INTERFERÊNCIAS ELÉTRICAS

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PROTEÇÃO CATÓDICA

EFETIVO COMBATE À CORROSÃO ELETROQUÍMICA

PARTE 5: INTERFERÊNCIAS ELÉTRICAS

Este material contém informações classificadas como NP-1

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INTERFERÊNCIAS ELÉTRICAS

• Aproximações de dutos metálicos com outros sistemas elétricos podem gerar interferências. Geralmente a fonte da interferência não tem continuidade elétrica com o duto afetado. • Principais fontes:

– Corrente contínua (sistemas de proteção catódica de terceiros, sistemas de transporte eletrificado, linhas de transmissão);

– Corrente alternada (linhas de transmissão, sistemas de transporte eletrificado).

INTERFERÊNCIAS ELÉTRICAS

• Correntes dispersas no eletrólito podem pegar carona em dutos enterrados. No local onde deixam a tubulação, provocam corrosão eletrolítica.

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

• Uma estrutura metálica pode captar parte da corrente de um sistema de proteção catódica.

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

NÍVEL DO SOLO Retorno da corrente de interferência para o retificador

A corrosão eletroquímica ocorre na área por onde a corrente

convencional sai para o eletrólito!

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

DETECTANDO A INTERFERÊNCIA

• Observar a mudança no potencial nos pontos de captação e descarga da corrente de

interferência é o modo mais fácil.

A: Ponto de captação B: Ponto de descarga

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

MITIGAÇÕES

• Cuidado durante o projeto! Procurar instalar o leito distante outras estruturas metálicas

enterradas;

• Remover ou realocar a fonte de interferência; • Instalar juntas isolantes;

• Interligação entre dutos (direta ou indireta); • Facilitar o retorno da corrente por um caminho

alternativo (drenagem).

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

MITIGAÇÃO - JUNTA ISOLANTE

FUGA DE CORRENTE INTERROMPIDA

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

MITIGAÇÃO – INTERLIGAÇÃO ENTRE DUTOS

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

MITIGAÇÃO – INTERLIGAÇÃO ENTRE DUTOS

• A ligação DIRETA (sem resistor) é preferencial,

mas podem existir desentendimentos entre terceiros.

• O resistor, quando utilizado, limita o fluxo da corrente de interferência ao mínimo necessário para evitar seus efeitos nocivos.

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

MITIGAÇÃO – INTERLIGAÇÃO ENTRE DUTOS

Ponto de teste NÍVEL DO SOLO

O ajuste da resistência é feito de modo que o potencial eletroquímico do duto interferido permaneça no mesmo

patamar de antes do início da interferência.

Fuga da corrente controlada

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

MITIGAÇÃO – DRENAGEM

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

MITIGAÇÃO – DRENAGEM

• O uso de anodos galvânicos próximo do ponto de descarga da corrente cria um caminho

preferencial para a corrente de fuga. Além disso, oferece uma proteção adicional ao duto interferido.

• A resistência total do circuito elétrico da interferência é menor, logo a corrente circulante será maior.

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC

MITIGAÇÃO – DRENAGEM

Ponto de teste

Anodos galvânicos Anodos galvânicos

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

• Uma estrutura metálica pode captar parte da corrente de um sistema de tração eletrificado.

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

• Esquema de funcionamento de um sistema de tração eletrificado:

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

• Detalhe do dormente:

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

• Cada dormente funciona como uma resistência em paralelo: R₁ R₂ Rn n t R R R R 1 ... 1 1 1 2 1     n R R_t  : ... 2 1 R R R R Se    _n 

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

• Exemplo de um cruzamento: O duto está sofrendo algum problema?

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

• O que acontece com os potenciais do duto?

Como a malha ferroviária é composta por vários

trens, que estão sempre em movimento, os potenciais variam ao

longo do dia.

REGISTRADOR DE POTENCIAL

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

• Esquema de um registro de potencial por 24h:

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

• Registro de potencial por 24h:

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

TESTES REALIZADOS NO SISTEMA DE TRANSPORTE

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS

AS INTERFERÊNCIAS DIMINUEM À MEDIDA QUE SE AFASTA DO CRUZAMENTO

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - DEFEITOS

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• Remoção da fonte de interferência;

• Eliminar ou limitar da corrente que flui no duto enterrado (junta isolante);

• Melhorar o isolamento elétrico entre o trilho e o solo;

• Devolver a corrente de interferência de volta para a fonte (drenagem);

• Aumento do nível da proteção catódica (retificador automático).

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

APLICAÇÃO DA JUNTA ISOLANTE

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• Melhorar o isolamento elétrico entre o trilho e o solo:

Exemplo de um sistema isolado

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• Devolver a corrente de interferência de volta para a fonte (drenagem):

DUTO ENTERRADO TRILHOS

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• Problema da ligação direta: permite a entrada de correntes interferentes.

E conseqüentemente a corrente vai sair em um

outro local!

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• Equipamento de drenagem: DIODO

DUTO ENTERRADO TRILHOS

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• Esquema elétrico de um equipamento de drenagem simples:

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• Resultado do início da operação da drenagem:

Início operação da drenagem

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• Corrente drenada:

A drenagem facilita a circulação de corrente pelo duto!

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• Anodos podem substituir a ligação elétrica entre a drenagem e o trilho quando:

– Não é possível fazer a ligação direta, por limitação física ou por algum desentendimento com a

concessionária do sistema de tração;

– Se quer limitar a circulação da corrente de interferência no duto.

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

DUTO ENTERRADO

• Drenagem com anodos:

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• O retificador automático utiliza um sensor (uma semi-célula) para monitorar o potencial tubo-solo e controlar sua corrente de saída, em função da interferência. Potencial de referência Retificador automático Duto Interferência Semi-célula Potencial real

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• Retificador automático funcionando como drenagem:

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• Retificador automático injetando corrente no sentido contrário à saída da corrente de fuga:

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES

• EXEMPLO: Tensão de referência: -1,10 V

– Se o potencial ficar menos negativo que - 1,10 V o retificador aumenta a corrente de saída.

– Se o potencial ficar mais negativo que - 1,10 V o retificador reduz a corrente de saída.

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO

• Faz sentido realizar medições de potencial tubo-solo “ON/OFF” em tubulações sujeitas a interferências de sistemas de tração

eletrificados?

• No processo “ON/OFF”, dá para anular a corrente do retificador, mas não a corrente de fuga.

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO

• O que fazer nestas situações?

REGISTROS CONT

REGISTROS CONTÍÍNUOS DE NUOS DE POTENCIAIS

POTENCIAIS ““ONON””

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO

• Critério:

Procura

Procura--se manter os se manter os potenciais

potenciais ““ONON””entre entre

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO

O cupom pode ser usado mesmo com interferências!!!

NÍVEL DO SOLO

LINHA DE CENTRO DO DUTO

CUPOM

ELETRODO PORTÁTIL (Cu/CuSO₄)

+

-DUTO

VOLTÍMETRO

CHAVE ON-OFF

PTE

INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO

• Registro no cupom (chaveamento longo):

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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO

ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO

• Registro no cupom (chaveamento curto):

INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)

• Uma sistema de LTCC pode afetar fortemente uma estrutura enterrada.

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INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)

• Vantagens de um sistema de LTCC:

– Mais econômico que os sistemas de corrente alternada para comprimentos superiores a 1000 km de extensão;

– Não apresenta perdas capacitivas e indutivas como na corrente alternada;

– Níveis mais baixos de interferência eletromagnética.

INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)

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INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)

• Principais modos de operação de uma LTCC: SISTEMA BIPOLAR

SISTEMA MONOPOLAR

SITUAÇÃO CRÍTICA!

INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)

• Aproximação da LTCC com o GASBOL:

G A S B O L PA UL ÍNIA CA PÃ O B ON ITO SAÍDA ENTRADA km 109 LINHA ALTA TENSÃO C. C. FOZ DO IGU AÇU IBIUNA SAÍDA FLUXO DE CORRENTE E POTENCIAL TUBO‐SOLO NAS OPERAÇÕES MONOPOLARES COM O PÓLO NEGATIVO NO SOLO

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INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)

• Aproximação da LTCC com o GASBOL:

FLUXO DE CORRENTE E POTENCIAL TUBO‐SOLO NAS OPERAÇÕES MONOPOLARES COM O PÓLO POSITIVO NO SOLO G A S B O L PA UL ÍNIA CA PÃ O B ON ITO ENTRADA SAÍDA km 109

LINHA ALTA TENS ÃO C. C.

FOZ DO IGU AÇU

IBIUNA

ENTRADA

INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)

• Registros de potencial num ponto de entrada de corrente (2300A injetados no solo pela LTCC):

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INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)

• Registros de potencial num ponto de saída de corrente (2300A injetados no solo pela LTCC):

INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CC (LTCC) - MITIGAÇÃO

• Soluções adotadas para o GASBOL:

– Drenagem elétrica com leito de anodos distribuídos ao longo de 400 metros do km 109.

– Adicionalmente, retificadores automáticos instalados próximos (cerca de 1400m) ao leito de anodos da drenagem.

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INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CC (LTCC) - MITIGAÇÃO

• Solução para o GASBOL:

Retificador 1 desligado Retificador 2 desligado Retificadores desligados Retificadores e drenagem desligadas Retificadores e drenagem ligadas

INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CA (LTCA)

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INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CA (LTCA)

• Normas de referência adicionais:

– NACE SP0177 Mitigation of alternating current and lightning effects on metallic structures and corrosion control systems

– IEC 62305 Protection against lightning

– IEEE Std 80 Guide for Safety in AC Substation

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INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CA (LTCA)

• Interação LT-Duto

INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO

DE ALTA TENSÃO CA (LTCA)

• Mecanismos de transferência de energia entre uma LT e o duto:

– Acoplamento condutivo ou resistivo; – Acoplamento eletrostático ou capacitivo; – Acoplamento eletromagnético ou indutivo.

• Estes mecanismos são estudados em duas condições da LT:

– Operação normal;

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ACOPLAMENTO RESISTIVO

(CURTO-CIRCUITO)

• Fatores importantes:

– Corrente de curto;

– Aterramento das torres; – Resistividade do solo; – Cabo pára-raios;

– Distância da torre para o duto; – Qualidade do revestimento do duto; – Duração do curto.

OCORRÊNCIAS DE CURTO-CIRCUITOS

• Relativamente raros;

• Duração curta (fração de segundo);

• Geralmente ocorre em condições ambientais adversas:

– Ventos elevados;

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PREOCUPAÇÕES RELATIVAS AO

ACOPLAMENTO RESISTIVO

• Integridade física de pessoas em contato com dutos atingidos pelo curto

PREOCUPAÇÕES RELATIVAS AO

ACOPLAMENTO RESISTIVO

• Integridade estrutural do revestimento e do próprio duto REVESTIMENTO SOLO -PAREDE METÁLICA   VV

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V₁ V₂ V₃ GRADIENTE DE GRADIENTE DE POTENCIAL POTENCIAL NO SOLO NO SOLO DUTO   VV

d

I

V

AT









2

AT

I

ACOPLAMENTO RESISTIVO

(CURTO-CIRCUITO) - MITIGAÇÃO

• A mitigação mais efetiva para evitar um arco elétrico durante um curto é afastar o duto das torres (e seus aterramentos).

• Diferentes autores divergem sobre qual a mínima distância de afastamento. Um referência (Sunde E.M. “Earth Conduction

Effects”) bastante usada é:

] [ ] [ 08 , 0 I kA m r  _f  

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TENSÃO SUPORTÁVEL PELO

REVESTIMENTO

• Tensão limite adotada para revestimentos (NACE SP 0177):

– Asfalto, “coal-tar”, PE3L e PP3L = 5 kV; – FBE = 3 kV.

ENSAIO DE SUPORTABILIDADE DO PE3L

• Aplicação de

potencial até ser alcançar o nível da tensão de

rompimento dielétrico do revestimento.

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ENSAIO DE SUPORTABILIDADE DO PE3L

29,8 03 25,1 02 30,2 01 Tensão de perfuração (kV) Ensaio

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TENSÃO DE TOQUE E DE PASSO

• Exemplo de tensão de passo e de toque:

TENSÕES DE TOQUE E PASSO MÁXIMAS

TOLERADAS PELO SER HUMANO

• Valores obtidos na IEEE Std 80 para uma pessoa de 50 kg:

• Onde:

– ρ: resistividade do solo [Ωm]; – t: tempo de duração do curto [s].









t V t V Toque Passo 116 , 0 5 , 1 1000 116 , 0 6 1000        

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EFEITO DA BRITA (ρ=3000Ωm)

• O uso da brita de alta resistividade aumenta os valores suportados:

• Onde:

– C_S: fator de correção;

– ρ: resistividade do solo [Ωm]; – ρ_S: resistividade da brita [Ωm];

– h_S: espessura da camada de brita [m].

09 , 0 2 1 09 , 0 1           S S S h C   Substituir ρ nas fórmulas originais por C_Sρ_S

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EXEMPLO DE CÁLCULO

• Tensão de toque máxima em um surto de

duração de 0,5 s para uma pessoa com 50 kg em um solo de 50 Ωm:

• Mesmas condições, adicionando uma camada de 150mm de brita:





V t V_Toque  10001,5  0,116 176





V t C V_Toque  10001,5 _S _S 0,116  732

ESTUDOS DE INTERFERÊNCIAS

• O estudo é recomendável para simular a interferência gerada pelo curto em um computador.

• Realizado para LT de 69kV ou superior.

• Calcula-se o perfil de tensão no duto para verificar se supera os limites do duto e de seres humanos.

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Exemplo 1: Paralelismo, 230kV,

pára-raios, I

_CC

=12,69kA

Exemplo 2: Cruzamento, 69kV, sem

pára-raios, I

_CC

=3,14kA

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Exemplo 3: Cruzamento, 230kV,

pára-raios, I

_CC

=14,5kA

Exemplo 3: Retirada dos contra-pesos da

torre

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ACOPLAMENTO INDUTIVO

• Fatores importantes:

– Função da corrente, não da tensão;

– Paralelismo entre a LT e o duto;

– Balanceamento entre fases;

– Distância da torre para o duto;

– Corrosão CA.

PREOCUPAÇÕES RELATIVAS AO

ACOPLAMENTO INDUTIVO

• Integridade física de pessoas em contato com dutos atingidos pelo curto

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PREOCUPAÇÕES RELATIVAS AO

ACOPLAMENTO INDUTIVO

• Evitar corrosão por corrente alternada

ANÁLISE ELÉTRICA

Representação elétrica da tensão induzida em uma seção de duto

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ANÁLISE ELÉTRICA

• Um duto é uma associação destas seções.

Representação elétrica da tensão induzida em duas seções de duto

Tensão induzida ao longo do duto

ANÁLISE ELÉTRICA

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EXEMPLO – REFINARIA DO NE

Tensão alternada induzida na extremidade de gasoduto

MITIGAÇÃO DA TENSÃO INDUZIDA

• Aterramento elétrico

Aterramento das extremidades do duto

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MITIGAÇÃO DA TENSÃO INDUZIDA

• Cuidado ao aterrar dutos em pequenas extensões

Aterramento em apenas uma extremidade

EXEMPLO – REFINARIA DO NE

Corrente alternada circulante com o aterramento do duto

Cuidado em áreas classificadas com

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MITIGAÇÃO DA TENSÃO INDUZIDA

• Aterramento elétrico indireto, por meio de dispositivos desacopladores para evitar

problemas com a proteção catódica.

ACOPLAMENTO CAPACITIVO

• Tensão que aparece entre estruturas metálicas aéreas e o solo, devido ao campo elétrico gerado por LT’s; • Não afeta dutos enterrados; • É particularmente crítica

durante a construção e montagem dos dutos.

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