Kabely a vodiče Lapp Group pro větrné elektrárny

Větrné elektrárny kladou mimořádně vysoké požadavky na kabely a vodiče. Známé standardní produkty, které se osvědčily v jiných aplikacích, narážejí v této oblasti na hranice svých možností. Technické problémy narůstají s velikostí zařízení a jejich řešení často vyžaduje speciální komponenty.

Konstruktéři a projektanti ve strojírenství se vždy obraceli na společnost Lapp Group, protože u ní kdykoliv našli odpovědi na problematické otázky spojené s kabely a kabelovým příslušenstvím. Lapp Group je na nejlepší cestě zaujmout tuto pozici i u výrobců zařízení na využívání obnovitelných energií. Ačkoliv se v této oblasti doposud převážně používají standardní produkty, stále více se ukazuje, že běžné kabely a vodiče právě zde narážejí na hranice svých možností. Technické problémy narůstají s velikostí zařízení a vyžadují odpovídající řešení. Větrné elektrárny se řadí k produktům vybaveným nejmodernější technikou. Přestože, nebo právě proto, že se i toto odvětví výrazně zaměřuje na snižování nákladů, stále častěji se ukazuje, že správnou volbou nemusí být právě nejlevnější produkt, ale že se vyplatí spolupracovat s kompetentním partnerem, jakým Lapp Group určitě je.

Teplotní a mechanické požadavky na kabely
Výška přes 100m a silové kabely o hmotnosti až 14t ve stožáru elektrárny s výkonem více než 1MW názorně demonstrují dimenze této techniky a z nich vyplývající náročné úkoly, které musí kabely a vodiče splňovat. Nejen silové, ale i měřicí, datové a řídicí kabely musí zajišťovat za všech provozních podmínek bezpečné spojení. Ve stožáru to znamená, že při zohlednění plné hmotnosti kabelů je nutné, aby i kopírovaly natočení gondoly podle převládajícího směru větru. V extrémním případě jsou to tři plné otáčky na jednu stranu a tři plné otáčky na druhou stranu. To rozhodně není snadný úkol, jestliže konstrukce kabelů, které jsou zde přednostně používány, není primárně navržena pro kombinaci namáhání na tah a otáčivý pohyb. Dosud se problém řeší nákladnými instalačními technikami, jako je např. kompenzace nevyhnutelného zmenšení délky kabelů při torzním namáhání přes vratné kladky. U speciálně konstruovaných řídicích kabelů s mnoha žilami jsou poměry trochu jiné. Co se týče konstrukce, požadavky na odolnost kabelu při torzním a ohybovém namáhání si odporují. Dobré a trvalé chování kabelu při ohybu, jak to vyžaduje použití ve vlečných řetězech, umožňuje kromě výběru vhodných materiálů také malé délky zkrutu. Miliony ohybových cyklů již nejsou díky dalším konstrukčním opatřením výjimkou. Zcela jinak se však kabel chová při torzním namáhání. Malé délky zkrutu a částečně proti směrné stáčení mnoha vrstev žil přímo brání torznímu pohybu. Naproti tomu jsou velké délky zkrutu nevhodné pro malé poloměry ohybu při ohybovém namáhání. Kabel, který lze použít stejně dobře pro ohyb jako pro torzní natáčení, je vždy výsledkem intenzivního zkoumání příslušného speciálního případu použití.

Kvalitní datové a sběrnicové kabely
S narůstajícím množstvím dat a informací je třeba použít tomu odpovídající kvalitní datové a sběrnicové kabely. Výška větrných elektráren je zvláště velký problém pro datové kabely, které jsou citlivé na tah. Často jsou tyto tenké kabely navrženy jen pro takové síly v tahu, které vznikají při pokládání v kabelovém kanálu nebo při použití ve vlečných řetězech. Už vlastní hmotnost kabelu by ve větrné elektrárně překročila největší možné tahové zatížení. Při plánování uchycení kabelu na několika místech stožáru je třeba brát zvlášť velký ohled na datové kabely, které jsou citlivé na příčný tlak. Při současném výskytu tažných sil, příčného a torzního namáhání je zapotřebí standardní kabely optimalizovat podle daného případu použití. Společně s jedním z významných výrobců větrných elektráren vyvinuli odborníci ze společnosti Lapp Group speciální sběrnicový kabel Unitronic CAN, který tyto požadavky splňuje.

Splňují i požadavky EMC
Často se u větrných elektráren rovněž objevuje požadavek na realizaci opatření na ochranu před možným elektromagnetickým rušením. To se týká také všech ostatních aplikací, kde je třeba splnit požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu (EMC). Nezbytné stínění kabelu je zpravidla tvořeno měděným stínicím opletem z jemných měděných drátů. Přitom platí, že pro torzní namáhání jsou kabely s velkým úhlem stínicího opletu nevhodné. Pak už v mnoha případech zbývá jen obložení vodičů i měděnými dráty, které jsou položeny okolo žil ve stejném směru stáčení. Vhodnost výsledné konstrukce musí potvrdit testy. Před vlastním použitím kabelu jsou na firemním testovacím zařízení prověřovány jeho projektované vlastnosti v reálných podmínkách.

Maximální teploty a vibrace v uchycení
Měděným kabelem, který může mít až 48 žil a průřez až 240mm², proudí při plném zatížení z gondoly do transformátoru a napájecích stanic na zemi velké množství energie nízkého napětí. V kabelech přitom vzniká vysoká ztrátová energie, kterou - zvláště u vnitřních žil - lze jen těžko odvádět ven jako teplo. Dosud používané standardní kabely s izolací na bázi pryže smí být podle normy použity pouze při teplotách do 60°C. Speciální, avšak přesto na trhu dostupné pryžové směsi umožňují tuto hranici zvýšit až na 90°C. Alternativním řešením tohoto problému by bylo zvýšit počet kabelů. Zákazníci Lapp Group však dávají přednost použití vysoce kvalitních kabelů se speciálními pryžovými plášti.
Jako všechna technická zařízení s rotujícími díly jsou i větrné elektrárny vystaveny silným vibracím. Všechny rozebíratelné spoje mezi součástmi zařízení musí tomuto zatížení trvale odolávat. Následné škody by byly příliš velké, pokud by komponenty jako kabely, konektory a kabelové vývodky vedly k výpadkům zařízení a drahým odstávkám. Proto se zde osvědčilo použití kabelových vývodek Skintop s integrovanou pojistkou proti překroucení, která zabraňuje překroucení kabelu při montáži a zajišťuje jeho pevné uchycení. Navíc nesčetné testy zajišťují, že různé kombinace materiálů kabelů a kabelových vývodek odpovídají hodnotám předepsaným normami pro pevnost uchycení kabelu v tahu za šech podmínek použití.

Výkonné komponenty, které splňují normy
Poměr výrobních nákladů k výkonu zařízení se v několika posledních letech trvale zmenšuje. To je umožněno především vzrůstající zkušeností výrobců, důslednou optimalizací dodavatelského řetězce a převažujícím používáním standardních produktů. S postupujícím vývojem zařízení vzrostly také požadavky na dodavatelský průmysl. Vysoká kvalita musí být zajištěna v celém dodavatelském řetězci, a to jak na straně produktů, tak na straně servisu. Při plánování a projektování konstruktéři již běžně používají systémy CAD. Lapp Group nabízí CD-ROM SkinCAD, s jehož pomocí lze podrobně integrovat kabelové vývodky Skintop do výkresů zákazníka.

Aby společnost držela krok s rozvojem techniky a udržela si přední postavení na světových trzích, má k dispozici celosvětovou síť expertů a kontaktních partnerů v daném průmyslovém odvětví. Členství v různých organizacích jako ZVEI nebo v uživatelských organizacích jako např. PNO nebo ODVA zabezpečují včasnou informovanost oddělení vývoje nebo péče o produkty ohledně norem a potřeb uživatelů. Mezinárodně působící produktový management tyto požadavky soustřeďuje a stará se o to, aby produkty byly použitelné na celém světě; to je pro výrobce větrných elektráren, kteří usilují o mezinárodní působnost, rozhodující výhoda v konkurenčním prostředí.

Pro technologii budoucnosti
Odvětví výroby větrných elektráren se bude dále razantně vyvíjet. V blízké budoucnosti výrobci větrných elektráren přejdou na vyšší třídu napětí (> 1000V). Nové technické prvky, počínaje jednotlivými součástmi po komplexní konstrukční celky, budou nadále zvyšovat hospodárnost těchto zařízení. Již dnes je každý list rotoru kontrolován samostatným počítačovým modulem a během každého otočení je směrován a optimalizován pro dosažení nejefektivnějšího výkonu. Až 50 mikroprocesorů monitoruje a řídí nová zařízení, přičemž cílem je další zvýšení stupně účinnosti. Je třeba vyhodnocovat naměřené hodnoty okolního prostředí a mnohé provozní parametry samotného zařízení. Při přenosech dat jsou nezbytné vysoké rychlosti, aby byly optimálně sladěny regulační obvody. Stále více se přitom blíží doba, kdy se budou používat kabely s optickými vlákny. Integrace monitorovacích modulů do řídicích centrál bude klást vysoké požadavky na rozhraní. Protokoly jako Ethernet umožní snadné plnění této úlohy mezi kanceláří, dozornou a zařízením. Odolnost kabelů při namáhání na tah bude požadována pro závěsnou výšku až 200m, což značně zredukuje zřizovací výdaje. S dosavadními standardními komponentami je tento záměr jen těžko realizovatelný. Ale co bylo ještě včera výjimečné, je už dnes standardním řešením. Na této cestě hledání a nacházení optimálních řešení je Lapp Group tím správným a spolehlivým partnerem.

Ing. Karel Krejza
 produktový manažer