Una Breve Discusión sobre la Prueba y Análisis de Microagua en Interruptores de SF6

Los interruptores de circuito SF₆ poseen excelentes propiedades físicas, químicas, de aislamiento y de extinción de arco. Permiten un gran número de interrupciones consecutivas, tienen bajo ruido y no presentan riesgo de chispas. Además, son de pequeño tamaño, ligeros, de gran capacidad y requieren poco o ningún mantenimiento. Como resultado, están reemplazando gradualmente los interruptores de circuito tradicionales con aceite y los de aire comprimido. Además, en la distribución de energía de media tensión, estos interruptores tienen ventajas como la no reiniciación al interrumpir corrientes capacitivas y la no generación de sobretensiones al interrumpir corrientes inductivas, lo que ha llevado a su aplicación generalizada.

1 Propiedades del gas SF₆
1.1 Propiedades físicas

El peso molecular del gas SF₆ es 146,07, y su diámetro molecular es 4,56×10⁻¹⁰ m. Existe en estado gaseoso a temperatura y presión normales. A 20°C y una presión atmosférica, su densidad es 6,16 g/L (aproximadamente cinco veces la del aire). La temperatura crítica del gas SF₆ es 45,6°C, y puede ser licuado por compresión. Generalmente, se transporta en cilindros de acero en estado líquido. El gas SF₆ puro es incoloro, inodoro, insípido, no tóxico y no inflamable.

1.2 Propiedades eléctricas

(1) El SF₆ es un gas electronegativo (capaz de adsorber electrones libres), con excelentes propiedades de extinción de arco y aislamiento. En un campo eléctrico uniforme a una presión atmosférica estándar, la resistencia a la tensión del gas SF₆ es aproximadamente 2,5 veces la del nitrógeno.
(2) El gas SF₆ puro es un gas inerte. Se descompone bajo la acción del arco. Cuando la temperatura supera 4000K, la mayoría de los productos de descomposición son átomos individuales de azufre y flúor. Después de que el arco se apaga, la gran mayoría de los productos de descomposición se recombinan en moléculas estables de SF₆. Entre ellos, una cantidad muy pequeña de productos de descomposición reacciona químicamente con átomos de metales libres, agua y oxígeno durante el proceso de recombinación, generando fluoruros metálicos y fluoruros de oxígeno y azufre.

2 Prueba de microagua en el gas de los interruptores de circuito SF₆
2.1 Significado de la prueba de microagua

La detección del contenido de microagua en el gas es un elemento de prueba importante para los interruptores de circuito SF₆. El gas SF₆ nuevo o en operación que contiene cantidades traza de agua afectará directamente las propiedades del gas. Cuando el contenido de agua alcanza cierto nivel, es probable que ocurran reacciones de hidrólisis, generando sustancias ácidas que pueden corroer el equipo. Especialmente a altas temperaturas y bajo la acción del arco, se generan fácilmente fluoruros tóxicos de bajo peso molecular. Los compuestos fluorosulfurados resultantes reaccionan con el agua para formar ácido fluorhídrico, ácido sulfúrico y otras sustancias químicas altamente tóxicas, poniendo en peligro la vida del personal de mantenimiento y corroyendo los materiales aislantes o los metales del interruptor, causando la degradación del aislamiento. Cuando el interruptor está instalado al aire libre y la temperatura disminuye bruscamente, el exceso de agua en el gas SF₆ puede condensarse en la superficie del medio sólido, provocando un flashover. En casos graves, puede causar la explosión del interruptor.

2.2 Métodos de prueba

(1) Método gravimétrico: Después de pasar por un desecante, se mide con precisión el cambio de peso. Sin embargo, este método tiene altos requisitos operativos y consume una gran cantidad de gas en un entorno de temperatura constante, humedad constante y sin polvo.
(2) Método de punto de rocío: Cuando la temperatura del sistema de prueba es ligeramente inferior a la temperatura de saturación del vapor de agua (punto de rocío) en el gas de muestra, el sistema de prueba puede proporcionar una señal eléctrica. Después de la amplificación y salida, se determina el contenido de agua basándose en el valor del punto de rocío. Actualmente, este método es un medio importante para medir la microagua en SF₆, y se producen higrómetros de punto de rocío tanto en el país como en el extranjero.

3 Fuentes y control de la humedad en el gas de los interruptores de circuito SF₆
3.1 Fuentes de humedad en el gas

(1) Para el gas nuevo, las principales fuentes de humedad son: detección insuficientemente estricta por parte de la planta de fabricación de gas; entornos de almacenamiento no conformes durante el transporte; y tiempo de almacenamiento excesivo.
(2) Para el equipo eléctrico lleno de gas SF₆, las principales fuentes de humedad son: la humedad traída por el propio gas SF₆; la pequeña cantidad de humedad residual debido a la purificación incompleta del gas antes de la carga; la humedad liberada gradualmente con el tiempo por los materiales aislantes, las partes soldadas y los componentes del equipo eléctrico; y la humedad que penetra desde el exterior a través de fugas en el equipo.

3.2 Medidas de control para el contenido de agua del gas SF₆ en los interruptores de circuito SF₆

Asegurar una estricta inspección de calidad durante la aceptación de gas nuevo; controlar el tratamiento de las piezas aislantes; controlar la calidad de las piezas de sellado; controlar la calidad de los adsorbentes; controlar la operación durante la carga de gas; fortalecer la detección de fugas de gas durante la operación; y fortalecer el monitoreo y la medición de la microagua del gas durante la operación.

4 Toxicidad del gas SF₆

Cuando el gas SF₆ se utiliza en equipos eléctricos, ya sea en condiciones de fallo o durante la interrupción normal del arco, puede descomponerse para producir fluoruros de oxígeno y azufre, así como polvos de fluoruros metálicos. Cuando el contenido de fluoruros hidrolizables en el gas SF₆ alcanza cierta concentración, el gas SF₆ se vuelve tóxico, y también afecta la resistencia a la tensión y el rendimiento de extinción de arco del gas SF₆ en los equipos eléctricos.

Bajo la acción de la descarga de chispa y el arco, los interruptores de circuito de gas SF₆ generarán gases altamente tóxicos a través de la disociación e ionización. Dado que estos gases son incoloros e inodoros, son difíciles de detectar. Además, con una densidad de 6,16 g/L (aproximadamente cinco veces la del aire), algunos de los gases tóxicos y perjudiciales generados durante el monitoreo se acumulan cerca del suelo en la sala de interruptores. Esto hace que sea fácil que los trabajadores se intoxiquen durante el desmontaje, las reparaciones mayores o las pruebas de microagua del gas, lo que supone una gran amenaza para la salud física y mental de los trabajadores y la operación segura del equipo.

Por ejemplo, si no se instala un sistema de monitoreo y alarma de fugas de gas SF₆ y un detector cuantitativo de fugas de gas SF₆ en la sala de interruptores SF₆, es imposible saber si la concentración de SF₆ está dentro del rango estándar de seguridad. La experiencia muestra que incluso en un entorno con cantidades muy traza de productos de descomposición, los trabajadores pueden sentir gases punzantes o incómodos, que pueden causar irritación obvia en la nariz, boca y ojos. Generalmente, después de la intoxicación, pueden aparecer síntomas como lágrimas, estornudos, moqueo, sensación de quemazón en la cavidad nasal y garganta, voz ronca, tos, mareos, náuseas, opresión en el pecho y malestar en el cuello. En casos graves, incluso puede ocurrir un shock.

Por lo tanto, el monitoreo en línea de las fugas de gas SF₆ se ha convertido en un tema importante en la investigación técnica actual. Por ejemplo, el ventilador de escape se puede controlar orgánicamente junto con el sistema de alarma de fugas de gas SF₆, de modo que el ventilador de escape se pueda encender automáticamente cuando la concentración de fugas de gas SF₆ supere el estándar, asegurando la seguridad del personal y el equipo.

Las dos pruebas más importantes para los interruptores de circuito SF₆ son el contenido de agua y la detección de fugas. Si su confiabilidad se ve afectada, también contaminará el medio ambiente. Por lo tanto, el monitoreo de la microagua y la detección de fugas de los interruptores de circuito SF₆ en operación han recibido mucha atención.

(3) Método de electrólisis: Puede medir la humedad en el gas de forma intermitente o continua. Hay otros métodos para la prueba de microagua de gas SF₆, como el método de oscilación de cuarzo piezoeléctrico, calorimetría de adsorción y cromatografía de gases. Sin embargo, debido al alto costo de los instrumentos o limitaciones técnicas, no se han promovido y aplicado de manera generalizada.