Pruebas de calidad de gas SF6 en equipos de alta tensión

Los usuarios de corriente eléctrico esperan una disponibilidad de 100% en cualquier momento. Para cumplir estas expectativas no debe fallar ningún elemento en la cadena de suministro de la red de alta tensión con sus subestaciones para la distribución de energía eléctrica.  Los sistemas de media y alta tensión  están equipadas con celdas llenados con gas  SF₆ (hexafluoruro de azufre) debido a sus excelentes características como aislante. Un indicador esencial para el buen funcionamiento de instalaciones de gas  SF₆ es no solo la densidad del gas SF₆ sin también su calidad.El gas debe tener un elevado grado de pureza con un mínimo de humedad. Un diagnóstico temprano de la calidad de gas  SF₆ permite un mantenimiento más efectivo y por lo tanto un ahorro considerable.

¿Qué es el gas SF₆ ?
El gas SF6 se aplica desde hace más de 60 años en numerosas aplicaciones de transmisión y distribución de electricidad en instalaciones de media  y alta  tensión (> 1kV) debido a sus excelentes características para funcionalidades de “conmutación y aislamiento” y sus propiedades de extinción de arco. Es un gas inerte, no inflamable y no toxico.

Sin embargo se debe evitar cualquier escape a la atmósfera por su elevado potencial sobre el efecto invernadero y se lo menciona expresamente en el protocolo de Kyoto del año 1997. Para limitar sus emisiones y para establecer un marco legal de su tratamiento entró en vigor el reglamento  842/2006 EU sobre gases fluorados de efecto invernadero.

Analizador gas SF6 modelo GA11 de WIKA

Estrategias de mantenimiento en subestaciones eléctricas
Los usuarios y fabricantes de subestaciones eléctricas buscan constantemente métodos y procedimientos para optimizar el mantenimiento bajo las premisas de seguridad y productividad. Las posibles estrategias están nombradas en tabla 1. La práctica habitual es la gestión basada en intervalos fijos  (Time based management) con una planificación prestablecida. Este procedimiento provoca  costes elevados ya que en numerosos casos se realizan trabajos de mantenimiento innecesarios en instalaciones que funcionan con toda normalidad. 

La estrategia opuesta,  que consiste en realizar los trabajos de mantenimiento en caso de averías es  muy arriesgada ya que se reduce el riesgo operativo y en caso de corrección puede resultar muy costosa. El procedimiento óptimo es la versión entremedia que consiste en realizar las tareas de mantenimiento  a tiempo en función del  estado de técnico de la instalación, diagnosticado por herramientas  de comprobación adecuadas. Esta estrategia CBM (Condition Based Maintenance) reduce los riesgos de avería,  alarga la vida útil y mejora la seguridad operativa con el efecto de una reducción sustancial de los costes de ciclo de vida (Life Cycle Cost)

El diagnóstico del estado del gas SF₆
Para diagnosticar la calidad del gas aislante se analizan sobre todo los tres parámetros más determinantes que son  la humedad, la pureza y la concentración de productos de descomposición)  Según una encuesta del comité internacional de redes eléctricas Cigré (Conseil Internacional de Grands Reseaux Électriques) se aplican herramientas de diagnóstico en más de 90% de las instalaciones.  Un 30% de los usuarios detectan  una prevención efectiva de averías en sus instalaciones. La mayoría de los encuestados realizan comprobaciones de gas  SF₆ en un intervalo de 5 a 10 años. Los expertos del Cigré testifican que se pueden determinar siguientes diagnósticos de las comprobaciones de calidad:

• Existencia de descargas parciales
• Desgaste de contacto
• Presencia de “Hot Spots”
• Uso excesivo
• Merma del contacto

GAS SF₆: Condiciones mínimas de uso
Los valores máximos de contaminación de están detallados en el Cigré  SF₆ Recycling guide.  La normativa internacional IEC 60480 [5] a su vez  está basada en estas recomendaciones del Cigré. En la práctica se establecen a menudo valores incluso más estrictos ya que las impurezas en gas SF₆ pueden provocar efectos considerables a largo plazo.

Contaminación SF₆ admisible

Las orígenes de problemas de calidad SF₆
Para un buen funcionamiento hay que prevenir la contaminación del gas con aire o con humedad ya desde el principio al llenar el depósito. 

Por eso el Cigré recomienda una evacuación hasta una presión residual máxima de 3 mbar y en el mejor de los casos hasta 0,1 mbar. 

Otro causante de contaminación es la difusión por fugas o por sellados desgastados.

La formación de productos de descomposición durante el uso de SF₆

Esquema de descomposición de gas SF6

La entrada de energía produce una descomposición en productos reactivos y corrosivos p.ej. SF4 y otras sustancias, tal como está representado en el esquema simplificado. Este proceso se acelera con la presencia de aire y humedad.
 

Herramientas de diagnóstico de gas SF₆ Para realizar la comprobación de la calidad se aplican analizadores específicas de Gas SF₆ como el SF6-Quality-Analyser del modelo GA11 que permite la detección y medición de hasta 7 parámetros y los sensores para pureza y humedad se calibran según la mezcla de gas. 

Para la medición exacta de las concentraciones esperadas de productos de descomposición existen sensores de 0 … 10 ppm hasta 500 ppm. Los resultados se comparan automáticamente con los valores según las directivas para gas SF₆  contaminado o reciclable (CIGRE B3.02.01, IEC o según especificaciones del usuario) y en función del resultado aparece y símbolo o.k. o no o.k.   Los resultados (hasta 500) pueden transmitirse mediante interfaz USB a un puesto de mando o  emitirse en formato pdf o CSV.

Novedad: Tratamiento del gas de prueba
La muestra para el análisis del gas se puede almacenar provisionalmente en el  SF₆ -Quality-Analyser  GA-11 y luego se la devuelve en el depósito de origen. También existe la alternativa de bombear la muestra tras el análisis en un depósito externo o directamente a una bolsa colectora del modelo GA-45.  Se recomienda la funcionalidad de devolver la muestra por bombeo tras finalizar el análisis ya que de este modo se puede prescindir de un tratamiento añadido. Si el usuario opta por no devolver el gas, existe la alternativa de bombear el gas a un depósito externo o realizar la medición directamente desde una bolsa colectora.  

Vídeo: Equipos de servicio SF₆

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Autor: Oliver Rieger, Productmanager Instrumentación de Gas SF6, Wika Alexander Wiegand SE & Co. KG, Klingenberg