Análise da vida útil de lâmpadas LED submetidas a surtos elétricos de alta tensão

Resumo

A evolução da optoeletrônica propiciou o desenvolvimento das lâmpadas LED, que possuem diversas vantagens em relação aos tipos de lâmpadas anteriores, como economia de energia e durabilidade. Apesar da longa vida útil, os sistemas de iluminação LED são susceptíveis a surtos elétricos. Surtos gerados por descargas atmosféricas incidem na rede elétrica em um ponto, podendo danificar equipamentos elétricos que estejam ligados a rede. Este resumo apresenta um estudo sobre o projeto de P&D, realizado no Instituto de Inovação Tecnológica da Universidade de Pernambuco (IIT/UPE) e financiado pela CLAMPER S.A. O objetivo do projeto é determinar o número de surtos e o maior nível de tensão suportado por lâmpadas LEDs comerciais e avaliar o impacto da utilização de dispositivos de proteção contra surtos (DPS) na vida útil das lâmpadas. A NBR 5410 (ABNT, 2004) afirma que toda instalação elétrica deve ser provida de proteção contra sobretensões transitórias. O projeto realizou a análise de lâmpadas LED de vinte diferentes modelos e fabricantes, que foram submetidos a surtos elétricos que variaram de 0,75 a 5 kV. Os testes foram realizados individualmente, com cada lâmpada sendo colocada em uma câmara fechada para que a luminosidade externa do ambiente não interferisse nas medições de intensidade luminosa. No interior da câmara um luxímetro realiza essas medições. A lâmpada sob teste foi alimentada por uma rede elétrica local em paralelo com um gerador de pulsos, podendo ou não estar com DPS. Para realização dos testes foi montado um esquema de conexão padronizado pela IEC 61000-4-5 (IEC, 2014) para os testes de compatibilidade eletromagnética. Conforme padrão da IEC 61000,  duas bobinas com indutância de no máximo 1,5 mH são ligadas a rede elétrica sendo uma à fase e outra ao neutro e impedem que os pulsos cheguem até a rede elétrica local. A metodologia adotada permite determinar o número máximo de surtos elétricos de alta tensão suportados por cada lâmpada sem que ela apresente luminosidade inferior a 70% da inicial (índice de manutenção L70). Foi determinada a suportabilidade para o maior nível de tensão de surto no qual a lâmpada permanece em funcionamento após receber o primeiro surto para os vinte modelos estudados. Todos os ensaios iniciaram com uma tensão de pulso de 4 kV, com base em resultados que mostraram que a tensão de pico de um surto em linha residencial pode atingir 4 kV, mesmo com a instalação de DPS no painel de entrada (Nakazato, et.al., 2011).  Inicialmente foi determinado o nível de tensão suportado pelo modelo de lâmpada sob teste, ou seja, foi determinado o maior nível de tensão de surto que a lâmpada suporta, sem apresentar luminosidade inferior a 70% da inicial após o primeiro surto, mas podendo apresentar falha antes de ser submetida a um máximo de 300 surtos. A tensão de surto inicial aplicada foi de 4 kV, se a lâmpada apresentar falha no primeiro surto, deve reduzir o nível em 1 kV até encontrar a tensão de surto máxima para o modelo sob teste. Caso a lâmpada não apresente falha após o primeiro surto, segue submetendo sucessivos surtos com intervalo de 30 segundos entre eles, até um máximo de 299 surtos ou a lâmpada apresentar falha. Se apresentar falha, é encontrado o nível de tensão máxima suportado pelo modelo e segue o teste para o restante das amostras do modelo. Caso não ocorra falha durante a aplicação dos 300 surtos, verifica se o nível de tensão de pulso é maior ou igual a 10 kV, caso negativo, deve elevar o nível em 1 kV para realização de novos testes. Após determinar o nível máximo de tensão suportado por cada amostra, foram testados os restantes das amostras do mesmo modelo nesta tensão até totalizar sete amostras. Três amostras de lâmpadas foram submetidas a surtos elétricos de 4 kV com a proteção de um novo modelo de DPS, desenvolvido pela CLAMPER, direcionado a proteção de lâmpadas LED, com base nos testes realizados sem a proteção do DPS. Com relação aos resultados obtidos, dos vinte modelos testados, 13 apresentaram suportabilidade igual ou superior a 2 kV sem DPS e apenas 2 suportaram pulsos de 4 kV ou superior sem apresentar falha após o primeiro surto. Esses modelos quando protegidos com DPS suportaram 300 pulsos sem apresentar falha. Dos 7 modelos que apresentaram suportabilidade inferior a 2 kV, três apresentaram média de pulsos em 4 kV com DPS inferior a 300. Tendo esses modelos, mesmo apresentando falha antes dos 300 pulsos, um aumento de vida útil com o uso do DPS. Dessa forma, os resultados mostraram a importância do uso de DPS na proteção das lâmpadas, que tiveram um ganho de vida útil 16,19 vezes. Com isso, a não utilização de DPS em regiões de descargas atmosféricas leva a degradação precoce das lâmpadas LED.