Calidad del gas SF6: prueba de humedad, pureza y productos de descomposición

Qué es

La prueba de calidad del gas SF6 es el muestreo y análisis del hexafluoruro de azufre contenido en un interruptor, un compartimiento de celdas o un disyuntor aislado en gas de media tensión. El gas cumple dos funciones a la vez: es el medio dieléctrico que mantiene separadas las partes energizadas en una envolvente compacta y es el medio que enfría y extingue el arco cuando el dispositivo abre. La prueba revisa varias propiedades del gas. El contenido de humedad, que suele juzgarse como punto de rocío o concentración de agua, indica si entró agua o si quedó al momento del llenado. La pureza indica si aire u otro gas ha diluido el SF6. Los productos de descomposición, entre ellos el dióxido de azufre y otros subproductos reactivos, indican que el gas se descompuso por arcos o descargas parciales. La contaminación con aceite mineral indica si aceite del compresor o del manejo llegó al compartimiento. En las especificaciones publicadas de aceptación y mantenimiento, las pruebas del gas aparecen como un renglón opcional para interruptores de media tensión con SF6, normalmente junto con las demás pruebas eléctricas del interruptor, y se realizan con instrumentos de campo o de laboratorio diseñados para SF6.

Por qué se realiza

El gas es invisible, está sellado y se espera que dure décadas, por lo que su estado no puede verse con una inspección. La humedad es la primera preocupación. El vapor de agua en el SF6 puede condensarse sobre las superficies aislantes a baja temperatura y reducir la rigidez ante el arco de contorneo, y bajo un arco contribuye a formar subproductos corrosivos. Los productos de descomposición son la segunda. Los arcos y las descargas parciales fragmentan el gas, y los fragmentos reaccionan con trazas de agua y con materiales internos para formar compuestos ácidos que atacan sellos, contactos y aisladores y que además son peligrosos para el personal que abre el compartimiento. La contaminación con aire o aceite debilita la capacidad dieléctrica y de interrupción del gas. Puede haber un problema del gas aunque el manómetro de densidad marque lo normal, porque la densidad solo indica cuánto gas hay y no qué contiene. La prueba en la aceptación demuestra que el llenado de fábrica o de campo fue limpio y seco, y la prueba en el mantenimiento detecta fugas lentas de humedad, señales tempranas de arcos internos y el envejecimiento antes de que provoquen un contorneo o una interrupción fallida en servicio.

El principio

Cada propiedad se mide con un método adecuado a lo que se busca. La humedad se mide con un higrómetro que responde al vapor de agua en una muestra que fluye, con un sensor de espejo enfriado, capacitivo o similar, y el resultado se informa como punto de rocío o como concentración. Como el punto de rocío depende de la presión, la lectura se relaciona con la presión del gas y con las condiciones de referencia usadas para informar. La pureza se mide con un instrumento que responde a la composición del gas, por ejemplo por conductividad térmica o un principio infrarrojo, y expresa la proporción del gas que es SF6. Los productos de descomposición se detectan con sensores químicos o electroquímicos, o con tubos detectores, que responden al dióxido de azufre y compuestos afines. La contaminación con aceite se revisa con instrumentos o por observación de rastros de aceite en el gas muestreado. Cada método supone que la muestra es representativa y que la línea de muestreo está seca y limpia, ya que la humedad se adhiere a las tuberías y una breve exposición al aire ambiente puede afectar una lectura delicada. El gas también se trata como un material controlado, por lo que el gas medido se recupera y no se libera.

Cómo se realiza

El interruptor se deja en condición segura según los procedimientos del propietario: desenergizado, aislado, puesto a tierra y verificado, con el compartimiento a muestrear identificado en los planos. El técnico está capacitado en el manejo del SF6, con ventilación y equipo de protección adecuados, porque los productos de descomposición pueden ser tóxicos y el gas puede desplazar el oxígeno en espacios confinados. El instrumento se conecta a la válvula de llenado o de prueba del compartimiento con una manguera limpia, seca y compatible, y la línea se purga para que el aire ambiente no llegue a los sensores. El gas se extrae despacio a un caudal adecuado al instrumento, sin dejar que la presión del compartimiento baje de lo que permite el fabricante, y la descarga se dirige a un sistema de recuperación y no a la atmósfera. Se deja que las lecturas de humedad se estabilicen, pues una curva de secado al comienzo de la prueba es normal y lo que cuenta es el valor final. Se toman lecturas en cada compartimiento de un interruptor de varios compartimientos. Se anotan la temperatura y la presión del compartimiento, y se confirma el estado de calibración o verificación del instrumento. Al terminar se retiran las conexiones, se revisa que la válvula no tenga fugas y se contabiliza el gas utilizado.

Qué se registra

El registro contiene el resultado de humedad como punto de rocío o concentración con la temperatura y la presión a las que corresponde, el resultado de pureza, el resultado de los productos de descomposición como el dióxido de azufre y cualquier observación de contaminación con aceite. Identifica el compartimiento probado, el instrumento y su estado de calibración, la disposición del muestreo y el tiempo dado para la estabilización. Se anotan la lectura del manómetro de densidad o de presión del gas y las condiciones ambientales, junto con el estado encontrado del interruptor, si estaba recién llenado, si había estado expuesto a arcos o llevaba mucho tiempo en servicio, y cualquier gas añadido o recuperado. Estos detalles permiten a quien lea el registro después comparar los resultados con justicia y distinguir un cambio en el gas de un cambio en el método.

Cómo se juzgan los resultados

Ninguna lectura aislada decide la aceptabilidad, y esta página no ofrece ninguna. Los resultados se comparan con límites publicados que difieren según la propiedad. Para la humedad, el límite depende de la presión del gas y de la aplicación, y con frecuencia difiere entre un llenado nuevo y el gas en servicio. Para la pureza, el criterio es una proporción mínima de SF6, y para los productos de descomposición el criterio es un techo bajo, de modo que las concentraciones mayores exigen investigar o recuperar el gas. Las secciones de pruebas del gas de ANSI/NETA ATS-2025 y de ANSI/NETA MTS-2023 incluyen la prueba, y las tablas de aceptación de ANSI/NETA ATS-2025 dan los límites de las propiedades probadas. Una lectura se compara también con los datos del fabricante del equipo y con resultados anteriores del mismo compartimiento, ya que una deriva sostenida importa aunque el valor siga dentro de un límite. Varias propiedades juntas cuentan una historia: un aumento de humedad con productos de descomposición sugiere arcos internos, mientras que la humedad sola sugiere un problema de sello o de llenado. Para los valores, consulte su propia copia con licencia de las normas y las instrucciones del fabricante.

Variaciones

En la aceptación, la prueba confirma que el gas suministrado e instalado está limpio y seco, y con frecuencia se realiza algún tiempo después del llenado para que la humedad del compartimiento se equilibre con el gas. En el mantenimiento es una verificación de condición, que se repite según un calendario o después de una operación por falla, una fuga sospechada o una alarma de gas. La clase de equipo cambia los detalles. Los interruptores y las celdas aisladas en gas de media tensión tienen compartimientos sellados que rara vez se abren, de modo que la prueba del gas es una de las pocas formas de ver el interior. Los disyuntores que interrumpen en SF6 se exponen a más arcos y generan más productos de descomposición, por lo que la verificación de estos pesa más. El equipo con varios compartimientos de gas se muestrea compartimiento por compartimiento porque cada uno tiene su propia historia del gas. Algunos diseños usan un sistema de presión sellado de por vida sin válvula para muestreo en campo, de modo que la prueba solo se hace donde el fabricante ofrece una manera de realizarla. Las reglas ambientales locales sobre el manejo y la recuperación del gas se aplican en todos los casos.