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Stray currents control
 

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Presentation at Metro São Paulo on August 30th about the Seminar "Stray Currents Corrosion" that we have attended in Wuppertal, Germany, on April.

Presentation at Metro São Paulo on August 30th about the Seminar "Stray Currents Corrosion" that we have attended in Wuppertal, Germany, on April.

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    Stray currents control Stray currents control Presentation Transcript

    • Práticas na Alemanha
    • Conteúdo1. Conceitos teóricos2. Normas e provisões construtivas3. Medições4. Pausa para café5. Dúvidas.
    • Um pouco de história • VÖV-Empfehlung 04.740.5 – 1966 • VÖV-Empfehlung 04.740.5 - 1975
    • Um pouco de históriaRelatório TAW de Pesquisa TécnicaProvidências para a redução das tensões longitudinais para linhas em CC –1989Relatório TAW de Pesquisa TécnicaProvidências para a redução do risco de corrosão por correntes de fuga emvias gramadas de VLTs alimentadas em CCVDV-Schriften 501/1, 2 e 3 – 1993EN 50122-1 e 2 – 1997IEC 62128-1 e 2 -2003EN 50122-1 e 2 2010IEC 62128-1 e 2 a ser publicada
    • Aonde fomos? Labor für Korrosionsschutz und Elektrotechnik
    • Onde se aplicam as normas?EN 50122-1 e IEC 62128-1a) railways;b) guided mass transport systems such as 1) tramways, 2) elevated and underground railways, 3) mountain railways, 4) trolleybus systems, and 5) magnetically levitated systems, which use a contact line system,c) material transportation systems.
    • O que é corrosão eletrolítica?EN 50122-1 e IEC 62128-1"Uma reação eletroquímica do metal com oambiente em que se encontra levando a umenfraquecimento progressivo ou destruição."
    • O que é corrosão eletrolítica?A corrosão eletrolítica necessita de: Eletrodo anódico - potencial negativo, libera íons positivos para o meio eletrolítico e gera um excesso de elétrons; Eletrodo catódico - potencial positivo, é o elemento que não se dissolve, sendo o eletrodo protegido; Eletrólito - meio no qual se processa a reação; Ligação externa - propicia a condução de elétrons do ânodo para o cátodo.
    • O que é corrosão eletrolítica?2‫ ݁ܨ2 → ݁ܨ‬ାା ൅ 4݁ ି Ia - reação anódicaܱଶ ൅ 2‫ܪ‬ଶ ܱ ൅ 4݁ ି → 4 ܱ‫ܪ‬ ିଵ Ik - reação catódicaNão havendo oxigênio ou se a terra estiver ácida (~pH 4), Ik - reação catódica2‫ܪ‬ଶ ܱ ൅ 2݁ ି → ‫ܪ‬ଶ ൅ 2 ܱ‫ܪ‬ ିଵ‫ ܽܫ‬൅ െ‫ ݇ܫ‬ൌ ‫ ݐ݋ݐܫ‬ൌ 0
    • O que é corrosão eletrolítica?
    • E a corrente de fuga?
    • E a corrente de fuga?EN 50122-1 e IEC 62128-1"Parte da corrente de um sistema de tração emcorrente contínua que percorre outroscaminhos que não sejam o circuito deretorno."
    • E a corrente de fuga? ߤ௄ ൌ 9.13 kg/A.ano
    • Requisitos para os sistemas em CC Boa isolação elétrica entre trilhos e terra; Baixa resistência dos trilhos por unidade de comprimento; Baixas quedas de tensão longitudinal dos trilhos; Baixa resistência ôhmica das partes metálicas interligadas do túnel.
    • Normas e regulamentações IEC 62128-1, 2 e 3 – Uso em ferrovias – Instalações fixas – Segurança elétrica – Aterramento e circuito de retorno EN 50122-1 e 2 3 – 1) Uso em ferrovias – Instalações fixas 2) Medidas de proteção contra a ação de correntes de fuga em vias alimentadas em CC EN 50162 – proteção contra corrosão devido às correntes de fuga oriundas de instalações em corrente contínuaVDV – Associação das empresas alemãs de transporte VDV 501/1, 2 e 3 – Diminuição do perigo de corrosão devido às correntes de fuga em túneis e vias alimentadas em CC com retorno através dos trilhos de rolagem 1) Medidas e bases de cálculo 2) Métodos de medição 3) Programa de computador VDV 505 – Construção e medidas de proteção de subestações de linhas alimentadas em CC VDV 506 - O mesmo para pátios VDV 507 – O mesmo para instalações de energia elétrica.
    • O que dizem as normas?Os efeitos das correntes de fuga deve serexaminados desde o planejamento e devecontemplar os seguintes aspectos: distância entre subestações retificadoras; conexões do circuito de retorno; isolação dos trilhos; provisões adicionais...
    • O que dizem as normas?3.2.1 earthconductive mass of the earth, whose electric potential at any point is conventionally taken asequal to zero[IEC 60050-826-04-01]3.2.2 earthingconnection of conductive parts to an appropriate earth electrode3.2.3 earth electrodeconductor or a group of conductors in intimate contact with and providing an electricalconnection to earth[IEC 60050-461-06-18]3.2.4 structure earthconstruction made of metallic parts or construction including interconnected metallic structuralparts, which can be used as an earth electrodeNOTE Examples are reinforced railway structures such as bridges, viaducts, tunnels, mastfoundations and reinforced track bed.
    • O que dizem as normas?7.2 Tunnels, bridges, viaducts and reinforced concrete slab track7.2.2 Longitudinal interconnectionIn the case of tunnels with metal reinforced concrete structures or other conductive structures itis possible that stray currents can flow into such structures and from there cause influence toother conductive structures outside the tunnel. In this case the effect of such influence shall bereduced by means of equipotential bonding in the lower part of the individual tunnel sections orother conductive structures to achieve the voltage requirements according to 5.3. Thisequipotential bonding shall be achieved by:– a sufficient number of reinforcing bars,– mats connected together,– other conductive structural parts,– if necessary, additional conductors of appropriate cross section laid within the tunnel.Individual tunnel sections in particular cases may be excepted from the equipotential bonding ofthe rest of the tunnel. The equipotential bonding of the other tunnel sections can be achieved bymeans of an insulated cable extending over the segregated tunnel section.NOTE For stray current protection purposes only, it is possible to achieve adequate electricalconductivity of reinforcing bars within a structure section by means of conventional steel wirewrapping.
    • O que dizem as normas?
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    • O que dizem as normas?7 Reduction of stray current interference – Modifications to current source7.6 Direct current traction systemsThe traction system should be designed to reduce the stray currents flowing into the ground inorder to reduce or eliminate the effects on foreign structures. Direct current traction systems aregenerally operated with the negative pole connected to the rails. In rare cases the positive pole isconnected to the rails. Modern d.c. operated railways use a current feedback system duringbraking. The methods to be carried out shall comply with requirements given in EN 50122-2. Theymainly consist of. adjustment of the power supply system,. improvement of the return circuit,. isolation of the return circuit from ground, grounded metallic structures (pipelines, cables,bridges and tunnels) and other rail systems.It is necessary to consider the requirements and the methods for suppressing stray current fromthe earliest stages of a d.c. railway project, so that the suppression of stray current is taken intoaccount when the positions and the sizes of the substations are decided.
    • O que dizem as normas?5 Criteria for stray current assessment and acceptance5.2 Criteria for the protection of the tracksExperience proves that there is no damage in the tracks over a period of 25 years, if the averagestray current per unit length does not exceed the following value:I’max = 2,5 mA/m(average stray current per length of a single track line).NOTE For a double track line the value for the maximum average stray current should bemultiplied by two. For more than two tracks the value increases accordingly. For the averagingprocess, only the total positive parts of the stray current over 24 h or multiples are considered.
    • O que dizem as normas?If the following values for the conductance per length G’RE and average rail potential URE are notexceeded during the system life-time, further investigations according to 5.4 need not beperformed.– G’RE ≤ 0,5 S/km per track and URE ≤ + 5 V for open formation (1)– G’RE ≤ 2,5 S/km per track and URE ≤ + 1 V for closed formation (2)For the average rail potential shift URE only positive values of the rail potential are considered.The averaging period shall be 24 h or multiples.NOTE 2 A guide value for the sampling rate is 2 per second.If the requirements in Equations (1) and (2) are not met, an alternative value for G’RE shall becalculated and used for the design, applying Equation (3).G′RE= I/URE (3)whereI’ = 2,5 mA/m per track or the value coming from the investigation in 5.4.
    • O que dizem as normas?8 Protective provisions applied to metallic structuresThe provisions in this European Standard are intended to reduce stray currents in order to reducestray current corrosion. Conventional protective provisions against natural corrosion for non-railway installations can be used if they are considered to be necessary. If additional protectivemethods are taken into account, the overall protection concept shall be agreed with affectedparties and comply with the relevant standards concerning stray current corrosion.NOTE The connection of any metallic structure to return bus bar in a substation even via apolarised electric drainage device will increase the overall stray current. Therefore, the connectionof any metallic structure to the return bus bar should be made only with due consideration givento the overall effect on the running rails and other structures which could be influenced. Polarisedelectric drainage is generally applicable only when the structure to be protected is remote fromother structures.
    • O que dizem as normas?
    • O que dizem as normas?5.3 Criteria for systems with metal reinforced concrete or metallic structuresIn systems with metal reinforced concrete or metallic structures, like:– reinforced track bed,– tunnels, or– viaducts,the impact on the structures shall be considered.The voltage shift of the structure versus earth is an additional criterion for assessment.Experience has shown, that there is no cause for concern, if the average value of the potential shiftbetween the structure and earth in the hour of highest traffic does not exceed + 200 mV for steelin concrete structures. For buried metal constructions the values depend on soil resistivity andthe material. For both requirements refer to EN 50162:2004, Table 1.
    • O que dizem as normas?6.1.1 Structures without cathodic protectionAnodic interference (see Annex B) on structures without cathodic protection is acceptable if thepositive potential shift ΔU is lower than the criterion given in Table 1.NOTE 1 The acceptable positive potential shift ΔU (ohmic voltage drop, i.e. IR-drop, included) isrelated to the electrolyte resistivity since the IR-drop part of the measured potential shiftincreases with increasing resistivity (see Annex C).NOTE 2 It is difficult to assess whether anodic interference meets the acceptance criterion ofTable 1 where the potentials are rapidly fluctuating. A judgement should be made regarding theduration and extent of the potential excursions beyond the criterion as to whether or not theexcursions are acceptable. This judgement may be based on the duration and frequency of theexcursions or upon the average potential shift. If the results of the judgement are inconclusivethen IR free potential measurements should be made and the criterion of Table 1 column threeshould be applied (ΔU/mV excluding IR drop)
    • O que dizem as normas?
    • O que dizem as normas?
    • O que dizem as normas?
    • O que dizem as normas?
    • O que dizem as normas?
    • O que dizem as normas?
    • O que dizem as normas?
    • O que dizem as normas?
    • Métodos de análise – Em superfície
    • Métodos de análise – Em superfície
    • Métodos de análise – Em túnel
    • Métodos de análise – Em túnel
    • Métodos de análise – Em túnel8 Protective provisions applied to metallic structuresThe provisions in this European Standard are intended to reduce stray currents in order to reducestray current corrosion. Conventional protective provisions against natural corrosion for non-railway installations can be used if they are considered to be necessary. If additional protectivemethods are taken into account, the overall protection concept shall be agreed with affectedparties and comply with the relevant standards concerning stray current corrosion.NOTE The connection of any metallic structure to return bus bar in a substation even via apolarised electric drainage device will increase the overall stray current. Therefore, the connectionof any metallic structure to the return bus bar should be made only with due consideration givento the overall effect on the running rails and other structures which could be influenced. Polarisedelectric drainage is generally applicable only when the structure to be protected is remote fromother structures.
    • Métodos de análise – Em túnel
    • E a corrente de fuga? ߤ௄ ൌ 9.13 kg/A.ano
    • Curto circuitadores negativo-terra
    • Curto circuitadores negativo-terra
    • Curto circuitadores negativo-terra
    • Curto circuitadores negativo-terra
    • Técnicas de medição A.1 – Resistência do trilho I = Corrente injetada RR10m = Resistência longitudinal de uma seção de trilho de 10m em ohms (para 1 trilho) Uon,off = Queda de tensão no trilho 1 em Volts, com e sem a corrente injetada Esta medição é necessária para se obter a relação entre a corrente do trilho e a tensão resultante, para posteriormente determinar a condutância por unidade de comprimento.
    • Técnicas de medição
    • Técnicas de medição
    • Técnicas de medição
    • Técnicas de medição
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    • Técnicas de medição A.2 – Condutância por unidade de comprimento entre o trilho de rolamento e estruturas metálicas (Túnel) G´RS= Condutância por unidade de comprimento entre o trilho e a estrutura [S/km] I = Corrente Injetada [A] URS= Tensão entre o trilho e a estrutura no ponto de injeção [V] IRA e IRB = Corrente que fui pelas extremidades A e B da seção medida [A] URSA, URSB = Tensão entre o trilho e o túnel nas extremidades A e B da seção do túnel [V] L = Comprimento da seção a ser medida [Km]
    • Técnicas de medição A.1 – Resistência do trilho I = Corrente injetada RR10m = Resistência longitudinal de uma seção de trilho de 10m em ohms (para 1 trilho) Uon,off = Queda de tensão no trilho 1 em Volts, com e sem a corrente injetada Esta medição é necessária para se obter a relação entre a corrente do trilho e a tensão resultante, para posteriormente determinar a condutância por unidade de comprimento.
    • Técnicas de medição A.3 – Condutância por unidade de comprimento de seções de via sem estrutura civil G´RE= Condutância por unidade de comprimento entre a via e a terra [S/km] I = Corrente Injetada [A] URE = Tensão entre o trilho e a terra L = Comprimento da seção a ser medida [Km] 1 = Eletrodo de referência 2 = Juntas Isolantes A seção a ser examinada é separada do restante da linha através de juntas isolantes. O comprimento da seção de via a ser examinada não deve ultrapassar 2 km.
    • Técnicas de medição A.4 – Condutância local por unidade de comprimento de seções de via sem estrutura civil G´RE= Condutância local por unidade de comprimento entre trilho de rolamento e a terra [S/km] MSr = Taxa de transferência da corrente de fuga ρE = Resistividade do solo (Ωm) a = Distância entre o trilho de rolamento exterior e o eletrodo perto do trilho [m] b = Distância entre o trilho de rolamento exterior e o eletrodo remoto [m] Stg = Ajuste do vão [m] Std = Distância dos centros da via [m] Método utilizado para comprimento de seção de via maior que 2 km. Não é necessário cortar os trilhos para medição. A medição é realizada durante a operação.
    • Técnicas de medição A.5 – Juntas isolantes no trilho FJ= Funcionalidade das juntas isolantes em porcentagem U1, on/off = Queda de tensão no trilho medido na seção 1 [V] U2, on/off = Queda de tensão no trilho medido na seção 2 [V] Valores medidos de Fj≤95% indica que existe uma ligação galvânica através da junta ou a junta isolante está com defeito.
    • Técnicas de medição A.6 – Juntas isolantes entre estruturas 1= Juntas isolantes a ser medida 2= Juntas a ser aberta para realizar medição A = Estrutura A B = Estrutura B Rjoint = Resistência da juntas em Ω Uon = Tensão durante o estado ligado [V] Uoff = Tensão durante o estado desligado depois da interrupção da corrente [V] I = Corrente Injetada [A] Se Rjoint ≥0,5 Ω a tensão de polarização Uoff – Uba ≥ 0,1 V a resistência das juntas é alta suficiente.