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PROTEÇÃO CATÓDICA
EFETIVO COMBATE À CORROSÃO ELETROQUÍMICAPARTE 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
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
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
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
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
NÍVEL DO SOLO
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 R2Rn
nt RRRR
1.....
111
21
n
RRt
:...21 RRRRSe n
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO ELETRIFICADOS
• Corrente de fuga:
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO ELETRIFICADOS
• Exemplo de um cruzamento:
O duto estásofrendo 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 REALIZADOSNO 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):
DUTO ENTERRADO
TRILHOS
LIGAÇÃO ELÉTRICA
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
LIGAÇÃO ELÉTRICA
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
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
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 correntedo retificador, mas não acorrente de fuga.
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO
• O que fazer nestas situações?
REGISTROS CONTREGISTROS CONTÍÍNUOS DE NUOS DE POTENCIAIS POTENCIAIS ““ONON””
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO ELETRIFICADOS - INSPEÇÃO
• Critério:
ProcuraProcura--se manter os se manter os potenciais potenciais ““ONON”” entre entre
--1,0 e 1,0 e --3,0 V3,0 V
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):
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
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
ULÍ
NIA
CA
PÃ
O B
ON
ITO
SAÍDA
ENTRADA
km 109
LINHA ALTA TENSÃO C. C.
FOZ DO IGUAÇU
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)
• 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
ULÍ
NIA
CA
PÃ
O B
ON
ITO
ENTRADA
SAÍDA
km 109
LINHA ALTA TENSÃO C. C.
FOZ DO IGUAÇU
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):
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
Retificador 2 desligado
Retificadores desligados
Retificadores e drenagem desligadas
Retificadores e drenagem
ligadas
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 (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;– 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 -
PAREDE METÁLICA
VV
V1
V2
V3
GRADIENTE DE GRADIENTE DE POTENCIALPOTENCIALNO SOLONO SOLO
DUTO
VV
d
IV AT
2
ATI
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 ConductionEffects”) bastante usada é:
][][08,0 mkAIr f
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
29,803
25,102
30,201
Tensão de perfuração
(kV)Ensaio
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:
• Onde:– ρ: resistividade do solo [Ωm];– t: tempo de duração do curto [s].
t
V
tV
Toque
Passo
116,05,11000
116,061000
EFEITO DA BRITA (ρ=3000Ωm)
• O uso da brita de alta resistividade aumenta os valores suportados:
• Onde:– CS: fator de correção;– ρ: resistividade do solo [Ωm];– ρS: resistividade da brita [Ωm];– hS: espessura da camada de brita [m].
09,02
109,0
1
S
SS h
C
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:
• Mesmas condições, adicionando uma camada de 150mm de brita:
Vt
VToque 176116,0
5,11000
Vt
CV SSToque 732116,0
5,11000
ESTUDOS DE INTERFERÊNCIAS
• O estudo é recomendável para simular a interferência gerada pelo curto em um computador.
• Realizado para LT de69kV 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, pára-raios, ICC=12,69kA
Exemplo 2: Cruzamento, 69kV, sem pára-raios, ICC=3,14kA
Exemplo 3: Cruzamento, 230kV, pára-raios, 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