de vie accélérée : DIN EN 61 373.
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Les auteurs
Responsable Grands Comptes, Intégration de Systèmes
, HARTING Technology Group
chef de projet chez VAB, Allemagne
, HARTING Technology Group
Directeur, Chef de projet, VAB, Allemagne,
HARTING Technology Group
