CONTROL, INVENTARIO Y DIAGNÓSTICO DEL SF6 DE LA GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORESTE

Filemón Delgado A. Ricardo Calderón C. Francisco López Glez. fdelgado@iie.org.mx jrdcal@iie.org.mx falopez@iie.org.mx

Instituto de Investigaciones Eléctricas

Gerencia de Materiales y Procesos Químicos Reforma 113, Ed. 12-1., Col. Palmira

Cuernavaca, Mor., 62490 México Tel/Fax (777) 3 623811 Ext. 7261

Francisco Contreras G. Víctor Romero B.

Francisco.contreras01@cfe.gob.mx victor.romero@cfe.gob.mx

Comisión Federal de Electricidad Gerencia Regional de Transmisión Noreste

Subgerencia de Subestaciones y Líneas Depto. de Ingeniería y Desarrollo.

Av. Eugenio Garza Sada cruz con Av. Lázaro Cárdenas SN, Col. Mederos, Monterrey, N.L. C.P. 64780

Tel (81) 81552417 RESUMEN En el presente documento se describen los esfuerzos y las estrategias que la Subdirección de Transmisión de la CFE está realizando para desarrollar un sistema de administración integral para el manejo responsable y el control óptimo del gas SF6 instalado en México. Durante 2005, el proyecto se enfocó en tres áreas principales: la primera, en el desarrollo y la adquisición de los conocimientos relacionados con el uso, manejo, tratamiento y disposición final del SF6 y sus subproductos, analizando el impacto de las regulaciones ambientales y de seguridad a nivel mundial. Así como desarrollar y proponer mejoras para el manejo y la administración del gas SF6 en la Gerencia Regional de Transmisión Noreste (GRTNE). La segunda, en realizar un inventario de gas SF6 en las subestaciones convencionales y encapsuladas, además del gas contenido en cilindros y máquinas regeneradoras de la GRTNE; y la tercera, en el desarrollo de una base de datos que permita llevar un control del consumo del SF6 y de las emisiones a la atmósfera de dicho gas.

Durante 2006, se pondrá en marcha una metodología basada en la caracterización del SF6 y sus subproductos por medio de espectroscopia infrarroja (FTIR), esto con el objetivo de lograr el diagnóstico del estado operativo del gas aislante, la prevención de fallas, extender la vida útil de los equipos, reducir los costos de mantenimiento e incrementar la seguridad del personal operativo. INTRODUCCIÓN La infraestructura de la red de transmisión y transformación de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) está compuesta, cada vez más, por equipos y subestaciones encapsuladas en Hexafluoruro de Azufre (SF6) cuya característica principal es su elevada constante dieléctrica que lo convierte en un gas imprescindible en equipos eléctricos como los interruptores de potencia. Por su amplia aplicación en equipos eléctricos de potencia, la industria eléctrica utiliza aproximadamente el 80% del SF6 que se produce en el mundo, siendo los interruptores de potencia hasta el momento los que se fabrican en mayor proporción. México ratificó el Protocolo de Kyoto en el año 2000 que entró en vigor en febrero del 2005; y como país anexo tiene como responsabilidad hacer un inventario nacional de gases de efecto invernadero. La academia mexicana considera que México cuenta con un potencial de reducción y

RVP-AI/2006 – SUB-06 PONENCIA RECOMENDADA POR EL COMITÉ DE SUBESTACIONES

DEL CAPÍTULO DE POTENCIA DEL IEEE SECCIÓN MÉXICO Y PRESENTADA EN LA REUNIÓN DE VERANO, RVP-AI’2006,

ACAPULCO GRO., DEL 9 AL 15 DE JULIO DE 2006.

SUB 06 P85

captura de emisiones cercano a los 81 millones de toneladas de carbono entre el 2008 y el 2012. A través del Mecanismo de Desarrollo Limpio, esto podría traducirse en ingresos de unos 500 millones de dólares, que ayudarían a promover el desarrollo de los sectores energético, industrial, agrícola y forestal de México. Los principales gases de efecto invernadero considerados en el protocolo de Kyoto, y el potencial de calentamiento, se describen en la siguiente Tabla 1 [1,2]:

Tabla 1. Gases de efecto invernadero.

Gases

Potencial de

calentamientoBióxido de carbono

(CO2) 1

Metano (CH4) 21

Óxido nitroso (N2O) 310

Hidrofluorocarbonos (HFCs)

140-11,700

Perfluorocarbonos (PFCS)

6,500-9,200

Hexafluoruro de azufre (SF6)

23,900

Se calcula que aproximadamente el 85% de las emisiones de SF6 a la atmósfera ocurren accidentalmente durante las labores de mantenimiento, manufactura, prueba e instalación de los equipos, la remoción de equipos obsoletos o fallados, por fugas a través de empaquetaduras, válvulas y herrajes, por liberación durante labores de recarga y por falta de capacitación del personal operativo. Es esencial que todas las formas de emisión del SF6 a la atmósfera sean eliminadas o reducidas a un mínimo absoluto. Esto mediante un estricto apego a procedimientos de manejo y un adecuado control de todos los equipos y productos que lo contienen. Por lo anterior, es necesario formar una cultura de un manejo integral y responsable del SF6 en todos los países de América Latina. DESARROLLO

a) Inventario del SF6 en la GRTNE:

En la Tabla 2, se resumen los resultados obtenidos del Inventario en la GRTNE.

Tabla 2. Resultados del Inventario (2005) de gas SF6 en la GRTNE.

Subárea

Masa nominal instalada

(Kg)

Peso de SF6 almacenado

(Kg)

Peso aproximado de gas SF6

(Kg)

Monterrey 46,294 920.0 47,214

Monclova-Sabinas

1,253.8 306.37 1,560.0

Río Escondido

2,156.6 89.90 2,246.5

Nuevo Laredo

515.4 28.40 543.8

Reynosa 1,913.6 66.7 1,980.3

Matamoros 1,547.0 322.0 1,869.2

Victoria 253.2 136.2 389.4

Linares 539.6 245.9 785.5

Saltillo 1,646.6 72.7 1,719.3

TOTAL 56,119 2,188 58,307

b) Control de inventarios:

El sistema para el control de inventarios (SCI) se plantea como una herramienta que permitirá a la GRTNE contar con un sistema para el control de sus inventarios de gas SF6.

El SCI contiene los siguientes componentes:

Figura 1. Módulos componentes del SCI El SCI usa una arquitectura cliente/servidor en la que sólo el servidor modifica los datos según los requerimientos de las estaciones de trabajo (clientes). De esta forma se elimina la posibilidad de problemas de integridad de los datos ocasionados por cortes de energía, desconexiones de la red, fallas del sistema operativo, etc.

Esta arquitectura, posibilita también a la base de datos para trabajar con tablas de gran tamaño, limitadas en sus dimensiones sólo por restricciones del sistema operativo, el sistema de archivos o la capacidad de sus discos. A su vez, la base de datos se puede acceder vía TCP/IP a través de puertos especificados, posibilitando el acceso incluso vía Internet. Por este motivo, no se requiere compartir la carpeta de la base de datos en la red haciéndola menos visible. Puede definir usuarios y claves para acceder a la misma. Las comunicaciones entre los puestos y el servidor son codificadas. c) Caracterización del SF6 y algunos de sus subproductos mediante espectroscopia de infrarrojo:

La técnica de infrarrojo ofrece la oportunidad de realizar el análisis en forma directa y in-situ sin que ocurran reacciones secundarias.

El espectro de infrarrojo revela información acerca de la estructura molecular de un compuesto, ya que cada grupo funcional o átomos del compuesto presentan características de absorción bien definidas. Algunas especies como el Tetrafluoruro de Azufre (SF4) que no puede detectarse mediante técnicas de cromatografía de gases, pueden analizarse sin ningún problema usando la espectroscopia infrarroja. El IIE cuenta con un equipo de Infrarrojo, el cual se adaptó para el análisis cuantitativo de los principales subproductos del SF6 mediante un análisis no lineal.

Figura 1. Módulos componentes del SCI

El software instalado, analiza y cuantifica en ppmv a los siguientes subproductos gaseosos: SO2, HF, SF4, SOF2, SOF4, SO2F2, S2F10, SiF4.

Figura 2. Técnica de FTIR para SF6 y sus subproductos. Tabla 3. Contenido de subproductos en muestras de gas SF6 por FTIR (ppmv) [4]. Muestra SO2

SOF2 SiF4 Total

1 123 172 0 295 2 37 25 0 62 3 313 227 0 540 4 1034 1895 49 2,878 5 750 1115 0 1,865 6 0 15 0 15 7 213 113 0 326

Los resultados del análisis de las muestras resumidos en la Tabla 3, indican que la suma total de los contaminantes de la muestra 4 se encuentran por arriba de los niveles máximos de impurezas tolerables en los equipos y por arriba de los valores máximos recomendados para su re-uso [3]. La espectroscopia de Infrarrojo es una técnica novedosa y no destructiva que permitirá cuantificar la concentración de los principales subproductos de descomposición del SF6 y llevar el monitoreo y control de la calidad del gas en los equipos eléctricos de la GRTNE para con ello evitar fallas innecesarias en el sistema aislante debido a la concentración anormal de los subproductos. CONCLUSIONES • Los resultados del inventario, indican que la GRTNE cuenta con una cantidad de 56,119 Kg. de gas SF6 instalado en las diferentes Subestaciones eléctricas, y una cantidad aproximada de 2,188 Kg. de gas almacenado en cilindros de diferente marca y en las máquinas regeneradoras. El inventario total aproximado de

la cantidad de gas existente en la GRTNE es de 58,307 Kg. • El desarrollo de una base de datos para el manejo de la información del inventario del gas SF6 instalado, almacenado en cilindros y/ o en máquinas regeneradoras, permitirá tener un mejor control del uso, administración y manejo del SF6 en la GRTNE. • Ya existe en México una metodología de caracterización del SF6 y algunos de sus subproductos mediante la técnica de espectroscopia de Infrarrojo. Con esta técnica se pueden analizar y cuantificar en ppmv los siguientes compuestos: SO2, HF, SF4, SOF2, SOF4, SO2F2, S2F10, y SiF4. • México ya inició con pasos firmes el proceso para formar una cultura por un manejo integral y responsable del gas SF6 que seguramente pronto se extenderá a todos los países de América Latina. REFERENCIAS [1] Working Group 23-10 CIGRE, “SF6 and

the global atmosphere,” (Electra number 164 February 1996 pages 121-138).

[2] Inventory of U.S. Greenhouse Emissions and Sinks: 1990-2000, U.S. Environmental protection Agency, Office of Atmospheric programs, EPA 430-R-02-003, April 2002 <www.epa.gov/globalwarming/ publications/emissions>

[3] Working Group 23-02 CIGRE, “SF6 Recycling Guide,” (Electra number 173 1997 pages 43-69)

[4] F. Delgado, R. Calderon, R. Flores, F. López,“Informe IIE/04/15/12873/I/004/P/ D1/A2/V1” Abril 2006.

AUTORES Ing. Filemón Delgado Arroyo

Ingeniero químico industrial de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos. Trabajó para la industria farmacéutica en desarrollo y control de calidad. Desde 1987 es

investigador del IIE y has dirigido y participado en varios proyectos relacionados con materiales para el sector eléctrico, es coautor de varios artículos internacionales. Dr. Ricardo Calderón Cruz

Licenciado en Ciencias de la Computación por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla,

1992, Doctorado en Ciencias Computacionales con especialidad en Ingeniería de Software, Universidad de Essex, Reino Unido, 2003. Ingresó al IIE en 1991 y está adscrito a la Gerencia de Materiales y Procesos Químicos. Ha participado en el transporte de software entre diferentes plataformas, en el desarrollo de interfases gráficas para programas de modelación de comportamiento térmico de generadores de vapor. Actualmente su área de especialidad es la instrumentación, control y desarrollo de sistemas de adquisición de datos. Es miembro del SNI nivel 1 desde enero del 2005. M.C. Francisco Arturo López González.

Ingeniero Mecánico de la Universidad Autónoma Metropolitana (1989), Maestro en Ciencias en Ingeniería de Polímeros por la Universidad de

Akron, EUA (1997). Investigador de la Gerencia de Materiales y Procesos Químicos del Instituto de Investigaciones Eléctricas desde 1990. Genera y dirige proyectos tecnológicos que satisfagan las necesidades del sector eléctrico nacional. Autor y coautor de varios artículos para congresos internacionales. Lic. Francisco Contreras González

Recibió el grado de Licenciatura en Ciencias Químicas en el año de 1980 y la Maestría en Fisicoquímica en 1998, ambos del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey.

Desde 1980 colabora en la Gerencia Regional de Transmisión Noreste de la CFE, ocupando el cargo de Jefe de Departamento de Ingeniería y Desarrollo. Desde noviembre de 2004 es presidente del Comité de Aceites y Gases Aislantes de la Coordinación de Transmisión. Ing. Víctor Romero Baizabál

Recibió el titulo de Ingeniero Mecánico-Eléctrico en el año 1984 de la Universidad Veracruzana. En 1985 se encargo del proyecto de modernización de los servicios propios de la S.E. Temascal Dos, en 1989 toma el cargo de Jefe de Departamento de Subestaciones y Líneas de la Subarea Temascal, en 1992 ocupa el cargo de Jefe de Departamento de Líneas de Transmisión de la Subarea Veracruz, correspondiente a la Gerencia Regional de Transmisión Oriente, en 2001 toma el cargo de Jefe de Disciplina en la Gerencia de

Subestaciones de la Coordinación de Transmisión y actualmente ocupa el puesto de Jefe de Departamento de Nuevas Tecnologías de la misma Coordinación de Transmisión.