PROTEÇÃO CATÓDICA 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 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: – – – – 0,091 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
