ES2394576A1

ES2394576A1 - Union rotativa electrica de media tension

Info

Publication number: ES2394576A1
Application number: ES201000088A
Authority: ES
Inventors: Mojtaba SAFABAKHSH
Original assignee: Gamesa Innovation and Technology SL
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation and Technology SL
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2013-02-01
Anticipated expiration: 2030-01-26
Also published as: CN102192105A; ES2394576B1; US20110181127A1

Abstract

Unión rotativa eléctrica de media tensión para la conducción de energía entre la góndola rotativa (1) y la torre estática (2) de un aerogenerador, comprendiendo un alojamiento superior (6) y un alojamiento inferior (7) montados por rodamiento de bola y pivotante coaxialmente en un eje central (8); localizándose muelles (10) y casquillos (9) en un aislante (11) epoxy dentro del alojamiento superior (6) y equivalentes anillos de cobre (12) localizados en un aislante epoxy (11) dentro del alojamiento inferior (7); clavijas de conexión de cables (13) unidas a anillos aislados (14), una cabina de protección (15), cierres (16) y soportes de cable superior e inferior (17, 18).

Description

UNION ROTATIVA ELÉCTRICA DE MEDIA TENSIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un aerogenerador y, en particular a una unión rotativa eléctrica de media tensión para conducción de energía eléctrica entre la góndola rotatoria y la torre estática de un aerogenerador.

ANTECEDENTES

Los aerogeneradores son dispositivos que convierten la energía mecánica en energía eléctrica. Un aerogenerador típico incluye una góndola rotatoria montada sobre una torre estática, un sistema de tracción para la transmisión de la rotación de un rotor eólico a un generador eléctrico y otros componentes, como una unidad de orientación que gira la góndola de aerogenerador, varios controladores y un freno. El rotor del aerogenerador se compone de un buje de rotor en el cual se ensamblan un número de palas que se extienden radialmente para capturar la energía cinética del viento y producen el movimiento rotativo del tren de potencia. Las palas del rotor tienen una forma aerodinámica tal que, cuando el viento sopla sobre su superficie, se genera una fuerza de sustentación que causa la rotación de un eje que está conectado, directamente o a través de un montaje de engranajes, al generador de electricidad. Tradicionalmente, la conducción de la energía eléctrica generada a partir de la góndola rotatoria hasta la parte inferior de la torre estática de un aerogenerador se realiza mediante el uso de uno o más cables de media tensión en diversos diámetros, longitudes y variantes instalados en el interior de la torre. El tipo de cable que se utiliza generalmente se selecciona en base a los parámetros técnicos para el tipo específico de aerogenerador, como la altura de la torre del aerogenerador, las especificaciones de potencia que se necesitan para ser conducida desde el generador hasta la red y otros requisitos por ejemplo, condiciones ambientales especiales, códigos y normas. Además, debido a la rotación y continua re-orientación de la góndola en la óptima dirección del viento, la longitud del cable es diseñada generalmente más larga de lo necesario (donde necesario significa aproximadamente la distancia directa entre la parte superior e inferior de la torre), para conseguir un cierto número de rotaciones completas de la góndola hasta que los cables de potencia estén bajo completa tensión. Este diseño se utiliza básicamente para proporcionar más longitud de cable para el cableado y la torsión de los cables como consecuencia del giro y rotación de la góndola del aerogenerador. Los problemas de esta solución son bien conocidos, por ejemplo, el comportamiento de vuelta de rotación de la góndola para desenroscar los cables de potencia cuando están completamente bajo tensión, el importante sobrepeso debido a una longitud de cable mayor a la necesaria y, por supuesto, las desventajas económicas, como la perdida de tiempo por la rotación hacia atrás de la góndola, así como el incremento de los costes de inversión o producción por material extra y más cables. En relación a este campo técnico y antecedentes, el Estado del Arte ofrece diferentes soluciones para este problema. En una de estas (WO 2009/061209 A1) se muestra una unión giratoria que combina una parte eléctrica e hidráulica. La principal idea de esta solicitud es una reubicación del generador eléctrico en la parte baja de la torre para reducir el peso de la góndola. Para lograr esto, se utiliza una unión giratoria híbrida hidráulico/eléctrica para transmitir señales de control y medición así como, la energía cinética del rotor desde la parte superior a la inferior del montaje del aerogenerador. Además de la diferencia general de la idea principal -la recolocación del generador en la parte inferior de la torre -esta solución tiene algunas desventajas técnicas como la pérdida de conversión de energía debido a la fricción de fluidos en condiciones límite así como la compresión de fluidos. La presente invención tiene por objeto solucionar este problema.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Es un objetivo de la presente invención proporcionar una junta rotativa eléctrica de media tensión entre la góndola y la sección superior de un aerogenerador, que evita el mencionado problema del bobinado y enroscado del trazado de cable tradicional de hoy en día.

El cable de media tensión que se extiende desde la góndola hasta la torre tiene que ser capaz de rotar con la góndola mientras la torre está fija. Históricamente, cierta longitud de cable y la combinación de geometrías son previstas para permitir que el cable se retuerza y la sobre presión mecánica que algunos desplazamientos lineales ejercerán sobre el cable.

De la misma manera el funcionamiento de guiñada se controla para asegurar que la góndola rota solo hasta un cierto punto y luego retorna hasta su "posición inicial". En la actualidad, se investiga la reducción de la vida del cable debido al sometimiento a cargas mecánicas y su estado real según la alimentación aplicada, así como el control en la guiñada.

Esta unión rotativa eléctrica de media tensión permitirá la conexión entre los cables superiores e inferiores y establecer una conexión a través del miembro rotativo de la parte superior. Más concretamente, la unión rotativa eléctrica de media tensión, permite una transmisión eléctrica de los equipos eléctricos rotativos y generadores en una unión conductiva entre el cable de potencia superior móvil de la góndola rotativa y el cable de potencia inferior fijo de la torre estática de un aerogenerador.

Para conseguir esto, la unión rotatoria comprende un alojamiento superior rotatorio y un alojamiento inferior fijo montados coaxialmente en un eje central, al menos una clavija de conexión de cable conectada a un correspondiente anillo aislado, dispuestos tanto en el alojamiento superior como en el inferior y al menos un casquillo y al menos un muelle ubicados en el interior de un aislante de la parte rotatoria superior y al menos un anillo localizado dentro de un aislante en la parte inferior fija.

Gracias a este simple pero fiable diseño la unión rotativa eléctrica de media tensión es fácilmente adaptable a los aerogeneradores existentes e implementable en los nuevos aerogeneradores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra una vista en perfil esquemática de un aerogenerador común La figura 2 es una vista en planta esquemática de un aerogenerador común. La figura 3 es una vista en perfil esquemática de una sección de la unión rotativa eléctrica de media tensión de acuerdo con la invención. La figura 4 es un vista esquemática en planta de la unión rotativa eléctrica incluyendo la disposición de los anillos.

REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención se describe a continuación refiriéndose a las figuras adjuntas y en relación a las diferentes realizaciones de la invención. Debe tenerse en cuenta que la invención no se limita únicamente a las realizaciones descritas, sino que se hace extensivo a todo aquello que se considere dentro del alcance de la invención.

Los aerogeneradores son dispositivos que convierten la energía mecánica en energía eléctrica. Un aerogenerador como el representado en las figuras 1 y 2 incluye una góndola rotatoria (1) montada en una torre (2) estática, un sistema de transmisión para trasladar el movimiento de rotación de un rotor eólico a un generador eléctrico y otros componentes como un mecanismo de guiñada que orienta la góndola del aerogenerador, varios controladores y un freno. El rotor eólico está formado por un buje de rotor (3) que soporta una serie de palas (4) que se extienden radialmente para capturar la energía cinética del viento y originar la rotación del tren de transmisión. Las palas (4) del rotor tienen una forma aerodinámica tal, que cuando el viento sopla a través de la superficie de las palas, se crea una fuerza de sustentación que origina la rotación de un eje que está conectado con el generador eléctrico, bien directamente o bien a través de una disposición de engranajes.

La presente invención se refiere a una unión eléctrica rotativa de media tensión dispuesta entre la góndola (1) y la sección superior de la torre (2) permitiendo la rotación entre el cable de potencia superior (19) rotatorio y el cable de potencia inferior (20) fijo, tal y como se muestra en la figura 3, comprendiendo al menos seis clavijas de conexión de cable (13) conectadas a sus correspondientes anillos aislados (14) montados en un alojamiento superior (6) e inferior (7). Los alojamientos superior (6) e inferior (7) están alineados coaxialmente y conectados por el eje central (8). El alojamiento superior (6) puede rotar respecto a su eje longitudinal gracias a los rodamientos de rodillos cónicos (5), mientras que el alojamiento inferior (7) esta fijo en el eje central (8). Una tuerca (21) asegura que el alojamiento superior (6) e inferior (7) no se salgan del eje central (8).

El alojamiento inferior (7) comprende tres anillos (12), preferiblemente anillos de cobre, concéntricamente dispuestos. Los anillos de cobre (12) están dispuestos dentro de un aislante (11 ), preferiblemente epoxy en la forma de una resina envolvente. La conducción de la potencia eléctrica dentro del alojamiento inferior (7) empieza desde los anillos de cobre (12) y atraviesa los directamente conectados cables trenzados (22), los anillos aislados (14), las clavijas de conexión del cable (13) y finaliza en un único cable con un alambre trenzado (26).

El alojamiento superior (6) tiene tres casquillos (9) para conectar las clavijas de conexión de cable (13) y conducir la energía a los anillos de cobre (12) dispuestos dentro del alojamiento inferior (7). Unos muelles (1 O) mantienen los casquillos (9) constantemente presionados contra los anillos conductores de cobre (12). Los casquillos (9) al igual que los muelles (1 O) que presionan los casquillos (9), están retenidos mediante un casquillo porta muelles (23) aislado.

La conducción eléctrica dentro del alojamiento superior (6) comienza desde los casquillos (9) y atraviesa los directamente conectados cables trenzados (22), los anillos aislados (14), las clavijas de conexión del cable (13) y finaliza en un cable único con un alambre trenzado (26).

En el punto de contacto entre el alojamiento superior (6) y el inferior (7), existe un cierre de labio (16) para prevenir la acumulación de humedad o polvo en los casquillos (9) y en los anillos de cobre (12). El cierre de labio (16) está fijo y mantiene su posición gracias a una grapa circular (24) de retención. Los alojamientos superior (6) e inferior (7) están unidos y fijados a una cabina de protección (15) mediante un anclaje de cabina(25).

Los cables únicos con alambre trenzado (26) están recubiertos con un tubo apantallado (27) termo-retráctil y de tracción controlada, y están unidos a un utillaje de cabina (28), que en esta realización es un utillaje de cabina de tres patas. Para evitar la torsión en los cables únicos (26) y lograr estabilidad geométrica y fuerza para conducir la electricidad en medio voltaje se usa un soporte de cable de tres patas superior (17) y uno inferior (18). Los soportes de cable de tres patas ( 17, 18) pueden conectarse fácilmente por medio de brazos conectores a la torre (2) y a la góndola (1) del aerogenerador. El dispositivo está completamente recubierto desde el alojamiento superior (6) y el inferior (7) mediante una cabina de protección (15). La cabina de protección (15) se instala sobre los cables que quedan fijados mediante una prisionero (30) y rodea todos los puntos de contacto del alojamiento superior (6) e inferior (7), protegiendo los cables (26) y conectores (13) de impactos, humedad y polvo. La cabina de protección (15) se fija mediante el anclaje de cabina (29).

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Unión rotativa eléctrica de media tensión para un aerogenerador que permite la transmisión de la potencia eléctrica de máquinas eléctricas rotativas y generadores en una unión conductiva entre el cable de potencia superior móvil (19) de la góndola rotatoria y el cable de potencia inferior fijo (20) de la torre estática del aerogenerador,

caracterizado en que la unión rotativa comprende,

-

un rodamiento axial (5), un alojamiento rotatorio superior (6) y un alojamiento fijo inferior (7) montados coaxialmente sobre un eje central (8);

-

al menos un casquillo (9) y al menos un muelle (1 O) localizados dentro de un aislante (11) en el alojamiento rotatorio superior (6) y al menos un anillo (12) localizado en un aislante (11) en el alojamiento fijo inferior (7);

-

al menos una clavija de conexión de cable (13) unida a al menos un anillo aislado (14);

-

y al menos una estructura de soporte de cable (17, 18).
2.-Unión rotativa eléctrica de media tensión de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque al menos una cabina protectora (15) reviste el al menos un anillo aislante (14), el al menos un casquillo de conexión de cable (13) y al menos un cable único con alambres trenzados (26) y el eje central (8).
3.-Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la segunda reivindicación, caracterizada porque una cabina protectora de revestimiento

(15) está conectada al cable de potencia superior móvil (19) mediante un anclaje de cabina de cable lateral (29) y al alojamiento rotatorio superior (6) mediante un anclaje de cabina de alojamiento lateral (25).
4.-Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la segunda reivindicación, caracterizada porque la al menos una cabina protectora de revestimiento (15) está conectada al cable de potencia inferior fijo (20) mediante un anclaje de cabina de cable lateral (29) y al alojamiento inferior fijo

(7) mediante un anclaje de cabina de alojamiento lateral (25).
5.-Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque al menos un cierre radial (16) está localizado en el punto de contacto del diámetro externo de los alojamientos superior (6) e inferior (7).
6.-Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la quinta reivindicación, caracterizada porque el cierre radial (16) está fijado y sujeto en posición mediante una grapa circular (24) de retención circunferencial.
7.-Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque la al menos una estructura de soporte de cable de tres patas superior (17) está conectada al cable de potencia superior móvil (19) y al menos una estructura de soporte de cable de tres patas inferior

(18) está conectada al cable de potencia inferior fijo (20).
8.-Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la séptima reivindicación, caracterizada porque la estructura de soporte de cable superior de tres patas (17) está conectada mediante un anclaje de cable (30) al cable de potencia superior móvil (19).
9.-Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la séptima reivindicación, caracterizada porque la estructura de soporte de cable inferior de tres patas (18) está conectada mediante un prisionero (30) al cable de potencia inferior fijo (20).
10.-Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque el al menos un muelle (1 O) que presiona el al menos un casquillo (9), está localizado en el alojamiento rotatorio superior (6), encapsulado por el aislante (11) y sujeto en tensión mediante un casquillo porta-muelles aislado (23).
11.-Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque al menos un anillo (12) localizado en el alojamiento fijo inferior (7) y encapsulado por el aislante (11) está conectado de manera conductiva a un alambre trenzado (22) desde cable de potencia estático inferior (20).
12.-Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque el rodamiento axial (5) está preferentemente equipado con un rodamiento de rodillos cónicos.

13, Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque el material del aislante (11) es preferentemente epoxy en forma de una resina encapsulada.
14.-Unión rotativa eléctrica de media tensión, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque al menos un anillo (12) es preferentemente un anillo de cobre.