Vòng đệm NBR, CR và VMQ cho máy phát điện, máy biến áp và bộ nghịch lưu năng lượng mặt trời (PV)

Sự chuyển dịch của ngành điện năng hướng tới một lưới điện đa dạng và bền vững dựa trên một hệ sinh thái phức tạp gồm các thiết bị phát điện và chuyển đổi, từ các đập thủy điện quy mô lớn đến các hệ thống pin mặt trời lắp đặt trên mái nhà phân tán. Mỗi thiết bị đều đặt ra những thách thức môi trường và vận hành riêng biệt đối với các phớt làm kín bảo vệ các hệ thống then chốt của chúng. Khác với máy móc hạng nặng, ở đây trọng tâm thường là khả năng làm kín lâu dài trong môi trường, tính chất cách điện và khả năng chịu được chu kỳ nhiệt trong hàng chục năm vận hành.

Máy phát điện (gió & thủy điện):

· Máy phát điện tuabin gió: Được lắp đặt trong buồng máy (nacelles) ở độ cao lớn so với mặt đất, chúng phải chịu các dao động nhiệt độ cực đoan, ngưng tụ hơi nước và rung động. Các gioăng được sử dụng trong hệ thống bôi trơn cho hộp số và ổ bi chính, cũng như trong các mối nối của hệ thống làm mát. Cao su nitrile butadiene (NBR) là vật liệu tiêu chuẩn cho các hệ thống bôi trơn bằng dầu. Đối với gioăng bao kín buồng máy (nacelle enclosure gaskets) cần chịu được bức xạ tia cực tím (UV), ôzôn và chu kỳ thay đổi nhiệt độ, cao su ethylene propylene (EPDM) hoặc cao su chloroprene (CR) là những lựa chọn vượt trội nhờ khả năng chống lão hóa do thời tiết; tuy nhiên, cao su silicone (VMQ) cũng được sử dụng do dải nhiệt độ làm việc rộng.

· Máy phát điện thủy điện: Thường được lắp đặt trong môi trường ẩm ướt và mát mẻ. Hệ thống dầu bôi trơn cho ổ bi đẩy (thrust bearing) và ổ bi định hướng (guide bearing) sử dụng gioăng NBR. Đối với các gioăng tiếp xúc trực tiếp với tia phun nước hoặc độ ẩm cao trong nhà máy thủy điện, cao su chloroprene (CR) có khả năng chống suy giảm do độ ẩm tốt hơn so với NBR.

Máy biến đổi:

Đây là những người canh gác thầm lặng của lưới điện. Yêu cầu về gioăng kín thay đổi tùy theo từng thành phần:

· Miếng đệm bồn chứa chính: Trước đây thường làm bằng vật liệu nút chai cao su–bần, trong khi các thiết kế hiện đại thường sử dụng miếng đệm đúc dựa trên EPDM nhờ khả năng chống biến dạng nén dài hạn xuất sắc cũng như khả năng kháng dầu máy biến áp và chịu thời tiết tốt.

· Các bộ cách điện xuyên tường, bình giãn nở và gioăng van: NBR thường được sử dụng do tính tương thích cao với dầu máy biến áp gốc khoáng. Đối với các bộ cách điện xuyên tường tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài, có thể yêu cầu sử dụng vòng đệm O-ring bằng CR để tăng cường khả năng kháng ozon.

· Máy biến áp phân phối hạ áp: Phổ biến rộng rãi trong các khu dân cư, những thiết bị này đòi hỏi các gioăng kín đáng tin cậy và ít cần bảo trì. Vòng đệm O-ring tiêu chuẩn làm bằng NBR thường được sử dụng cho các máy biến áp ngâm dầu, trong khi các máy biến áp khô có thể dùng gioăng làm bằng VMQ để kín vỏ bọc.

Bộ nghịch lưu quang điện (PV):

Là trái tim của mọi hệ thống điện mặt trời, bộ nghịch lưu chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ các tấm pin thành dòng điện xoay chiều (AC) để hòa vào lưới điện. Các thách thức về niêm phong chủ yếu liên quan đến yếu tố điện tử:

· Bảo vệ khỏi tác động môi trường: Vỏ bọc bộ nghịch lưu phải đạt cấp độ Bảo vệ Chống Xâm Nhập (IP), thường là IP65. Điều này đòi hỏi các gioăng phải đảm bảo khả năng kín bụi và chống tia nước phun mạnh.

· Quản lý nhiệt: Bộ nghịch lưu sinh ra lượng nhiệt đáng kể. Vật liệu làm kín không được suy giảm hoặc mất lực làm kín khi tiếp xúc liên tục với nhiệt từ các bộ tản nhiệt và linh kiện, điều này có thể làm tăng nhiệt độ không khí bên trong lên 60–70 °C °C.

· Tuổi thọ: Các trang trại điện mặt trời là những khoản đầu tư kéo dài trên 20 năm.

  VMQ (cao su silicone) là vật liệu chủ đạo dùng cho gioăng bộ nghịch lưu quang điện (PV). Vật liệu này vượt trội trong ứng dụng này vì những lý do sau:

1. Dải nhiệt độ làm việc của nó (−60 °°C đến +225 °°C) dễ dàng đáp ứng được cả nhiệt độ bên trong và điều kiện ngoài trời khắc nghiệt như sa mạc hay vùng cực.

2. Nó có khả năng chống biến dạng nén tuyệt vời, nghĩa là gioăng duy trì lực làm kín trong nhiều thập kỷ mà không cần siết lại mô-men xoắn.

3. Nó vốn có tính chống cháy và sở hữu đặc tính cách điện tốt.

Các yếu tố địa lý ảnh hưởng mạnh đến lựa chọn cuối cùng:

· Hoa Kỳ: Khí hậu đa dạng, từ vùng lạnh Alaska đến vùng nóng Arizona, đòi hỏi vật liệu phải hoạt động ổn định trong mọi điều kiện cực đoan. Cao su EPDM hoặc CR được ổn định tia UV thường được sử dụng cho các thành phần biến áp ngoài trời, trong khi VMQ cấp cao được ưu tiên cho bộ nghịch lưu mặt trời tại khu vực Tây Nam Hoa Kỳ.

· Ấn Độ: Nhiệt độ môi trường cao, mưa mùa gió mùa và ô nhiễm. Máy biến áp và máy phát điện yêu cầu các gioăng có khả năng chống lão hóa do ozone và nhiệt mạnh mẽ. Cao su cloropren (CR) và cao su nitrile (NBR) được pha chế đặc biệt là hai loại vật liệu được sử dụng rộng rãi.

· Philippines: Khí hậu biển nhiệt đới với độ ẩm cao, hơi muối và bão nhiệt đới. Khả năng chống ăn mòn là yếu tố quan trọng hàng đầu. Gioăng cao su cloropren (CR) được ưa chuộng cho thiết bị điện ngoài trời, và phụ kiện bằng thép không gỉ thường được kết hợp cùng gioăng đàn hồi để ngăn ngừa hiện tượng ăn mòn điện hóa.

Do đó, chiến lược làm kín đối với tài sản điện lực là một cách tiếp cận dựa trên vòng đời, ưu tiên các vật liệu đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong nhiều thập kỷ với mức can thiệp bảo trì tối thiểu, nhằm bảo vệ thiết bị trị giá hàng triệu đô la khỏi những tác động âm thầm của môi trường.