Uszczelki z NBR, CR i VMQ do generatorów, transformatorów oraz falowników fotowoltaicznych

Przejście sektora energetycznego w kierunku zróżnicowanej i odpornoj sieci opiera się na złożonym ekosystemie urządzeń generujących i konwertujących energię – od ogromnych zapór hydroelektrycznych po rozproszone instalacje fotowoltaiczne montowane na dachach. Każde z tych urządzeń stawia przed uszczelkami chroniącymi ich kluczowe systemy unikalne wyzwania środowiskowe i eksploatacyjne. W przeciwieństwie do ciężkich maszyn, głównym naciskiem w tym przypadku jest długotrwała szczelność środowiskowa, właściwości dielektryczne oraz odporność na cyklowanie termiczne przez dziesięciolecia eksploatacji.

Generatory (wiatrowe i wodne):

· Generatory turbin wiatrowych: Znajdują się w gondolach umieszczonych bardzo wysoko nad powierzchnią ziemi i podlegają skrajnym wahaniom temperatury, kondensacji oraz wibracjom. Uszczelki stosowane są w systemach smarowania przekładni i głównego łożyska, a także w połączeniach systemu chłodzenia. Standardowym materiałem dla systemów smarowania olejowego jest kauczuk akrylonitrylowo-butadienowy (NBR). W przypadku uszczelek obudowy gondoli, które muszą wytrzymać działanie promieniowania UV, ozonu oraz cykli temperaturowych, lepszym wyborem są etylenopropilenowy kauczuk (EPDM) lub kauczuk chloroprenowy (CR) ze względu na ich odporność na warunki atmosferyczne; niemniej jednak kauczuk krzemowy (VMQ) również znajduje zastosowanie dzięki szerokiemu zakresowi temperatur roboczych.

· Generatory hydroelektryczne: Często umieszczane są w wilgotnych i chłodnych środowiskach. W systemach olejowych łożysk dociskowych i łożysk prowadzących stosowane są uszczelki z kauczuku akrylonitrylowo-butadienowego (NBR). W przypadku uszczelek narażonych na działanie mgły wodnej lub wysokiej wilgotności w budynku elektrowni kauczuk chloroprenowy (CR) zapewnia lepszą odporność na degradację wywołaną wilgocią niż NBR.

Transformatory:

Są to ciche strażnicy sieci energetycznej. Wymagania dotyczące uszczelnień różnią się w zależności od komponentu:

· Uszczelki głównego zbiornika: Historycznie wykonywane z korka gumowego, współczesne konstrukcje często wykorzystują formowane uszczelki na bazie EPDM ze względu na ich doskonałą odporność na długotrwałe odkształcenie pod obciążeniem oraz odporność na olej transformatorowy i działanie czynników atmosferycznych.

· Izolatory przepustowe, zbiornik rozszerzalny i uszczelki zaworów: Do tych elementów najczęściej stosuje się kauczuk NBR ze względu na jego zgodność z mineralnym olejem transformatorowym. W przypadku izolatorów przepustowych narażonych na działanie czynników zewnętrznych może zostać określona dodatkowa uszczelka typu O-ring wykonana z kauczuku CR w celu zapewnienia lepszej odporności na ozon.

· Transformatorowe transformatory obniżające napięcie: Powszechnie stosowane w osiedlach, te jednostki wymagają niezawodnych i małozadzierżalnych uszczelek. Standardowe uszczelki typu O-ring z kauczuku NBR są typowe dla jednostek zapełnionych olejem, podczas gdy w transformatorach suchych mogą być stosowane uszczelki z kauczuku VMQ do uszczelniania obudów.

Falowniki fotowoltaiczne (PV):

Sercem każdej instalacji słonecznej są falowniki, które przekształcają prąd stały (DC) pochodzący z paneli w prąd przemienny (AC) dostarczany do sieci. Wyzwania związane z uszczelnianiem mają charakter głównie elektroniczny:

· Ochrona przed czynnikami zewnętrznymi: Obudowy falowników muszą spełniać określony stopień ochrony przed wprowadzeniem obcych ciał (Ingress Protection, IP), zwykle IP65. Oznacza to, że uszczelki muszą skutecznie zapobiegać przed dostaniem się pyłu oraz strumieni wody.

· Zarządzanie temperaturą: Falowniki generują znaczne ilości ciepła. Materiały uszczelniające nie mogą ulec degradacji ani utracić siły uszczelniającej pod wpływem ciągłego nagrzewania przez radiatory i elementy składowe, które mogą podnosić temperaturę wewnętrznego powietrza do 60–70 °C °C.

· Trwałość: Farmy słoneczne to inwestycje o horyzoncie czasowym przekraczającym 20 lat.

  VMQ (silikon) jest dominującym materiałem stosowanym do uszczelek falowników fotowoltaicznych. Wyróżnia się on w tym zastosowaniu z następujących powodów:

1. Zakres temperatur roboczych (−60 °°C do +225 °°C) pozwala łatwo radzić sobie zarówno z ciepłem wewnętrznym, jak i zewnętrznymi warunkami klimatycznymi charakterystycznymi dla pustyń lub obszarów arktycznych.

2. Charakteryzuje się doskonałą odpornością na odkształcenie permanentne (compression set), co oznacza, że uszczelka zachowuje siłę uszczelniającą przez dziesięciolecia bez konieczności ponownego dokręcania.

3. Jest naturalnie samozgaszalny i zapewnia dobre właściwości dielektryczne.

Uwzględnienie czynników geograficznych ma istotny wpływ na końcowy wybór materiału:

· USA: Zróżnicowane klimaty – od zimna alaskiego po upały arizońskie – wymagają materiałów działających niezawodnie w skrajnych warunkach. Dla zewnętrznych komponentów transformatorów powszechnie stosuje się EPDM lub CR ze stabilizacją UV, natomiast dla falowników fotowoltaicznych w regionie Południowego Zachodu – wysokiej klasy silikon VMQ.

· Indie: Wysokie temperatury otoczenia, deszcze monsunowe i zanieczyszczenia. Transformatory i generatory wymagają uszczelek o wysokiej odporności na ozon i starzenie termiczne. Szeroko stosowane są uszczelki z kauczuku chloroprenowego (CR) oraz specjalnie skomponowanego kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego (NBR).

· Filipiny: Klimat tropikalny morski z wysoką wilgotnością, opryskiem solnym i tajfunami. Kluczowe znaczenie ma odporność na korozję. Uszczelki z kauczuku chloroprenowego (CR) są preferowane w urządzeniach elektrycznych przeznaczonych do zastosowania na zewnątrz, a sprzęt stalowy nierdzewny jest często stosowany razem z uszczelkami elastomerowymi w celu zapobiegania korozji galwanicznej.

Strategia uszczelniania aktywów energetycznych stanowi zatem podejście oparte na całym cyklu życia, w którym priorytetem są materiały zapewniające dziesięciolecia niezawodnej pracy przy minimalnym zakresie interwencji serwisowych, chroniąc drogoстояce wyposażenie – o wartości wielu milionów dolarów – przed powolnymi, ale szkodliwymi wpływami środowiska.