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Komplette Vernetzungslösungen für Windenergieanlagen

Bild 1. Die IO-Module der Lion-Serie von Lumberg Automation sind auf die speziellen Anforderungen in Windenergieanlagen zugeschnitten …

Bild 2. … ebenso wie die Glasfaserleitungen aus dem Haus Belden

Bild 3. Hirschmann bietet industrietaugliche Access Points und Antennen, die für den Einsatz in der rauen Umgebung von Windenergieanlagen ausgelegt sind

Bild 4. GDM-Ventilsteckverbinder von Hirschmann sind für die widrigen Umgebungsbedingungen in WEA ausgelegt

Die Vernetzung von Windenergieanlagen stellt besondere Anforderungen an die Datenkommunikation. So müssen die Netzwerkkomponenten hohen Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, Öl, salzhaltiger Luft, Vibrationen oder elektromagnetischen Interferenzen standhalten. Zudem gilt es, die einschlägigen Normen und Richtlinien zu erfüllen. Belden bietet zusammen mit den Marken Hirschmann und Lumberg Automation ein Produktprogramm, das für diese Anforderungen ausgelegt ist, und komplette Vernetzungslösungen möglich macht.

Durch die zunehmenden Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Sicherheit der Windenergieanlagen wird dort eine Vielzahl verschiedener Sensoren eingesetzt, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Dazu zählen beispielsweise die Positionierung von rotativen Komponenten oder die Erfassung von Winddruck- und Windgeschwindigkeitsdaten. Auch der Einbauort der Sensoren ist vielfältig. So können sie etwa in der Gondel, der Rotornabe oder der Blattwurzel eingesetzt werden.

State-of-the-Art-Verkabelung
Vor diesem Hintergrund erfordern Windenergieanlagen eine strukturierte und qualitativ hochwertige State-of-the-Art-Verkabelungslösung. Entsprechend kombiniert Lumberg Automation bei seinen Aktor-Sensor-Verteilern (Bild 1) kompakte Bauform mit schneller Montage- und einfacher Anschlusstechnik. Ferner zeichnen sie sich durch Vibrations- und Schockfestigkeit, Langzeitstabilität durch vergoldete Kontakte sowie Schutzklasse IP67 aus. Für deren Verdrahtung kommen Sensor-Steckverbinder und Leitungen, ebenfalls aus Schalksmühle, zum Einsatz. Hierzu stehen verschiedene Varianten mit unterschiedlichen Kabeltypen, Bauformen, Polzahlen, Kontakten sowie Anschlussmöglichkeiten mit und ohne Schnellanschlusstechnik zur Verfügung. Schutzarten bis hin zu IP68/69K sind dabei realisierbar. Außerdem enthält das Programm Zweifach-Verteiler für IO-Module und T-Verteiler für die Busverbindung bzw. die Spannungsversorgung der Feldbussysteme Profibus, Devicenet und Interbus. So kann für die jeweiligen Anforderungen eine komplette Verkabelungslösung aus einer Hand entwickelt und geliefert werden.

Um eine fehlerfreie Übertragung aller relevanten Daten in Windenergieanlagen zu garantieren, müssen auch die Kabel und Leitungen für die rauen Umgebungsbedingungen ausgelegt sein. Die Central-Loose-Tube-Kabel von Belden werden unter der Erde verlegt. Sie verfügen über einen verbesserten Schutz gegen Nagetiere und sind aufgrund der Stahldrahtarmierung widerstandsfähig. Je nach Anforderungen sind diese Kabel aber nicht nur direkt im Erdreich verlegbar, sondern auch in Röhren, Tunneln und Kabelkanälen. Da sie mit einem harten Mantel ausgestattet sind, ist das Einblasen in ein Rohr auch über längere Strecken möglich. Alle Kabel des Herstellers erfüllen die relevanten Normen und Zulassungen und weisen gute Eigenschaften bezüglich Biegeradius, Quetschfestigkeit und Zugspannung auf.

Wind Turbine Tray Cable
Da die prognostizierte Lebenszeit einer Windenergieanlage bei mehr als 20 Jahren liegt, werden die High-End-Kabel von Belden auch im Inneren der Anlagen verwendet. Mit zunehmender WEA-Größe und den daraus resultierenden längeren Übertragungsstrecken sind in den letzten Jahren die bis dahin dort häufig anzutreffenden HCS-Lösungen in vielen Fällen durch verwindungsfreie Wind Turbine Tray Cable (WTTC) ersetzt worden.
Die entsprechenden Kabellösungen von Belden erfüllen Anforderungen, wie vertikale Installation, Torsionsfreiheit, Beständigkeit gegen Chemikalien und Öle sowie Wasserdichtheit. Darüber hinaus werden auch kundenspezifische Ausführungen entwickelt. Diverse Zulassungen, wie CSA, UL und CE, sowie halogenfreie Varianten sind ebenfalls erhältlich.
Aus Sicherheitsgründen ist die Flammhemmung ein wichtiger Faktor. Deshalb sind Zertifizierungen, wie FT1 und FT4 gemäß UL 1666, vorgeschrieben. Neben den Glasfaser-Turmkabeln werden verschiedene Steuerungskabel- bzw. -leitungen in der Turbine verwendet (Bild 2).
Um eine Komplettlösung für die Datenkommunikation im Turm von Windenergieanlagen anbieten zu können, wird Belden bis Ende 2011 ein flexibles Hirschmann-Patch-Panel für Industrieanwendungen auf den Markt bringen, das auf Hutschienen montiert werden kann und zu den hauseigenen Netzwerkgeräten passt. Eine strukturierte Verkabelung im Boden des Turms ist dann mit industriellen Lösungen, die speziell auf den Windenergiemarkt abgestimmt sind, möglich.
Wird ein sehr schneller, zuverlässiger und sicherer Glasfaser-Steckverbinder im Feld benötigt, ist der Optimax-Steckverbinder mit seinem speziellen Design die geeignete Wahl. Denn dieser Steckverbinder verfügt über einen LC-, SC- oder ST-kompatiblen Glasfaseranschluss für Multimode- oder Singlemode-Leitungen.

Industrial-Ethernet-Lösungen
Für eine zuverlässige Kommunikation in Windenergieanlagen sorgen zudem Industrial-Ethernet-Lösungen von Hirschmann. Aufgrund der langjährigen Erfahrung am Windenergiemarkt sind viele der dort notwendigen Anforderungen in den Switches, Routern sowie Security- und Wireless-Lösungen (Bild 3) sowie im Softwaremanagement umgesetzt worden. So kann die Wartung vor Ort vorgenommen werden, ohne dass die Kommunikation zwischen anderen Geräten im Netzwerk beeinträchtigt wird. Fernwartung und -überwachung sind mithilfe einer eigenen Softwarelösung über das Internet rund um die Uhr für alle weltweit installierten Hirschmann-Geräte möglich. Die Hardware kann aufgrund der unterschiedlichen Merkmale und eines Autokonfigurationsadapters auch durch Personen ohne spezielle IT-Kenntnisse ausgetauscht werden. Denn die Netzwerkarchitektur ist so ausgelegt, dass es keinen Single-Point-of-Failure gibt. Aufgrund des neuen Multirings (MRP-Protokoll) ist das Netzwerk jetzt zudem nochmals strukturierter und die Verkabelungs- und Konfigurationszeit der aktiven Geräte kürzer.
In der Gondel sowie am Boden des Turms von Windenergieanlagen werden kompakte oder modulare Switches eingesetzt, die auf Hutschienen montierbar sind. In den Steuerzentralen kommen dagegen häufig 19-Zoll-Geräte zusammen mit Hutschienen-Switches zum Einsatz.

Fazit
In Summe bietet Belden mit seinen Marken Hirschmann und Lumberg Automation eine komplette Netzwerkinfrastruktur zur Steigerung der Produktivität von Windenergieanlagen an. Diese reicht von Switches, Routern und Firewalls über Wireless-Lösungen, Software und Patch Panel bis hin zu Kabeln bzw. Leitungen, IO-Modulen und Steckverbindern (Bild 4).

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Autor: Ute Decker ist als Vertical Marketing Manager Alternative Power Generation bei der Belden Electronics GmbH in Neckartenzlingen tätig.