WHITEPAPER: Inexactitudes en la cantidad de SF6 en los datos de placa de los equipos y su impacto en los reportes de gases de efecto invernadero

Dado que los informes de emisiones ahora son obligatorios para muchos usuarios de SF₆, los informes de discrepancias en las placas de identificación se han vuelto bastante comunes. Este documento identificará los diferentes tipos de emisiones, discutirá las posibles razones de algunas de las inexactitudes, así como la dificultad que enfrentan tanto los usuarios de SF₆ como las agencias reguladoras al tratar de recopilar datos precisos. También se discutirá un método simple para determinar la cantidad exacta de SF₆ en un recipiente en un momento dado.

La obligación de reportar emisiones de gases de efecto invernadero se aplica a los usuarios (40 CFR Part 98 subparte DD) de equipos aislados en SF₆ desde media hasta alta tensión y a los fabricantes de equipos OEM (subparte SS). La agenda de protección ambiental de EE.UU. (EPA, por sus siglas en inglés) requiere que los usuarios de equipos aislados en SF₆ cuya sumatoria de las cantidades indicadas en la placa sean de al menos 17.820 lb deben reportar anualmente sus emisiones. Algunos estados, principalmente California a través de la Junta de Recursos del Aire (CARB, por sus siglas en inglés) han promulgado regulaciones sobre la obligación de generar informes. Con el incremento de diferentes agendas que tienen que rastrear y monitorear las emisiones de SF₆, esto ha hecho que los informes de las discrepancias de los valores de las placas de datos se llamen «Emisiones Fantasmas».

La Ecuación de Balance de Masa usada para determinar tasas de fugas (Ec. DD-1) es la siguiente:

Emisiones del Usuario = (Disminución del Inventario de Almacenamiento) + (Adquisiciones) - (Desembolsos) - (Incremento Neto en la Capacidad Total de los Datos de Placa de los Equipos Operados)

El último componente de la ecuación es determinado también mediante la indicación de la cantidad en la placa de datos de los equipos nuevos incluyendo celdas herméticamente selladas y restando el valor de la cantidad contenida en equipo retirado de servicio. La capacidad de la placa de datos se refiere al llenado y carga apropiada de un equipo, en libras o kilos de SF₆, en lugar de la carga actual, la cual, entre otros aspectos que se describirán, reflejan fugas.

Usando la ecuación mencionada anteriormente, se puede determinar fácilmente si la cantidad de equipo retirado es subestimada (por ejemplo, si el valor real es 300 lb, pero la indicación en la placa es 280 lb), eso lleva a mostrar una emisión negativa de SF₆ y consecuentemente la tasa de emisión será subestimada. Si la capacidad del equipo retirado es sobreestimada (por ejemplo, si el valor real es 280 lb, pero la indicación en la placa es 300 lb), esto conduce a una «Emisión Fantasma» de 20 lb, que significa que el usuario tendría que reportar una pérdida de 20 lb que nunca ocurrió.

Hasta la fecha, datos precisos no están disponibles, sin embargo, evidencias anecdóticas sugieren que siendo éste un problema mayor con algunas empresas eléctricas que reportan un «gran porcentaje» de inexactitud en los datos de placa de sus equipos aislados en gas. No es sorprendente que las capacidades indicadas en la placa sean sobreestimadas por lejos y excedan aquellas que han sido subestimadas y después sean generalmente usadas para simplemente compensar las fugas de SF₆.

Numerosas razones y eventos pueden ser la causa de que la cantidad real de SF₆ difiera de la capacidad indicada en la placa de datos. Generalmente se puede dividir en las siguientes categorías:

Manejo y Mantenimiento:

En teoría, se debe determinar fácilmente la cantidad de SF₆ recuperada de un equipo aislado en gas, la cual es menor del valor mostrado en la placa de datos especialmente cuando ha sido reconocido por tener fugas. Desafortunadamente, especialmente con un volumen grande o un equipo que ha tenido fugas lentas se hace extremadamente difícil determinar que el equipo está perdiendo SF₆ debido a una fuga. Un compartimento de gran volumen (comúnmente en interruptores de alta tensión), se necesita una emisión en exceso de 30 lb antes de que haya cualquier cambio en el manómetro de presión para que pueda ser detectado.

Las instrucciones de operación para un equipo aislado en gas usualmente contienen una curva que relaciona temperatura y presión (ver figura 1) que se utiliza para determinar la presión de operación a una temperatura determinada. Esta información es utilizada por el personal para ajustar la presión del regulador de llenado. Para que el equipo aislado en gas sea llenado con la correcta cantidad de SF₆, cualquier medida de temperatura y presión debe ser extremadamente precisa, debido a la alta densidad del SF₆, cualquier desviación de la lectura de presión o temperatura lleva a una discrepancia en la cantidad de SF₆ que está siendo llenado en el compartimento.

Las inexactitudes tanto en el manómetro indicador de presión como en el termómetro son bastante comunes, especialmente en equipos antiguos o en medidores de bajo costo. Algunos fabricantes de equipos instalan manómetros de presión con compensación de temperatura, lo cual no provee una medición real de la presión. Cuando la aguja se desplaza de la parte roja a la sección verde, se confirma que la presión de gases suficiente. Este tipo de manómetro no conduce a una medición precisa de la cantidad de SF₆.

Una evidencia sugiere que una buena porción de las emisiones fantasmas que se reportan son de hecho debidas a que los sistemas de recuperación no son capaces de alcanzar una presión de vaciado aceptable, muchas veces el personal de campo no entiende cual es la presión residual o la combinación de las dos. El porcentaje de que se recupera de SF6 un equipo aislado en gas puede ser fácilmente calculado mediante esta fórmula:

P_i = Presión Inicial del Sistema expresada en mmHg absolutos
P_F = Presión Final del Sistema expresada en mmHg absolutos

Usando la formula arriba mencionada, se puede determinar fácilmente la cantidad de SF₆ que está siendo recuperada del Equipo aislado en gas, si el proceso de recuperación termina antes de alcanzar un vado solido que se genera en el equipo. Gracias a las mejoras en la tecnología de recuperación, se puede recuperar un porcentaje mayor al 99,9% de SF₆ en cualquier compartimento, esto es técnicamente posible. Es por esto que sea importantísimo que el personal que opera el equipo entienda cómo la presión residual afecta la tasa de recuperación.

Los equipos aislados en gas son generalmente llenados desde cilindros con gas comprimido con un sistema de llenado (regulador + manómetro de entrada + manómetro de salida y manguera) o también mediante el uso del sistema de recuperación de gas SF₆. Cualquier inexactitud en este tipo de equipo va a tener impacto negativo a lo indicado en el numeral III.B.

Cuando se determina la temperatura real para el llenado de un equipo aislado en gas, generalmente se asume que la temperatura ambiente y del SF₆ son idénticas, lo cual en la realidad es raro el caso. Debido a la alta densidad, una de las propiedades del SF₆ es que genera una tremenda perdida de calor mientras se vaporiza en un cilindro de almacenamiento. El resultado es que la temperatura del SF₆ está siendo sustancialmente más fría que el ambiente cuando se llena directamente desde un cilindro. El otro extremo es cuando el evaporador (comúnmente usado en grandes carros de tratamiento de SF₆) se utiliza durante el proceso de llenado. Los evaporadores generalmente se ajustan de forma automática a un mínimo de 30°C/85°F para agilizar el llenado y asegurar que el SF₆ en estado gaseoso entre al equipo.

Ambos procesos de llenado descritos pueden causar que el gas SF₆ entre a temperatura más alta o más baja que la del ambiente. Mientras que la presión del equipo sea inicialmente correcta, esto puede llevar a una incertidumbre sobre el llenado (por encima o por debajo) de un equipo aislado en gas que no tenga instalados medidores compensados en temperatura.

Las agencias EPA o CARB tienen requerimientos rigurosos para la precisión de la balanza y el intervalo de calibración. Pero incluso una balanza de alta precisión junto con su calibración no puede contabilizar con el SF₆ residual que permanece en las mangueras de conexión, tuberías y sistema de filtrado SF₆ de una vez el gas ha sido removido del equipo aislado.

Para determinar la cantidad de gas comprimido en un cilindro, este debe ser pesado y luego la tara (peso del cilindro vacío) debe ser deducida del valor del peso indicado en la balanza. Algunas instalaciones para prueba de cilindros han reportado valores incorrectos de la tara, esto es bastante común, lo cual sin duda lleva a discrepancias adicionales.

En los últimos seis meses, DILO ha recolectado datos de varias empresas de servicio eléctrico sobre discrepancias en las placas de datos. Adicionalmente, pruebas bajo control realizadas en equipo fuera de servicio han sido realizadas para determinar el impacto de diferentes procedimientos de llenado y recuperación de una cantidad de SF₆ en equipo aislado en gas. Durante toda la prueba se usaron balanzas y medidores de flujo de masa calibrados por NIST así como también manómetros y termómetros de alta precisión para obtener datos confiables de la cantidad de SF₆ que fue añadida o removida. No es sorprendente que estas pruebas simplemente confirmaron lo que muchos usuarios de equipo aislado en SF₆ habían estado reportando: Las cantidades de gas difieren de lo que indica la placa de datos, lo cual parecía normal y no la excepción aun cuando el manejo del SF₆ se realiza en un ambiente controlado.

Mientras que algunas de las placas de datos contienen información imprecisa, posiblemente debido a cambios en el diseño en modelos recientes dejando el valor de la cantidad de gas sin actualizar. La manera de cómo fue llenado originalmente el equipo parece tener el mayor impacto sabre el resultado de las emisiones fantasmas.

Por ejemplo, un equipo aislado en gas SF₆, cuya placa de datos indica que debe ser llenado con 200 lb de SF₆, lo que corresponde a 87 PSIG (6,12 Bar) a 20°C. Si debido a un error humano o inexactitud del manómetro, el equipo se llena con 85 PSIG (5.98 Bar), el equipo solo mantendrá 196 lb de SF₆. Se podría asumir de forma menos detallada que para los registros de mantenimiento, que se ha presentado una emisión fantasma de 4 lb cada vez que el equipo aislado en SF₆ ha sido desgasificado por mantenimiento o para sacarlo de operación.

La fórmula de recuperación indicada anteriormente también se puede utilizar para determinar la cantidad exacta de SF₆ contenido en cualquier equipo aislado en gas a cualquier momento. Para calcular correctamente la masa de SF₆, solo una pequeña cantidad de gas debe ser retirada del equipo. Sin embargo, es extremadamente importante que la presión inicial como la presión final sea medida con un manómetro de alta precisión.

Para eliminar inexactitudes (tara del cilindro, residuos de SF₆ en las mangueras de servicio, etc.) solo medidores de flujo de masa de ben ser usados para medir la masa del SF₆ removido. Como la formula es estrictamente dependiente sobre la correlación entre presiones y masa, ambas de las cuales deben ser medidas con precisión, !a temperatura a la cual se realiza la prueba es irrelevante.

Solo tres variables son necesarias para determinar la cantidad exacta de SF₆ en un compartimento:

a) Presión inicial del sistema / P_i
b) Presión final del sistema / P_F
c) Cantidad de SF₆ recuperado

Por ejemplo, un interruptor de alto voltaje esta actualmente presurizado a 87 PSIG (6 Bar). Se toma una muestra de 5lbs, lo que lleva la presión del sistema a 82 PSIG (5,65 Bar).

En primer lugar, las mediciones de presión en PSIG (Bar) se deben convertir a mmHg absolutos:

Luego, calculando el porcentaje recuperado:

Finalmente, la cantidad total de SF₆ puede ser calculada:

Haciendo uso del equipo apropiado, el tiempo para realizar este proceso no excedería de 30 minutos por cada equipo aislado en gas (por ejemplo: interruptor de 500kV); substancialmente menor cuando se trabaja con equipos de menor volumen (por ejemplo: interruptor de 242kV, o interruptores de menor tensión). Todos los usuarios de equipos en SF₆ que requieran reportar sus emisiones deben con cierta regularidad realizar este tipo de verificación en sus equipos cuando se hayan reportado inexactitudes en los datos de la placa y si es necesario usar este método para corregir la información en la cual está basada el inventario.

Es aparente que las discrepancias entre la cantidad de SF 6 recuperado de un equipo aislado en gas puedan resultar de un numero de eventos y fallas, en adición a la posibilidad que la placa de datos sea correcta o incorrecta. Generalmente hay muchas variables y fallas potenciales, cualquiera causadas por problemas del equipo o error humano para esperar potenciales diferencias entre los valores indicados en la placa y la cantidad real de SF6 que pueda ser recuperada.

Las empresas que tengan el requerimiento de reportar sus emisiones de SF6 deben tener un método para contabilizar y corregir las discrepancias cuando tengan que proveer a las autoridades su reporte anual de emisiones. Esto será especialmente deseable cuando ha:-;a que desgasificar equipo antiguo que fue usado para determinar su inventario inicial Siguiendo el procedimiento mencionado en el numeral IV, se haría de una forma fácil y precisa. La puesta en servicio de equipos nuevas (o llenado después de un mantenimiento) requiere medidas exactas usando solamente equipo calibrado adecuadamente lo cual conduce a una mejor precisión en futuras mediciones. Teniendo solo personal entrenado en el manejo de se de ben reducir los problemas en los reportes e inconsistencias y se asegura que el usuario reporte las tasas de emisión de acuerdo con las leyes vigentes en su localidad.