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SF6 – El Gas Alternativo

SF6 – El Gas Alternativo

SF6 – El Gas Alternativo

Por DANIELLE WHITE y LINA ENCINIAS, DILO Company, Inc.

Con los crecientes desafíos de los informes federales y locales y en la reducción de emisiones de SF6, varias alternativas han sido presentadas a la industria como sustituto del gas SF6. A medida que la industria continúa revisando y considerando alternativas, no debemos limitar nuestras soluciones, y la alternativa de recurrir a la reserva existente de gas SF6 ofrece varios beneficios. Sin embargo, ¿qué medidas preventivas deben tomarse para que la industria pueda continuar utilizando este medio aislante de forma segura y en conformidad con las mejores prácticas y estándares?

Figura 1: Comparación de la Rigidez Dieléctrica del SF6 versus el Aire (Air) y el Aceite (Oil)

Descubierto en 1901 por los químicos franceses Henri Moissan y Paul Lebeau, el hexafluoruro de azufre es un gas artificial que tiene mayor rigidez dieléctrica y densidad que el aire (Figura 1). En su forma pura, el SF6 es inerte, no inflamable, no tóxico y es térmicamente estable, y posee incomparables capacidades para extinción de arco. Los más interesante son las habilidades de auto regeneración de la molécula. El gas solo comienza a descomponerse a una temperatura de 380 grados °F; una vez se elimina la fuente de calor, los átomos se regeneran como nuevo. Las propiedades químicas del SF6 lo hacen ideal para su uso dentro de interruptores de potencia y disyuntores.

El uso del SF6 dentro de los interruptores de potencia le ha ofrecido a la industria eléctrica varios beneficios. Los disyuntores de potencia en Aceite (OCBs, por sus siglas en inglés), que fueron populares a principios de los años 1900, requerían de mantenimiento frecuente a medida que el medio se contaminaba fácilmente luego de eventos extinción del arco eléctrico y planteaba así un potencial riesgo de incendio. El aceite es también difícil de reacondicionar. La introducción del hexafluoruro de azufre ofreció una resolución no inflamable para el aislamiento de interruptores. Adicionalmente, el cambio hacia el SF6 cambió el diseño de los disyuntores al permitir una infraestructura más compacta debido a la rigidez dieléctrica del gas. Alrededor del 80 por ciento del SF6 fabricado es utilizado en equipos de alta tensión como interruptores y disyuntores.

Desafortunadamente, las mismas propiedades que hacen del SF6 un gran gas de aislamiento también hacen del SF6 el más potente de todos los gases de efecto invernadero. Una molécula de SF6 puede atrapar 23,900 veces más calor que el dióxido de carbono durante un período de 100 años, y permanece en la atmósfera por miles de años.

ALTERNATIVAS

Algunas alternativas propuestas se quedan cortas frente al SF6 y crearían una enorme carga económica para las empresas de servicios públicos debido a que éstas requerirían un completo reacondicionamiento de sus equipos de conmutación con aislamiento en gas (GIS, por sus siglas en inglés). Por esto argumentamos que la industria tiene un problema de manejo de SF6, no un problema con el SF6.

La industria podría hacer dos cambios para disminuir drásticamente las emisiones de SF6:

  • Hacer uso de SF6 reacondicionado en lugar de importar gas virgen.
  • Asegurarse que personal capacitado y certificado están usando las mejores prácticas de gestión y seguridad de manejo del SF6.

Los Estados Unidos tienen una gran reserva de gas SF6. Desde una perspectiva ambiental, el reacondicionamiento de gas podría disminuir la Huella de Carbono eliminando la necesidad de fabricar nuevo producto. El hexafluoruro de azufre es 100 por ciento reciclable, y no hay diferencia química entre gas SF6 virgen y gas SF6 reacondicionado certificado. Cualquier contaminante que ocurra debido a la intrusión de aire, humedad o por la generación de subproductos durante la extinción del arco se pueden eliminar con el proceso adecuado.

REACONDICIONAMIENTO

Cilindros Llenos de Gas SF6 Reacondicionado

El proceso de reacondicionamiento de SF6 asegura un suministro fácilmente disponible y elimina la necesidad de importar producto virgen (el proceso de manufactura para SF6 es una fuente conocida de emisiones). Un número limitado de proveedores norteamericanos puede reacondicionar gas SF6 cumpliendo con los estándares establecidos por el CIGRE, IEEE, ASTM e IEC mientras se garantiza cero emisiones de SF6. El proceso requiere de procedimientos de manejo específicos para asegurar cero emisiones de gas SF6, y el total de las propiedades del gas deben ser respetadas. Cuando el proceso se sigue correctamente, los estándares del CIGRE, IEEE, ASTME e IEC pueden ser fácilmente superados. Un separador de gas SF6, que utiliza un proceso criogénico de tres etapas para eliminar los gases no reactivos, puede reacondicionar gas SF6 a un 99.99 por ciento de pureza garantizada y menos de 40 ppm de humedad.

Una planta de separación de SF6 usa un proceso criogénico para reacondicionar gas SF6 contaminado a >99.99 % de pureza

El proceso de reacondicionamiento incluye aumentar la presión de almacenamiento del gas para permitir el inicio de la licuefacción de gas SF6 seguido por la reducción de la temperatura utilizando de dos a tres cambios de temperatura por debajo de -40 grados °C. Esto ayuda aún más a la licuefacción del gas SF6, separando así otros vapores como N2, O2 y CF4. Al comienzo del proceso de reacondicionamiento, el gas SF6 contaminado debe ser procesado a través de un sistema de pre filtrado que asegura que el aceite, la humedad, y los subproductos de gas SF6 son capturados y removidos del gas. Este proceso es similar al proceso final en la producción de gas SF6 virgen.

ENTRENAMIENTO

Entrenamiento en Seguridad y Manejo de SF6

Si bien la capacidad de reciclaje de las existencias de gas SF6 para las empresas de servicios públicos y usuarios industriales es beneficiosa para el medio ambiente, la composición del gas sigue siendo la misma. Los manejadores todavía requieren utilizar el SF6 en un ciclo cerrado para evitar emisiones mientras se realizan labores de mantenimiento en interruptores de potencia y disyuntores. Incluso después de reciclar, el potencial de calentamiento global (GWP, por sus siglas en inglés) y la larga vida útil atmosférica (3.200 años) del SF6 sigue siendo la misma. Sin embargo, la fuerza dieléctrica, la estabilidad térmica, y capacidades de auto regeneración del gas también permanecen. Elegir reutilizar el gas es sólo un paso en la dirección correcta. En definitiva, la única forma en que las empresas pueden asegurarse de que su elección es beneficiosa para el medio ambiente es garantizar que el personal de campo esté adecuadamente versado en los métodos para el manejo de SF6.

El entrenamiento de campo apropiado es esencial para salvaguardar una organización de fugar involuntariamente SF6 a la atmósfera. De acuerdo con la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América (EPA, por sus siglas en inglés):

el entrenamiento crea conciencia del impacto por las emisiones, impacto al medio ambiente, e impacto a la salud, por el SF6 y sus subproductos, así como de potenciales opciones para la reducción de estos, pero el entrenamiento también permite a los empleados seguir los procedimientos y protocolos adecuadamente«.

Métodos básicos para prevenir emisiones durante el proceso de mantenimiento de un interruptor incluyen:

  • Recuperación. Al recuperar SF6 utilizando un carro de servicio, es imperativo llegar al menor nivel de vacío o presión de corte (blank-off pressure) posible. En general, reduciendo la cantidad de gas en un interruptor a solo la presión atmosférica deja un alarmante 20 por ciento de gas residual dentro del compartimiento. Iniciar mantenimiento adicional mientras que el gas residual está todavía presente puede causar una emisión.
  • Llenado. Consulte el manual del fabricante o placa de identificación para información sobre la capacidad precisa de SF6. El sobrellenado accidental de un compartimiento aislado en gas (GIE, por sus siglas en inglés) podría resultar en una emisión de SF6 al activar una válvula de alivio de presión. El seguimiento del peso del gas al documentar los movimientos de SF6 y utilizando una escala de peso de los cilindros puede ayudar en prevenir tanto emisiones positivas como negativas. La Ecuación de Balance de Masa es utilizado para determinar las tasas de fuga:
Emisiones del Usuario = (Disminución en Inventario de Almacenamiento) + (Adquisiciones) - (Desembolsos) - (Aumento Neto en la Capacidad Total de la Placa de Identificación del Equipo Operado)

Usando la ecuación anterior, se podrá fácilmente determinar que subestimar la capacidad de los equipos en retiro (por ejemplo, si el valor verdadero es 300 lbs., pero la etiqueta de la placa de identificación dice 280 lbs.) conducirá a mostrar una emisión de SF6 negativa, y la tasa de emisión será subsecuentemente subestimada.

  • Pruebas. El análisis de SF6 para determinar la calidad del gas previa al mantenimiento es la práctica habitual. Es importante usar una bolsa de recolección cuando se toman muestras de gas si su equipo de prueba no está equipado con una característica de auto recuperación.
  • Acoples y adaptadores. Asegurarse que los acoples que se utilizan para la conexión al GIE y otros equipos (colectores, analizadores, cilindros, etc.) son probados contra fugas. Abstenerse de usar conexiones roscadas, que son propensas a fugas con el tiempo.

CONCLUSIÓN

Recurrir a la reserva existente de gas SF6 ofrece una solución alternativa amigable con el medio ambiente a importar gas virgen SF6 desde el extranjero. La implementación de SF6 reacondicionado que ha sido tratado adecuadamente para cumplir o superar las normas IEEE / CIGRE ayuda reducir la huella de carbono y elimina las emisiones de SF6 que son el resultado directo del proceso de manufactura. Concientización y medidas preventivas permitirán a la industria continuar usando este medio aislante de forma segura, siempre que los beneficios de la reutilización sean compartidos y entendidos

REFERENCIAS

Lukas Rothlisberger. “SF6 Nameplate Inaccuracies and their Impact on Greenhouse Gas Reporting” Mayo 2014. Disponible en: https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-02/documents/nameplate_issues_final.pdf

United States Environmental Protection Agency. “Overview of SF6 Emissions Sources and Reduction Options in Electric Power Systems” Agosto 2018. Disponible en: https://www.epa.gov/f-gas-partnership-programs/overview-sf6-emissions-sources-and-reduction-options-electric-power


Danielle White es Representante de Mercadeo y Gerente de Cuenta de DILO para la región canadiense. Ella está comprometida con la filosofía Cero Emisiones de SF6 de DILO. Danielle es responsable de ayudar a los clientes a establecer un mantenimiento integral de SF6 y planes de gestión a través de capacitaciones en sitio, edición de artículos en el boletín de DILO y otras publicaciones, así como de la coordinación conjunta del Seminario Anual de Gestión de Gas SF6 de DILO.

Lina Encinias, Especialista en Mercadeo de DILO Company, Inc., posee una pasión por la sustentabilidad. Ella ayuda a difundir concientización sobre emisiones de SF6, regulaciones, y problemas de manejo a través de los boletines de DILO, el Seminario Anual de Gestión de Gas SF6, y entrenamientos industriales. Lina se graduó de la Universidad del Sur de Florida con una licenciatura en ciencia ambiental y estudios en las comunicaciones de masas.


Traducido por: TÉCNICA FASE, S.A. – Representantes exclusivos de DILO para la República Bolivariana de Venezuela

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