ES2788161T3 - Sistema de aislamiento eléctrico para aparamenta eléctrica de media y alta tensión - Google Patents

Sistema de aislamiento eléctrico para aparamenta eléctrica de media y alta tensión Download PDF

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Abstract

La invención que se refiere a un sistema de aislamiento eléctrico de bajo impacto ambiental que comprende dos elementos fundamentales a) un medio gaseoso formado por una o más fluorocetonas altamente fluoradas de entre 4 y 12 carbonos, por al menos otro gas dieléctrico adicional, distinto de las fluorocetonas, con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbares y menor de 15000 mbares como por ejemplo el fluoronitrilo (CF3)2-CF-CN, y por uno o más gases vectores y b) un tamiz molecular capaz de discriminar las moléculas de agua frente a moléculas de otros gases presentes en el medio gaseoso del sistema. Asimismo, la invención se refiere al uso del sistema de aislamiento, así como a aparamenta eléctrica de media o alta tensión que comprende un recinto cerrado en cuyo interior se encuentran componentes eléctricos bajo tensión y un sistema de aislamiento eléctrico de acuerdo con la invención.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de aislamiento eléctrico para aparamenta eléctrica de media y alta tensión
Campo de la invención
La presente invención se enmarca en el campo de los sistemas de aislamiento eléctrico para su uso en aparamenta eléctrica de media y alta tensión. Más particularmente, la invención se refiere a un sistema de aislamiento eléctrico que comprende dos elementos fundamentales: a) un medio gaseoso formado por una o más fluorocetonas altamente fluoradas que tienen entre 4 y 12 carbonos, al menos otro gas dieléctrico adicional, distinto de las fluorocetonas, con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar, y por uno o más gases vectores y b) un tamiz molecular capaz de adsorber de forma preferente las moléculas de agua frente a las moléculas de los gases vectores presentes en el medio gaseoso del sistema. Asimismo, la invención se refiere al uso del sistema de aislamiento eléctrico, así como a la aparamenta eléctrica de media o alta tensión que comprende un recinto cerrado en cuyo interior están dispuestos componentes eléctricos bajo tensión y un sistema de aislamiento eléctrico de acuerdo con la invención.
Antecedentes de la invención
El aislamiento eléctrico en los equipos de media y alta tensión se garantiza normalmente mediante el uso de un gas dieléctrico que se introduce en un recinto cerrado y estanco donde se disponen los componentes de los equipos eléctricos bajo tensión.
El gas dieléctrico más empleado en los últimos años es el gas SF6 debido a sus excelentes propiedades dieléctricas y, entre otras muchas ventajas más, a que no es tóxico para los seres humanos. Sin embargo, este gas presenta un gran impacto ambiental debido a su alto potencial de calentamiento global (GWP = 22800).
Por esta razón, en los últimos años se han buscado gases alternativos que puedan sustituir a este gas en este tipo de equipos. Se han considerado diferentes gases alternativos al SF6 con buenas propiedades dieléctricas pero por una u otra razón (toxicidad no aceptable, alto potencial de calentamiento global, etc.) no han sido implementados finalmente.
Asimismo, el uso como medio dieléctrico en estos equipos únicamente de gases más respetuosos con el medio ambiente, tales como aire seco, N2, O2 o CO2 supondría un considerable aumento del tamaño de estos equipos para un nivel de tensión dada, debido a la menor rigidez dieléctrica de estos gases frente al SF6. Otra opción en este caso sería aumentar la presión de llenado de los equipos a valores superiores a los empleados con SF6 (alrededor de 1300 mbar), pero ello implicaría condicionar el diseño al cumplimiento de los distintos Reglamentos nacionales existentes para recipientes con presiones superiores a 1500 mbar con el consiguiente aumento de coste del equipo. Una alternativa prometedora son las fluorocetonas, no solo porque tienen una buena rigidez dieléctrica sino también porque algunas de ellas no son tóxicas para los seres humanos y presentan un impacto ambiental muy inferior al del gas SFa. Los documentos de patente WO2010/1460022 o WO2010142346 describen el uso de fluorocetonas para el aislamiento eléctrico en aparatos de media y alta tensión. Otros documentos de patente, tales como WO2014053661, WO2014173776, WO2012160158 y WO2012160155 describen mezclas de fluorocetonas con gases vectores tales como CO2, N2 , O2 , aire o mezclas de ellos.
Otra alternativa prometedora son los nitrilos fluorados o fluoronitrilos que también tienen una buena rigidez dieléctrica. El documento WO 2013/151741 describe el uso de dos fluoronitrilos como fluido dieléctrico en equipos eléctricos
Otro problema que afecta negativamente a la capacidad dieléctrica de los sistemas gaseosos de aislamiento es la presencia de moléculas de agua procedentes de los materiales usados para fabricar algunos componentes eléctricos de la propia aparamenta. El agua puede aparecer en el recinto cerrado y estanco de la aparamenta donde se encuentra el gas aislante porque algunos materiales termoplásticos empleados en la fabricación de componentes eléctricos tales como, por ejemplo, las poliamidas, pueden contener agua en su interior. Por ejemplo en el caso de las poliamidas pueden tener absorbido en su interior entre un 4,5 y un 7,5 % en peso de agua.
La presencia de agua en el medio gaseoso hace disminuir las propiedades dieléctricas del mismo, por lo que se debe evitar su presencia.
Para solventar el problema del agua presente en las aparamentas eléctricas se han usado desecantes y también tamices moleculares. Un tamiz molecular es un material que contiene poros pequeños de un tamaño preciso y uniforme, y que se usa como agente adsorbente para gases y líquidos. Las moléculas que son lo suficientemente pequeñas para pasar a través de los poros son adsorbidas, mientras que las moléculas mayores no. A diferencia de un filtro, el procedimiento opera a nivel molecular. Por ejemplo, una molécula de agua puede ser lo suficientemente pequeña para pasar, mientras que otras moléculas más grandes no pueden hacerlo.
En sistemas de aislamiento con gas SF6 como único gas aislante, la separación del agua es relativamente sencilla mediante tamices moleculares, ya que el tamaño de la molécula de SF6 es sustancialmente mayor que el de la molécula de agua y, por tanto, la selección de moléculas por tamaño no representa un problema importante. Sin embargo, este problema no es tan fácil de resolver en sistemas gaseosos de aislamiento en los cuales existen moléculas de tamaños comparables a los de la molécula de agua tales como, por ejemplo, gases vectores tales como N2 , CO2 , aire seco junto con aislantes tales como fluorocetonas o fluoronitrilos. En este tipo de aislantes dieléctricos, los gases que actúan como vectores (CO2, N2, aire, O2 etc.) tienen tamaños moleculares similares a los de la molécula de agua y los tamices pueden adsorber parte de estos gases en vez de las moléculas de agua. Por tanto, existe la necesidad de desarrollar sistemas gaseosos de aislamiento dieléctrico para aparamenta de media y alta tensión que posean una rigidez dieléctrica adecuada (similar a la del SFa), que no resulten tóxicos para el ser humano, cuyo impacto ambiental sea mínimo y cuya capacidad de aislamiento no se vea afectada por la posible agua que puede aparecer en el interior de los recintos cerrados de dicha aparamenta eléctrica, donde se encuentran los componentes eléctricos aislados con los gases dieléctricos.
Objeto de la invención
Es por tanto un objeto de la invención un sistema de aislamiento eléctrico de bajo impacto ambiental para aparamenta eléctrica de media o alta tensión que representa una solución a los problemas antes planteados. De manera más particular, el objeto principal de la presente invención es un sistema de aislamiento eléctrico para aparamenta eléctrica de media o alta tensión que comprende:
a) un medio gaseoso que comprende una mezcla de una o más fluorocetonas altamente fluoradas que tienen entre 4 y 12 carbonos, al menos otro gas dieléctrico adicional, distinto de las fluorocetonas, con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar, y uno o más gases vectores, y
b) un tamiz molecular con un tamaño de poro de 3 a 4 A y una superficie polar, con la condición de que el medio gaseoso no contenga CO2.
Otro objeto de la invención es el uso del sistema de aislamiento eléctrico de la invención para el aislamiento eléctrico y/o para la extinción de arcos eléctricos en aparamenta eléctrica de media o alta tensión.
Un objeto adicional de la invención es un procedimiento para el aislamiento eléctrico y/o la extinción de arcos eléctricos en aparamenta eléctrica de media y alta tensión que comprende la introducción del sistema de aislamiento eléctrico en un recinto cerrado y estanco donde están dispuestos los componentes eléctricos bajo tensión de dicha aparamenta eléctrica de media o alta tensión.
Un último objeto de la presente invención es una aparamenta eléctrica de media o alta tensión que comprende un recinto cerrado en cuyo interior están dispuestos componentes eléctricos bajo tensión y un sistema de aislamiento eléctrico de acuerdo con la presente invención.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra una representación de la estructura de la zeolita A.
La Figura 2 muestra una representación de la ubicación de los cationes de sodio en la estructura de la zeolita A. La Figura 3 muestra un equipo BAUR DTA-100E usado para determinar la rigidez dieléctrica de sistemas gaseosos de aislamiento eléctrico.
Descripción detallada de la invención
Un primer objeto de la invención se refiere a un sistema de aislamiento eléctrico para aparamenta eléctrica de media o alta tensión que comprende:
a) un medio gaseoso que comprende una mezcla de:
- una o más fluorocetonas que tienen entre 4 y 12 carbonos
- al menos otro gas dieléctrico adicional, distinto de las fluorocetonas, con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar
- uno o más gases vectores, y
b) un tamiz molecular con un tamaño de poro de 3 a 4 A y una superficie polar, con la condición de que el medio gaseoso no contenga CO2.
El primer elemento del sistema de aislamiento eléctrico de la invención es el medio gaseoso. Dentro de este medio gaseoso, uno de los elementos esenciales son las fluorocetonas que tienen entre 4 y 12 carbonos que, de acuerdo con la presente invención, tienen la fórmula general (I):
R1-CO-R2 (I)
donde R1 y R2 representan cadenas carbonadas lineales o ramificadas que tienen entre 1 y 10 carbonos al menos parcialmente fluoradas. La definición de la formula (I) incluye tanto cetonas perfluoradas como cetonas hidrofluoradas.
De manera más particular, las fluorocetonas pueden tener entre 4 y 10 carbonos y aún más particularmente entre 4 y 8 carbonos.
En una realización particular y preferente de la invención, las fluorocetonas tienen 5 o 6 carbonos y, de manera más particular y preferente, las fluorocetonas tienen, respectivamente, las formulas estructurales CF3-CO-CF-(CF3)2 (a la que nos referiremos como C5K) y CF3-CF2-CO-CF-(CF3)2 (a la que nos referiremos como C6K). La razón por la cual estas dos fluorocetonas son especialmente preferidas es porque son productos con una buena rigidez dieléctrica, con muy bajo potencial de calentamiento global (GWP=1) y además no son tóxicas. Por ejemplo, para la fluorocetona C5K el valor límite ambiental de exposición diaria, VLA-ED (8 horas), es de 225 ppmv.
El segundo elemento esencial del medio gaseoso es el gas dieléctrico adicional, distinto de las fluorocetonas, con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar, tal como por el fluoronitrilo. Los autores de la presente invención han descubierto que la incorporación del gas dieléctrico adicional con una presión de vapor a 0 °C mayor de 0.5 bar y menor de 15 bar, tal como, por ejemplo, el fluoronitrilo a un sistema de aislamiento con base de fluorocetonas, proporciona un aumento significativo de la rigidez dieléctrica de la mezcla gaseosa sin afectar negativamente a otros parámetros operativos.
En una realización particular y preferente de la invención el gas dieléctrico adicional es un fluoronitrilo y, más preferentemente, heptafluoroisobutironitrilo, cuya fórmula química es (CF3)2-CF-CN y que tiene un bajo impacto ambiental (valor de GWP cerca del 10 % del valor del SF6) y unas muy buenas propiedades dieléctricas.
El otro elemento de la mezcla gaseosa del sistema de aislamiento eléctrico de la invención es el o los gases vectores. Se conoce como gases vectores a los gases usados para diluir la o las fluorocetonas y el gas dieléctrico adicional y que, aunque tienen una rigidez dieléctrica menor, permiten que el medio gaseoso se comporte como tal a bajas temperaturas. Por otro lado, suelen ser gases completamente inocuos (no tóxicos) y generalmente con un bajo impacto ambiental.
En una realización particular, los gases vectores se seleccionan de N2, CO2, O2 , aire seco, helio o mezclas de los mismos.
Una realización particular y preferente de la invención se refiere a un sistema de aislamiento eléctrico donde la mezcla gaseosa comprende una fluorocetona que tiene de 4 a 12 carbonos, preferentemente 5 o 6 carbonos, más preferentemente la fluorocetona C5K, un fluoronitrilo, preferentemente heptafluoroisobutironitrilo, y uno o más gases vectores. En esta realización, los gases vectores se seleccionan de manera preferente de N2, CO2, O2 , aire seco, helio o mezclas de los mismos.
Otra realización particular y preferente de la invención se refiere a un sistema de aislamiento eléctrico donde la mezcla gaseosa comprende dos fluorocetonas que tienen de 4 a 12 carbonos, preferentemente 5 o 6 carbonos, más preferentemente las fluorocetonas C5K y C6K, un fluoronitrilo, preferentemente heptafluoroisobutironitrilo, y uno o más gases vectores. En esta realización, los gases vectores se seleccionan de manera preferente de N2 , CO2 , O2, aire seco, helio o mezclas de los mismos.
La rigidez dieléctrica total de la mezcla gaseosa se verá afectada por la cantidad de fluorocetona o fluorocetonas y de gas dieléctrico adicional (tal como, por ejemplo, fluoronitrilo), de manera que cuanta más fluorocetona y gas dieléctrico adicional haya en la mezcla gaseosa mayor será su rigidez dieléctrica.
Sin embargo, la cantidad de fluorocetona y de gas dieléctrico adicional en la mezcla gaseosa está determinada por la temperatura mínima de funcionamiento de la aparamenta donde se vaya a usar. De manera general, cuanto menor sea la temperatura mínima de funcionamiento de la aparamenta eléctrica menor cantidad de fluorocetonas y de gas dieléctrico adicional se podrá introducir en la mezcla gaseosa ya que es deseable evitar su condensación parcial a bajas temperaturas.
El otro elemento fundamental del sistema de aislamiento eléctrico de la invención, aparte del medio gaseoso, es un tamiz molecular con un tamaño de poro de 3 a 4 A y una superficie polar.
Un tamiz molecular como el descrito anteriormente, es un material que contiene poros pequeños de un tamaño preciso y uniforme que se usa como adsorbente para gases y para líquidos. Los tamices moleculares son capaces de discriminar a nivel de tamaño molecular, de modo que las moléculas que son lo suficientemente pequeñas para pasar a través de los poros son adsorbidas mientras que las moléculas mayores no lo son.
El uso del tamiz molecular en el sistema de aislamiento eléctrico de la invención, se justifica por la necesidad de adsorber las moléculas de agua presentes en los materiales de algunos componentes que forman la aparamenta eléctrica ya que la presencia de dichas moléculas afecta negativamente a la rigidez dieléctrica y por tanto a la capacidad como aislante de la mezcla gaseosa con fluorocetonas y fluoronitrilo.
Los tamices moleculares tienen una gran capacidad de adsorción de agua que en algunos casos puede llegar hasta el 22 % de su propio peso en agua. No obstante, debido a que las moléculas de los gases vectores (N2, CO2 , O2 , aire seco o helio) de la mezcla gaseosa del sistema de aislamiento tienen un tamaño molecular similar al de la molécula de agua, es preciso que el tamiz molecular tenga capacidad de separar selectivamente las moléculas de agua frente a las de estos gases.
Para ello, los inventores han descubierto que el uso de un tamiz molecular con un tamaño de poro de 3 a 4 A y una superficie polar permite hacer esta discriminación y adsorber selectivamente las moléculas de agua frente a moléculas de N2, CO2, O2 , aire seco o helio, haciendo que el sistema de aislamiento eléctrico de la invención no vea alterada o deteriorada su rigidez dieléctrica.
Esta capacidad selectiva para el agua de los tamices del sistema de aislamiento eléctrico de la invención proviene no solo del tamaño del poro sino además, y especialmente para el caso de moléculas de tamaño similar a la de agua, de la superficie polar de los tamices moleculares. El hecho de que la superficie sea polar hace que atraiga con más apetencia aquellas moléculas más polares con preferencia sobre las menos polares.
La tabla 1 describe tanto el tamaño como la polaridad de determinadas moléculas:
Tabla 1.
Figure imgf000005_0001
A partir de estos datos es fácil entender que por ejemplo será fácil discriminar por tamaño la adsorción de las moléculas de agua frente a moléculas de, por ejemplo, SF6 o de fluorocetona, sin embargo no lo es tanto frente a moléculas de los gases vectores como helio, O2, N2, CO2 o aire cuyos tamaños son parecidos. Frente a estas moléculas si es relevante la polaridad del agua mucho mayor que la de los otros gases vectores. Esta característica de las moléculas de agua es la que hace que estas sean adsorbidas de manera preferente frente al resto cuando la superficie del tamiz es polar.
Hay tamices moleculares de diferente naturaleza, tales como las zeolitas, que son aluminosilicatos, vidrios porosos, arcillas, carbones microporosos, carbones activados, etc. En principio cualquier tamiz molecular es apropiado para su uso en el sistema de aislamiento eléctrico de la invención siempre y cuando cumpla con que el tamaño de poro sea de entre 3 a 4 A y posea una superficie polar.
También en una realización preferente el tamiz molecular es un tamiz de zeolita. La zeolita puede ser natural y preferentemente zeolita sintética. Las zeolitas son aluminosilicatos que pueden presentar diferentes estructuras como la zeolita A, zeolita X, zeolita Y, etc.
En la realización preferente de la invención la zeolita tiene la estructura A. En la figura 1 se puede observar la estructura de la Zeolita A. Los átomos de aluminio, silicio y oxigeno se asocian para formar unos octaedros truncados llamadas jaulas de sodalita. Las jaulas de sodalita se combinan en la Zeolita A en forma de cubo simple dejando un espacio interior llamado jaula a con una cavidad de 11,5 A de diámetro accesible desde las aperturas de los seis lados del cubo. Estas entradas están rodeadas por 8 átomos de oxígeno y uno o más cationes intercambiables bloquean parcialmente el área frontal. Cuando los cationes son de sodio (Na+) (véase la figura 2) el anillo de átomos de oxigeno proporciona una "ventana" de 4,2 A de diámetro para entrar al interior de la estructura (jaula a). Los cationes de sodio pueden ser parcialmente sustituidos por otros cationes en zeolitas sintéticas como por ejemplo por potasio (K+) o calcio (Ca2+) dando lugar a aperturas de 3 A y 5 A, respectivamente.
Además de contribuir a determinar el diámetro de apertura de los poros que, sin duda, es de relevancia en la discriminación molecular de los gases adsorbidos por las zeolitas, contribuyen a que haya en la estructura cristalina de la zeolita cargas positivas y negativas rígidamente establecidas que resultan en una distribución desigual de las cargas, lo que hace que la superficie sea polar. Esta característica de la zeolita es precisamente la que permite adsorber con preferencia moléculas de agua frente a otras moléculas de gases vectores como N2, CO2 , O2, aire seco o helio.
Otro objeto adicional de la invención está representado por el uso de un sistema de aislamiento eléctrico como el anteriormente descrito para el aislamiento eléctrico y/o para la extinción de arcos eléctricos en aparamenta eléctrica de media o alta tensión.
El medio gaseoso que comprende una mezcla de una o más fluorocetonas que tienen entre 4 y 12 carbonos, un gas dieléctrico adicional con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar (por ejemplo un fluoronitrilo) y uno o más gases vectores, proporciona una rigidez dieléctrica al sistema que el tamiz molecular con un tamaño de poro de 3 a 4 A y una superficie polar es la responsable de mantenerla, debido a que es capaz de adsorber selectivamente las moléculas de agua que pueden aparecer en el medio gaseoso procedentes de algunos de los elementos de la aparamenta eléctrica de media y alta tensión dispuestos en el recinto cerrado y estanco de dicha aparamenta. Es por ello, que el sistema de la invención es de gran utilidad en el aislamiento eléctrico y es capaz de extinguir arcos eléctricos en este tipo de aparamenta eléctrica.
Otro objeto adicional de la invención de alguna manera relacionado con el uso del sistema de aislamiento eléctrico de la invención se refiere a un procedimiento para el aislamiento eléctrico y/o la extinción de arcos eléctricos en aparamenta eléctrica de alta y media tensión que comprende la introducción de un sistema de aislamiento eléctrico que comprende:
a) un medio gaseoso que comprende una mezcla de
- una o más fluorocetonas altamente fluoradas que tienen entre 4 y 12 carbonos
- al menos un gas dieléctrico adicional con una presión de vapor a 0°C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar (por ejemplo un fluoronitrilo)
- y uno o más gases vectores, y
b) un tamiz molecular con un tamaño de poro de 3 a 4 A y una superficie polar en un recinto cerrado y estanco donde están dispuestos los elementos a aislar de dicha aparamenta eléctrica de media o alta tensión. El medio gaseoso no contiene CO2.
Para ello, inicialmente se colocan dentro del recinto una o más bolsas permeables a los gases y que contienen el tamiz molecular. Posteriormente, se cierra el recinto de manera que sea perfectamente estanco y se le aplica vacío. A continuación se introduce la mezcla gaseosa con la o las fluorocetonas, el gas dieléctrico adicional y el o los gases vectores hasta alcanzar la presión deseada.
Un último objeto de la invención se refiere a aparamenta eléctrica de media o alta tensión que comprende un recinto cerrado en cuyo interior se encuentran componentes eléctricos bajo tensión y un sistema de aislamiento eléctrico que comprende:
a) un medio gaseoso que comprende una mezcla de
- una o más fluorocetonas altamente fluoradas que tienen entre 4 y 12 carbonos
- al menos un gas dieléctrico adicional con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar (por ejemplo un fluoronitrilo)
- uno o más gases vectores, y
b) un tamiz molecular con un tamaño de poro de 3 a 4 A y una superficie polar, con la condición de que el medio gaseoso no contenga CO2.
La figura 3 muestra un sistema de ensayo para la determinación experimental de la rigidez dieléctrica de sistemas gaseosos de aislamiento.
En una realización particular de la invención, dicha aparamenta puede ser una celda de distribución secundaria para redes de distribución eléctrica de hasta 72 kV.
A continuación se proporcionan ejemplos que permiten entender las posibles realizaciones de la invención:
Ejemplo 1: Descripción detallada de las realizaciones de la invención
Como realización preferente de esta invención se propone un sistema de aislamiento eléctrico dentro de un recinto cerrado y estanco que forma parte de una aparamenta eléctrica de media o alta tensión, que comprende un tamiz molecular zeolítico con un tamaño entre 3 y 4 A, y además una mezcla gaseosa que comprende:
a) una fluorocetona completamente fluorada con fórmula estructural CF3-CO-CF-(CF3)2 (denominada C5K) y b) opcionalmente también otra fluorocetona completamente fluorada con fórmula estructural CF3-CF2-CO-CF-(Cf3)2 (denominada C6K),
c) Al menos otro gas dieléctrico adicional distinto de las fluorocetonas, con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar, tal como por ejemplo un fluoronitrilo, particularmente heptafluoroisobutironitrilo con fórmula química (CF3)2-CF-CN,
d) y además de otro gas o gases vectores, tal como por ejemplo, N2, CO2 , aire seco, O2 o helio o cualquier combinación de los mismos.
Las dos fluorocetonas mencionadas son productos con una buena rigidez dieléctrica, con muy bajo potencial de calentamiento global (GWP=1) y además no son tóxicas. Por ejemplo, para la fluorocetona C5K el valor límite ambiental de exposición diaria, VLA-ED (8 horas), es de 225 ppmv.
La presencia en la mezcla gaseosa de otro gas dieléctrico adicional, tal como por ejemplo fluoronitrilo, con fórmula química (CF3)2-CF-CN, permite aumentar de manera sustancial la rigidez dieléctrica de la mezcla sin afectar negativamente a otros parámetros operativos.
La rigidez dieléctrica del sistema de aislamiento, además de verse mejorada por la presencia del tamiz molecular selectivo empleado debido a la reducción de agua en el mismo, también estará afectada por el porcentaje de fluorocetona o fluorocetonas y del otro gas dieléctrico adicional (tal como, por ejemplo, fluoronitrilo) empleados en la mezcla gaseosa. De manera que cuanta más fluorocetona y gas dieléctrico adicional haya en la mezcla gaseosa, mayor será su rigidez dieléctrica, para una presión final de llenado determinada. Sin embargo, como se ha mencionado anteriormente, la cantidad de fluorocetona y de gas dieléctrico adicional en la mezcla gaseosa está determinada por la temperatura mínima de funcionamiento de la aparamenta si se quiere evitar su condensación a bajas temperaturas (lo que conllevaría una reducción de las propiedades dieléctricas de la mezcla gaseosa a esas bajas temperaturas).
En las dos tablas siguientes se muestran los valores de fracción molar de las fluorocetonas C5K y C6K, y del heptafluoroisobutironitrilo (FN) que se podrían usar en la mezcla gaseosa sin que se produjera condensación de la misma para diferentes temperaturas mínimas de funcionamiento de la aparamenta, suponiendo una temperatura de llenado de la aparamenta de 20 °C y con una presión total de llenado de la mezcla de 1400 mbar.
Tabla 2. Mezclas con fluorocetona C5K
Figure imgf000007_0002
Tabla 3. Mezclas con fluorocetona C6K
Figure imgf000007_0003
Tabla 4. Mezclas con heptafluoroisobutironitrilo (FN)
Figure imgf000007_0001
continuación
Figure imgf000008_0001
Por ejemplo, para una aparamenta de media tensión con una presión de llenado a 20 °C de 1.40 bar y con una temperatura mínima de funcionamiento de -15 °C podría emplearse:
a) una mezcla de N2 (o aire seco u O2 o helio o una mezcla de los mismos) con un 17,60 % de C5K, b) o una mezcla de N2 (o aire seco u O2 o helio o una mezcla de los mismos) con un 5,16 % de C6K, c) o una mezcla de N2 (o aire seco u O2 o helio o una mezcla de los mismos) con un 51,43 % de FN, d) o una mezcla de N2 (o aire seco u O2 o helio o una mezcla de los mismos) con un 17,60 % de C5K, un 5,16 % de C6K y un 51,43% de FN, sin que se produjera condensación de las fluorocetonas ni del heptafluoroisobutironitrilo hasta -15 °C.
Por debajo de esa temperatura de -15 °C las fluorocetonas y el heptafluoroisobutironitrilo empezarían a condensarse parcialmente reduciéndose su porcentaje en la mezcla gaseosa y, por tanto, disminuyendo la rigidez dieléctrica del sistema de aislamiento inicial.
De la misma manera, para una aparamenta de media tensión con una presión de llenado a 20 °C de 1,40 bar y con una temperatura mínima de funcionamiento de -25 °C podría usarse lo siguiente:
a) una mezcla de N2 (o aire seco u O2 o helio o una mezcla de los mismos) con un 11,48 % de C5K, b) o una mezcla de N2 (o aire seco u O2 o helio o una mezcla de los mismos) con un 3,09 % de C6K, c) o una mezcla de N2 (o aire seco u O2 o helio o una mezcla de los mismos) con un 33,33 % de FN, d) o una mezcla de N2 (o aire seco u O2 o helio o una mezcla de los mismos) con un 11,48 % de C5K, un 3,09 % de C6K y un 33.33 % de FN, sin que se produjera condensación de las fluorocetonas ni del heptafluoroisobutironitrilo hasta -25 °C.
Por debajo de esa temperatura de -25 °C, las fluorocetonas y el heptafluoroisobutironitrilo empezarían a condensarse parcialmente reduciéndose su porcentaje en la mezcla gaseosa y, por tanto, disminuyendo la rigidez dieléctrica del sistema de aislamiento inicial.
Esto ocurre sucesivamente para otras temperaturas mínimas de funcionamiento de la aparamenta.
Si las presiones finales de la mezcla en la aparamenta fueran diferentes a 1,40 bar, los porcentajes de C5K y de C6K y heptafluoroisobutironitrilo también se verían modificados de forma acorde y de acuerdo con la siguiente fórmula:
X,C5K = P,C5K/ Ptotal mezcla
X,C6K = P,C6K/ Ptotal mezcla
X,FN = P,FN/Ptotal mezcla
siendo Ptotal mezcla la presión final de la mezcla.
Si en el momento del llenado de la aparamenta se emplean mayores porcentajes de fluorocetonas y fluoronitrilo en las mezclas que los indicados para cada temperatura, lógicamente la rigidez dieléctrica será mayor, pero habrá que tener en consideración que a las temperaturas mínimas de funcionamiento la rigidez dieléctrica del sistema de aislamiento se vería reducida y sería menor que si se hubieran empleado los porcentajes de fluorocetona y fluoronitrilo indicados en las Tablas 1, 2 y 3 para cada temperatura, debido a la condensación de parte de la fluorocetona o fluorocetonas y/o del fluoronitrilo.
Ejemplo 2: Ensayo de rigidez dieléctrica de mezclas gaseosas
Se evaluó la rigidez dieléctrica de diferentes mezclas gaseosas midiendo la "tensión de ruptura dieléctrica" en un equipo BAUR DTA-100E dotado de una célula para ensayo de gases con dos electrodos según norma ASTM D2477 (uno de los electrodos es un disco con cara plana de 3,81 cm de diámetro y el otro electrodo es una bola esférica de 1,91 cm de diámetro) y con una distancia entre electrodos de 8 mm.
Las mezclas gaseosas ensayadas fueron las siguientes:
a) 1400 mbar de CO2
b) 1400 mbar de mezcla CO2 + 9 % C5K
c) 1400 mbar de mezcla CO2 + 9 % C5K 8 % FN
Los resultados de estos ensayos se muestran en la Tabla 5:
Tabla 5: Valores de tensión de ruptura dieléctrica de las mezclas gaseosas
Figure imgf000009_0001
Como se puede observar en la tabla, la adición de un 8 % de heptafluoroisobutironitrilo a la mezcla de fluorocetona con CO2 proporciona un incremento en la tensión de ruptura dieléctrica de dicha mezcla de entorno al 25 %, lo cual hace que una mezcla gaseosa de estas características sea aún más idónea para aplicaciones de aislamiento eléctrico en aparamenta eléctrica de media o alta tensión.
Ejemplo 3: Impacto ambiental (calentamiento global) de un ejemplo de mezcla gaseosa (no de acuerdo con la invención)
El potencial de calentamiento global (GWP, por sus siglas en inglés) de una mezcla gaseosa se calcula, de acuerdo con lo indicado en el Reglamento Europeo de gases fluorados de efecto invernadero, como la media ponderada derivada de la suma de las fracciones en peso de cada una de las sustancias multiplicadas por su valor de GWP. De esta forma, el potencial de calentamiento global (GWP) de una mezcla con un 9 % de fluorocetona C5K, un 8 % de heptafluoroisobutironitrilo y un 83 % de CO2 sería de aproximadamente 454, es decir, un 2 % del potencial de calentamiento global (GWP) del gas SF6 (teniendo en cuenta que el GWP del C5K es 1 y el del heptafluoroisobutironitrilo es 2210, y que el peso molecular del C5K es 266, el del heptafluoroisobutironitrilo es 195 y el del CO2 es 44).

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de aislamiento eléctrico para aparamenta eléctrica de media o alta tensión de bajo impacto ambiental, que comprende:
a) un medio gaseoso que comprende una mezcla de
- una o más fluorocetonas que tienen entre 4 y 12 carbonos
- al menos otro gas dieléctrico adicional, distinto de las fluorocetonas, con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar,
- uno o más gases vectores, y
b) un tamiz molecular con un tamaño de poro de 3 a 4 A y una superficie polar, con la condición de que el medio gaseoso no contenga CO2.
2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el medio gaseoso comprende una fluorocetona que tiene de 4 a 12 carbonos, un fluoronitrilo con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar como gas dieléctrico adicional, y uno o más gases vectores.
3. Sistema de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el medio gaseoso comprende una fluorocetona de 5 o 6 carbonos, un fluoronitrilo con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar como gas dieléctrico adicional, y uno o más gases vectores.
4. Sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la fluorocetona es (CF3)2-CF-CO-CF3 y el fluoronitrilo es (CF3)2-CF-CN.
5. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el medio gaseoso comprende dos fluorocetonas que tienen de 4 a 12 carbonos, un fluoronitrilo con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar como gas dieléctrico adicional, y uno o más gases vectores.
6. Sistema de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el medio gaseoso comprende dos fluorocetonas que tienen 5 o 6 carbonos, un fluoronitrilo con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar como gas dieléctrico adicional, y uno o más gases vectores.
7. Sistema de acuerdo con la reivindicación 6, en el que las dos fluorocetonas son (CF3)2-CF-CO-CF3 y (CF3)2-CF-CO-CF2-CF3, y en el que el fluoronitrilo es (CF3)2-CF-CN.
8. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los gases vectores se seleccionan de N2, O2 , aire seco, helio o mezclas de los mismos.
9. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción molar de la fluorocetona o de las fluorocetonas y del gas dieléctrico adicional, distinto de las fluorocetonas, con una presión de vapor a 0 °C mayor de 500 mbar y menor de 15000 mbar en la mezcla gaseosa, es de al menos un 1 % o de al menos un 2 % o de al menos un 5 % o de al menos un 10 % o de al menos un 15 %.
10. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tamiz molecular se selecciona de zeolitas naturales o zeolitas sintéticas.
11. Sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la zeolita tiene una estructura A.
12. Uso de un sistema de aislamiento eléctrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores para el aislamiento eléctrico y/o para la extinción de arcos eléctricos en aparamenta eléctrica de media o alta tensión.
13. Procedimiento para el aislamiento eléctrico y/o la extinción de arcos eléctricos en aparamenta eléctrica de alta y media tensión, que comprende la introducción del sistema de aislamiento eléctrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 en un recinto cerrado y estanco en el que están localizados los elementos a aislar de dicha aparamenta eléctrica de media o alta tensión.
14. Aparamenta eléctrica de media o alta tensión que comprende un recinto cerrado en cuyo interior están dispuestos componentes eléctricos bajo tensión y un sistema de aislamiento eléctrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
15. Aparamenta eléctrica de acuerdo con la reivindicación 14, en la que la aparamenta puede ser una aparamenta de distribución de energía eléctrica en redes de hasta 72 kV.
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