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PROTEÇÃO CATÓDICA
EFETIVO COMBATE À CORROSÃO ELETROQUÍMICAPARTE 5: INTERFERÊNCIAS ELÉTRICAS
Este material contém informações classificadas como NP-1
INTERFERÊNCIAS ELÉTRICAS
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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
FUGA DE CORRENTE
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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
Junta isolante
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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
NÍVEL DO SOLO
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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
• Correntes elétricas do sistema:
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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:
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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!
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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:
PONTO A PONTO B
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INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO ELETRIFICADOS
• Registro de potencial por 24h:
INTERFERÊNCIAS DE SISTEMAS DE TRAÇÃO ELETRIFICADOS
• 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
• Registro de potencial por 24h:
TESTES REALIZADOSNO SISTEMA DE TRANSPORTE
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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
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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
LIGAÇÃO ELÉTRICA
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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
LIGAÇÃO ELÉTRICA
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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 correntedo retificador, mas não acorrente de fuga.
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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
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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):
Potencial OFF
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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)
• LTCC hoje no Brasil:
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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
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
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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
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):
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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
Grounding
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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;– Condição de curto-circuito.
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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;– Descargas atmosféricas.
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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 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
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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
29,803
25,102
30,201
Tensão de perfuração
(kV)Ensaio
ENSAIO DE SUPORTABILIDADE DO PE3L
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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
tV
Toque
Passo
116,05,11000
116,061000
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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
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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:
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.
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Exemplo 1: Paralelismo, 230kV, pára-raios, ICC=12,69kA
Exemplo 2: Cruzamento, 69kV, sem pára-raios, ICC=3,14kA
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Exemplo 3: Cruzamento, 230kV, pára-raios, ICC=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
• Efeito da distância na tensão induzida:
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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
centelhas!
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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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FIM DA PARTE 5