PROTEÇÃO CATÓDICA INTERFERÊNCIAS ELÉTRICAS

PROTEÇÃO CATÓDICA
EFETIVO COMBATE À CORROSÃO ELETROQUÍMICA
PARTE 5: INTERFERÊNCIAS ELÉTRICAS
Este material contém informações classificadas como NP-1
INTERFERÊNCIAS ELÉTRICAS
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.
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC
• Uma estrutura metálica pode captar parte da
corrente de um sistema de proteção catódica.
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC
FUGA DE CORRENTE
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC
A corrosão eletroquímica ocorre na
área por onde a corrente
convencional sai para o eletrólito!
NÍVEL DO SOLO
Retorno da
corrente de
interferência
para o
retificador
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
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
Junta isolante
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.
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC
MITIGAÇÃO – INTERLIGAÇÃO ENTRE DUTOS
Ponto de teste
NÍVEL DO SOLO
Fuga da corrente controlada
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.
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE PC
MITIGAÇÃO – DRENAGEM
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
NÍVEL DO SOLO
Anodos galvânicos
Anodos galvânicos
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:
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS
• Detalhe do dormente:
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS
• Correntes elétricas do sistema:
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS
• Cada dormente funciona como uma resistência
em paralelo:
R1
R2
Rn
1
1
1
1
 
 ..... 
Rt R1 R2
Rn
Se R1  R2  ...  Rn  R :
Rt 
R
n
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS
• Corrente de fuga:
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS
• Exemplo de um cruzamento:
O duto está
sofrendo algum
problema?
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS
• Os trilhos também estão em risco!
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:
PONTO A
PONTO B
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS
• Registro de potencial por 24h:
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS
• Registro de potencial por 24h:
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS
• Registro de potencial por 24h:
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS
• Registro de potencial por 24h:
TESTES REALIZADOS
NO SISTEMA DE
TRANSPORTE
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS
• Registro de potencial por 24h:
AS INTERFERÊNCIAS DIMINUEM À MEDIDA QUE SE
AFASTA DO CRUZAMENTO
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS - DEFEITOS
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
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):
LIGAÇÃO ELÉTRICA
TRILHOS
DUTO ENTERRADO
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
LIGAÇÃO ELÉTRICA
TRILHOS
DUTO ENTERRADO
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
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.
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES
• Drenagem com anodos:
DUTO ENTERRADO
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS - MITIGAÇÕES
• O retificador automático utiliza um sensor (uma
semi-célula) para monitorar o potencial tubosolo e controlar sua corrente de saída, em
função da interferência.
Interferência
Potencial de
referência
Retificador
automático
Duto
Semi-célula
Potencial
real
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:
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.
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO
• O que fazer nestas situações?
REGISTROS CONTÍNUOS DE
POTENCIAIS “ON”
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO
• Critério:
Procura-se manter os
potenciais “ON” entre
-1,0 e -3,0 V
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO
+ -
O cupom pode ser
usado mesmo com
interferências!!!
VOLTÍMETRO
PTE
CHAVE ON-OFF
NÍVEL DO SOLO
ELETRODO PORTÁTIL (Cu/CuSO4)
LINHA DE CENTRO DO DUTO
DUTO
CUPOM
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO
ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO
• Registro no cupom (chaveamento longo):
Potencial OFF
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.
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)
• LTCC hoje no Brasil:
INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO
DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)
• Principais modos de operação de uma LTCC:
SISTEMA
BIPOLAR
SITUAÇÃO CRÍTICA!
SISTEMA
MONOPOLAR
INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO
DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)
PA
UL
ÍNI
A
• Aproximação da LTCC com o GASBOL:
km 109
ENTRADA
ALTA
LINHA
C. C.
TENSÃO
L
AÇU
O IGU
FOZ D
CA
PÃ
O
BO
NIT
O
G
AS
BO
SAÍDA
IBIUNA
SAÍDA
FLUXO DE CORRENTE E POTENCIAL TUBO‐SOLO NAS OPERAÇÕES MONOPOLARES COM O PÓLO NEGATIVO NO SOLO
INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO
DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)
PA
UL
ÍN
IA
• Aproximação da LTCC com o GASBOL:
km 109
ENTRADA
FLUXO DE CORRENTE E POTENCIAL TUBO‐SOLO NAS OPERAÇÕES MONOPOLARES COM O PÓLO POSITIVO NO SOLO
SAÍDA
ALTA
LINHA
O C. C.
TENSÃ
IBIUNA
L
ÇU
O IGUA
FOZ D
CA
PÃ
O
BO
NIT
O
G
AS
BO
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):
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.
INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO
DE ALTA TENSÃO CC (LTCC) - MITIGAÇÃO
• Solução para o GASBOL:
Retificador
1 desligado
Retificadores
e drenagem
ligadas
Retificador
2 desligado
Retificadores
desligados
Retificadores
e drenagem
desligadas
INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO
DE ALTA TENSÃO CA (LTCA)
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
Grounding
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;
– Condição de curto-circuito.
ACOPLAMENTO RESISTIVO (CURTOCIRCUITO)
• 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;
– Descargas atmosféricas.
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 -
V
PAREDE
METÁLICA
GRADIENTE DE
POTENCIAL
NO SOLO
I AT
V
  I AT
V
2  d
V1
DUTO
V2
V3
ACOPLAMENTO RESISTIVO (CURTOCIRCUITO) - 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:
r  0,08 I f [kA]  [m]
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.
ENSAIO DE SUPORTABILIDADE DO PE3L
Ensaio
Tensão de
perfuração
(kV)
01
30,2
02
25,1
03
29,8
ENSAIO DE SUPORTABILIDADE DO PE3L
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:
VPasso  1000  6  
VToque
0,116
t
0,116
 1000  1,5 
t
• Onde:
– ρ: resistividade do solo [Ωm];
– t: tempo de duração do curto [s].
EFEITO DA BRITA (ρ=3000Ωm)
• O uso da brita de alta resistividade aumenta os
valores suportados:
• Onde:
–
–
–
–

 

0,091 
 S 
CS  1 
2hS  0,09
CS: fator de correção;
ρ: resistividade do solo [Ωm];
ρS: resistividade da brita [Ωm];
hS: espessura da camada de brita [m].
Substituir ρ nas
fórmulas originais
por CSρS
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:
VToque  1000  1,5   
0,116
 176V
t
• Mesmas condições, adicionando uma camada de
150mm de brita:
VToque  1000  1,5  CS   S 
0,116
 732V
t
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.
Exemplo 1: Paralelismo, 230kV, páraraios, ICC=12,69kA
Exemplo 2: Cruzamento, 69kV, sem páraraios, ICC=3,14kA
Exemplo 3: Cruzamento, 230kV, páraraios, ICC=14,5kA
Exemplo 3: Retirada dos contra-pesos da
torre
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
PREOCUPAÇÕES RELATIVAS AO
ACOPLAMENTO INDUTIVO
• Evitar corrosão por corrente alternada
ANÁLISE ELÉTRICA
Representação elétrica da tensão
induzida em uma seção de duto
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
• Efeito da distância na tensão induzida:
EXEMPLO – REFINARIA DO NE
Tensão alternada induzida na
extremidade de gasoduto
MITIGAÇÃO DA TENSÃO INDUZIDA
• Aterramento elétrico
Aterramento das
extremidades do duto
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
centelhas!
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.
FIM DA PARTE 5