Mesmo com a reprovação do primeiro protótipo de para-raios de PEAD no ensaio de curto-circuito, optou-se por realizar o ensaio de envelhecimento em névoa salina, uma vez que os objetivos desses ensaios são distintos. Enquanto o ensaio de curto-circuito visa analisar se a falha do para-raios ocorrerá de forma segura, o ensaio de envelhecimento tem por objetivo avaliar o comportamento do invólucro diante da erosão, do trilhamento e da penetração de umidade, analisando o desempenho em longo dos supressores de surtos.
Para tanto, três unidades do primeiro protótipo de para-raios de PEAD de tensão nominal de 15 kV foram submetidas a sua tensão de operação contínua (12,7 kV) na presença de névoa salina artificial por um período de 1000 h. A Figura 3.8 apresenta a ilustraçãodo circuito de ensaio.
Figura 3.8 – Esquemático do circuito de ensaio de envelhecimento em névoa salina. Fonte de tensão AC de 150 kV, 20 kVA; divisor de tensão capacitivo de relação de transformação de 1000:1.
De acordo com a norma (IEC 60099-4, 2009), a concentração de sal em água pode variar de 1 kg/m3 a 10 kg/m3. Para tanto, neste ensaio, a concentração de sal em água foi ajustada em seu limite máximo de 10 kg/m3, correspondendo a uma condutividade de aproximadamente 17000 µS/cm. A vazão de água foi ajustada em 9 l/h, em função das dimensões da câmara de névoa salina e do valor estabelecido em norma.
Canal de Ar Pressurizado Medidor de Vazão Solução de Água Salina Bomba Hidráulica Registro para Regular a Pressão Suporte de Madeira Pára- raios Fonte de Tensão AC Divisor de Tensão Capacitivo
Foram observados, após as primeiras 200 h de ensaio, que o nível de descargas superficiais ao longo do invólucro aumentou consideravelmente, tanto em frequência quanto em intensidade.
Com aproximadamente 500 h de ensaio, ocorreu a atuação da proteção do sistema, com o desligamento da fonte de tensão. As inspeções visuais nas peças identificaram pequenas trincas abaixo das saias dos para-raios, acúmulo de partículas de sal ao longo do corpo do dispositivo e aumento da rugosidade da superfície do invólucro. Entretanto, não foram constatadas perfurações que atingissem o módulo do dispositivo. Desta forma, os para-raios foram novamente submetidos ao ensaio, com o religamento da fonte de alimentação do sistema.
Completadas 720 h de ensaio, foi observado o segundo desligamento do sistema em função da atuação da proteção. As inspeções visuais detectaram a falha de duas das três unidades, notando-se a perfuração do invólucro com sinais de carbonização da região, aumento das trincas no corpo do para-raios, presença acentuada de partículas de sal abaixo das saias e aumento da rugosidade superficial do invólucro. Na Figura 3.9 são apresentadas as falhas observadas nos invólucros dos para-raios.
Figura 3.9 – Falha observada durante a realização do ensaio de envelhecimento em névoa salina no primeiro protótipo de para-raios de PEAD. Perfuração e queima do material polimérico, trincas e
acúmulo de sal na parte inferior das saias dos para-raios.
Mediante os resultados obtidos, optou-se por realizar novamente o ensaio de envelhecimento em três novas unidades do primeiro protótipo de para-raios. Porém, reduziu-se a concentração de sal em água de 10 kg/m3 para 5 kg/m3, com o objetivo de verificar a influência desse parâmetro nos resultados de ensaio. A condutividade da solução salina para a nova concentração foi aproximadamente 8700 µS/cm. Os demais parâmetros de ensaio não foram alterados.
Entretanto, mesmo com a diminuição da condutividade da solução salina, as amostras não suportaram por 1000 h as condições de ensaio, em função de duas peças terem falhado após, aproximadamente, 800 h de experimento. A Figura 3.10 apresenta a falha ocorrida durante o ensaio de envelhecimento em névoa salina.
Figura 3.10 – Falha no invólucro do primeiro protótipo de para-raios de PEAD durante o ensaio de envelhecimento com concentração salina reduzida para 5 kg/m3 de sal em água.
Os resultados obtidos para os ensaios realizados levaram as seguintes conclusões:
A formação natural de bandas secas e bandas úmidas na superfície do invólucro induz o aumento de descargas superficiais, principalmente nas regiões de menor diâmetro do para-raios, ou seja, entre as saias. Regiões de menor diâmetro proporcionam maior densidade de corrente superficial e, portanto, colaboram para a maior ocorrência da formação de bandas secas (MARUNGSRI et al., 2006).
A frequente presença de descargas superficiais no invólucro faz com que haja um aumento localizado de temperatura, criando, portanto, uma distribuição térmica não uniforme.
As saias dos invólucros dos para-raios atuam de certa forma, como aletas dissipadoras de calor. Naturalmente, suas temperaturas são menores do que as temperaturas das regiões entre as saias, fato que contribui ainda mais para o aumento do gradiente térmico.
As diferenças de temperatura, causadas pelas frequentes descargas superficiais, produzem expansões/contrações volumétricas não homogêneas, principalmente
sob as saias, criando, desta forma, esforços de tração/compressão ao longo do invólucro, culminando no surgimento das trincas.
A presença das trincas superficiais no invólucro acarreta na penetração de umidade e poluição, criando um processo cíclico, que finaliza ao ocorrer à perfuração completa do invólucro.
Portanto, o primeiro protótipo de para-raios de PEAD foi considerado reprovado no ensaio de envelhecimento em névoa salina, de acordo com os critérios estabelecidos na norma (IEC 60099-4, 2009).