Estudio de los fenómenos de transporte electrónico de gases alternos al sf6 para su aplicación como aislamiento en equipo eléctrico de alta tensión.

RESUMEN El hexafluoruro de azufre (SF6) es el dieléctrico gaseoso preferido por la industria eléctrica, utilizado como aislamiento y medio de extinción de arco, debido a su electronegatividad, estabilidad térmica y química y capacidad de regeneración molecular. Sin embargo, el hexafluoruro es un gas de efecto invernadero, identificado como el de mayor potencial de calentamiento global (aproximadamente 24,000 veces el potencial del CO2), de alto impacto para la atmósfera debido a su alta absorción de radiación infrarroja y un tiempo de vida en la atmósfera de hasta 3,200 años. Además, cuando el SF6 es disociado, los productos de descomposición son altamente tóxicos y corrosivos, representando un alto riesgo para la salud de las personas en contacto con este gas. La acumulación de dichos subproductos, modifican las propiedades dieléctricas del gas, afectando la operación y eficiencia de los equipos eléctricos de alta tensión. El incremento en la demanda del SF6 y la necesidad de contar con equipos más eficientes, hacen del hexafluoruro de azufre un gas potencialmente dañino para el medio ambiente y la humanidad. Por lo que, en las últimas décadas, diversos grupos de investigación en el mundo han estudiado nuevos gases con la finalidad de encontrar un sustituto del hexafluoruro de azufre como medio aislante y de bajo impacto ambiental. La medición de los parámetros de transporte eléctrico y iónico de gases en el régimen de Townsend, es una de las técnicas utilizadas para la obtención de la ionización efectiva nula a un determinado valor de campo eléctrico, que permita prever su comportamiento como medio aislante. En este trabajo de tesis se presentan los trabajos experimentales y los resultados de la medición de la evolución temporal de la corriente electrónica y iónica en dos mezclas ternarias propuestas para su análisis como posibles sustitutos del hexafluoruro de azufre. La medición de la corriente de descarga, es acondicionada para su análisis y para facilitar la identificación de las etapas de su evolución temporal, que permitan identificar las componentes electrónicas y iónicas. Se presentan los resultados obtenidos con la técnica pulsada de Townsend en el análisis de las mezclas CF3I-SF6-CO2 y CF3I-SF6-N2 a diferentes concentraciones de los gases, en un intervalo de 250-500 Td del campo eléctrico normalizado a la densidad de la mezcla (E/N) y presiones de 0.5 a 5 Torr, mostrando la posibilidad para ambas mezclas de sustituir al hexafluoruro de azufre en su aplicación como medio aislante en equipo eléctrico de alta tensión, con base en el valor de campo eléctrico crítico medido.

ABSTRACT Sulfur hexafluoride (SF6) is the preferred dielectric gas for the electric industry, used as an electrical insulator and as arc-quenching, due to its electronegativity, thermal stability and chemistry and ability of molecular regeneration. Nevertheless, the hexafluoride is a greenhouse gas, identified with the biggest potential for global warming (approximately 24,000 times than the CO2), of high impact on the atmosphere due to its high infrared radiation absorption and with a time of life in the atmosphere up to 3,200 years. Also, when the SF6 is dissociated, the decomposition products are highly toxic and corrosive, being a high health risk for the people in contact with this gas. The accumulation of such byproducts, modify the dielectric properties of the gas, affecting the operation and efficiency of HV electrical equipment. The demand of SF6 and the need for more efficient equipment, make of the sulfur hexafluoride a potentially harmful gas to the environment and humanity. As of the last decades, several research groups around the globe have studied new gases in order to find a substitute for sulfur hexafluoride as an electrical insulator and with low environmental impact. The measurement of electrical and ionic gas transportation parameters in the Townsend regime is one of the techniques used to obtain the effective ionization null at a certain value of an electric field, which allows foreseeing its behavior as an insulating medium. In this thesis is presented the theory, the experimental development and the results of the measurement of the time evolution of the electronic current and ionic current of two ternary mixtures proposed for analysis as possible substitutes for sulfur hexafluoride. The measurement of the discharge current is fitting for its analysis and to facilitate the identification of the stages of its temporal evolution, which allows identifying the electric and ionic components. Results obtained with the pulsed technique of Townsend in the analysis of the mixes of CF3I-SF6-CO2 y CF3I-SF6-N2 are presented at different concentrations of the gases, in an interval of 250-500 Td of the electric field normalized to the density of the mixture (E/N) and pressures of 0.5 to 5 Torr, showing the possibility for both mixtures to replace sulfur hexafluoride in its application as an insulator in high voltage electrical equipment, based on the critical electric field value measured.