أختام من المطاط النتريلي (NBR) والمطاط الكلوروبوتاديني (CR) والمطاط السيليكوني الفلوري (VMQ) لمولدات الكهرباء والمحولات والعواكس الضوئية الشمسية (PV Inverters)

يعتمد انتقال قطاع الطاقة نحو شبكة كهربائية متنوعة ومرنة على نظام بيئي معقد من معدات التوليد والتحويل، بدءًا من السدود الهيدروكهربائية الضخمة وصولًا إلى أنظمة الطاقة الشمسية الموزَّعة على أسطح المباني. وتُشكِّل كل قطعة من هذه المعدات تحديات بيئية وتشغيلية فريدة أمام الأختام التي تحمي أنظمتها الحرجة. وعلى عكس الماكينات الثقيلة، يركّز الاهتمام هنا غالبًا على الختم البيئي طويل الأمد، والخصائص العازلة، ومقاومة التغيرات الحرارية المتكررة على مدى عقود من التشغيل.

المولدات (الريحية والهيدروكهربائية):

· مولدات توربينات الرياح: تقع في الصناديق العلوية (Nacelles) على ارتفاع شاهق فوق سطح الأرض، وتتعرض لتقلبات حرارية حادة، والتكثف، والاهتزاز. وتُستخدم الأختام في أنظمة التشحيم الخاصة بعلبة التروس والمحمل الرئيسي، وكذلك في وصلات نظام التبريد. ويُعتبر مطاط النتريل المطاطي (NBR) المعيار القياسي لأنظمة تشحيم الزيت. أما بالنسبة لأختام غلاف الصندوق العلوي (Nacelle Enclosure Gaskets) التي يجب أن تتحمل الإشعاع فوق البنفسجي، والأوزون، والتقلبات الحرارية، فإن مطاط الإيثيلين البروبيلين (EPDM) أو مطاط الكلوروبيرين (CR) يُعدان خيارين متفوقين نظراً لمقاومتهما الممتازة للتآكل الجوي، رغم أن مطاط السيليكون (VMQ) يُستخدم أيضاً لتمدده الواسع في نطاق درجات الحرارة.

· المولدات الكهرومائية: غالباً ما تقع في بيئات رطبة وباردة. وتستخدم أختام مطاط النتريل المطاطي (NBR) في أنظمة زيت المحامل الدافعة والمحامل التوجيهية. أما بالنسبة للأختام المعرَّضة لرش الماء أو الرطوبة العالية داخل غرفة التوليد (Powerhouse)، فإن مطاط الكلوروبيرين (CR) يوفِّر مقاومة أفضل للتدهور الناجم عن الرطوبة مقارنةً بمطاط النتريل المطاطي (NBR).

محولات:

هذه هي الحُرَّاس الصامتون للشبكة الكهربائية. وتتفاوت متطلبات الإغلاق حسب المكوِّن:

· أختام الخزان الرئيسي: كانت تُصنع تقليديًّا من مادة الفلين المطاطية، أما التصاميم الحديثة فهي تستخدم غالبًا أختامًا مصبوبة مبنية على أساس مادة EPDM نظرًا لتميُّزها بمقاومة ممتازة على المدى الطويل للانضغاط الدائم ومقاومتها لزيت المحولات والتآكل الناتج عن العوامل الجوية.

· العوازل الكهربائية والخزان الاحتياطي والأساور الختمية للصمامات: تُستخدم مادة NBR بشكل شائع نظرًا لمتانة توافقها مع زيت المحولات القائم على المعادن. أما بالنسبة للعوازل الكهربائية المعرَّضة للعوامل الجوية، فقد يُحدَّد استخدام أساور ختمية من مادة CR لتعزيز مقاومتها للأوزون.

· محوِّلات التوزيع ذات الخفض التدريجي في الجهد: وهي منتشرة انتشارًا واسعًا في الأحياء السكنية، وتتطلّب هذه الوحدات أختامًا موثوقة ومنخفضة الصيانة. وتُستخدم عادةً أساور ختمية قياسية من مادة NBR في الوحدات المملوءة بالزيت، بينما قد تُستخدم أختام من مادة VMQ في المحولات الجافة لختم الغلاف الخارجي.

عاكسات الطاقة الشمسية (PV):

وهي اللبّ أو القلب النابض لأي تركيب شمسي، حيث تقوم بتحويل التيار المستمر (DC) القادم من الألواح الشمسية إلى تيار متناوب (AC) لإدخاله في الشبكة الكهربائية. وتتمحور تحديات الختم حول المكوّنات الإلكترونية:

· الحماية من العوامل البيئية: تتطلّب أغلفة العواكس تصنيف حماية من الغبار والماء (Ingress Protection)، وغالبًا ما يكون هذا التصنيف IP65. وهذا يستلزم استخدام أختامٍ قادرة على منع دخول الغبار ورذاذ المياه.

· إدارة الحرارة: تولِّد المحولات العكسية حرارةً كبيرةً. ويجب ألا تتدهور مواد الأختام أو تفقد قوة إحكامها عند التعرُّض للحرارة المستمرة المنبعثة من مشتِّتات الحرارة والمكونات، والتي قد ترفع درجة حرارة الهواء الداخلي إلى ٦٠–٧٠ °ج.

· العمر الافتراضي: تُعتبر مزارع الطاقة الشمسية استثمارات تمتد لعشرين عامًا فأكثر.

  مادة VMQ (السيليكون) هي المادة السائدة المستخدمة في حشوات المحولات العكسية الكهروضوئية. وهي تتفوق في هذا المجال للأسباب التالية:

١. نطاق درجة حرارة التشغيل الخاص بها (من -٦٠ °°م إلى +٢٢٥ °مئوية) يتعامل بسهولة مع الحرارة الداخلية والظروف الخارجية القاسية مثل تلك السائدة في الصحاري أو المناطق القطبية.

٢. تمتلك مقاومة ممتازة للتغير الدائم في الانضغاط (Compression Set)، ما يعني أن الحشوة تحافظ على قوة إحكامها طوال عقود دون الحاجة إلى إعادة شد البراغي.

٣. تتمتَّع بطبيعتها بخواص مقاومة للاشتعال، كما توفر خواص عازلة جيدة.

وتؤثر الاعتبارات الجغرافية تأثيرًا كبيرًا في الاختيار النهائي للمادة:

· الولايات المتحدة الأمريكية: تتطلَّب المناخات المتنوعة فيها — من البرد القارس في ألاسكا إلى الحرارة الشديدة في أريزونا — استخدام مواد تؤدي وظيفتها بكفاءة في أقصى الظروف. ومن الشائع استخدام مطاط EPDM المُثبَّت ضد الأشعة فوق البنفسجية أو مطاط CR في مكونات المحولات الخارجية، واستخدام مادة VMQ عالية الجودة في المحولات العكسية الشمسية في منطقة الجنوب الغربي.

· الهند: درجات حرارة محيطة مرتفعة، وأمطار موسمية غزيرة، وتلوث. وتحتاج المحولات والمولدات إلى أختام تتمتع بمقاومة قوية للتآكل الناتج عن الأوزون والشيخوخة الحرارية. ويُستخدم مطاط الكربون (CR) ومطاط النتريل المركب خصيصًا (NBR) على نطاق واسع.

· الفلبين: مناخ استوائي بحري يتميز بنسبة رطوبة عالية، ورذاذ ملحي، وإعصاريات. وتكتسي مقاومة التآكل أهمية قصوى. وتُفضَّل أختام مطاط الكربون (CR) للمعدات الكهربائية الخارجية، كما يُستخدم غالبًا تركيب الأجهزة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ مع الأختام المطاطية لمنع التآكل الغلفاني.

وبالتالي، فإن استراتيجية الإغلاق لممتلكات الطاقة تتبع نهجًا دوريًّا في حياة المعدات، مع التركيز على المواد التي تضمن خدمة موثوقة تمتد لعقودٍ عديدة مع أقل قدر ممكن من التدخلات الصيانية، وذلك لحماية المعدات ذات القيمة المالية البالغة—التي تصل قيمتها إلى ملايين الدولارات—من الآثار الخفية للبيئة.