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PROTEÇÃO CATÓDICA

EFETIVO COMBATE À CORROSÃO ELETROQUÍMICAPARTE 5: INTERFERÊNCIAS ELÉTRICAS

Este material contém informações classificadas como NP-1

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).


• 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.


FUGA DE CORRENTE


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


• 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.


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


• 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.


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.


• Esquema de funcionamento de um sistema de tração eletrificado:


• Detalhe do dormente:


• Correntes elétricas do sistema:


• Cada dormente funciona como uma resistência em paralelo:

R1 R2Rn

nt RRRR

1.....

111

21

n

RRt

:...21 RRRRSe n


• Corrente de fuga:


• Exemplo de um cruzamento:

O duto estásofrendo algum

problema?


• Os trilhos também estão em risco!


• 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


• Esquema de um registro de potencial por 24h:

PONTO A PONTO B


• Registro de potencial por 24h:







TESTES REALIZADOSNO SISTEMA DE TRANSPORTE



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).


APLICAÇÃO DA JUNTA ISOLANTE


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

Exemplo de um sistema isolado


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

DUTO ENTERRADO

TRILHOS

LIGAÇÃO ELÉTRICA


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

E conseqüentemente a corrente vai sair em um

outro local!


• Equipamento de drenagem: DIODO

DUTO ENTERRADO

TRILHOS

LIGAÇÃO ELÉTRICA


• Esquema elétrico de um equipamento de drenagem simples:


• Resultado do início da operação da drenagem:

Início operação da drenagem


• Corrente drenada:

A drenagem facilita a circulação de corrente pelo duto!


• 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.


DUTO ENTERRADO

• Drenagem com anodos:


• 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


• Retificador automático funcionando como drenagem:


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


• 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.


• O que fazer nestas situações?

REGISTROS CONTREGISTROS CONTÍÍNUOS DE NUOS DE POTENCIAIS POTENCIAIS ““ONON””


• Critério:

ProcuraProcura--se manter os se manter os potenciais potenciais ““ONON”” entre entre

--1,0 e 1,0 e --3,0 V3,0 V


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


• Registro no cupom (chaveamento longo):

Potencial OFF


• Registro no cupom (chaveamento curto):

INTERFERÊNCIAS DE LINHAS TRANSMISSÃO DE ALTA TENSÃO CC (LTCC)

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


• 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.


• LTCC hoje no Brasil:


• Principais modos de operação de uma LTCC:

SISTEMA BIPOLAR

SISTEMA MONOPOLAR

SITUAÇÃO CRÍTICA!


• 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


• 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


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


• 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


• Interação LT-Duto


• 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.


29,803

25,102

30,201

Tensão de perfuração

(kV)Ensaio


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


• 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!


• 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

5 - interferencias eletricassulgas.usuarios.rdc.puc-rio.br/prot_catodica_parte5.pdf– nace sp0177...

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