Gas dieléctrico superior
Una subestación aislada de gas (GIS) utiliza un gas dieléctrico superior, SF6, a presión moderada para fase-fase y aislamiento de fase a tierra. Los conductores de alta tensión, los interruptores del interruptor, los interruptores, los transformadores de corriente y los transformadores de voltaje están en gas SF6 dentro de recintos metálicos conectados a tierra. El aislamiento de aire atmosférico utilizado en una subestación convencional aislada con aire (AIS) requiere metros de aislamiento de aire para hacer lo que el SF6 puede hacer en centímetros.
Por lo tanto, el SIG puede ser menor que el AIS hasta un factor de 10. Un SIG se utiliza principalmente cuando el espacio es caro o no está disponible. En un SIG las partes activas están protegidas del deterioro de la exposición al aire atmosférico, la humedad, la contaminación, etc.
Como resultado, el SIG es más fiable y requiere menos mantenimiento que el AIS.
El SIG se desarrolló por primera vez en varios países entre 1968 y 1972. Después de aproximadamente 5 años de experiencia, la tasa de uso aumentó a cerca del 20% de las nuevas subestaciones en países donde el espacio es limitado. En otros países con espacio fácilmente disponible, el mayor costo de los SIG en relación con el AIS tiene un uso limitado en casos especiales.
Por ejemplo, en Estados Unidos, sólo el 2% de las nuevas subestaciones son SIG. La experiencia internacional con SIG se describe en una serie de trabajos CIGRE (CIGRE, 1992, 1994, 1982).
Los estándares IEEE (IEEE C37.1 122-1993, IEEE Std C37.1 122.1-1993) y IEC (IEC, 1990) cuentan con estándares que cubren todos los aspectos del diseño, prueba y uso de SIG. Para el nuevo usuario, existe una guía de aplicación CIGRE (Katchinski et al., 1998). IEEE tiene una guía de especificaciones para GIS (IEEE Std. C37.123-1996).
SF6
El hexafloruro de azufre es un gas inerte, no tóxico, incoloro, inodoro, insípido y no inflamable que consiste en un átomo de azufre rodeado y estrechamente unido a seis átomos de flúor. Es cinco veces más denso que el aire. SF6 se utiliza en SIG a presiones de 400 a 600 kPa absolutas. La presión se elige de modo que el SF6 no se condense en un líquido a las temperaturas más bajas que experimenta el equipo.
SF6 tiene dos o tres veces la capacidad de aislamiento del aire a la misma presión. SF6 es aproximadamente 100 veces mejor que el aire para interrumpir arcos. Es el medio de interrupción universalmente utilizado para los interruptores automáticos de alta tensión, que sustituye a los medios antiguos de aceite y aire. SF6 se descompone en la alta temperatura de un arco eléctrico, pero el gas descompuesto se recombina de nuevo en SF6 tan bien que no es necesario reponer el SF6 en SIG.
Existen algunos subproductos de descomposición reactiva formados debido a la presencia de humedad, aire y otros contaminantes. Las cantidades formadas son muy pequeñas. Los absorbentes de tamiz molecular dentro del recinto GIS eliminan estos subproductos reactivos.
El SF6 se suministra en botellas de gas de 50 kg en estado líquido a una presión de aproximadamente 6000 kPa para un cómodo almacenamiento y transporte. Los sistemas de manipulación de gas con filtros, compresores y bombas de vacío están disponibles comercialmente. Las mejores prácticas y los aspectos de seguridad del personal de manejo de gas SF6 están cubiertos por las normas internacionales (IEC, 1995).
Humedad
El SF6 en el equipo debe estar suficientemente seco para evitar la condensación de la humedad como un líquido en las superficies de los aisladores sólidos de soporte epoxi porque el agua líquida en la superficie puede causar una ruptura dieléctrica. Sin embargo, si la humedad se condensa como hielo, la tensión de ruptura no se ve afectada. Por lo tanto, los puntos de rocío en el gas en el equipo deben ser inferiores a -10 ° C. Para el margen adicional, los niveles de menos de 1000 ppmv de humedad se especifican generalmente y fácil de obtener con el manejo cuidadoso del gas. Los absorbentes dentro del recinto GIS ayudan a mantener el nivel de humedad en el gas bajo, aunque con el tiempo, la humedad evolucionará de las superficies internas y fuera de los materiales dieléctricos sólidos (IEEE Norma 1125-1993).
Pequeñas partículas conductoras de tamaño mm reducen significativamente la resistencia dieléctrica del gas SF6. Este efecto se hace mayor a medida que la presión se eleva más allá de aproximadamente 600 kPa absolutos ( Cookson y Farish, 1973 ). Las partículas son movidas por el campo eléctrico, posiblemente a las regiones de campo más altas dentro del equipo o depositadas a lo largo de la superficie de los aisladores sólidos de soporte epoxi, dando lugar a una ruptura dieléctrica a niveles de tensión de funcionamiento. Por lo tanto, la limpieza del montaje es muy importante para los SIG.
Afortunadamente, durante las pruebas de alta tensión de frecuencia industrial y de campo, las partículas contaminantes pueden ser detectadas a medida que se mueven y causan pequeñas descargas eléctricas (descargas parciales) y señales acústicas, de modo que pueden ser removidas abriendo el equipo. Algunos equipos de SIG se proporcionan con «trampas de partículas» internas que capturan las partículas antes de que se muevan a un lugar donde podrían causar avería. La mayoría de los ensambles GIS son de una forma que proporciona algunas regiones «naturales» de campo eléctrico bajo donde las partículas pueden descansar sin causar problemas.
Calentamiento global
El SF6 es un fuerte gas de efecto invernadero que podría contribuir al calentamiento global. En una conferencia internacional celebrada en Kioto en 1997, el SF6 figuraba entre los seis gases de efecto invernadero cuyas emisiones debían reducirse. El SF6 es un contribuyente muy pequeño a la cantidad total de gases de efecto invernadero debido a la actividad humana, pero tiene una vida muy larga en la atmósfera (la vida media se estima en 3200 años), por lo que el efecto del SF6 liberado a la atmósfera es efectivamente Acumulativo y permanente.
El uso principal de SF6 está en equipo eléctrico de la energía.
Afortunadamente, en SIG el SF6 está contenido y puede ser reciclado. Siguiendo las pautas internacionales actuales para el uso del SF6 en equipos eléctricos ( Mauthe et al., 1997 ), la contribución del SF6 al calentamiento global puede mantenerse a menos del 0,1% en un horizonte de 100 años.
La tasa de emisión de uso en equipos eléctricos se ha reducido en los últimos tres años. La mayor parte de este efecto se ha debido simplemente a la adopción de mejores prácticas de manipulación y reciclaje. Las normas ahora exigen que el SIG escape menos del 1% por año. La tasa de fugas es normalmente mucho menor. Los controles de campo de los SIG en servicio durante muchos años indican que el objetivo de la tasa de fugas puede ser tan bajo como 0.1% al año cuando se revisan las normas SIG.
Fuente: electrical-engineering-portal.com
