Control de la densidad del gas de gases aislantes alternativos en instalaciones de conmutación sin SF6
Los gases aislantes alternativos, o gases alternativos para abreviar, están sustituyendo al hexafluoruro de azufre (SF6), que se ha utilizado habitualmente en los equipos de conmutación con aislamiento de gas durante muchos años porque se considera que el SF6 es un gas de elevado efecto invernadero. La gama de productos Trafag para el control de la densidad del gas en aparamenta de alta tensión ofrece total compatibilidad con los gases aislantes alternativos, más respetuosos con el medio ambiente.
La aparamenta aislada con gas se utiliza en redes de alta y media tensión. Aunque las propiedades físicas del SF6, el gas aislante utilizado habitualmente en la actualidad, lo hacen muy adecuado para su uso en aparamenta aislada con gas, también es un gas de elevado efecto invernadero con un Potencial de Calentamiento Global (PCG) de 22.800. El PCG expresa cuánto más contribuye un gas al calentamiento global en comparación con el CO2. En el caso del SF6, esto significa que 1 kilogramo de SF6 contribuye tanto al calentamiento global como 22,8 toneladas de CO2. Por este motivo, el uso de SF6 ya está muy restringido en la actualidad y también se prohibirá en gran medida su uso en equipos de conmutación de alta tensión a partir de 2030 aproximadamente, según el Reglamento sobre gases fluorados de la UE. El SF6 está siendo sustituido cada vez más por gases aislantes alternativos más respetuosos con el medio ambiente.Los gases alternativos pueden dividirse en dos grupos principales: Gases aislantes a base de C4FN como EconiQ o g 3 y mezclas a base de aire (aire técnico) como CleanAir*. Los gases de ambos grupos son más ligeros que el SF6 y tienen una capacidad aislante menor a la misma presión. Por lo tanto, los compartimentos de los conmutadores aislados con gas se llenan con una presión significativamente mayor para conseguir las mismas propiedades aislantes.
¿Cómo se controlan los gases aislantes alternativos en las instalaciones de conmutación?
Al igual que ocurre con el hexafluoruro de azufre, los gases aislantes alternativos también se introducen en el compartimento estanco de la aparamenta con una cantidad de gas adaptada a las propiedades aislantes requeridas. La presión a 20 °C suele utilizarse como referencia. Aunque la cantidad de gas en el compartimento estanco y sellado sigue siendo la misma, la presión cambia significativamente si la temperatura varía, por ejemplo, en el transcurso del día o a lo largo de las estaciones. Por este motivo, para los gases aislantes alternativos se controla la densidad, es decir, la cantidad constante de gas en el volumen, y no la presión. Sin embargo, para obtener las mismas propiedades aislantes, los gases alternativos requieren una presión superior a la del SF6. Su comportamiento térmico, expresado en isócoras (cambio de estado a volumen constante), también difiere del del SF6. Por ello, los densímetros de gas deben diseñarse especialmente para las presiones más elevadas y las propiedades individuales de los gases. Dado que la densidad de los gases alternativos con las mismas propiedades aislantes es masivamente inferior a la del SF6, los sensores electrónicos de densidad de gases también deben estar especialmente diseñados en lo que respecta al rango de medición.
¿Cuáles son las diferencias entre los densímetros para gases alternativos y para SF6?
El probado principio de medición de la cámara de referencia de los densímetros de gas Trafag se utiliza sin cambios para los gases alternativos. Debido a las mayores presiones requeridas para los gases alternativos, el sistema de medición completo se ha cualificado ahora para un rango de medición de hasta 13 bares (presión absoluta). La principal diferencia con los densímetros de gas para SF6 es el llenado de la cámara de referencia. Ésta se llena con una mezcla de gases que representa el gradiente isocórico del gas alternativo, es decir, el gradiente de la línea del mismo volumen específico (es decir, densidad) en el diagrama presión-temperatura. Los puntos de conmutación y la escala de la pantalla se ajustan a los valores efectivos del gas alternativo.
¿En qué se diferencian los sensores de densidad de gas para gases aislantes alternativos de los sensores de densidad de gas para SF6?
Además de ser adecuado para las presiones más elevadas, el sistema de sensores también debe calibrarse para la menor densidad de los gases. El exclusivo principio de medición de los sensores de densidad de gas Trafag, que mide la densidad directamente -sin rodeos a través de la presión y la temperatura-, es adecuado para medir la densidad de todo tipo de gases. Para poder medir con precisión las densidades más bajas, se ha aumentado la resolución de la electrónica de evaluación. A medio plazo, los gases más pesados, como el SF6, también se beneficiarán de la mayor precisión. Para cada mezcla de gases, los parámetros necesarios para la linealización precisa de la señal de salida (y para la conversión a presión a 20°C, en el caso de los sensores digitales RS485 Modbus), deben determinarse una vez por medición. Estos parámetros se cargan en el chip interno durante la fabricación de los sensores de densidad antes del calibrado.
¿Pueden utilizarse las válvulas integradas de prueba, servicio y llenado también con gases aislantes alternativos?
Las válvulas integradas patentadas, directamente en el densímetro de gas, para la comprobación periódica de los puntos de conmutación, para la toma de muestras de gas para el análisis fuera de línea y para el llenado o rellenado del depósito de gas aislante también son aptas para el funcionamiento con gases alternativos. Las válvulas han sido diseñadas para soportar las mayores presiones de los gases aislantes alternativos durante su desarrollo. Los materiales de sellado son adecuados para su uso con los gases alternativos que se utilizan habitualmente en la actualidad. Las tapas de las válvulas integradas en los densímetros de gas Trafag están marcadas con los colores habituales: Verde para los gases aislantes alternativos a base de C4FN, azul para las mezclas de aire y naranja para el SF6.
Los rangos de medición para gases aislantes alternativos se integran perfectamente en la gama Trafag existente y futura de monitores de densidad de gas, sensores de densidad de gas y monitores de densidad de gas híbridos (monitores y sensores de densidad de gas combinados). Esto significa que los nuevos sistemas pueden diseñarse directamente para gases alternativos y que los sistemas existentes pueden reequiparse con gases aislantes sin SF6 como parte de una renovación con un esfuerzo mínimo de adaptación y formación. Utilizando una tecnología probada durante muchos años, los sistemas ecológicos del futuro pueden supervisarse de forma fiable para garantizar un funcionamiento seguro y sin problemas.
* EconiQ es una marca comercial de Hitachi Energy
g3 es una marca comercial de General Electric Company
CleanAir (aire limpio) es un término utilizado por Siemens Energy
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Sobre el autor
Andreas Koch
Head of Marketing and Product Management
Ingeniero Mecánico, EMBA
En Trafag desde 2011
