Publicada em

22/02/2017

Hernani Maurício Ferreira Szymanski

208 – Avalização de material termoplástico resistente ao trilhamento elétrico para aplicação em capa externa de cabos ópticos autossustentados

Resumo

O uso de torres de transmissão de energia elétrica para instalação de cabos de fibra óptica é bastante comum, pois propicia uma atrativa relação custo x benefício em comparação a outros métodos de instalação. Contudo, esse ambiente de instalação pode submeter o cabo ao efeito de trilhamento elétrico e, muitas vezes, à consequente erosão de sua capa externa. Resultado da exposição do cabo ao gradiente de potencial gerado pela linha de transmissão de energia, somado ao efeito de intempéries e da poluição, tal efeito é acompanhado por cintilações luminosas (correntes de fuga) e acaba formando uma “trilha”, que é um caminho condutor permanente que aparece na superfície do material dielétrico. Esse fenômeno ocasiona o aquecimento, quebra das cadeias poliméricas e, consequentemente, o comprometimento da capa do cabo óptico. O estudo comparou dois tipos de materiais poliméricos com respeito ao desempenho frente ao trilhamento elétrico, sendo o primeiro material uma blenda composta por polietileno, hidróxido de magnésio e EVA e o segundo polietileno e hidróxido de magnésio. Em um primeiro procedimento os materiais foram submetidos à avaliação em conformidade com a norma IEEE P1222-2011 e validados como materiais resistentes ao trilhamento elétrico correspondentes à classe A da norma. Com o intuito de maximizar a aproximação dos resultados obtidos por meio de ensaios laboratoriais com as reais condições de campo, no segundo procedimento um novo método foi proposto, extrapolando o que atualmente é exigido nas normas individualmente. Os procedimentos utilizados combinaram ensaios de trilhamento elétrico da norma IEEE P1222-2011 concomitantemente ao intemperismo acelerado de acordo com a norma ASTM G-155, complementados por métodos de caracterização (FTIR/ATR, OOT, DSC, TGA e MEV). Visando garantir a avaliação completa e a reprodutibilidade os corpos de prova foram divididos em dois grupos, avaliados em dois diferentes patamares do índice de poluição definido pela norma IEEE P1222-2011, sendo inicialmente um patamar mais brando e um segundo patamar mais agressivo. Os ciclos de trilhamento elétrico previstos pela norma foram divididos em etapas, intercalando-se previamente a cada uma das etapas uma exposição a 720 horas de intemperismo conforme ASTM G-155. A diferença de performance dos dois materiais de capa foi avaliada quanto à degradação estimada ao longo da vida útil do cabo, estudando-se as particularidades na formação de bandas de oxidação, características morfológicas, variação de massa dos compósitos frente à temperatura e verificação do perfil superficial. Tal avaliação visa auxiliar na definição do material de capa mais adequado para extrusão dos cabos ópticos e, de tal forma, proporcionar a melhor alternativa técnica para instalação de cabos ópticos que compartilham a estrutura de transmissão de energia elétrica. A blenda de polietileno, hidróxido de magnésio e EVA obteve melhor resultado no primeiro procedimento em comparação com o segundo composto quando submetida a condições mais extremas de tensão e poluição. No segundo procedimento ambos os materiais apresentaram resultados similares quando submetidos concomitantemente ao envelhecimento e ao trilhamento elétrico.

Abstract

The use of electrical transmission towers for installation of optical cables is common because it brings an attractive cost-benefit relation in comparison to other methods of installation applied. However, this installation environment may submit the cable to an electrical tracking effect and, many times, to a consequently outer jacket erosion. Result of the exposition to the potential gradient generated by the energy transmission line, added to the weather effects and pollution, this phenomenon is accompanied by luminous scintillations (leakage current) and forms a “track”, that is a conductor permanent way that appears on the dielectric material surface. This effect causes the heating, brakes the polymeric structure and, consequently, the permanent damage of the optical cable jacket. This study compared two types of polymeric materials in relation of their performance against electrical tracking effect, being the first one a blend composed by polyethylene, magnesium hydroxide and EVA and the second one polyethylene and magnesium hydroxide. In a first procedure the materials were submitted to an evaluation in conformity to recommendation IEEE P1222-2011 and validated as tracking resistant material, corresponding to “class A” of the recommendation. In order to maximize the approximation of results obtained in laboratory to real field conditions, in the second procedure a novel method was proposed extrapolating what is actually required by the recommendations individually.  The methods combined electrical tests according to recommendation IEEE P1222-2011 and, concomitantly with aging by accelerated weathering according to standard ASTM G-155, both complemented by material characterization techniques (FTIR/ATR, OOT, DSC, TGA and MEV). Looking for guarantee a complete evaluation and repeatability, the bodies of proof where divided in two groups, evaluated in two different pollution indexes conditions defined by IEEE P1222-2011 standard, being initially a softer baseline and after a harder one. The cycles of electrical tracking previewed by the standard where divided in phases, intercalating previously of each one an exposition to 720 hours of weathering according to ASTM G-155. The differences between the two sheath materials were evaluated on the estimated degradation along the lifespan of the optical cable, studying the particularities of oxidation bands formation, morphologic characteristics, composites mass variations and surface profile verification, as a form of help on the definition of most adequate material for extrusion of optical cables outer jacket, and proportionate a better technical alternative for installation of optical cables that use the power transmission structure. The blend of polyethylene, magnesium hydroxide and EVA obtained better result on the first procedure in comparison to the second composite when submitted to extreme conditions of tension and pollution. In the second procedures both materials presented similar results when submitted concomitantly to weathering and tracking.

Data da defesa: 22/02/2017

Banca Examinadora

Orientador: Marilda Munaro (Institutos Lactec)
Membro da Banca: Guilherme Cunha da Silva (Institutos Lactec)
Membro da Banca: André Eugenio Lazzaretti (UTFPR)

Palavra(s)-Chave: Trilhamento elétrico, intemperismo, anti-tracking, polietileno.

Keywords: Tracking, weathering, anti-tracking, polyethylene.

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