Escobillas de grafito para la transmisión y el control de los generadores de energía eólica

Las energías renovables son cada vez más importantes en la generación de energía a nivel mundial. La energía eólica es la forma de energía renovable de más rápido crecimiento. Tanto en las zonas terrestres como en las marinas, están surgiendo gigantescos parques eólicos.

Las escobillas de grafito son componentes funcionales, muy importantes de los generadores de energía eólica. Se utilizan como contactos eléctricos para la transmisión de energía.

Las escobillas de SGL Carbon están cualificadas para diferentes configuraciones de generadores eólicos (turbinas eólicas), condiciones climáticas y todas las aplicaciones basadas en escobillas de grafito. Incluyen escobillas de grafito para la generación de energía, la generación de energía eólica; el control del paso de las palas, la transferencia general de potencia/energía; la transferencia de señales, la protección contra el rayo y la puesta a tierra.

Nuestra experiencia en materiales y aplicaciones nos convierte en un socio muy solicitado en el sector de la energía eólica. Además, ofrecemos entregas en todo el mundo desde Europa/España con conexiones de entrega rápidas y un servicio de atención al cliente en todo el mundo con múltiples idiomas, incluidos el inglés y el español.

Escobillas de tierra y de potencia
Escobillas especiales para climas de baja y alta humedad/altitud
Escobillas de protección contra el rayo
Escobillas para la transmisión de señales
Escobillas de puesta a tierra
Escobillas de grafito con plata y cobre
Escobillas especiales para fricción constante
Escobillas especiales para caída de tensión constante
Escobillas especiales para altas frecuencias
Productos y formas a medida para sus necesidades

Bürstenplatten aus Kupfer und Silbergraphit der SGL Carbon

Material de alta eficiencia que reduce los costes de mantenimiento
Material cualificado para diferentes zonas climáticas
Material para generadores terrestres y marinos
Material aprobado por la mayoría de los OEM
Diferentes diseños de escobillas que se pueden fabricar bajo demanda
Larga duración de la vida útil del material
Funcionamiento probado con anillos rozantes de todo tipo

Las soluciones de escobillas de SGL Carbon utilizan una mezcla especial para evitar los problemas de aplicación comúnmente conocidos, entre ellos:

Para evitar una distribución desigual de la corriente, las escobillas tienen que transmitir siempre la misma cantidad de corriente
Utilizamos materiales específicamente desarrollados para evitar los picos de tensión y el desgaste de los anillos especialmente para las aplicaciones de protección de rodamientos
Nuestras calidades tratadas garantizan el libre movimiento y evitan que la escobilla se pegue al soporte durante toda su vida útil, evitando la oxidación y el dilatación
Nuestros diseños probados evitan la pérdida de contacto y la formación de arcos, las chispas y el desgaste de los anillos y reducen las vibraciones

1.

Las escobillas de grafito para los anillos rozantes principales son importantes para la generación de energía. Dependiendo de todas las regiones, con condiciones de viento permanentemente cambiantes, la corriente que fluye a través de las escobillas fluctúa y el anillo colector en el rotor debe regular la potencia de salida de la turbina a un ritmo máximo optimizado. Desde densidades de corriente muy bajas (5 A/cm²) hasta niveles elevados (24 A/cm²) debe garantizarse toda la transferencia de corriente.

Para ello, es importante la capacidad de formar una capa única de grafito-patina con características físicas constantes en todos los tipos de material de anillos rozantes.

Nuestras escobillas ofrecen:

Coeficiente de fricción entre μ 0,08 - 0,15
Caídas de tensión constantes entre 0,4 - 1,5 V (de escobilla a escobilla)
Distribución uniforme de la corriente entre las distintas escobillas
Desgaste medio de las escobillas entre 2 - 4 mm/1000 h

2.

Escobillas de puesta a tierra para la protección de los rodamientos desviando las frecuencias de corriente altas o muy altas (kHz - MHz) inducidas en el sistema de la turbina lejos de los rodamientos y protegiéndolos contra el desgaste excesivo por descargas eléctricas.

Las unidades de anillos colectores y escobillas adicionales y separadas conducen estas corrientes a la tierra sin entrar en contacto con el rodamiento.

Las exigencias/características para transmitir estas corrientes de alta frecuencia de forma segura son:

Coeficiente de fricción bajo y constante (μ 0,10 - 0,15)
Caídas de tensión entre 0,2 - 0,4 V
Vida útil > 2 años

3.

La transferencia de señales con anillos rozantes y escobillas regula y controla varios tipos de unidades mecánicas y eléctricas en un aerogenerador. La mayoría de las señales o impulsos eléctricos se transmiten a un nivel de tensión y corriente bajo o muy bajo.

Por razones de norma y seguridad, las caídas de tensión entre la escobilla y el anillo colector deben ser muy bajas.

El material de las escobillas de alta conductividad -principalmente cobre o grafito plateado- garantiza que la caída de tensión sea < 0,2V.

4.

Las escobillas de los motores de control de paso aumentan la eficiencia del aerogenerador al posicionar las palas permanentemente en la dirección correcta. Esto puede regularse mediante motores hidráulicos o eléctricos.

Estos servomotores eléctricos pueden diseñarse con un conmutador y utilizar escobillas con los siguientes requisitos:

Corto tiempo de reacción
Alta capacidad de conmutación
Giro con ralentí o baja carga
Funcionamiento principalmente con baja temperatura
Impregnación adicional para mejorar la formación de la pátina, el coeficiente de fricción y las condiciones de funcionamiento vida útil > 5 años

5.

La escobilla de protección contra rayos desvía el flujo de energía exterior lejos de todo tipo de equipos sensibles en una turbina, que pueden ser destruidos por los picos de tensión y el flujo de energía. Además, se instala un sistema de trayectoria.

Parte de este sistema es una escobilla de grafito con:

Un contenido de cobre muy alto (> 85%)
Una baja caída de tensión (< 0,5V)
Una transferencia de energía extremadamente alta/corta (200 kA /350µs)
Una construcción especialmente diseñada para estas situaciones

Las máquinas de inducción de doble alimentación aplicadas como parte principal de la turbina eólica emplean diferentes tipos de escobillas de grafito.

SGL Carbon ofrece una amplia variedad de soluciones a base de grafito para diferentes funciones:

Escobillas de grafito metálico para diferentes condiciones ambientales como la atmósfera salina en lugares junto al mar o condiciones especialmente áridas en desiertos de hielo o arena.
Calidades de grafito metálico estándar para todos los tipos de potencia y diseños de anillos rozantes.
Calidades de grafito metálico con alto contenido de metal para caídas de tensión muy bajas o velocidades de corriente extremadamente altas.
Calidades de grafito metálico desarrolladas para resistividades muy bajas y bajas caídas de tensión.
Calidades de electrografito para todo tipo de anillos colectores con densidades de corriente media/baja diversas máquinas de conmutadores de corriente continua para la regulación de las palas.
Calidades de grafito impregnado para mejorar las propiedades de funcionamiento/desgaste y por razones de seguridad.

Propiedades típicas	Unidades	RC27	RC42L	RC42H	RC53	RC54	RC67	RC73	RC87	RS70	RE54	RE55	RE75	RS65	RE92
Aplicación		Calidad para una tasa de potencia más baja	Calidad para densidad de corriente media en ambientes de baja humedad	Calidad para densidad de corriente media en ambientes de alta humedad	Calidad universal para una amplia gama de densidad de corriente	Calidad universal para una menor caída de tensión	Calidad para una aplicación de puesta a tierra y una mayor densidad de corriente	Calidad para una densidad de corriente muy alta y una baja caída de tensión	Calidad para la protección contra rayos	Calidad para aplicación de señal y escobilla de puesta a tierra en un diseño de sándwich	Calidad para muy baja densidad de corriente	Escobilla de puesta a tierra de alto rendimiento, constante µ, muy baja tensión, escobilla de larga duración	Calidad para motores de control de paso de CC	para densidad de corriente muy alta utilizada en escobillas principales y de puesta a tierra	utilizada en escobillas de puesta a tierra en diseño sándwich
Densidad de corriente	A/cm²	12	10-20	10-20	12-24	12-24	17	18	18	25	10	15	12	26	12
Velocidad periférica	m/s	40	40	40	35	35	30	30	25	30	40	40	50	35	50
Densidad	g/cm³	2,4	2,8	2,8	3,2	3,1	3,8	4,2	5,3	4,25	1,6	1,26	1,56	3,5	1,53
Dureza rockwell B	HR_10/60	70	75	70	78	70	83	85	60	90	65	-	58	85	55
Resistencia a la flexión	N/mm²	20	23	19	25	24	35	44	58	30	28	5,3	21	54	14
Resistividad	µΩm	14	2	2	0,9	1,1	0,4	0,2	0,13	0,8	16	20,8	25	0,25	16
Designación de calidad		Cu	Cu	Cu	Cu	Cu	Cu	Cu	Cu	Ag	E	Ag	E	Ag	E

La transmisión de corriente entre el anillo deslizante giratorio y el porta escobillas fijo está influenciada principalmente por el material de la escobilla, el material del anillo y las condiciones ambientales. Entre estos dos componentes se forma la llamada "pátina".

La capa de dicha pátina se compone principalmente de depósitos de óxidos metalografítico y agua absorbida. Su aspecto es importante para el comportamiento de la marcha y protege el anillo colector contra el desgaste, transmite la corriente de forma segura y uniforme y limita el desgaste de las escobillas a un nivel bajo, lo que se traduce en un menor mantenimiento y, por tanto, en menores costes. Los índices de desgaste de las escobillas de grafito en condiciones estándar se sitúan por término medio entre 2 y 4 mm por cada 1000 horas de funcionamiento.

Este índice de desgaste depende de las condiciones climáticas, principalmente de la humedad, pero también de la evaporación y la humedad. Estos resultados pueden variar y a veces superarse.

Humedad elevada - "Exceso de pátina"

Mayor formación de pátina de grafito
Menor coeficiente de fricción
Mayor caída de tensión
Aumento de la distribución desigual de la corriente
Mayor temperatura
Mayor índice de desgaste eléctrico medio

Baja humedad - "Ausencia de pátina"

Mayor formación de pátina metálica
Alto coeficiente de fricción
Baja caída de tensión
Mayor índice de desgaste mecánico medio

En este caso de aplicación se necesitan soluciones especiales.

En situaciones especiales de aplicación, los aerogeneradores pueden enfrentarse a entornos de alta salinidad (en alta mar / cerca del mar) que pueden afectar al sistema de la turbina. Las escobillas de grafito SGL Carbon no se ven afectadas por esta corrosión y pueden utilizarse en todos los entornos.

Gracias a la combinación de las mejores materias primas y a los exclusivos procesos de producción, nuestras escobillas de grafito ofrecen un rendimiento extraordinario con una excelente conductividad y un desgaste uniforme, incluso en condiciones climáticas extremas.

Para entornos de alta humedad, ofrecemos nuestras escobillas de grafito de calidad H especiales para la transmisión de energía. Para entornos de baja humedad, ofrecemos nuestras escobillas de grafito de calidad L. Para aplicaciones en climas y condiciones menos extremas, ofrecemos calidades estándar intermedias.