Carbon steel structures for underground electrical transformers are often subject to severe corrosion due to exposure to contaminated and heated stagnated water found in underground chambers. Therefore, they are continually maintained which requires high costs and sometimes it affects the power supply. To overcome this problem, AES Eletropaulo and IPT are developing a study with the specific aim of establishing technical specifications for products and services to replace the current paint (coal tar epoxy) for higher performance and environmentally friendly paints. Additionally, the study includes the use of cathodic protection in conjunction with the selected painting systems. In this paper, the adopted methodology as well as the obtained results are presented and discussed. Four new organic paints were evaluated. For comparison, the current used painting system was included. Accelerated corrosion tests and immersion tests in water collected from the field and in a saline solution were performed to evaluate the performance of the selected painting systems. A specific test for the selection of a galvanic anode for the cathodic protection system was also performed. Among the tested painting systems, two were considered more appropriate for the replacement of the coal tar epoxy based system and an aluminum anode was identified as the best for sacrificial anodes. Currently, nonaccelerated tests are being conducted in the field to validate the results obtained in the laboratory. A estrutura de aço-carbono de transformadores elétricos subterrâneos frequentemente sofre intensa corrosão decorrente da exposição à água, contaminada e aquecida, estagnada nas câmaras. Por esta razão, operações de manutenção dos transformadores são constantemente realizadas, o que gera custos e, às vezes, prejuízos ao abastecimento de energia. Com a preocupação de evitar tais consequências, a AES Eletropaulo e o IPT estão desenvolvendo um estudo com o objetivo específico de estabelecer especificações técnicas de produtos e serviços para a substituição da tinta atual orgânica (alcatrão de hulha) de proteção superficial dos transformadores por outra de elevado desempenho e ecologicamente correta, associada ao uso de proteção catódica. Nesse artigo, é apresentada a metodologia adotada e os resultados obtidos. Quatro tintas orgânicas de nova tecnologia foram avaliadas comparativamente com a tinta atual. Ensaios acelerados de corrosão e ensaios de imersão em água coletada em campo e em solução salina foram realizados em laboratório para avaliar o desempenho das tintas. Adicionalmente, um ensaio específico foi conduzido para a seleção de anodo de proteção catódica galvânica. Dentre os revestimentos ensaiados, dois se mostraram mais adequados e o alumínio foi identificado como metal mais adequado como anodo de sacrifício. Atualmente, ensaios não acelerados estão sendo conduzidos em campo, para validar os resultados obtidos em

1. Proteção superficial e proteção
catódica de transformadores
elétricos subterrâneos
1
IPT
Adriana de Araujo
Zehbour Panossian
Neusvaldo L. de Almeida
Alberto S. Junior
AES Eletropaulo - São Paulo
Metropolitan Electricity
Clay M. Martins

2. 2
• Introdução
• Objetivos
• Metodologia
• Resultados
• Conclusões
• Atividades em andamento (ensaios
em campo)

3. 3
Câmaras subterrâneas (CS)
Marca do nível
de água
Transformador
Na cidade de São Paulo há em torno de 4000 câmarasNa cidade de São Paulo há em torno de 4000 câmaras
subterrâneas. O transformador elétrico instaladosubterrâneas. O transformador elétrico instalado
nessas câmaras está exposto há um ambientenessas câmaras está exposto há um ambiente
agressivo.agressivo.

4. 4
TanqueDijuntor
Acesso - pessoas
Calçada
Parede - concreto
Acesso - equipamentos
Vista lateral
Aletas de
refrigeração

5. Ambiente agressivo nas câmaras subterrâneas
Temperatura de trabalho
(< 70 o
C)
Temperatura máxima
(< 120 o
C)
Água pluvial com detritosÁgua pluvial com detritos
urbanos e infiltração (esgoto eurbanos e infiltração (esgoto e
lençol freático)lençol freático)
Água estagnada (contaminada e
aquecida)
Termómetro

6. 6
Vapor
Vapor
Vapores gerados peloVapores gerados pelo
aquecimento da água estagnada.aquecimento da água estagnada.

7. 7
Bolhas
Enferrujamento eEnferrujamento e
desplacamentodesplacamento
Enferrujamento e depósitoEnferrujamento e depósito
de detritosde detritos
Como resultado da exposição àComo resultado da exposição à
uma atmosfera de alta umidade euma atmosfera de alta umidade e
à água contaminada, em poucosà água contaminada, em poucos
anos a proteção superficial doanos a proteção superficial do
transformador tem sua eficiênciatransformador tem sua eficiência
comprometida.comprometida.

8. 8
EnferrujamentoEnferrujamento
DesplacamentoDesplacamento
Perda da proteção
superficial

9. 9
• 500 kVA
• repintura e retrofit
a cada 5 anos,
sendo feita por
equipe interna da
AES
• Epóxi alcatrão deEpóxi alcatrão de
hulhahulha
Hidrocarbonetos aromáticos
policíclicos (PAH)(PAH)
Alta concentração de
compostos orgânicos voláteis
(VOC)(VOC)

10. 10
Objetivos
Seleção de um novo revestimento de proteção
superficial
ecologicamente correto e alto desempenhoecologicamente correto e alto desempenho
Seleção de anodo para proteção catódica
galvânica de transformadores elétricos
subterrâneos

11. 11
Metodologia
Seleção de novo revestimento

12. 12
Tinta
Espessura
(μm)
Resina
VOC
(g/L)
Espessura
máxima
(µm)
Fundo Outros
AA 450
Epóxi
poliamida
377 140
Epóxi
fosfato de
zinco
_
BB 400
176 400 _ _
C 300300
Epóxi
modificado
143 1000 _ STST/CDCD/ERER
D 300300 255 500 _ STST/CDCD/DTDT
E 300300 150 150 _ STST/CDCD/ERER/DTDT
STST - aceita aplicação em superfície com tratamento mecânico (padrão St 3)
e em superfícies reoxidadas (flash rust), comum após o hidrojateamento.
DTDT - aceita aplicação em condições de elevada umidade relativa e sobre
superfícies levemente úmidas que ocorre em tratamento por
hidrojateamento (damp steel surface)
ERER - alta retenção de tinta nas arestas (edge retentive).
CDCD - resistência à perda de aderência catódica (cathodic disbonding)..
Características da tintaEstabelecido
Tabela 1: Características das tintas selecionadas

13. 13
Corpos de prova
• chapas de aço-carbono (10 cm x 15 cm x 3 mm): bordas
trabalhadas (remover cantos vivos), limpas (remover
contaminantes), jateadas (Sa 2½, ISO 8501-1, rugosidade
em torno de 50 µm), pintadas (de acordo com o boletim),
incisão horizontal com exposição do aço (2 mm de abertura
e 70 mm de comprimento).
• seleção dos corpos de ensaio apropriados:
 falhas imperceptíveis: ASTM D 5162 (holiday detector);
 espessura: (definida na Tabela): ASTM B 499;
 aderência: ASTM D 4541 (> 15 MPa)

14. 14
Ensaios de desempenho - laboratório
Névoa salinaNévoa salina: ASTM B 117, inspeção visual semanal. Após
3000 h, inspeção visual, medida do avanço de corrosão e
ensaio de espectroscopia de impedância eletroquímica
(EIE). 4 CPs (2 c/ incisão)

15. 15
Ensaios de desempenho - laboratório
Amplitude de perturbação de potencial de 20 mV, numa
faixa de frequência de 105
Hz a 10-3
Hz para a obtenção
do diagrama de Bode (módulo total de impedância, |Z|).
Imersão em solução salinaImersão em solução salina: solução com 5 % de cloreto de
sódio, durante 2880 h (4 meses). Periodicamente ensaio de
espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). 3 CPs

16. 16
Amostras de água foram coletadas em 20 câmaras
subterrâneas e quimicamente analisadas, uma delas foi
selecionada para o ensaio de imersão (3600h). 3 CPs.
Água: pH 7.8; condutividade 54 µS/cm; cl-
2 mg/L; SO4
2-
6 mg/L.
Os corpos de prova revestidos foram
expostos parcialmente a água contaminada e
outra parte aos vapores gerados pelo seu
aquecimento.
VaporVapor
ImersãoImersão
Aquecimento ~ 70Aquecimento ~ 70 oo
CC
Imersão em água contaminadaImersão em água contaminada

17. 17
Descolamento catódico: ASTM G8, método B
(corrente impressa). 30 dias de imersão.
Anodo
3 corpos de prova

18. 18
Metodologia
Seleção de anodo de proteção
galvânica

19. 19
Um reator foi desenvolvido para avaliação de anodos::
alumínio, zinco e magnésio
1 anodo ~ Ø 18 mm x 25 mm de altura
Água 1: pH 7.8; condutividade 54 µS/cm; clpH 7.8; condutividade 54 µS/cm; cl--
2 mg/L; SO2 mg/L; SO44
2-2-
6 mg/L.6 mg/L.
Água 2: pH 4.5,;condutividade 73 µS/cmpH 4.5,;condutividade 73 µS/cm; clcl--
22 mg/L; SO22 mg/L; SO44
2-2-
5 mg/L.5 mg/L.
Monitoramento do potencial e o
fluxo de corrente. Ao final,
cálculo da taxa de corrosão.
5 cupons (aço-carbono): 1 ~ Ø 60 mm
4 ~ Ø 30 mm.

20. 20
Resultado
Ensaios no revestimento

21. 21
Tinta
Névoa salina
Imersão em
solução salina
Inspeção
visual
Avanço médio da
corrosão (mm)
log do módulo de impedância
(│Z│, Ohm.cm2
em 0,01 Hz)
Valor de
referência
Valor médio final
névoa
Valor médio final
imersão
A
Sem
alteração
4,8 8,021 8,066 7,997
B
Sem
alteração
6,3 7,880 7,886 7,887
C
Sem
alteração
4,0 7,889 8,869 7,896
D
Sem
alteração
6,2 8,310 8,503 7,879
E
Sem
alteração
6,8 7,837 8,359 7,854
Névoa salina e Imersão em solução salinaNévoa salina e Imersão em solução salina

22. 22

23. Tinta
Imersão em água contaminada
Descolamento
catódico
Inspeção visual Diâmetro equivalente
médio
(ECD)
Área
emersa
Área imersa
A
Sem
alteração
Empolamento (4(S4)) após 240 h 15,0
B
Sem
alteração
Empolamento (3(S3)) após 240 h 11,8
C
Sem
alteração
Nenhuma alteração após 3600 h 17,7
D
Sem
alteração
Empolamento (2(S4)) após 864 h 19,1
E
Sem
alteração
Empolamento (2(S4)) após 672 h 34,2
Imersão em água contaminada e DescolamentoImersão em água contaminada e Descolamento
catódicocatódico

24. Condição dos corpos de prova
ao término do ensaio de
imersão em água contaminado
Revestimento C
Bolhas
Bolhas
Bolhas
Bolhas

25. 25
Resultado
Ensaio dos anodos em água
coletada em campo com pH
ácido e pH alcalino

26. Seleção de anodo – TESTE 1 (pH 4.5)
Anodo
Duração
(h)
Potencial de
sistema
(mV, Ag/AgCl)
Corrente
(mA)
Taxa de
corrosão
(µm/y)
AlumínioAlumínio 912 -936 0.615 941
Zinco 912 -610 mV-610 mV 0.021 15
MagnésioMagnésio
912
-933 0.694 53
< 850 mV (Ag / AgCl)
potencial de equilíbrio da
reação Fe2+
+ 2e ⇔ Fe

27. Anodo Duração (h)
Potencial de
sistema
(mV, Ag/AgCl)
Corrente
(mA)
Taxa de
corrosão
(µm/ano)
AlumínioAlumínio 936 -1106 3.146 1224
ZincoZinco 936 -922 0.183 12
Magnésio 336 h -1115 6.626 2750
Interrompição do
fluxo da corrente
Seleção de anodo – TESTE 2 (pH 7.8)

28. Conclusions
28
A metodologia proposta atendeu as expectativas, sendo os ensaios
realizados adequados na avaliação dos revestimentos. Dentre os
ensaios, destaca-se o de imersão em água coletada em campo, como
sendo o ensaio que melhor permitiu classificar a eficiência dos
revestimentos;
O anodo de liga de alumínio foi considerado o mais adequado para a
proteção galvânica dos transformadores na condição de exposição à
água contaminada com pH ácido e alcalino;
O revestimento C foi considerado o mais apropriado para a proteção
anticorrosiva dos transformadores subterrâneos, devido a seu melhor
desempenho nos ensaios de laboratório. Isso será confirmado em
ensaios em campo, em andamento.

29. 29
Ensaios em campo em
andamento

30. 30
Corpos de prova revestidos com as tintas em estudo e com
proteção catódica foram instalados em 3 câmaras
subterrâneas.
Com base em um projeto de proteção catódica, anodos de
alumínio foram fixados em 5 transformadores, sendo 3 deles
já instalados em câmaras subterrâneas

31. Obrigada pela presença!
31
aaraujo@ipt.br