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?

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

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.

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

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

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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.

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