Corrosão e Proteção Anticorrosiva Departamento de Tecnologias Especiais Departamento de Laboratórios do Fundão Centro de Pesquisas de Energia Elétrica Análise da falha prematura em cabos para-raios de linhas de transmissão de energia elétrica

Motivação A Chesf solicitou ao Cepel uma perícia técnica para a investigação de problemas de corrosão que vinham sendo observados nos cabos para-raios da LT Campina Grande II – Natal III. Este problema foi registrado após, aproximadamente, 13 anos de operação da linha, em cabos de aço galvanizado com diâmetro de 3/8 polegadas (9,5 mm), com ocorrências de rompimento dos cabos. O trabalho de perícia técnica foi dividido em três partes: Visita técnica em campo Ensaios acelerados de corrosão em laboratório Ensaios normatizados para avaliação do aço galvanizado

Visita técnica de campo Regiões das LT visitadas durante a inspeção na Paraíba. Regiões das LT visitadas durante a inspeção no Rio Grande do Norte. LTRegião do mapaIdade da LT Campina Grande II – ParaísoA35 anos Campina Grande II – Natal IIIA 15 anos Campina Grande II – Natal IIIB15 anos Campina Grande II – Natal IIIC15 anos Paraíso – Natal IID35 anos Região onde o problema ocorreu

Visita técnica de campo

Foram coletadas águas de lavagem das estruturas, em garrafas de 200 mL previamente descontaminadas, utilizando água destilada. A análise química desta água é uma forma de quantificar a presença de contaminantes atmosféricos que possam acelerar o processo corrosivo e torna uma atmosfera mais agressiva.

Ensaios de laboratório – aço galvanizado A norma NBR 5908 – “Cordoalha de sete fios de aço zincado para cabos pára-raios” estabelece critérios para a avaliação de cabos para-raios de aço galvanizado: Diâmetro da cordoalha Diâmetro dos fios da cordoalha de aço galvanizado. Massa por comprimento da cordoalha Massa da camada de zinco dos fios da cordoalha. Uniformidade da camada de zinco

Ensaios de laboratório – ensaios acelerados de corrosão Realização de ensaios acelerados de corrosão em amostras de cabos para-raios sem uso (não foram expostas às intempéries): O ensaio de condensação de umidade (ASTM D 4585) nas condições de 40°C e 100% de umidade relativa, com duração total de 2400 horas, simulando uma condição de elevada agressividade em termos de condensação de umidade. O ensaio cíclico de corrosão (ASTM B 117) foi conduzido expondo o cabo às condições de agressivas abaixo. A duração do ensaio foi de 1800 horas. 3 dias de exposição à radiação ultravioleta (UV-B) e condensação de umidade (ciclo de 8h de UV-B e 4h de condensação) 1 dia à baixa temperatura ( -10°C), em freezer 3 dias de exposição em câmara de névoa salina contínua.

Dimensões e parâmetros estabelecidos em normas para os cabos para-raios sem uso: Resultados – Avaliação do AG Diâmetro da Cordoalha de aço galvanizado Comprimento (cm)Diâmetro (mm) 09,70 29,61 48,85 69,03 89,39 109,30 129,30 149,45 Média9,33 Diâmetros dos fios da cordoalha de aço galvanizado FioDiâmetro (mm) 13,11 23,07 33,11 43,10 53,06 63,10 73,07 Média3,09 Massa por comprimento da cordoalha de aço galvanizado Massa60,8g Comprimento15cm Massa/Comprimento405,3kg/km  

Diâmetro (mm) Massa mínima da camada de zinco (g/m 2 ) Classe AClasse BClasse C 2,64245,00490,00735,00 3,05260,00520,00780,00 3,68275,00550,00825,00 4,19275,00550,00825,00 Fio Massa da camada de zinco (g/m 2 ) Classe ABNT 5908 Classe ASTM A AA 2428AA 3395AA 4379AA 5352AA 6344AA 7340AA Massa da camada, por área, para cada fio da cordoalha da amostra de aço galvanizado Massa mínima aceitável para a camada de zinco dos fios da cordoalha (NBR 5908 e ASTM A475) Caracterização da camada de zinco nas amostras de cabos para-raios sem uso: Resultados – Avaliação do AG 

Uniformidade da camada de zinco (ensaio de Preece) nos cabos para-raios sem uso: Diâmetro (mm) Número mínimo de imersões Classe AClasse BClasse C 2, , , ,19368 Classificação da uniformidade da camada de zinco (NBR 5908) FioNúmero de imersões Classe ABNT A 24A 31Sem classe Ensaio de Preece nos fios da cordoalha da amostra de aço galvanizado Resultados – Avaliação do AG 

Análise metalográfica da camada de zinco nas amostras de cabos para-raios. Resultados – Avaliação do AG Cabo sem usoCabo usado 

Ensaio de desempenho do cabo para-raio - Exposição em câmara de condensação de umidade (2400 horas) Resultados – Avaliação do AG

Ensaio de desempenho do cabo para-raio - Exposição ao ensaio cíclico de corrosão (1800 horas). Resultados – Avaliação do AG  

  Análise química das águas de lavagem dos cabos e estruturas inspecionadas em campo LT Estrutura lavada pH Cloreto (mg/L) Sulfato (mg/L) Campina Grande II – Natal III (15 anos) (100) Cabo6,414< 1 (100) Estrutura6,613< 1 (90) Cabo7,1125 (90) Estrutura7,1146 (62) Cabo7,1124 (62) Estrutura7,111< 1 (52) Cabo7,312< 1 (52) Estrutura7,310< 1 (19) Cabo7,2112 (19) Estrutura7,311< 1 Campina Grande II – Paraíso (35 anos) (15) Cabo6,2133 (15) Estrutura7,011< 1 (9) Cabo6,313<1 (9) Estrutura6,8117 Campina Grande II – Natal III (15 anos) (14) Cabo7,4111 (14) Estrutura7,3112 Natal III – Natal II (15 anos) (186) Cabo7,2177 (186) Estrutura6,9124 Paraíso – Natal II (35 anos) (95) Cabo6,8145 (95) Estrutura6,7124 Campina Grande II – Natal III (15 anos) (4) cabo6,5133 Água destilada (Branco)6,99<1 Resultados – Agressividade ambiental       A atmosfera em questão não pode ser classificada como agressiva.

  Análise química do extrato aquoso a quente dos cabos para-raios sem uso. Linha de transmissãoTorreCabopH Cloreto (mg/L) Sulfato (mg/L) Campina Grande II – Paraíso (35 anos) 15Alumoweld6,4314 Campina Grande II – Natal III (15 anos) 19 Cordoalha de AG 7,27212 Campina Grande II – Natal III (15 anos) 627, Água destilada (Branco )6,7< 1 Resultados – Teor de contaminantes no AG

  Processo de fluxagem Resíduos do sal de fluxagem (ZnCl 2.2NH 4 Cl ) podem ficar na “borra” no banho de Zn.   Correção do excesso de espessura da peça depois da galvanização Resultados – Origem da alta contaminação com cloreto O NH 4 Cl reduz a viscosidade do zinco fundido e permite que o excesso de zinco escorra pela peça.

Trabalhos do CEPEL/IPT – Contaminação gerada no processo de galvanização

  A análise dos contaminantes atmosféricos, realizada de forma indireta por meio da análise de sais solúveis, indicou que o ambiente é pouco agressivo.   Os cabos para-raios novos, iguais àqueles que estão instalados em campo, estão classificados no limite inferior estabelecido nas respectivas normas técnicas, mostrando a baixa qualidade do material.   A baixa qualidade dos cabos para-raios associadas à presença de cloreto retido na camada de galvanização, proveniente do processo de galvanização por imersão a quente, são as principais causas para justificar o problema de corrosão prematura dos cabos para-raios em questão.   Deste modo, torna-se necessário o desenvolvimento de uma metodologia nova e confiável para garantir a qualidade dos aços galvanizados fornecidos ao setor elétrico. Conclusões

Corrosão e Proteção Anticorrosiva Departamento de Tecnologias Especiais Departamento de Laboratórios do Fundão Centro de Pesquisas de Energia Elétrica Desenvolvimento de novas técnicas para classificação da qualidade do aço galvanizado

  Investigar as técnicas de dissolução coulométrica e voltametria anódica como possíveis ensaios para a caracterização de diferentes aços galvanizados.   Obter parâmetros eletroquímicos que possam resultar em uma metodologia confiável para garantir a qualidade dos aços galvanizados fornecidos ao setor elétrico. Objetivos iniciais

Dissolução coulométrica   Aplicação de uma corrente constante de baixa intensidade (~2mA/cm²)   Acelerar a corrosão (dissolução) do aço galvanizado   Monitorar o Potencial (E) vs tempo   Obtenção de patamares de potencial.

Dissolução coulométrica

Voltametria anódica   Aplicação de uma velocidade de varredura constante e de baixa intensidade (~0,05mV/s)   Acelerar a corrosão (dissolução) do aço galvanizado   Monitorar o Potencial (E) vs corrente (i)   Obtenção de picos de corrente.

Voltametria anódica

  Foram selecionados três aços galvanizados por imersão a quente:   AG 1 - peso médio de camada de zinco 631 g.m -2 ;   AG 2 - peso médio de camada de zinco 135 g.m -2 ;   AG 3 - peso médio de camada de zinco 51 g.m -2 ;   O ensaio de peso de camada de zinco foi realizado segundo a norma NBR   Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia ótica da camada de zinco.   Comparação entre: Parâmetros gerados pelas técnicas vs Imagens do MEV AGs escolhidos para o estudo

  Seleção da densidade de corrente ideal   A densidade de corrente ideal é aquela que fornece a melhor visualização dos patamares de potencial. Aço Galvanizado Densidade de corrente (mA.cm-²) AG Resultados - Dissolução coulométrica

Microscópio ótico x Dissolução coulométrica - AG 1 Resultados - Dissolução coulométrica Eta (η) Eta (η) Zeta (ξ) Zeta (ξ) Delta ( δ ) Eta (η) Zeta (ξ) Delta (δ)

MEV x Dissolução coulométrica - AG 1: Camada de óxido Eta (η) Eta (η) Zeta (ξ) Zeta (ξ) Resultados - Dissolução coulométrica Camada de óxido Eta (η) Zeta (ξ)

MEV x Dissolução coulométrica - Aço galvanizado AG 2 Eta (η) Resultados - Dissolução coulométrica

MEV x Dissolução coulométrica - Aço galvanizado AG 3 Camada porosa Eta (η) Resultados - Dissolução coulométrica

  Seleção da velocidade de varredura ideal   A velocidade de varredura ideal é aquela que fornece a melhor visualização dos picos nos voltamogramas. Aço Galvanizado Velocidade de varredura (mV.s-¹) AG 3 0,2 0,1 0,08 0,05 Resultados - Voltametria anódica

Microscópio ótico x Voltametria anódica - AG 1 Resultados - Voltametria anódica Eta (η) Zeta (ξ) Delta ( δ ) Eta (η) Zeta (ξ) Delta (δ)

MEV x Voltametria anódica - Aço galvanizado AG 2 Eta (η) Resultados - Voltametria anódica

MEV x Voltametria anódica - Aço galvanizado AG 3 Camada porosa Eta (η) Resultados - Voltametria anódica

  Parâmetros retirados da Voltametria anódica:   A área abaixo dos picos nos voltamogramas pode ser um parâmetro que pode fornecer informações quantitativas sobre o teor de cada fase intermetálica na camada de zinco. Aço Galvanizado Peso da camada (g/m²) 1º Pico2º Pico Faixa de Potencial (V) Área do pico x (10 -5 ) Faixa de Potencial (V) Área do pico x (10 -5 ) AG ,06 a -0,996 Sem picos AG ,06 a -0,9518 AG ,05 a -0,9531-0,95 a -0,8438 Resultados - Voltametria anódica

  O ensaio de dissolução coulométrica e voltametria anódica podem ser usados como ferramentas para verificar a presença das fases intermetálicas nos aços galvanizados.   A área abaixo dos picos nos voltamogramas pode ser um parâmetro que pode fornecer informações quantitativas sobre o teor de cada fase intermetálica na camada de zinco.   A dissolução coulométrica pode ser utilizada na detecção de uma camada de óxido, que pode não estar visível a olho nu.   Próximos passos desse projeto:   Associar este estudo com ensaios de corrosão, acelerados e de campo, para que se possa correlacionar os parâmetros eletroquímicos obtidos em laboratório com o desempenho anticorrosivo dos aços galvanizados estudados. Conclusões parciais

Classificação da qualidade do aço galvanizado Venham apadrinhar esse projeto...!