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http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9WRHEH| Type: | Tese de Doutorado |
| Title: | Caracterização e estudo de envelhecimento de isolador tipo pino em PEAD utilizado no setor elétrico |
| Authors: | Cynthia D' Avila Carvalho Erbetta |
| First Advisor: | Ricardo Geraldo de Sousa |
| Abstract: | O estudo do comportamento do material polimérico utilizado na composição dos isoladores de rede elétrica é de fundamental importância para avaliar a vida útil dos mesmos, como também seu desempenho em diferentes condições ambientais. O estudo em questão avaliou o comportamento de isoladores poliméricos tipo pino (15kV) em poli(etileno) de alta densidade (PEAD), sob condições de envelhecimento acelerado. Foram utilizadas três câmaras de envelhecimento, sendo duas de intemperismo artificial (radiação, temperatura e umidade) e uma de estresse elétrico (tensão e umidade), onde essa última constitui um produto desse trabalho. Para uma das câmaras de intemperismo, utilizou-se como referência a norma ASTM G155 e, para a outra, foram estabelecidos parâmetros os mais próximos possíveis da condição de envelhecimento natural na região metropolitana de Belo Horizonte (ciclos de verão e inverno). A fim de avaliar o efeito do formato da amostra sobre o envelhecimento acelerado, utilizou-se corpos de prova no formato gravata borboleta, placas e o próprio isolador (tal qual usado em serviço). As amostras foram envelhecidas por 200, 1.000 e 2.000h. O escopo do trabalho incluiu o projeto, instalação e operação da câmara de estresse elétrico. As amostras antes e após envelhecimento acelerado foram caracterizadas pelas seguintes técnicas: inspeção visual, medida de hidrofobicidade, medida de corrente de fuga, reometria, espectroscopia de absorção molecular na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectroscopia por dispersão de energia de raios-x (EDS), termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), ensaio mecânico de tração e determinação da rigidez dielétrica. Os resultados indicaram comportamento diferenciado das amostras envelhecidas em função do método de envelhecimento aplicado e do formato das amostras. O estresse elétrico aplicado na câmara projetada para tal finalidade mostrou-se efetivo. Há fortes indícios que durante o envelhecimento acelerado, em todos os métodos aplicados, houve migração de aditivos para a superfície das amostras. Observou-se perda mais acentuada de hidrofobicidade nos isoladores a partir de 1.000h de envelhecimento e perda total da mesma em 2.000h. Por reometria obteve-se indícios da intensidade da degradação apontada por FTIR e, ainda, verificou-se mudança de comportamento reológico de amostras submetidas ao envelhecimento a partir de 1.000h. As análises por MEV/EDS identificaram os elementos químicos presentes na superfície das amostras e as alterações em sua topografia em função do tempo de envelhecimento. Por TG foi possível estimar o tempo de vida útil das amostras, considerando apenas o efeito da temperatura e atmosfera inerte de nitrogênio. A análise de OOT (temperatura onset de oxidação) por DSC indicou diferença na estabilidade oxidativa entre as amostras. Quanto à cristalinidade, dentro do intervalo de tempo avaliado, apresentou-se pouco significativa na avaliação do envelhecimento acelerado. Com relação ao ensaio de tração e de rigidez dielétrica, esses não pareceram indicados para avaliar amostras cuja degradação ainda esteja ao nível superficial. Dentre as técnicas aplicadas, identificou-se aquelas com potencial para aplicação no estudo da correlação entre envelhecimento natural e acelerado, são elas: medida de hidrofobicidade, OOT, índice de carbonila e medida de massa molar média. Esse trabalho traz como resultado inédito o projeto, a construção e operação de uma câmara de estresse elétrico para isoladores tipo pino ou pilar, executando e caracterizando amostras sob envelhecimento acelerado em diferentes formatos, incluindo o isolador como aplicado em serviço. Além disso, pela primeira vez, foram estabelecidos ciclos de intemperismo (verão e inverno) a fim de obter uma boa correlação entre as condições do ambiente externo e o artificial, com base em dados meteorológicos da região metropolitana de Belo Horizonte. |
| Abstract: | The study of polymeric material behavior used in the composition of insulators of the electrical system has a fundamental importance in evaluating their lifetime, as well as their performance in different environmental conditions. The effect of polymeric insulators pin-shaped (15kV) of high density polyethylene (HDPE) under accelerated aging. Three aging chambers were used, two chambers of artificial weathering were used (radiation, temperature and humidity) and one of electric stress (voltage and humidity), where the last was projected and constructed in this work. The ASTM G155 was used as reference for one of the weathering chambers, and other parameters to natural aging conditions were established considering the metropolitan area of Belo Horizonte (summer and winter cycles). In order to evaluate the effect of accelerated aging on the sample-shaped were used in the tests sample bowtie-shaped, plates and insulator (as is used in service). The samples were aged at 200, 1,000 and 2,000h. The scope of work included the design, installation and operation of electrical stress chamber. The samples before and after accelerated aging, were characterized by the following techniques: visual inspection, hydrophobicity, leakage current measurement, rheometry, Fourier transform infrared spectrometry (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy (EDS), thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), mechanical tests and determination of dielectric strength. The results showed different behavior of the aged samples, due to the aging method applied and the sample shape. The electric stress applied to the chamber constructed was effective. There is strong evidence that during accelerated aging for all the methods applied, there was migration of additives to the surface of the samples. The loss of hydrophobicity in insulators with 1.000h of aging was more expressive and with 2.000h was total. Despite the leakage current measurement not shown significant results until 1.000h of accelerated aging, it is possible that it can contribute significantly in the evaluation from 2.000h, due to the loss of hydrophobicity. By rheometry was obtained evidence of degradation intensity, too indicated by FTIR. This technique showed that rheological behavior of samples subjected to aging with 1.000hs was altered. Analysis by SEM / EDS to evaluate the effect of aging on the topography of the sample, and to identify the chemical elements present on the sample surface. TG was used to estimate the lifetime of the samples, considering only the effect of temperature and nitrogen atmosphere. The OOT analysis (oxidation onset temperature) by DSC indicated a difference between the oxidative stability of the samples. The crystallinity, within the estimated time interval, showed insignificant in the evaluation of accelerated aging. The mechanical and electrical tests were not appropriated to evaluate samples with degradation still in superficial level. Among the techniques applied, those identified with potential for application in the study of the correlation between aging natural and accelerated are: measure hydrophobicity, OOT, carbonyl index and measure of average molar mass. This work has as unprecedented result: project, construction and operation of an electric stress chamber for insulating type pin or pillar, implementation and characterization of samples under accelerated aging in different shapes, including the insulator as applied in service. In addition, by first time, weathering cycles were established (summer and winter) in order to get a good correlation between the conditions of the natural and the artificial environment, based on meteorological data in the metropolitan region of Belo Horizonte. |
| Subject: | Engenharia quimica |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9WRHEH |
| Issue Date: | 11-Feb-2015 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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