SUBESTACIONES ENCAPSULADAS EN SF6
TABLA DE CONTENIDO
1. OBJETIVOS 2. INTRODUCCION 3. SUBESTACIONES ENCAPSULADAS GIS 3.1. Encapsulada Encapsulada GIS (SF6) 4. SF6 (HEXAFLORURO DE AZUFRE) 4.1. CARACTERÍSTICAS DEL GAS SF6 4.1.1.Composición 4.1.2.Propiedades químicas 4.1.3.Propiedades físicas 4.1.4.Propiedades térmicas 4.1.5.Propiedades eléctricas 5. SUBESTACION ENCAPSULADA EN SF6 5.1. Construcción y configuración de las subestaciones 5.2. Ventajas de una Subestación Encapsulada en Gas SF6 6. EJEMPLOS DE SUBESTACION ENCAPSULADA EN SF6 6.1. Mantenimiento de subestaciones sp6 7. CONCLUCIONES
1. OBJETIVOS • Conocer que es el gas sf6 • Observar las características del gas sf6 • Conocer la importancia de una subestación encapsulada • Verificar el funcionamiento de este tipo de subestaciones
2. INTRODUCCION En las grandes ciudades densamente pobladas y países en constante crecimiento, cada día es más grande la demanda de energía eléctrica y sistemas de alta tensión, lo que hace imprescindible la instalación de subestaciones eléctrica adecuadas para esas tensiones. Este proceso de transmisión y distribución de la energía eléctrica depende de los equipos y elementos que conforman las subestaciones, en las cuales hace muchos años se ha utilizado el aire y el aceite como medios aislantes. Sin embargo los avances tecnológicos y las normas mundiales exigen hoy en día la inminente necesidad de reducir costos en materia de mantenimiento y dimensiones por los espacios cada vez más escasos. Es aquí cuando cobran un papel muy importante las subestaciones encapsuladas en gas o GIS ya que por requerir espacios reducidos para su funcionamiento ofrecen la solución ideal. A lo largo del tiempo, de la necesidad ha surgido la creatividad y ha obligado a los fabricantes de subestaciones a desarrollar alternativas que permitan satisfacer estas y otras necesidades necesidades sin dar marcha atrás en el extenso y creciente mercado energético, prioridad en cualquier parte del planeta. 3. SUBESTACIONES ENCAPSULADAS GIS En el año de 1936 surge la tecnología GIS (Gas Insulated Switchgear) o Dispositivo de Distribución Aislado en Gas. Esta subestación tenía la particularidad de ser modular y compacta a diferencia de sus antecesoras (aisladas en aire o aceite y montadas en exteriores ocupando grandes áreas). Este nuevo tipo de instalación podía estar completamente instalada y montada en interiores ya que las dimensiones de la misma se reducían considerablemente considerablemente tanto en área como en volumen.
Entre 1960 y 1970, aparecen las primeras GIS de alta tensión y en 1966 se instala en P lessis-Gassot, Francia, un prototipo experimental de 245 kV.
La evolución de las GIS reconoce diferentes períodos caracterizados por: • El apogeo de la técnica empleada para el corte del arco en los interruptores de alta tensión que utilizan el
gas SF6.
• El intenso desarrollo tecnológico alcanzado para los medios de cálculo y la utilización de modelos de
diseño y por la técnica de corte basada en la expansión térmica y ayuda a la apertura que han llevado a conseguir dimensiones dieléctricas dieléctricas más pequeñas, al mismo tiempo que se alcanzó mayor confiabilidad de estos equipos.
• Estaban conformadas por tubos que contenían en su interior las barras conductoras; las c uales estaban
inmersas en gas a presión.
• El primer gas que se utilizó fue e l freón. Sin embargo con el protocolo de Montreal (un tratado
internacional para proteger la capa de ozono), se suspendió el uso de este tipo de gas porque era un CFC (Clorofluorocarbonato, compuestos compuestos gaseosos dañan la capa de ozono). En la actualidad usan el gas SF6 (Hexafluoruro de Azufre). El SF6, si bien es un gas causante de efecto invernadero, dada su gran densidad no asciende a las capas altas de la atmósfera y si a eso le agregamos su escasa presencia en la atmósfera, su contribución al calentamiento global es mínima. Así se llega a las GIS moderna, de muy reducidas dimensiones, de alta confiabilidad, con materiales de alto rendimiento y durabilidad, que requieren bajo mantenimiento y además son más amigables con el medio ambiente, lo que permite pronosticar un uso cada vez más intenso de esta tecnología a nivel mundial.
3.1. Encapsulada GIS (SF6)
Una subestación GIS está construida de elementos cilíndricos (tubos presurizados) dentro de los cuales se encuentra gas SF6. Dentro de estos cilindros, además del gas, se encuentra el conductor eléctrico, que normalmente es una barra de cobre bañada en plata.
Dentro de la GIS también se encuentran los principales elementos de una subestación convencional convencional (a excepción de los transformadores de potencia), tales como los interruptores, seccionadores, barras y transformadores de medición y protección.
Por lo tanto, la característica externas más visible entre una subestación normal y una GIS radica en que esta última no está instalada en intemperie (aunque también se puede montar en exteriores) por el
contrario se encuentra en los cilindros aislados en SF6 dando la apariencia de formar una compleja red de tubería hídrica, pero con dimensiones mucho más pequeñas que las que ocuparía una subestación convencional aislada en aire.
4. SF6 (HEXAFLORURO (HEXAFLORURO DE AZUFRE)
El Hexafloruro de Azufre o SF6, fue descubierto por el químico francés H. Moissan, es un gas artificial utilizado ampliamente en los equipos eléctricos de alta tensión. Es incoloro, inodoro, no combustible y químicamente muy estable por lo que a temperatura ambiente no reacciona con ninguna otra sustancia. Su gran estabilidad se basa en el arreglo simétrico perfecto de sus seis átomos de Flúor en torno a su átomo de Azufre central. Al final del uso de vida del equipo, el gas puede ser recobrado, reciclado y vuelto a usar.
El SF6 también es ampliamente usado en tecnología médica, por ejemplo como agente contraste en examinaciones ultrasónicas, asimismo como oftalmológicas, neumonológicas y enfermedades de oído, entre otras. Tratamiento de pérdida de escucha en infecciones del centro del oído.
Es esta estabilidad precisamente lo que vuelve a este gas muy útil en la industria. El SF6 es un excelente aislante eléctrico y puede apagar un arco eléctrico en forma efectiva. Esto lo ha hecho muy popular y por lo tanto pueden encontrarse hoy en día miles de equipos eléctricos alrededor de mundo en media y alta tensión que lo utilizan.
El SF6 en su forma pura no es tóxico ni tampoco tam poco peligroso al ser inhalado, sin embargo dado que es casi seis veces más pesado que el aire, en ambientes cerrados desplaza al oxígeno existiendo en consecuencia riesgo de sofocación para las personas.
El SF6 es utilizado como gas g as aislante en subestaciones encapsuladas GIS, como aislante y medio de enfriamiento en transformadores de poder y como aislante y medio de extinción en interruptores de alta y media tensión. Todas estas aplicaciones son sistemas cerrados, muy seguros e idealmente sin posibilidades de filtraciones.
4.1. CARACTERÍSTICAS DEL GAS SF6
4.1.1. Composición La molécula SF6 está compuesta por un átomo de azufre y seis átomos de flúor, tomando una disposición completamente completamente simétrica. El átomo de azufre está colocado en el centro de un octaedro
regular, cuyos vértices están formados por los seis átomos de flúor, quedando así ocupados los seis electrones de valencia del átomo de azufre.
4.1.2. Propiedades químicas Por su composición molecular el SF6 es químicamente inerte y tiene una gran estabilidad, no es inflamable, no es toxico, es incoloro e inodoro. No es perjudicial para la salud y puede ser inhalado sin peligro, siempre y cuando su concentración en el aire no sea excesiva.
Es un gas electronegativo debido a que cada átomo de flúor le falta un electrón para completar la órbita exterior, presentando así una gran atracción sobre los electrones que pasan por su zona de influencia, los cuales al ser capturados forman iones negativos SF6 y SF5.
El gas SF6 tiene un comportamiento similar al de los gases nobles.
No está sujeto al envejecimiento pero generalmente contiene oxigeno que oxida los contactos.
La miscibilidad con el aire es muy lenta, lo cual facilita su manipulación.
La difusión por las porosidades de los recipientes y sus junturas es muy lenta. Esto facilita su almacenamiento y su conservación.
No reacciona con el agua, lo cual lo hace muy apto para ser utilizado en zonas de constante humedad y en general no ataca ningún dispositivo eléctrico del que tome parte.
Tiene algunas desventajas tales como: al ser sometido a descargas eléctricas ataca los componentes eléctricos que se encuentran en contacto tales como porcelana, esteárica, cobre, estaño, hierro y tungsteno.
4.1.3. Propiedades físicas
• Peso molecular
146.6 u.m.a
• Solubilidad
I. En agua
0.001 ml/ml de agua
II. En aceite
0.297 ml/ml de aceite
• Temperatura critica
45 – 600 C
• Presión critica
38.193 Atm
• Densidad critica
0.725 g/ml
• Volumen critico molar
201 ml
4.1.4 Propiedades térmicas
• Es estable hasta una temperatura de 41 10C
• A la temperatura de 18270C la disociación térmica es muy rápida.
• Bajo la acción de dos cargas e léctricas y altas temperaturas (mayores de 27000C) el gas se descompone en
fluoruros inferiores.
• El calor de formación en estado gaseoso es 2 62 Kcal/g.mol.
• Calor de fusión 1201 cal/g.mol.
4.1.5. Propiedades eléctricas
El SF6 tiene excelentes propiedades aislantes principalmente debidas a que la molécula de SF6 es electronegativa y tiene afinidad para atrapar electrones libres.
5. SUBESTACION ENCAPSULADA EN SF6
5.1. Construcción y configuración de las subestaciones
En una subestación convencional, los elementos que la conforman se agrupan en tres zonas bien diferenciadas:
• Patio de conexiones: donde se localizan los barrajes, inter ruptores, seccionadores, cuchillas de puesta a
tierra, aparatos de medición, descargadores de sobretensión, etc.
• Patio de transformadores: se localizan allí los transformadores de potencia con sus descargadores y
accesorios.
• Casa de control: allí se disponen los tableros de servicios auxiliares, tableros y equipos de
comunicaciones, comunicaciones, etc.
La configuración se refiere a los barrajes y a los elementos asociados con ellos, cuya disposición y numero depende de la importancia de la subestación dentro del sistema de potencia.
Las más comunes son:
• Barraje sencillo
• Barraje principal y transferencia tr ansferencia
• Barraje principal y reserva
• Barraje en malla
• Barraje en anillo
• Interruptor y medio
• Doble interruptor
En las subestaciones en SF6 los módulos que la componen están agrupados en tres secciones:
• Equipo de maniobra
• Sistema de control
• Transformadores
5.2. Ventajas de una Subestación Encapsulada en Gas SF6
Entre las ventajas que ofrece la utilización de esta tecnología, podemos indicar las siguientes:
• Ocupa un espacio reducido, aproximadamente un 20% respecto de una subestación convencional
tipo intemperie.
• Su mantenimiento es mucho menor y más sencillo porque la envolvente permite un mejor acceso al
equipo y circulación de personal.
• La subestación tiene mayor seguridad y continuidad de servicio debido a que todas las partes
energizadas están contenidas en envolventes metálicas conectadas a tierra, que eliminan el riesgo de contactos accidentales con las partes bajo tensión.
• La disminución d e las dimensiones de la instalación, especialmente la altura, facilita su instalación en
forma disfrazada. La subestación está instalado en el interior de un edificio, bajo techo, cuya fachada armoniza el entorno arquitectónico de la zona.
• El impacto ambiental es prácticamente nulo, ya que su construcción blindada evita radio
interferencia y disminuye el nivel de ruido.
• La alimentación de energía a la subestación se lleva a cabo a través de cables subterráneos de Alta
Tensión, enterrados a una profundidad segura y confiable que eliminan el peligro de contactos accidentales del peatón común que conlleva una línea aérea.
• Para el control y protección de la subestación se cuenta con un equipo con tecnología digital
microprocesada que facilita su comando en forma remota y permite su incorporación inmediata al sistema Scada.
6. EJEMPLO DE SUBESTACION ENCAPSULADA
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Subestaciones encapsuladas en SF6
6.1. MANTENIMIENTO DE SUBESTACIONES SF6
En general el equipo que usa el SF6 como medio aislante no necesita un mantenimiento frecuente, esto debido a la regeneración y mínima m ínima contaminación que sufre el medio aislante.
Los fabricantes nos dan unas normas para efectuar estos mantenimientos. Para poder efectuar un mantenimiento adecuado son muy importantes las estadísticas de operación de los equipos, ya sea en falla o en operación manual. Lo anterior con el fin de controlar la vida útil de cada uno de los componentes.
El mantenimiento se puede catalogar en:
• Inspecciones durante el funcionamiento
• Revisión diaria de presiones tanto del SF6 como la de los equipos de mando.
• Revisión trimestral de fugas de SF6.
• Control manual de densidad del gas.
• Llenado con gas si fuese necesario.
• Prueba de la humedad contenida en el gas.
• Inspecciones con el equipo fuera de servicio
Es aconsejable hacerlas cada dos años, aunque el concepto de los fabricantes es hacerla cada 4 ó 5 años.
• Inspección de las partes móviles del equipo de alta t ensión.
• Inspección de los sistemas de enclavamiento
• Inspección de los sistemas de control y supervisión de gas.
• Inspección de los circuitos eléctricos de oper ación.
• Ensayos de funcionamiento y medidas de velocidad, etc.
• Inspecciones internas
Deben hacerse de acuerdo a las instrucciones del fabricante y se harán cuando se ha superado el número máximo de operaciones permitido para seccionadores e interruptores.
• Revisión de los interruptores.
• Revisión de los seccionadores y seccionadores de puesta a tierra. • Cambios de los filtros de secado de los compartimientos que se hayan abierto.
• Inspección de los contactos de los conductores.
• Mecanismos de operación
• Interruptores. Generalmente son de tipo hidráulico o neumáti co, antes de efectuar una revisión deberá
bajarse la presión hasta que se iguale a la presión atmosférica, estas revisiones serán de acuerdo con las instrucciones del fabricante y dependerán del número de operaciones. Incluirán lubricantes, ajustes, calibraciones y reemplazo de partes según el uso. Se deberán probar y recalibrar los contactos auxiliares, los indicadores de posición y los contactos de maniobra.
• Seccionadores. Las revisiones de los mecanismos asociados a los seccionadores y seccionador es de puesta a
tierra se harán en forma similar a la de los mecanismos de los interruptores.
7. CONCLUSIONES
• Se puede observar que las subestaciones encapsuladas en SF6 son una buena opción en lugares donde no se
cuenta con mucho espacio.
• Una subestación encapsulada tiene muchas ventajas respecto a las convencionales de t ipo ambiental y
económico por el tipo de estructura que se maneja.
• Por el tipo de aislamiento que se maneja en las subestaciones encapsuladas el mantenimiento es mucho
más sencillo y se maneja un tiempo t iempo más prolongado para realizar revisiones.
• La subestación tiene mayor seguridad y continuidad de servicio debido a que to das las partes energizadas
están contenidas en envolventes metálicas conectadas a tierra.
• Las subestaciones encapsuladas en sf6 pueden manejar todo tipo de configuraciones en sus barrajes lo que
garantiza que se puede usar en cualquier nivel de tensión.
