Rafael Alvarez

Interruptores de hexafluoruro de azufre SF6

Interruptores de SF6 en MT y AT, cualidades y medio ambiente

El hexafluoruro de azufre es un compuesto inorgánico de fórmula SF6. Es un gas artificial, sintetizado por el hombre y desde 1959 se comenzó a utilizar en la industria eléctrica con la aparición del primer interruptor aislado en SF6 que fabricó Westinghouse.

Molecula

En condiciones normales de presión y temperatura es un gas incoloro, inodoro, no tóxico y no inflamable, con la peculiaridad de ser cinco veces más pesado que el aire, presentando una densidad de 6,13 g/L a una atmósfera de presión. El SF6 presenta geometría molecular octaédrica, consistente en seis átomos de flúor enlazados a un átomo central de azufre. Es una molécula hipervalente que se encuentra en gases no polares. Es un gas muy inerte y poco soluble en agua, aunque sí en solventes orgánicos no polares, reacciona con el litio.

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 Fue descubierto en 1901 por el premio Nobel de química Henri Moissan y por Paul Lebeau, sintetizado a partir de la exposición directa de azufre (S8) y flúor gaseoso (F2) a 300ºc. En la actualidad sigue utilizándose esencialmente el mismo sistema para su fabricación industrial, con el único añadido de posteriores procesos de purificación.

Los interruptores de media tensión, utilizan el gas de hexafluoruro de azufre (SF6) como medio de extinción del arco eléctrico y también como medio aislante.

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La interrupción en gas SF6 se efectúa sin cortes del arco ni generación de sobretensiones. Estas características garantizan una larga vida eléctrica del interruptor automático y limitan los esfuerzos dinámico, dieléctrico y térmico en la instalación. Los polos del interruptor, que constituyen la parte interruptiva, son sistemas de presión sellados por vida (normas IEC62271-100 y CEI 17-1) y no precisan mantenimiento.

 El mando mecánico, es de acumulación de energía con disparo libre y permite maniobras de apertura y cierre independientes del operador.

El mando y los polos están fijados a una estructura metálica, la cual también sirve de soporte al movimiento cinético de accionamiento de los contactos móviles. Los interruptores automáticos en versión extraíble están fijados sobre un carro que permite su inserción y extracción en un cuadro o contenedor.

Es un gas de elevada constante dieléctrica (muy aislante), por lo que se usa habitualmente como aislante en los sistemas de distribución de electricidad, especialmente en sistemas de media y alta tensión. También se aplica en algunos procesos industriales siderúrgicos y en cirugía ocular. A elevadas temperaturas (más de 204 °C), se descompone en sustancias tóxicas, como ácido fluorhídrico, dióxido de azufre y distintos sulfatos.

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Sus propiedades físicas como su capacidad calórica y su lenta degradación (vida media de 3.200 años) lo convierten en uno de los gases de efecto invernadero de mayor preocupación. 1 kg de SF6 equivale a 23,4 toneladas de CO2 en términos de efecto invernadero (GWP) o lo que sería equivalente a que un automóvil promedio circulara 120.000 km. Es por ello que se debe tener máximo cuidado en la manipulación de este gas así como considerar siempre su re-utilización. Si bien su contribución al calentamiento global se ha estimado inferior al 0,2% actualmente, esto se debe a que la mayoría del SF6 producido se encuentra en servicio dentro de los equipos.

Desde el punto de vista regulatorio, las normas IEC 60376 e IEC 60480 establecen los criterios de aceptación de un gas nuevo y de uno reutilizable respectivamente, así como los procedimientos de medición y rangos de aceptación. Los principales parámetros a controlar son la humedad o contenido de H2O (dewpoint), la concentración o porcentaje en volumen y la concentración de algunos tipos de contaminantes específicos como el ácido fluorhídrico (HF) y el dióxido de azufre (SO2). Asimismo, CIGRE publicó en 2003 una guía de reutilización del SF6, que establece las principales consideraciones para la reutilización de este gas y es la pauta seguida actualmente por toda la industria.

 La regla de oro de la reutilización es siempre medir la calidad del SF6 antes de realizar cualquier tipo de manipulación, ya sea para rellenar un equipo como para extraer el gas de un equipo en servicio. Asimismo, los procesos de manipulación deben ser realizados con los equipos e instrumentos apropiados, diseñados para tal efecto y utilizados por personal calificado. En Europa, dado los compromisos adquiridos con el protocolo de Kyoto por dichos países, se exige desde el año 2009 que toda manipulación sea reportada y realizada por personal certificado.

Emisiones SF6

Uno de los principales problemas es la contaminación del SF6 durante su manipulación. Los compresores deben estar libres de aceite y los conectores y acoplamientos deben soportar vacío y asegurar la estanqueidad en todo momento. El SF6 se almacena y transporta en cilindros en estado líquido.

El SF6 también puede contaminarse en equipos en servicio. La humedad penetra al interior de los equipos a contraflujo por diferencia de presiones parciales, y se recombina con el SF6, produciendo contaminantes como el ácido fluorhídrico (HF) y el dióxido de azufre (SO2), los cuales atacan los contactos del interruptor y son el inicio de un fallo potencial. Por ello, se recomienda medir con cierta frecuencia la calidad de gas en equipos en servicio.

El SF6 contaminado generalmente puede ser tratado in situ para alcanzar los umbrales de reutilización. Existen en la industria filtros para la absorción de la humedad y filtros moleculares para la absorción de los productos de descomposición basados en alúmina activada (Al2O3) la cual reacciona con los contaminantes y es capaz de limpiar el gas.

Inael, ABB
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