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Durante el siglo pasado, las diferentes actividades de la humanidad han generado y vertido grandes cantidades de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero (GEI) a la atmósfera.
El efecto invernadero es un fenómeno natural y necesario para el sustento de la vida en el planeta, sin embargo, la acumulación excesiva de estos gases ha desencadenado el cambio climático, afectando los diferentes ecosistemas
Caracterización y análisis del comportamiento dieléctrico de gases
alternos viables para su uso como aislamiento de equipo eléctrico de
potenciaNoé Rafael Colorado Sósol1 ([email protected])
Jaime De Urquijo Carmona2 ([email protected])
1 Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias2 Instituto de Ciencias Físicas,UNAM
Figura 1. Efectos del calentamiento global (Fuente: http://tododosobreelmedioambiente.jimdo.com/)
(interacciones entre organismos vivos y su hábitat), poniendo en riesgo nuestra propia salud y seguridad. Los gases de efecto invernadero considerados en el Protocolo de Kioto se en listan en la tabla 1.
Uno de los gases de efecto invernadero considerado en el protocolo de Kioto es el hexafluoruro de azufre (SF6), que es un gas sintético con excelentes características dieléctricas y térmicas, utilizado como aislamiento y medio de extinción de arco en los procesos de transmisión y distribución de energía eléctrica. Otras aplicaciones del gas incluyen la industria metalúrgica, electrónica, equipo de investigación y aplicaciones militares.
Si bien el SF6 no es el gas que se vierte a la atmósfera en mayor volumen, sí es el gas con mayor potencial de calentamiento (WGP) y un tiempo de vida (LT) de varios miles de años (figura 2).
Tabla 1. Gases de efecto invernadero.
Gases Potencial de calentamiento (GWP)
Bióxido de carbono (CO2) 1Metano (CH4) 21Óxido nitroso (N2O) 310Hidrofluorocarbonos (HFCs) 140-11,700Perfluorocarbonos (PFCs) 6,500-9,200Hexafluoruro de azufre (SF6) 23,900
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Boletín IIE, 2016
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abril-junio
“jurídicamente vinculante” acordando, entre otros aspectos importantes, que el aumento de la temperatura global debe ser menor a 2° C respecto a los niveles preindustriales (siglo XIX).
Como se puede observar en la figura 3, según el World Resources Institute, México ocupa el lugar 9 a nivel mundial en emisiones de GEI y el segundo en Latinoamérica. En su inventario cuenta con aproximadamente 310 toneladas de gas instalado en interruptores de potencia y subestaciones encapsuladas (GIS), sin considerar el gas almacenado.
Debido a la problemática actual, el Instituto de Ciencias Físicas (ICF) de la UNAM, Campus Morelos, y el Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL) trabajan conjuntamente en el desarrollo de proyectos para la generación y evaluación de mezclas gaseosas factibles para la sustitución del gas Hexafluoruro de Azufre utilizado como aislamiento y extintor de arco eléctrico.
Figura 2. Relación del impacto ambiental del SF6.
Figura 3. Principales emisores de GEI en el mundo. Año 2012.
Figura 4. Observación espacio-temporal de la descarga eléctrica (Infraestructura ICF-UNAM).
Entendiendo como Potencial de Calentamiento la medida en que un determinado GEI contribuye al calentamiento global, consiste básicamente en comparar el efecto de un gas con el causado por el CO2. Las principales fuentes de emisión de SF6 son: manejo del gas, fugas durante el manejo, mantenimiento y fallas de equipo eléctrico.
En la pasada XXI sesión de la Conferencia de las Partes (COP) y la undécima sesión de la Conferencia de la Partes en calidad de reunión de las Partes al Protocolo de Kyoto (CMP) celebrada en París, Francia a finales de 2015, los representantes de 195 países firmaron el primer acuerdo
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Figura 5a. Evaluación dieléctrica de una subestación aislada en gas (GIS) de 400 kV.
Figura 6. Evaluación de una terminal gas - aire de una subestación aislada en gas (GIS) de 400 kV.
Figura 5b. Evaluación dieléctrica de una subestación aislada en gas (GIS) de 400 kV.
Desde 1983, el ICF ha estudiado el SF6, sus mezclas y otros gases alternativos con el propósito de encontrar sustitutos eficaces. Realizando trabajos de investigación básica, mediante el estudio y análisis de los procesos de ionización y transporte de partículas cargadas de estos gases.
Por otra parte, la Gerencia de Equipos Eléctricos (GEE) del INEEL tiene experiencia en investigación aplicada, experimentación y diagnóstico de aislamientos utilizados en equipo eléctrico de potencia. Actualmente, como parte de sus actividades, orienta sus esfuerzos en la caracterización y análisis del comportamiento dieléctrico de gases alternos al SF6 y sus productos de descomposición, considerando condiciones diferentes de presión, humedad, temperatura y materiales adicionales involucrados en las reacciones.
El Trifluoroyodometano (CF3I) se ha considerado recientemente como una alternativa potencial para sustitución del SF6, gracias a su alta electronegatividad y extremadamente bajo efecto ambiental. Algunas de sus características, en comparación con el SF6 son:• Potencial de calentamiento (GWP) < 0.2 x10-3
• Rigidez dieléctrica = 1.2• Temperatura crítica = 0.2• Tiempo de vida en la atmósfera
< 0.003 años
Además es una mezcla incolora, no inflamable, de bajo impacto ambiental.
Algunas de las características deseadas en la mezcla sustituta son: una alta rigidez dieléctrica (RD), que sea eléctricamente negativa, estable térmicamente, autorrecuperable, no corrosiva, no tóxica, no inflamable, no explosiva, amigable con el medio ambiente, con un potencial de calentamiento bajo y que no reaccione con los elementos aislantes o metálicos presentes en equipo eléctrico.
La sustitución del SF6 en equipo eléctrico de potencia contribuirá a la reducción del impacto ambiental, utilizando tecnologías amigables con el medio ambiente, mitigando las emisiones de gases de efecto invernadero y fomentando una economía de energía limpia.
