Por qué el Aire Seco es la Mejor Alternativa al Gas SF₆ en las Unidades de Anillo Principal

1. Unidades de anillo aisladas por aire y aisladas por gas SF₆

Las unidades de anillo aisladas por aire integran principalmente interruptores de carga, seccionadores o una combinación de ambos con capacidades de puesta a tierra, operados manualmente o eléctricamente. Estas unidades también pueden incorporar fusibles para controlar las líneas de entrada y salida de cables. Por otro lado, las unidades de anillo aisladas por gas SF₆, comúnmente conocidas como equipos de interruptor aislados por gas, utilizan el gas SF₆ para el aislamiento y la extinción del arco debido a su alta resistencia dieléctrica, potente capacidad de extinción del arco, no toxicidad y estabilidad química, lo que lo convierte en un excelente medio para ambos propósitos.

2. Razones para reemplazar el gas SF₆ con aire seco

A pesar de sus ventajas, el gas SF₆ tiene un potencial de calentamiento global (GWP) extremadamente alto, clasificándolo entre los seis gases de efecto invernadero regulados por el Protocolo de Kyoto. Como signatario comprometido con la reducción de emisiones, China había reducido su intensidad de carbono en un 48,1% respecto a los niveles de 2005 al final de 2019, logrando su objetivo de 2020 con anticipación. Con la meta nacional de alcanzar el pico de emisiones de carbono antes de 2030 y la neutralidad de carbono antes de 2060, la disminución de las emisiones de carbono es ahora un enfoque crítico en la planificación futura de energía. En este contexto, el reemplazo del gas SF₆ con aire seco en los equipos de media tensión sirve cinco razones clave:

2.1 GWP cero del aire seco

El índice GWP mide cuánto contribuye una masa dada de un gas de efecto invernadero al calentamiento global en comparación con la misma masa de dióxido de carbono durante un período específico. El GWP del SF₆ es 23,900 veces mayor que el del CO₂, marcándolo como uno de los seis gases apuntados por el Protocolo de Kyoto y la Directiva Europea 2003/87 debido a su impacto ambiental. Un compartimento promedio de interruptor de carga o circuito interrumpidor contiene aproximadamente 1 kg de SF₆; si se fuga, esto equivaldría a conducir un automóvil aproximadamente 200,000 km en términos de daño ambiental.

Considerando que hay aproximadamente 30 millones de unidades de equipos de conmutación en todo el mundo, la necesidad de encontrar una alternativa al SF₆ se vuelve evidente. Con un GWP de cero, el aire seco, compuesto naturalmente por 21% de oxígeno y 79% de nitrógeno, ofrece una solución que elimina las preocupaciones sobre las contribuciones al calentamiento global, posicionándolo como el sustituto ideal para el SF₆ debido a su clara seguridad y beneficios ambientales. Una comparación entre las propiedades del SF₆ y el aire seco se resume en la Tabla 1.

2.2 El aire seco no requiere recuperación ni disposición

Los equipos de conmutación metálicos aislados por gas amigable con el medio ambiente no utilizan gas SF₆ durante la producción y el ensamblaje, eliminando la necesidad de sistemas de recuperación y protección de gas. Es fácil de llenar, y sus productos de descomposición no contienen sustancias nocivas, haciéndolo conforme a las normas ambientales. Este equipo no causa contaminación ambiental durante la operación a largo plazo, es adecuado para entornos húmedos y adversos y no requiere mantenimiento. En contraste, los equipos de conmutación con gas SF₆ deben mantener el gas SF₆ sellado en un sistema cerrado durante todo su ciclo de vida para minimizar fugas y reducir el impacto ambiental.

Cuando se requiere mantenimiento, se utilizan unidades de recuperación de gas para recoger el gas en el sitio. Después de purificarlo para eliminar impurezas, el gas se reutiliza. Sin embargo, bajo operaciones de conmutación, el SF₆ puede producir subproductos tóxicos, clasificando el gas SF₆ usado como residuo peligroso. El costo de la disposición del gas SF₆ es sustancial, aproximadamente el 20% del precio original del equipo. El uso de aire seco elimina completamente la necesidad de SF₆, reduciendo significativamente el impacto ambiental de los equipos de conmutación y evitando los costos y procedimientos asociados con la disposición y recuperación.

2.3 El aire seco ofrece ventajas adicionales para los operadores

Los nuevos equipos de conmutación libres de SF₆ que usan aire seco ofrecen numerosos beneficios para los operadores: ① retiene el tamaño compacto que se valora en el equipo tradicional de SF₆, y el método de operación permanece sin cambios, por lo que los técnicos no requieren formación adicional; ② el interruptor de carga de tres posiciones en los equipos de conmutación aislados por gas amigables con el medio ambiente utiliza tecnología de interrupción al vacío en paralelo, manteniendo los hábitos de operación de tres posiciones originales mientras permite soluciones de electrodomésticos combinados, ofreciendo a los clientes protección transformadora económica y confiable.

2.4 El aire seco protege la salud y la seguridad del personal

Los equipos de conmutación de media tensión se utilizan a menudo en áreas públicas, por lo que la salud y la seguridad son consideraciones primarias al seleccionar una alternativa al SF₆. El aire seco, como sustituto seguro, protege al público de riesgos potenciales para la salud y la seguridad. Es completamente no tóxico, por lo que incluso en caso de fuga, no causa daño a las personas o al medio ambiente. No presenta riesgos para la salud del personal responsable de la instalación y la desinstalación, y no es necesario establecer reglamentos estrictos de manejo de equipos para la seguridad del personal. En contraste, los gases propietarios no verificados pueden presentar riesgos para la salud y la seguridad.

2.5 El aire seco alivia las preocupaciones regulatorias

Muchas empresas están tomando medidas significativas para reducir drásticamente las emisiones de gases de efecto invernadero. Estos esfuerzos estratégicos no solo son impulsados por un deseo de mayor sostenibilidad, sino también por fuertes presiones regulatorias. En Europa, el uso, manejo, desmantelamiento, monitoreo y registro de inventario del gas SF₆ están estrictamente regulados. En China, se han introducido políticas y medidas relevantes desde 2012 para regular el uso y la recuperación del gas SF₆. Según las normas emitidas por la Administración de Normalización de China, las emisiones de gas SF₆ generadas durante el mantenimiento y el desmantelamiento de equipos de SF₆ se han incluido en el ámbito de contabilidad y reporte de gases de efecto invernadero para las empresas de redes eléctricas chinas.

Dada la expectativa de regulaciones cada vez más estrictas en el futuro, adoptar productos alternativos amigables con el medio ambiente que no estén sujetos a restricciones regulatorias futuras es una elección prudente para garantizar la continuidad operativa. Los equipos de conmutación de media tensión con aire seco proporcionan un rendimiento de aislamiento e interrupción confiables sin verse afectados por regulaciones ambientales o impuestos al carbono. Como la segunda economía más grande del mundo y el mayor consumidor de energía, China juega un papel crucial en la transición energética global. Recientemente, la Quinta Sesión Plenaria del 19º Comité Central propuso objetivos clave de desarrollo socioeconómico para el período del 14º Plan Quinquenal de China, declarando explícitamente que "la asignación de recursos energéticos debe volverse más racional, la eficiencia de uso debe mejorar significativamente, y las emisiones totales de los principales contaminantes deben seguir disminuyendo."

En resumen, el aire seco como medio aislante ofrece las siguientes ventajas: ① amigable con el medio ambiente y verde; ② buena conductividad térmica; ③ no se requiere ventilación o equipos de protección durante la producción y el mantenimiento del equipo; ④ las partículas metálicas generadas durante la producción o el uso representan un peligro mínimo para los equipos de conmutación aislados por aire seco.

3 Conclusión

El nuevo tipo de unidad de anillo utiliza aire seco como medio aislante, reemplazando el gas SF₆ perjudicial para el medio ambiente, lo que reduce las emisiones de gases de efecto invernadero. Al final de su ciclo de vida, más del 90% de los materiales pueden ser reciclados. El uso de un método de aislamiento con gas a presión ligeramente positiva reduce la posibilidad de fugas de gas, mejorando la seguridad y la confiabilidad. Los componentes de alta tensión están completamente sellados dentro de una carcasa metálica, asegurando una operación segura en entornos adversos como altitudes elevadas, frío severo, humedad y contaminación. Los interruptores al vacío y los interruptores de aislamiento/puesta a tierra de tres posiciones soportan tanto la operación manual como eléctrica, y el equipo de conmutación cuenta con capacidades inteligentes.

Aunque las unidades de anillo amigables con el medio ambiente han avanzado en inteligencia, sostenibilidad y protección ambiental, el rendimiento aislante del nitrógeno y el aire seco a la misma presión es solo alrededor de un tercio del SF₆, especialmente en productos GIS de alta tensión, donde aún no se ha encontrado un sustituto viable para el SF₆. Por lo tanto, se necesitan más esfuerzos en el desarrollo de gases amigables con el medio ambiente.