Cómo calcular el contenido de humedad en equipos GIS y GIL llenos de SF₆

Comprensión del punto de rocío del SF₆, ppmv, presión, temperatura y contenido de vapor de agua

En aparamentas aisladas en gas (GIS) y líneas de transmisión aisladas en gas (GIL), el hexafluoruro de azufre (SF₆) se utiliza ampliamente como medio aislante y extintor de arco. Mantener la calidad adecuada del gas es esencial para un rendimiento de aislamiento confiable, una vida útil del equipo y un funcionamiento seguro.

Entre los diferentes parámetros de calidad del gas SF₆,El contenido de humedad es uno de los factores más importantes a monitorear..

La humedad excesiva puede reducir el rendimiento dieléctrico del gas y, bajo ciertas condiciones, contribuir a la formación de subproductos corrosivos o relacionados con la descomposición. Por este motivo, los fabricantes de GIS y GIL, los ingenieros de puesta en servicio y los equipos de mantenimiento miden de forma rutinaria el punto de rocío del SF₆ o la concentración de humedad.

Pero a menudo surge una pregunta importante:

Si un analizador de SF₆ informa una determinada concentración de humedad, ¿cuánta agua hay realmente presente dentro del compartimento GIS o GIL?

La respuesta requiere una comprensión de la relación entrepunto de rocío, ppmv, presión de gas, temperatura y volumen de gas.

1. ¿Qué significa el contenido de humedad del SF₆?

Cuando un analizador de gas SF₆ informa humedad, el resultado puede expresarse en diferentes unidades, según el instrumento y la aplicación.

Las unidades comunes incluyen:

• Punto de rocío (°C)
• Concentración de humedad (ppmv)
• Concentración de humedad (mg/m³)

Estos parámetros describen la cantidad de vapor de agua presente en la fase gaseosa SF₆.

Por ejemplo, una lectura de:

100 ppmv de H₂O

significa que el vapor de agua ocupa aproximadamente 100 partes por millón en volumen de la mezcla de gases en las condiciones de medición definidas.

lo hacenosignifica necesariamente que todo el compartimento SIG contiene sólo una cantidad fija de agua igual al agua en fase gaseosa calculada.

Esta distinción es importante porque la humedad también puede ser absorbida o adsorbida por materiales aislantes, sellos y superficies internas.

2. Punto de rocío frente a ppmv

El punto de rocío y las ppmv describen la humedad de diferentes maneras.

Punto de rocío

Elpunto de rocíoes la temperatura a la que el vapor de agua comienza a condensarse bajo una condición de presión específica.

Un punto de rocío más bajo generalmente indica un nivel de humedad más bajo.

Por ejemplo, el SF₆ con un punto de rocío de −40 °C es significativamente más seco que el SF₆ con un punto de rocío de −20 °C.

ppmv

ppmv (partes por millón en volumen)expresa directamente la concentración relativa de vapor de agua en el gas.

Sin embargo, el punto de rocío y las ppmv no deben tratarse como valores fijos intercambiables.

La relación entre el punto de rocío y la concentración de humedad depende de factores que incluyenPresión, temperatura y propiedades termodinámicas de la mezcla de gases..

Por lo tanto, al convertir una medición del punto de rocío en una concentración de humedad, las condiciones de medición deben definirse claramente.

3. Cómo calcular la cantidad de vapor de agua

Si la concentración de humedad ya está disponible en ppmv, la cantidad aproximada de vapor de agua en un compartimento GIS o GIL se puede calcular utilizando la ecuación del gas ideal.

La cantidad total de gas es:

n = VP/RT

dónde:

• norte= cantidad total de gas, mol
• PAG= presión absoluta, Pa
• V= volumen de gas, m³
• R= constante universal de los gases, 8,314 J/(mol·K)
• t= temperatura absoluta, K

Si la concentración de humedad esC ppmv, la cantidad aproximada de vapor de agua es:

norte(H₂O) = norte * C / 1.000.000

La masa de agua correspondiente es:

m(H₂O) = n(H₂O) * 18,015 g/mol

Esto proporciona una estimación del vapor de agua contenido en la fase gaseosa.

4. Ejemplo: compartimento GIS de 1 m³

Considere un ejemplo simplificado.

Un compartimento GIS tiene:

• Volumen de gas:1m³
• Presión absoluta SF₆:0,6 MPa
• Temperatura de los gases:20ºC
• Concentración de humedad:100 ppmv

Primero convierta la temperatura:

T = 20 + 273,15 = 293,15 K

Usando:

n = VP/RT

obtenemos aproximadamente:

norte ≈ 246 moles

Por tanto, la cantidad de vapor de agua es aproximadamente:

246 * 100 / 1.000.000 = 0,0246 moles

Usando la masa molecular del agua:

metro ≈ 0,0246 * 18,015 ≈ 0,44 gramos

Por tanto, en estas condiciones específicas, la fase gaseosa contiene aproximadamente:

0,44 g de vapor de agua

Este ejemplo ilustra un punto importante: incluso una concentración de humedad relativamente pequeña puede corresponder a una cantidad mensurable de agua cuando el volumen y la presión del gas son significativos.

5. Por qué son importantes la presión y la temperatura

El cálculo anterior no se puede aplicar universalmente a todos los sistemas GIS o GIL.

Para el mismo volumen de gas y concentración de humedad, aumentar la presión absoluta aumenta la cantidad total de gas contenida en el compartimento y, por lo tanto, aumenta la cantidad correspondiente de vapor de agua.

La temperatura también afecta la relación entre las propiedades del gas, la presión de vapor y el punto de rocío.

Es por eso que una evaluación adecuada de la humedad debe registrar al menos:

• Presión de gas
• Temperatura del gas
• Volumen de gas, cuando se estima la cantidad total de agua
• Concentración de humedad o punto de rocío
• Condiciones de medición

En las pruebas prácticas de SF₆, también se deben considerar el método de medición del analizador y las condiciones de muestreo.

6. ¿El valor calculado representa toda el agua dentro del SIG?

No.

Este es quizás el punto más importante al interpretar las mediciones de humedad del SF₆.

El valor calculado representa una estimación de lavapor de agua presente en la fase gaseosa.

Un sistema GIS o GIL también puede contener humedad asociada con:

• Materiales aislantes sólidos
• Superficies metálicas internas
• Materiales de sellado
• Humedad superficial absorbida
• Humedad residual introducida durante la fabricación o instalación.

Estos materiales pueden liberar gradualmente humedad en el gas SF₆.

Como resultado, las lecturas de humedad pueden cambiar después de las operaciones de puesta en servicio, llenado de gas, evacuación o secado.

Por ejemplo, un GIS puede mostrar inicialmente una lectura de humedad relativamente baja después del secado, pero el valor puede aumentar más adelante a medida que la humedad residual migra de los materiales internos al gas SF₆.

Por lo tanto, la prueba de humedad no es simplemente un cálculo único.El seguimiento de tendencias y los procedimientos adecuados de puesta en servicio son igualmente importantes.

7. ¿Cómo se mide la humedad del SF₆ en la práctica?

En el campo, los ingenieros normalmente utilizan un analizador de gas SF₆ para medir parámetros como:

• Pureza SF₆
• Punto de rocío/humedad
• SO₂
• Otros productos de descomposición, según la configuración del analizador.

Para la puesta en marcha y el mantenimiento de rutina de GIS y GIL, los analizadores portátiles permiten a los ingenieros tomar medidas directamente desde el equipo sin retirar toda la carga de gas.

Un analizador multifuncional puede resultar especialmente útil porque la calidad del gas rara vez se determina únicamente mediante la humedad.

Por ejemplo, KSTONEAnalizador de gas SF₆ KS30-3está diseñado para pruebas rutinarias de calidad del gas SF₆, combinando mediciones como pureza de SF₆, punto de rocío y SO₂ en un solo instrumento.

Para aplicaciones que requieren diferentes parámetros de calidad del gas, elSerie modular de analizadores de gas SF₆ KS30Se puede configurar según los requisitos de prueba del cliente.

8. De la medición de la humedad a la gestión de la calidad del gas

El control de la humedad debe considerarse como parte de una estrategia más amplia de gestión del gas SF₆.

Un flujo de trabajo típico de GIS/GIL sobre la calidad del gas puede incluir:

Llenado de gas → medición de puesta en servicio → inspección periódica → recuperación de gas → pruebas de calidad del gas → tratamiento o purificación → reutilización

Durante estos procesos, la medición precisa de la humedad ayuda a los ingenieros a determinar si el gas SF₆ es adecuado para su uso continuo o requiere tratamiento adicional.

Cuando se combina con equipos de recuperación de SF₆ y manejo de gas, el análisis de humedad también puede ayudar a respaldar una gestión más sistemática del gas y reducir las pérdidas innecesarias de SF₆.

Conclusión

Calcular la humedad en equipos GIS y GIL llenos de SF₆ requiere algo más que simplemente leer un número de un analizador.

El punto de rocío, las ppmv, la presión, la temperatura y el volumen del gas están estrechamente relacionados, y cada parámetro proporciona información diferente sobre el estado del gas.

Si se conoce la concentración de humedad en ppmv, se puede utilizar la ecuación del gas ideal para estimar la cantidad de vapor de agua en la fase gaseosa. Sin embargo, este valor calculado no debe confundirse con la cantidad total de humedad contenida en todo el sistema GIS o GIL.

Para una gestión confiable del gas SF₆, son esenciales una medición precisa, condiciones de muestreo consistentes y una interpretación adecuada de los resultados.

KSTONE proporciona analizadores de gas SF₆ y equipos de manipulación de gas para GIS, GIL y otros equipos eléctricos aislados con SF₆, brindando soporte a los ingenieros enPruebas de calidad, recuperación, tratamiento y reutilización del gas SF₆.