Distribución Descarbonizante

Jun 23, 2023

La ola de calor del verano le dio al Reino Unido una idea de qué esperar del cambio climático. La experiencia ha demostrado que es vital descarbonizar la infraestructura. Stephen Gibbs explica cómo puede ayudar un nuevo tipo de gas aislante para aparamenta

De acuerdo aOfgem , alrededor de 200 000 unidades de aparamenta que dan servicio a la red del Reino Unido contienen hexafluoruro de azufre (SF6), el gas aislante que garantiza operaciones seguras y predecibles. El SF6 es excelente como aislante y resiste las averías incluso durante los arcos eléctricos.

El inconveniente del SF6 es que es un potente gas de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global unas 24.000 veces mayor que el CO2. Además, puede permanecer en la atmósfera durante 3.200 años. Debido a esto, el uso de SF6 está severamente restringido y controlado según las regulaciones de gases fluorados del Reino Unido y debe ser manejado por técnicos certificados.

Aunque estas medidas minimizan el riesgo, pequeñas cantidades de gas pueden escapar y se escapan a través de pequeñas imperfecciones en los tanques del equipo de distribución y pequeñas pérdidas durante el manejo. En 2019-20, elOperadores de redes de distribución del Reino Unido(DNO) registró una tasa de fuga promedio de 0,27%, lo que equivale a 866 kg del gas.

Sin embargo, los operadores ahora pueden instalar alternativas a las celdas aisladas con gas SF6 (GIS) gracias al reciente desarrollo tecnológico de los fabricantes de celdas eléctricas, especialmente para las celdas de media tensión en las redes de distribución. Esto ha creado una nueva oportunidad para descarbonizar la red.

Para celdas con capacidad nominal de hasta 12 kV, el aire seco es ideal como medio aislante para celdas. Como su nombre lo indica, es aire extremadamente puro y limpio, sin contenido de humedad. Es económico, abundante y bien probado, ya que se ha utilizado a 12 kV durante muchos años.

El desafío es que a medida que aumenta el voltaje, también lo hace el nivel requerido de aislamiento. Hay dos posibles soluciones a esto.

La primera es utilizar aire seco a alta presión, lo que aumenta su rigidez dieléctrica (y, por tanto, su eficacia como aislante eléctrico). Sin embargo, esto requiere un cambio de mentalidad para el diseño de aparamenta, especialmente para unidades clasificadas en 24 o 36 kV.

A 36 kV, sería necesario presurizar el aire seco a varios bares. Una barra de presión equivale a la experiencia de estar bajo una columna de agua de 10m de altura. Por lo tanto, para adaptarse a esta alta presión interna para el aire seco, los diseñadores de interruptores deben fabricar tanques más fuertes con paredes reforzadas. Incluso podrían usar un enfoque similar a los tanques cilíndricos que se usan para proteger los contactos en los interruptores de alto voltaje para las redes de transmisión.

Esto crearía un tablero de distribución de mayor tamaño y que podría no caber en el espacio disponible cuando se instale como reemplazo. También crearía un riesgo operativo, ya que cualquier pérdida de presión afectaría inmediatamente el rendimiento de conmutación, la disponibilidad de activos y la seguridad. Los DNO tendrían que contrarrestar esto instalando un amplio control de presión y alarmas para proporcionar los datos.

Por lo tanto, aunque el aire seco en sí mismo es económico y familiar, la aparamenta resultante tiene desventajas.

La segunda de las dos soluciones es utilizar un gas aislante alternativo que se ha desarrollado para reemplazar el SF6 en celdas con una capacidad nominal superior a 12 kV. Este contiene un compuesto de fluorocetona que se combina con aire seco en una proporción de 15 %/85 % para crear una mezcla de gases llamada AirPlus con una rigidez dieléctrica similar a la del SF6.

Se puede implementar con éxito para aparamenta de 36 kV a una presión marginalmente superior a la atmosférica. Como resultado, los fabricantes pueden usar el gas sin necesidad de rediseñar significativamente el tablero de distribución.

Durante la vida útil de la aparamenta, es similar a la operación de aparamenta aislada con SF6 pero sin los requisitos de notificación, ya que no está sujeta a las reglamentaciones de gases fluorados. En el caso de una pérdida de presión, el impacto en el rendimiento sería modesto, lo que permitiría al operador programar el mantenimiento en lugar de tener que ponerlo fuera de servicio en caso de emergencia. Esto se conoce como run flat, similar a un coche con neumáticos run-flat.

Como cualquier tecnología nueva, los operadores deben aprender de la experiencia práctica de los equipos de conmutación sin SF6 en sus redes antes de poder establecer una estrategia de adopción. En la actualidad, varias empresas de servicios públicos han entregado instalaciones piloto, que están evaluando.

Un ejemplo es Northern Powergrid, que recientemente instaló dos variantes deAparamenta SafePlus de ABB en las subestaciones del condado de Durham. Esto incluye versiones nominales de 12kV y 24kV, que están respectivamente aisladas con aire seco y la mezcla de gases AirPlus.

Hablando sobre el proyecto, Joseph Helm, gerente de políticas y estándares de Northern Powergrid, dice: "Hasta hace poco, ha habido alternativas viables limitadas al SF6. Este piloto subraya nuestro compromiso de superar los objetivos del plan comercial, adoptar las últimas innovaciones y reducir las emisiones. Ya hemos reducido las fugas de SF6 en un 23 %, pero aún queremos impulsar un 15 % adicional para 2028. Cambiar a aparamenta ecoeficiente nos ayudará a seguir adelante con estos ambiciosos compromisos de carbono”.

Mientras tanto, UK Power Networks está evaluando aparamenta llena de AirPlus en un sitio cerca de Dartford en Kent bajo un proyecto entregado como parte del Plan de Acción Ambiental de DNO. Como parte de este proyecto, UK Power Networks especificó una versión de doble barra colectora y libre de SF6 deAparamenta ZX2 de ABB – haciendo del sitio la primera instalación de este tipo en el mundo. Al adoptar la doble barra, el operador se beneficiará de una mayor flexibilidad y disponibilidad.

Mirando hacia el futuro, la Unión Europea ya ha propuesto una actualización de sus regulaciones de gases fluorados que tiene como objetivo reducir las emisiones de SF6 en dos tercios desde una línea de base de 2014 para 2030. Es probable que el Reino Unido adopte medidas similares.

Esto impulsará a los DNO a tomar medidas e impulsará una mayor adopción de SIG eco-alternativos. A su vez, la próxima legislación ha llevado a los fabricantes de interruptores a desarrollar y perfeccionar diseños libres de SF6. Tanto el aire seco como las alternativas, como la mezcla de gases a base de fluorocetona, tienen un papel que desempeñar. Reconociendo la importancia de esto, ABB ha abierto las patentes sobre el uso básico del gas fluorocetona para que el planeta pueda beneficiarse. Como resultado, es probable que veamos el desarrollo de una gama más amplia de interruptores sin SF6 con el tiempo.

Stephen Gibbs es director de productos para soluciones de distribución en el Reino Unido enTEJIDO