¿Qué es un sistema aislado por gas? (SIG)? Guía completa

A Sistema aislado por gas (SIG) es un compacto, sistema eléctrico de alto voltaje donde componentes como aparamenta, disyuntores, seccionadores, y los transformadores están alojados dentro de un recinto sellado lleno de un gas aislante, típicamente hexafluoruro de azufre (SF6), en lugar de aire a presión atmosférica. Este diseño reduce significativamente el espacio requerido en comparación con las subestaciones aisladas en aire. (AIS). El uso de gas SF6., con su rigidez dieléctrica superior y capacidades de extinción de arco, permite una huella mucho más pequeña, haciendo que los SIG sean ideales para áreas urbanas, instalaciones subterráneas, y otros entornos con limitaciones de espacio. El diseño cerrado también protege los componentes de factores ambientales como la contaminación., spray de sal, y clima extremo, mejorando la confiabilidad y reduciendo el mantenimiento.

1. Introducción

Sistemas aislados por gas (SIG) representan un avance significativo en la tecnología eléctrica de alto voltaje. Subestaciones tradicionales aisladas en aire. (AIS) Requieren grandes espacios entre componentes energizados debido a la rigidez dieléctrica relativamente baja del aire.. Esto da como resultado grandes huellas de subestaciones., haciéndolos inadecuados para muchas ubicaciones urbanas y con espacio limitado. SIG La tecnología supera esta limitación encerrando todas las partes vivas dentro de una carcasa metálica conectada a tierra llena de un gas aislante presurizado., más comúnmente hexafluoruro de azufre (SF6).

El concepto de utilizar un gas como medio aislante no es nuevo, pero el desarrollo de SF6 El gas con sus propiedades excepcionales revolucionó el diseño de equipos de alto voltaje.. SF6 tiene una rigidez dieléctrica aproximadamente 2.5 a 3 veces la del aire, permitiendo una reducción dramática en el tamaño del equipo. También tiene excelentes capacidades de extinción de arco., haciéndolo ideal para su uso en disyuntores.

2. ¿Por qué utilizar un Sistema aislado por gas?

La adopción de SIG La tecnología está impulsada por varias ventajas clave.:

• Ahorro de espacio: La ventaja más significativa de SIG es su tamaño compacto. A SIG La subestación puede ocupar tan poco como 10% del espacio requerido por una subestación AIS comparable. Esto es particularmente crucial en áreas urbanas donde la tierra es cara y escasa..
• Alta confiabilidad: El diseño cerrado de SIG Protege los componentes internos de factores ambientales como la contaminación., spray de sal, humedad, y la intrusión de animales. Esto reduce significativamente el riesgo de fallas y mejora la confiabilidad general del sistema..
• Seguridad mejorada: Todas las partes vivas están encerradas dentro de una carcasa metálica conectada a tierra., Minimizar el riesgo de contacto accidental y mejorar la seguridad del personal..
• Mantenimiento reducido: El ambiente sellado y el uso de SF6 gas, que es químicamente inerte y no degradante, Reducir significativamente la necesidad de mantenimiento en comparación con AIS..
• Instalación interior y subterránea: SIG Es adecuado tanto para instalaciones interiores como exteriores.. Su tamaño compacto y diseño cerrado lo hacen ideal para subestaciones subterráneas., minimizando aún más su impacto visual.
• Apariencia estética: SIG Las subestaciones tienen una apariencia mucho más pequeña y estéticamente más agradable en comparación con las subestaciones AIS..

3. Componentes de un SIG

• Disyuntores: Se utiliza para interrumpir corrientes de falla y aislar secciones del sistema.. SIG Los disyuntores suelen utilizar SF6 Gas para aislamiento y extinción de arco..
• Seccionadores (Aisladores): Se utiliza para proporcionar aislamiento visible de equipos con fines de mantenimiento.. No están diseñados para interrumpir la corriente de carga..
• Interruptores de puesta a tierra: Se utiliza para conectar a tierra equipos desenergizados., garantizando la seguridad durante el mantenimiento.
• Actual Transformadores (TC): Se utiliza para medir la corriente que fluye en los conductores de alta tensión con fines de protección y medición..
• Transformadores de voltaje (TV): Solía ​​hacerlo medir el voltaje del sistema de alto voltaje para fines de protección y medición.
• Barras colectoras: Los principales conductores que llevar la corriente entre diferentes componentes del SIG.
• Pararrayos contra sobretensiones: Se utiliza para proteger el SIG por sobretensiones causadas por rayos u operaciones de conmutación.
• Gabinete hermético al gas: El recinto metálico puesto a tierra que alberga todos los componentes y contiene el SF6 gas. La carcasa suele estar hecha de aluminio o acero..
• Sistema de monitoreo de gases: Monitorea la presión, densidad, y pureza del gas SF6.

Cifra 1: Diagrama esquemático de un típico. Sistema aislado por gas (SIG), mostrando los componentes principales.

4. El papel de SF6 Gas

hexafluoruro de azufre (SF6) es incoloro, inodoro, no tóxico, y gas no inflamable que tiene propiedades dieléctricas y de extinción de arco excepcionales. Estas propiedades lo convierten en el medio aislante ideal para SIG.

Propiedades clave de SF6 Gas:

• Alta rigidez dieléctrica: SF6 tiene una rigidez dieléctrica aproximadamente 2.5 a 3 veces la del aire a la misma presión. Esto permite espacios mucho más pequeños entre componentes energizados..
• Excelente capacidad de extinción de arco: SF6 es muy eficaz para extinguir arcos que se producen cuando un disyuntor interrumpe la corriente. Absorbe la energía del arco y lo enfría rápidamente., evitando el reencendido.
• Estabilidad química: SF6 Es químicamente inerte y no se descompone en condiciones normales de funcionamiento.. Esto garantiza estabilidad y rendimiento a largo plazo..
• Estabilidad térmica: SF6 tiene buena estabilidad térmica, permitiéndole operar en un amplio rango de temperaturas.
• No toxicidad: SF6 en sí mismo no es tóxico. Sin embargo, en presencia de un arco, Puede descomponerse en subproductos que pueden ser tóxicos.. Son necesarios procedimientos adecuados de manipulación y ventilación..

Si bien el SF6 es un gas muy útil para los SIG, También es un potente gas de efecto invernadero., con potencial de calentamiento global (PCA) aproximadamente 23,500 veces la del dióxido de carbono (CO2). Debido a esto, Cada vez se presta más atención a minimizar las emisiones de SF6 y a encontrar gases alternativos..

5. Alternativas a SF6 Gas

Debido al alto PCA de SF6, La industria está investigando y desarrollando activamente gases aislantes alternativos para SIG. Estas alternativas tienen como objetivo reducir el impacto ambiental manteniendo el rendimiento y la confiabilidad de SIG. Algunas posibles alternativas incluyen:

• **Fluorocetonas:** Tienen un PCA significativamente menor que el SF6 y buenas propiedades dieléctricas..
• **Fluoronitrilos:** Estos también ofrecen un GWP más bajo y una buena rigidez dieléctrica..
• **Mezclas de gases:** Combinando gases como el CO2, N2, y el O2 con pequeñas cantidades de compuestos fluorados puede reducir el PCA general manteniendo al mismo tiempo un rendimiento aceptable.
• **Aire limpio (Aire seco):** Mientras que el aire tiene una rigidez dieléctrica menor que el SF6, Los avances en el diseño y las mayores presiones operativas están haciendo "aire limpio" Los SIG son una opción viable para algunos niveles de voltaje.

La transición hacia gases alternativos está en marcha, con esfuerzos continuos de investigación y desarrollo centrados en optimizar el rendimiento, costo, y el impacto ambiental.

6. Monitoreo y Mantenimiento de SIG

Aunque el GIS requiere menos mantenimiento que el AIS, El monitoreo y el mantenimiento regulares siguen siendo esenciales para asegurar su confiabilidad a largo plazo y seguridad. Aspectos claves de Monitoreo SIG incluir:

• SF6 Monitoreo de gases: Controlar periódicamente la presión, densidad, y pureza del SF6 el gas es crucial. Las fugas pueden reducir las propiedades aislantes del gas y aumentar el riesgo de fallo.. Densidad del gas monitores y sistemas de detección de fugas se utilizan para este propósito.
• Descarga parcial (PD) Escucha: PD Es una descarga eléctrica localizada que puede ocurrir dentro de defectos de aislamiento.. PD El monitoreo puede detectar signos tempranos de degradación del aislamiento., Permitir una intervención oportuna antes de que ocurra una falla importante.. Técnicas utilizadas para PD seguimiento en SIG incluir UHF (Frecuencia ultraalta) sensores, emisión acústica (AE) sensores, y HFCT (Transformador de corriente de alta frecuencia) sensores.
• Monitoreo de temperatura: El sobrecalentamiento puede indicar varios problemas., como malas conexiones, corriente excesiva, o degradación del aislamiento. El monitoreo de temperatura se puede realizar utilizando sensores tradicionales. (termopares, RTD), infrarrojo (Y) termografía, o sensores de fibra óptica. Basado en fluorescencia sensores de fibra óptica son particularmente adecuados para SIG debido a su inmunidad a EMI, tamaño pequeño, y alta precisión.
• Monitoreo de disyuntores: Monitoreo del funcionamiento de disyuntores., incluidos los tiempos de funcionamiento, desgaste de contacto, y funcionamiento del mecanismo, Es esencial para garantizar una interrupción confiable de fallas..
• Inspecciones visuales: Las inspecciones visuales periódicas pueden ayudar a identificar signos externos de problemas., como fugas de gas, corrosión, o daños al recinto.

7. Aplicaciones de SIG

• Subestaciones de Alta Tensión: SIG es el preferido tecnología para subestaciones de alta tensión en zonas urbanas donde el espacio es limitado.
• Subestaciones subterráneas: El tamaño compacto y el diseño cerrado de SIG lo hace ideal para subestaciones subterráneas.
• Plataformas costa afuera: SIG Se utiliza en parques eólicos marinos y plataformas de petróleo y gas debido a su tamaño compacto., fiabilidad, y resistencia a duras condiciones ambientales.
• Plantas Industriales: SIG Se utiliza en plantas industriales con altos requisitos de energía., como acerías, fundiciones de aluminio, y plantas químicas.
• Centrales Hidroeléctricas: SIG Se utiliza a menudo en centrales hidroeléctricas., donde el espacio puede ser limitado y las consideraciones ambientales son importantes.
• Subestaciones Móviles: SIG Se puede utilizar en subestaciones móviles para uso temporal. fuente de alimentación durante emergencias o mantenimiento.