Junto con la energía solar, la energía eólica es la fuente de energía renovable de mayor crecimiento. Los aerogeneradores funcionan captando la energía del viento y utilizándola para girar el eje del generador, produciendo energía eléctrica. Estos generadores utilizan una caja de engranajes y un inversor (también conocido como VFD) para adaptar la frecuencia de salida a la red eléctrica de 50 o 60 Hz. La mayoría también utiliza inversores para excitar el generador, mientras que otros utilizan imanes permanentes.
VFD, tensión parásita y el eje del generador
Sin embargo, los VFD también generan tensión en el eje del generador. Esta tensión se descarga a tierra por cualquier ruta de baja resistencia disponible. Desafortunadamente, estas rutas suelen pasar por los cojinetes del generador o de la caja de engranajes. La descarga a través de estas piezas móviles provoca daños acumulativos en el mecanizado por descarga eléctrica. En los cojinetes, el daño se denomina estrías; en las cajas de engranajes, rayas de tigre. Independientemente de cómo se llame, el daño eléctrico provoca fallos en el generador. Y los fallos implican costosas reparaciones y tiempo de inactividad.
Daños en los Cojinetes Eléctricos de los Aerogeneradores
La mayoría de los generadores cuentan con cojinetes híbridos o aislados que resisten los daños eléctricos causados por la descarga y las corrientes circulantes. Sin embargo, los equipos acoplados, como las cajas de engranajes y los tacómetros, son vulnerables. Por ello, los aerogeneradores también incluyen conexión a tierra del rotor para reducir el riesgo de estos equipos. Los generadores con excitación por inversor utilizan una escobilla de conexión a tierra del eje de carbono, y los diseños de imán permanente utilizan rodillos en el disco de freno. Ambos métodos proporcionan una ruta de baja resistencia para la corriente continua y de baja frecuencia. De esta manera, esta corriente, normalmente destructiva, pasa inofensivamente por la escobilla o el rodillo.
Sin embargo, la tensión del eje contiene frecuencias altas y bajas, y los cepillos y rodillos presentan una alta impedancia (resistencia) a la electricidad de alta frecuencia. Por lo tanto, incluso con un cepillo o rodillo, el sistema corre el riesgo de sufrir daños eléctricos. Los aerogeneradores también necesitan una conexión a tierra del eje con baja impedancia a altas frecuencias.
¿Es necesario conectar el eje a tierra de una turbina eólica?
La respuesta corta es sí, y los anillos de puesta a tierra de ejes AEGIS® son la solución. Los anillos de la serie AEGIS PRO rodean el eje con cientos de miles de microfibras conductoras. Estas fibras tienen una gran superficie, lo que les confiere baja impedancia a la corriente de alta frecuencia.
Con cojinetes híbridos para bloquear las corrientes circulantes, un rodillo o una escobilla de carbón para transportar corriente continua y de baja frecuencia, y un anillo AEGIS para altas frecuencias, el sistema está completamente protegido contra daños eléctricos en los cojinetes.
En campo: Pruebas para un fabricante de aerogeneradores
Jens Leipner, gerente de ventas de AEGIS para el norte de Europa, realizó recientemente pruebas en la torre para un fabricante de aerogeneradores. El lugar de prueba fue una turbina de 140 m de altura con palas de 134 m. El generador era un modelo de imán permanente/VFD. Contaba con rodillos en el disco de freno para la conexión a tierra de baja frecuencia y un dispositivo de conexión a tierra del eje tipo “cuerda de violín” para las altas frecuencias.
Sin conexión a tierra del eje, la tensión en el eje era de 20 voltios pico a pico. Con la cadena de conexión a tierra del eje, la tensión se redujo a poco más de cuatro voltios. Este es un nivel seguro, pero la cadena de conexión a tierra mostró un desgaste severo. Dado que estos dispositivos se presionan bajo tensión contra un eje giratorio, pueden desgastarse rápidamente.
Al instalar los segmentos del anillo AEGIS PRO, la tensión en el eje se redujo a niveles seguros inferiores a un voltio. Además, las fibras del anillo AEGIS no están bajo tensión; solo presionan ligeramente contra el eje. Esto las hace mucho más duraderas que las cadenas de conexión a tierra.
Con una larga vida útil y baja impedancia a altas frecuencias, los anillos de conexión a tierra AEGIS son los sistemas de conexión a tierra más eficaces para la tensión en el eje de alta frecuencia de los aerogeneradores.
