Interferência Eletromagnética Em Um Gasoduto Enterrado Causado Por Linha de Transmissão de 69kv

TCC – TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

INTERFERÊNCIA ELETROMAGNÉTICA EM UM GASODUTO

ENTERRADO CAUSADO POR LINHA DE TRANSMISSÃO DE

69KV ALUNO: JESSE BIANCHINI DE MELLO

ORIENTADORA: MSC ANTÔNIA FERREIRA DOS SANTOS CRUZ

Universidade Salvador – UNIFACS, Coordenação de Engenharia Elétrica

E-mail para contato: [email protected]

RESUMO

O presente trabalho tem o intuito de demonstrar como uma linha de transmissão de alta tensão de 69 quilovolts

pode colocar em risco uma tubulação enterrada de um sistema de distribuição de gás natural, assim como, as

pessoas próximas a este gasoduto, como os operadores que necessitam fazer manobras em caixas de válvulas e/ou

alguma intervenção no sistema de gás natural. Foi realizado um estudo de caso, entre um gasoduto enterrado e

uma linha de transmissão de alta tensão, localizada na cidade de Salvador, Bahia, que demonstrou riscos de

integridade ao gasoduto, assim como, ao operador desse sistema. Nos estudos realizados foi identificado que,

primeiro é fornecido informações dos componentes de um sistema de distribuição de gás natural e de uma linha

de transmissão de alta tensão, em seguida, os efeitos que uma linha de transmissão de 69KV pode provocar em

um gasoduto e os riscos que estes efeitos podem ocasionar em uma tubulação enterrada, em um sistema de

proteção catódica, no revestimento do gasoduto e nas válvulas. Ao fim, são demonstrados os dados das tensões

induzidas, as medidas mitigadoras e os resultados após a aplicação destas medidas.

Palavras-chaves: Interferência Eletromagnética; Acoplamento Magnético; Gasoduto Enterrado.

ABSTRACT

This paper aims to demonstrate how a line of high voltage of 69 kV transmission can jeopardize a pipe buried a

natural gas distribution system, as well as those close to this pipeline, as operators need maneuvering in valve

box and / or any intervention in the natural gas system. We conducted a case study, between a buried pipeline and

a line of high-voltage transmission, located in the city of Salvador, Bahia, which has shown to the pipeline integrity

risk, as well as, the operator of that system. In studies identified that the first information is supplied to components

of a natural gas distribution system and a line of high voltage power, then the effects of a 69KV transmission line

may result in a pipeline and risk that these effects can result in a buried pipe, in a cathodic protection system the

coating on the pipeline and valves. At the end, they are shown the data of the induced voltages, the mitigation

measures and the results after implementation of these measures.

Keywords: Electromagnetic interference; Magnetic coupling; Buried pipeline.

1. INTRODUÇÃO

O Brasil passa por crescimento de demanda de gás natural para abastecer tanto as

industrias quanto o setor energético e para isso, tem-se a necessidade do crescimento da malha

dutoviária do país e consequentemente do aumento da rede básica de transmissão de energia

elétrica para acompanhar o crescimento do setor energético, segundo ministério de minas e

energia (2014). Diante deste cenário de expansão de infraestrutura, tanto de dutos enterrados

quanto de linhas de transmissão, o compartilhamento de suas faixas de servidão fica cada vez

mais inevitável, promovendo uma aproximação excessiva entre estes dois sistemas. Isto é



preocupante, pois, os dutos estão suscetíveis a influência eletromagnética de linhas de

transmissão próximas, independentemente de estarem enterradas ou aéreas, provocando assim,

indução de corrente alternada nos gasodutos de aço, comprometendo sua confiabilidade de

transporte de gás natural, de acordo com Albertini (2008).

Gasodutos de aços são equipamentos que não foram projetados para operar com tensão

ou corrente elétrica em sua superfície metálica. Fenômenos dessa natureza expõem o

equipamento, o meio ambiente e população próxima a riscos não previstos em seu projeto

original. Se as tensões e correntes induzidas no duto pela linha forem suficientes, pode ocorrer

centelhamento na tubulação, mesmo que de baixa intensidade, porém, com capacidade para

promover os meios necessários para gerar uma explosão, segundo Moura e Scime (2012). Isso

se aplica aos gasodutos, visto que são constituídos por dutos de aços revestidos com isolante

térmico de polietileno de tripla camada, para o transporte do fluído, neste caso, o gás natural.

Logo a proposta deste trabalho demonstrar, como uma falta fase-terra, pode causar

efeitos indesejados em um gasoduto revestido e enterrado, tendo em vista, que quando acontece

esse tipo de falha, o condutor pode produzir corrente no solo, a qual pode afetar o gasoduto,

dependendo da intensidade do curto, da distância entre o gasoduto e o ponto da falha,

revestimento e resistividade do solo. Gomes (1995). A indução de tensão, também é um efeito,

que pode acarretar em riscos ao gasoduto, e de choque elétrico para o operador ou pessoas

próximas deste gasoduto colocando suas vidas em risco. Outro fator a ser avaliado por este

trabalho, é demonstrar como é possível diminuir as intensidades desses efeitos nos gasodutos,

através de proteção para mitigar esse tipo de problema,

2. REVISÃO BIBLIOGRAFICA

2.1. Interferência Eletromagnética

A interferência eletromagnética é a degradação no desempenho de um sistema ou

circuito resultante de um ruído eletromagnético Wentworth (2006). Wentworth (2006), ainda

cita que para existir uma interferência eletromagnética, é necessário existir uma fonte (descarga

atmosférica, descarga eletrostática, Linha de transmissão entre outros), que gere o ruído, um

percurso de acoplamento para transmitir o ruído e um receptor que seja susceptível ao ruído.



Para discorrer como ocorre a interferência eletromagnética de uma linha de transmissão

(fonte de ruído) em um gasoduto (receptor), é necessário conhecer como está disposto o sistema

receptor, para ter conhecimento como este sistema pode ser afetado. O sistema de distribuição

de gás natural será abordado a seguir.

2.2. Sistema de Distribuição de Gás Natural

O sistema de distribuição de gás natural é disposto de tubulações, válvulas de bloqueio,

proteção catódica, estação de compressão, revestimento e estações reguladoras de pressão e

medição, Vaz, Maia, e Santos (2008).

Um sistema de gás natural é composto por estações ao longo de seu percurso. Uma

destas estações é a estação de compressão, a qual tem a finalidade de elevar a pressão ao longo

de sua extensão, visto que o fluído quando transportado sofre com o atrito na parede, este atrito

provoca queda de pressão ao longo do gasoduto, tendo então a necessidade de elevação de

pressão para dar continuidade a sua distribuição. A outra estação, é a estação de regulagem de

pressão e medição de vazão, onde a pressão da linha principal é reduzida até a pressão adequada

para o consumidor, Vaz, Maia e Santos (2008).

Ao longo da extensão de um gasoduto, é necessário a instalação de válvulas de

bloqueios, que, segundo a NBR-12712/2002, tem que garantir a desegaificação em caso de

vazamento e/ou manutenção. Estas válvulas devem ser instaladas ao longo da linha de

transmissão de gás natural com espaçamentos a depender da classe e localidade determinado

por esta norma. A norma também cita que as válvulas de bloqueio, devem ser protegidas contra

ato de vandalismo e ter espaço interno suficiente para a instalação, operação e manutenção deste

componente.

2.3. Sistema de Proteção Catódica

A proteção catódica tem o objetivo de combater à corrosão de instalações metálicas

enterradas, bastante empregadas atualmente e de custo reduzido se comparado ao valor das

instalações. Além disso, é também uma importante ferramenta na preservação do meio

ambiente, pois ao proteger dutos evita o vazamento de produtos indesejados que podem ficar

expostos no meio externo, ou seja, no meio ambiente, Dutra e Nunes (1999).



O princípio de funcionamento consiste em aplicar uma corrente elétrica contínua sobre

a superfície metálica, ser em intensidade suficiente para reduzir seu potencial eletroquímico a

valores tais que se consiga diminuir a taxa de corrosão da estrutura a um valor desprezível, ou

seja, a uma taxa de corrosão menor do que 0,01mm/ano. A aplicação da proteção catódica é,

então, conveniente quando o sistema considerado apresenta controle catódico, Gomes (1995).

Existem dois processos pelos quais se pode aplicar proteção catódica, a proteção

catódica galvânica e a proteção catódica por corrente impressa, ambos fundamentados no

mesmo princípio, ou seja, injeção de uma corrente elétrica na estrutura através de um eletrólito.

Porém a proteção catódica galvânica é limitada para uso em pequenos projetos não sendo viável

economicamente, para aplicação em projetos de grande porte, Dutra e Nunes (1999). Logo, este

trabalho se limitará a proteção catódica por corrente impressa.

A proteção catódica por corrente impressa, é um dos métodos mais utilizados, pois pode

proteger a tubulação enterrada por grandes extensões. A corrente elétrica é promovida por uma

força eletromotriz (f.e.m.) de uma fonte geradora de corrente contínua (retificador, bateria ou

gerador). O funcionamento deste tipo de proteção consiste em, aplicar a corrente produzida pela

fonte geradora em uma tubulação metálica enterrada fazendo com que esta, se comporte como

um catodo, transferindo assim, a corrosão para um material de baixo custo que é utilizado como

anodo (Magnésio ou Zinco), tanto a tubulação e quanto o anodo estão em um meio eletrolítico,

neste caso o solo, Dutra e Nunes (1999).

Após a instalação do sistema de proteção catódica é necessário constatar que a tubulação

metálica está protegida. Para essa verificação, são medidos potenciais ao longo do gasoduto

através de pontos de testes por meio de um voltímetro de alta resistência interna (100 KΩ/V),

tendo seu terminal negativo ligado ao duto e o positivo conectado a um eletrodo colocado em

contato com o eletrólito, Gomes (1995).

Segundo Gomes (1995), a estrutura metálica só estará protegida catodicamente se as

medidas encontradas nos pontos de testes, a depender do tipo de eletrodo, seguirem os valores

da Tabela 1.



Tipo de eletrodo Potencial igual ou menor que

Cu/CuSO4 –0,85

Ag/AgCl –0,80

Calomelano saturado (ECS) –0,78

Zinco +0,25

Tabela 1: Potencial Para Proteção Catódica. Fonte: Gomes (1995).

De modo geral, o processo de controle de corrosão por proteção catódica é empregado

em associação com uso de revestimentos protetores. Esses revestimentos empregados

diminuem consideravelmente a área exposta a corrosão, diminuindo assim a intensidade de

corrente que será necessário para a fonte geradora. Tornando imprescindível a utilização desses

revestimentos em tubulações enterrada, Soares (2008).

Os revestimentos utilizados em combinação com proteção catódica têm que possuir

algumas características, como, resistência água, resistência elétrica, adesão ao material

metálico, resistência a produtos químicos, resistência a impactos, suportar variações de

temperatura, ductilidade, durabilidade e ser de fácil aplicação. Esses revestimentos podem ser

compostos por diversos tipos de materiais, como, piche carvão, esmalte de asfalto de petróleo,

entre outros, porém atualmente, o revestimento mais utilizado em tubulações enterradas é o

polietileno estruturado de tripla camada, Soares (2009).

Segundo a NBR-15221, “ O revestimento em tripla camada com polietileno é composto

por uma camada interna em epóxi em pó termicamente curável, uma camada intermediária em

adesivo copolimérico de etileno extrudado e uma camada externa em polietileno extrudado, de

média ou de alta densidade”, a norma ainda diz que esse tipo de revestimento deve ser de fácil

aplicação no caso de reparo em tubulações.

Esse tipo de revestimento deve garantir uma rigidez dielétrica de 5 KV e a cada

milímetro de espessura acrescentado deve ser acrescido uma tensão de 5 KV até no máximo 25

KV, Soares (2009).

O dispositivo desacoplador de estado sólido, é um acessório auxiliar ao sistema de

proteção catódica e de extrema importância, caso o sistema sofra interferências causadas por

correntes alternadas, proveniente de curto circuito monofásico, descarga atmosféricas e indução

eletromagnética causado por linhas de transmissão.



Esse dispositivo tem a função de proteger as juntas das tubulações e é o único modo

seguro de acoplar uma tubulação a um sistema de aterramento, pois, como dito anteriormente,

é necessário injetar uma corrente contínua na tubulação para proteção catódica, e no caso de

influências externas de corrente alternada, é necessário acoplar a tubulação a um sistema de

aterramento, porém, caso a tubulação fosse conectado diretamente ao sistema de aterramento a

corrente de proteção catódica seria drenado através do condutor de cobre, fazendo com que a

tubulação não estivesse mais protegida catodicamente. Logo esse dispositivo tem a função de

escoar a corrente alternada para o sistema de aterramento, permitindo que a corrente impressa

de proteção catódica continue sua trajetória, DAIRYLAND (2015).

2.4. Interferência em Tubulação Enterrada Causado por Linhas de Transmissão

Segundo o Operador Nacional do Sistema, um sistema de linha de transmissão é;

“Trecho compreendido entre a primeira e a última torre, excluídos os barramentos de entrada

das subestações. ” (ONS, 2009). Este trabalho não tem intuído de detalhar um sistema de linha

de transmissão, porém, é importante saber quais seus principais componentes.

Um sistema de transmissão é constituído basicamente por 4 componentes; condutores

geralmente construídos em alumínio com ou sem alma de aço, capazes de transportar a corrente

elétrica; Isoladores e suportes, fabricados em vidro, porcelana e polímero, com a capacidade de

manter o condutor isolado da estrutura; estruturas, que tem a finalidade de suportar todos os

outros componentes de forma segura, além de poder servir como escoamento de correntes

ocasionadas por descargas atmosferas e cabos para-raios, que tem a finalidade de interceptar

descargas atmosféricas e descarregá-las para o solo, Fuchs (1977).

Uma linha de transmissão pode causar interferência em um sistema próximo, como,

tubulações enterradas, no caso deste trabalho gasoduto enterrado, através de seus condutores,

que quando energizados podem induzir tensões e correntes em outros sistemas que estejam ao

longo de seu traçado, devido ao acoplamento capacitivo, indutivo e condutivo, os quais serão

descritos abaixo, Martins; Valente e Teixeira (2014).

Segundo Bonds (2015), o acoplamento capacitivo ocorre entre linhas de transmissão de

tensão alternada e a terra afetando tubulações aéreas adjacente ao solo. Santos (2011), diz, que

o potencial produzido normalmente, não é induzido em tubulações enterradas, uma vez que a



capacitância entre o duto e a terra é insignificante, mesmo quando os revestimentos dielétricos

são utilizados.

Durante a instalação de uma tubulação, uma tensão pode ser produzida pela influência

de um forte campo elétrico em uma tubulação localizada acima do solo. O campo elétrico tende

a mover elétrons do solo para o tubo e da tubulação para a linha de transmissão aérea. Em

alguns casos, a tensão pode ser superior a limitação de tensão máxima segura para um gasoduto,

no entanto, em situações normais, o contato de uma pessoa com o duto irá resultar em um ligeiro

choque elétrico e a tensão do tubo é, então, reduzida para zero imediatamente. Por isso é

recomendável que durante a construção, seja tomada medidas de segurança durante a instalação

de um gasoduto aéreo, para proteger o pessoal da construção e operação do risco de choque

elétrico, além de medidas mitigadoras para minimizar o potencial imposto a tubulação, Bonds

(2015).

O acoplamento indutivo ocorre através do fluxo de corrente alternada em um condutor,

essa corrente cria um campo eletromagnético em volta dele, que se encontra sempre

perpendicularmente à corrente que produz. O campo se expande para longe do condutor em

direção ao gasoduto em paralelo a linha de transmissão, (Figura 1), a uma taxa que é

determinada em função da frequência do sistema, Bonds (2015).

Figura 1. Indução magnética em uma tubulação metálica. Fonte: Bonds, 2015.

Bonds (2015), ainda cita, que quando um gasoduto revestido acompanha paralelamente

uma linha de transmissão de alta tensão por grandes distâncias, uma tensão pode ser induzida

neste gasoduto. A amplitude desta tensão, depende da distância entre o gasoduto e a linha de



transmissão e do ângulo que a LT forma quando há a ocorrência de cruzamentos entre esses

dois sistemas, caso, o ângulo seja superior a 60 graus o efeito de indução de tensão é

desprezível. Gomes, (1995), diz que as correntes que fluem pelas linhas de transmissão em seu

funcionamento normal, apesar de induzir tensões em uma tubulação enterrada, essas tensões

não são suficientes para danificar ou pôr em risco o sistema de transmissão de gás natural.

Segundo Bortels (2006), é possível calcular a corrente e a força eletromotriz induzida

em um ponto de uma tubulação em paralelo a uma linha de transmissão sem cabos guardas,

através das equações 1 e 2, de Carson-Clem dadas a seguir:

[1]

[2]

onde:

U é a f.e.m no oleoduto metálico, por unidade de comprimento (V/m).

z é a impedância por unidade de comprimento (Ω/m);

γ é o coeficiente de propagação;

L é o comprimento do gasoduto;

x é a posição onde se vai calcular a tensão.

A interferência eletromagnética é um assunto rico em conteúdo, indo além do que foi

abordado neste trabalho, para mais aprofundamento deste conteúdo recomenda-se as

referências: Bortels (2006) e Carson (1926).

Os problemas que envolvem acoplamento condutivo, no entanto, podem ocorrer durante

a construção e também depois da instalação da tubulação. O efeito condutivo pode ser causado

por condições de contato direto com a parte metálica aérea da tubulação ou com o contato com

o solo. O contato direto com a tubulação é muito raro de acontecer, mas, caso acontece-se, a

tensão na tubulação subiria rapidamente elevando seu potencial, ao mesmo nível de uma linha

de transmissão, o qual seria o caso mais grave para um sistema de transmissão de gás natural,

Bonds, (2015).



Segundo, Gomes (1995), os efeitos condutivos podem ser causados de duas maneiras,

quando de uma ocorrência de uma falta a terra em uma linha de transmissão, ou uma descarga

atmosférica, quando atinge uma estrutura de torre de transmissão, e está por sua vez escoa a

corrente provida do raio ao solo. Em ambas as situações o potencial do solo aumentaria podendo

causar uma disrupção dielétrica no revestimento do gasoduto.

É possível ver na Figura 2, o comportamento da corrente de falta quando ocorre um

curto circuito monofásico em uma linha de transmissão com cabo para-raios, onde se tem um

aumento da corrente devido a fase com defeito, e esta, se divide em duas, uma parte flui pelo

cabo para raios e a outro pela estrutura da torre ao solo, ambas com destino a subestação, Gomes

(1995).

Para calcular uma tensão em uma tubulação enterrada é necessário considerar vários

aspectos, como; dimensões físicas e constituição dos condutores que compõem o aterramento

das torres (cabos contrapeso), assim como a estratificação do solo em camadas com espessuras

e resistividades distintas. Na Figura 2, é ainda possível observar que os condutores de

aterramento das torres, são divididos em partes pequenas o bastante se comportando como

fontes de corrente concentradas, onde, a amplitude de cada corrente I drenada ao solo, por cada

fonte de corrente equivalente, vai depender da impedância do condutor de aterramento e a

heterogeneidade do solo, Martins, Valente e Teixeira (2014).

Figura 2. Modelo de Aterramento Distribuído Fonte: Martins, Valente e Teixeira, 2014.



Segundo Muskat (1933), é possível demonstra que de elevação de potencial no solo no

ponto P, é dada pela expressão 3.

[3]

Onde:

ρ1= resistividade elétrica do solo na camada superior, em Ω.m;

Ij = corrente drenada por cada fonte ao solo, em A;

rj = distância da fonte ao ponto de observação, em m;

ki = coeficiente de reflexão entre duas camadas de solo adjacentes, definido por:

(ρi+1- ρj)/( ρi+1+ ρj);

h1 = espessura da camada superior do solo, em m;

i = nº. da camada observada.

2.5. Efeitos Causados pela Linha de Transmissão Ao Sistema de Transmissão de Gás

Natural

Como visto anteriormente, a aproximação de um sistema de linha de transmissão de alta

tensão pode induzir tensões e correntes em um sistema de distribuição de gás natural, seja por

acoplamento capacitivo, acoplamento indutivo ou acoplamento condutivo, podendo colocar em

risco a integridade do revestimento e a tubulação, assim como também, as pessoas que operam

esse sistema, que podem ser afetadas por um choque elétrico, Gomes (1995).

Segundo Gomes (1995), as tubulações enterradas não são feitas para operarem com

correntes ou tensões alternadas, principalmente com correntes ou tensões alternadas de grandes

magnitudes. As correntes que são conduzidas pelos condutores de uma linha de transmissão

durante sua operação normal, não ocasionam risco a integridade do duto, porém, quando há a

ocorrência de uma falta envolvendo o solo, essas correntes aumentam, induzindo duas tensões

sobre o gasoduto, uma tensão que ocorre por efeito indutivo e a outra por efeito condutivo, a

soma destas duas tensões será aplicada sobre o revestimento térmico do gasoduto enterrado

podendo ocorrer às situações dos itens abaixo:



1- Caso a tensão induzida for menor que 5000 volts (valor da rigidez dielétrica de acordo

com a NBR-15221, para revestimento de polietileno de tripla camada, utilizado nas

tubulações enterradas), o revestimento não sofrerá danos;

2- Se a tensão resultante for entre 5000 volts e 10000 volts, o revestimento sofrerá

avarias em vários pontos no final de 1 segundo, diminuindo a eficácia do sistema de

proteção catódica da tubulação, sobrecarregando-o, logo é necessário o seu

redimensionamento desse sistema para atender as novas condições impostas pelas

falhas no gasoduto;

3- Caso a tensão seja maior que 15000 volts, poderá ocorrer uma ruptura dielétrica no

revestimento que envolve a tubulação, levando a formação de um arco elétrico, o qual

poderá danificar o duto em menos de 1 segundo, cuja a temperatura imposta ao tubo,

poderá fundir o duto perfurando-o, ocasionando então, o vazamento do fluído.

4- Em todas as situações citadas, ocorrerá a transmissão de tensão a pontos distantes do

gasoduto, podendo causar o risco de choque elétrico ao pessoal responsável pela

operação e esteja em conta com o solo e duto. Esse efeito será detalhado no próximo

tópico.

Apesar dos efeitos que podem ser causados nas tubulações enterradas serem altamente

perigosos, é necessário também se preocupar com os riscos que os operadores desse sistema

estão expostos ao necessitarem realizar algum tipo de manobra, visto que há a necessidade de

contato com o gasoduto nas partes aéreas do sistema. Este contato quando na ocorrência da

passagem de uma corrente pelo duto, pode ocasionar choque elétrico.

O corpo humano tem uma certa tolerância ao choque elétrico, porém, há um limite

máximo de tensão/corrente que o corpo pode suportar. De acordo com NBR 15751 (2009), as

tensões de passo e toque máximas admissíveis pelo ser humano podem ser avaliadas através

das seguintes expressões:

chPs2chAdmMax passo I)RR(V [4]

chPp2chAdmMax toque I)RR(V [5]

onde:



Rch é a resistência do corpo humano (da ordem de 1000 );

R2Ps é a resistência dos dois pés de uma pessoa em série;

R2Pp é a resistência dos dois pés de uma pessoa em paralelo;

Ich é a máxima corrente admissível pelo corpo humano.

A corrente Ich pode ser avaliada através da seguinte expressão (para pessoas de 50 kg):

At

116,0Ich

[6]

Onde t é o tempo de eliminação de faltas fase-terra, que, no presente estudo, foi considerado

como sendo de 1,0 segundo.

A NBR 15751 (2009), ainda cita que para o cálculo das tensões de curta duração, as

resistências R2Ps e R2Pp podem ser avaliadas através das equações 7 e 8:

ssPp

ssPs

CR

CR

5,1

0,6

2

2

[7] e [8]

Onde s é a resistividade da camada superficial do solo e Cs é um fator de correção que

depende da resistividade da camada superficial do solo (s), de sua espessura (hs) e da

resistividade do solo imediatamente abaixo de s. Com o solo natural tem-se s igual a 1 e Cs

é igual a 1 para solo uniforme. Com o solo com cobertura tem-se s igual à resistividade da

cobertura e Cs é calculado em função de s, hs e 1 para o solo uniforme.

Em geral, em locais onde as tensões de toque superam o valor máximo admissível para

solo natural é comum se recomendar a instalação de uma cobertura de brita, ou de

paralelepípedos de pedra, ou ainda asfalto, cujas resistividades, quando úmidos, são de 3000

Ω.m, 5000 Ω.m e 10000 Ω.m, respectivamente, NBR 15751 (2009).

Na Tabela 2 são apresentados os valores das tensões máximas admissíveis de toque e

passo para o solo natural e com coberturas típicas, considerando-se o tempo de eliminação de

faltas fase terra de 1,0 segundo e a resistividade da primeira camada do solo citada

anteriormente. Ressalta-se que a apresentação desses valores, considerando-se o solo com

cobertura de brita, pedra ou asfalto.



Tensões máximas admissíveis de curta duração (V)

Solo natural Solo com cobertura

de 10 cm de brita

Solo com cobertura

de 10 cm de pedra

Solo com cobertura

de 5 cm de asfalto

Vtoque Vpasso Vtoque Vpasso Vtoque Vpasso Vtoque Vpasso

174 347 496 1638 734 2589 992 3618

Tabela 2: Tensões máximas admissíveis de curta duração. Fonte: Adaptado do software ResistTM.

A norma canadense CAN/CSA-C22.3 No. 6-M91 (2003), verificam-se limites, para os

quais devem ser adotadas medidas de mitigação, de 15 V e 20 V, respectivamente. No presente

estudo é considerado como limite máximo admissível para a tensão induzida em regime

permanente o valor de 15 V, para locais com solo natural.

Tensões máximas admissíveis de longa duração (V)

Solo natural Solo com cobertura

de 10 cm de brita

Solo com cobertura

de 10 cm de pedra

Solo com cobertura

de 5 cm de asfalto

Vtoque Vpasso Vtoque Vpasso Vtoque Vpasso Vtoque Vpasso

15 15 26 85 38 134 51 187

Tabela 3: Tensões máximas admissíveis de longa duração. Fonte: Adaptado do software ResistTM

3. ESTUDO DE CASO

O estudo de caso está baseado em um projeto que analisou uma situação de interferência

eletromagnética entre uma linha de transmissão de 69 kV e uma tubulação enterrado de um

sistema de transmissão de gás natural na cidade de salvador.

A linha de transmissão é composta por 42 torres ao longo do trecho analisado, porém,

por se tratar de uma vasta quantidade de torres, este trabalho focará apenas nos pontos do

gasoduto onde as estruturas das torres de transmissão induziram as tensões mais elevadas e

utilizará uma amostra de uma dessas tensões para exemplificar.

Para a análise das interferências nos gasodutos, foram utilizados como parâmetros

intensidade dos curtos circuitos, resistividade do solo e corrente normal de operação, fornecidos

pela concessionária de energia elétrica. esses parâmetros foram utilizados no software PILT™

(pacote computacional de cálculo de interferências devidas às linhas de transmissão), que

através da modelagem matemática, fornece os resultados de tensões induzidas de regime

permanente e transitório.

A tabela 4 mostra os dados fornecidos da linha de transmissão e do gasoduto para análise

de regime permanente.



Parâmetros Linha de transmissão Gasoduto

Trecho analisado 6,7 km 10 Km

Diâmetro - 14"

Revestimento do gasoduto - Polietileno Tripla Camada

Cabo para raio Não possui -

Condutor / nº de circuitos CAA Penguin / 1 por fase -

Corrente de operação 530 A -

Resistencia de média de aterramento das torres 20 -

tempo de eliminação de Faltas 1 seg -

Tabela 4: Parâmetros LT e Gasoduto. Fonte: Autor

3.1. Tensões Induzidas Em Regime Permanente

As tensões induzidas em regime de operação normal pelas linhas de transmissão, não

representam perigo para a integridade do gasoduto, porém pode causar risco de choque para

pessoas que precisam operar e/ou fazer a manutenção.

A máxima tensão induzida nesta análise foi de aproximadamente 14 volts, na CV005

(caixa de válvula), e como citado anteriormente, só é necessárias medidas de mitigação para

tensões maiores ou igual a 15 volts, de acorno com a norma canadense que é utilizada como

referência.

3.2. Tensões Induzidas Em Regime Transitório

Para modelagem matemática do regime transitório, foram utilizados como parâmetros

as correntes de faltas nas torres e resistência das torres e solo, fornecidas pela concessionária

de energia, e com esses parâmetros foram analisados com auxílio do software PILT™.

É importante ressaltar que as tensões induzidas no momento de uma falta envolvendo o

solo, acontece tanto por acoplamento condutivo, quanto por acoplamento indutivo, devido as

grandes magnitudes das correntes. A Tabela 5, mostra as maiores tensões induzidas ao longo

do gasoduto pelas estruturas das torres mais influentes.

Estrutura Tensão Induzida no

gasoduto

0/6 10 kV

1/1 8,1 kV

2/1 10,2 kV

5/5 7,7 kV

5/7 6,8 kV

Tabela 5: Tensões induzidas no gasoduto. Fonte: Autor



É possível avaliar pela Tabela 5 que todas as tensões ultrapassam o máximo valor

suportado pelo revestimento de 5 kV, podendo causar rompimento no mesmo. A Figura 3

mostra o comportamento da tensão induzida pela estrutura 5/5 ao longo do gasoduto.

Figura 3: Tensão induzida por uma falta fase-terra pela estrutura 5-5. Fonte: Software PILT™

É possível perceber pela Figura 3, como uma falta fase-terra nesta estrutura, pode trazer

riscos a integridade do gasoduto e também ao pessoal da operação, visto que são induzidas

tensões de alta amplitude ao longo da tubulação, chegando a mais de 2 kV nas caixas de

válvulas; CV001 e CV002 e no ponto de teste para proteção catódica PT-001.

3.3. Medidas Mitigadoras Para Redução de tensão

Para redução das tensões no gasoduto causado por acoplamento resistivo foram

instalados fios de aço cobreado de seção 21,15 mm2 e 5,12 mm de diâmetro (fio 4 AWG) em

paralelo ao gasoduto, porém não conectados a ele, próximo da estrutura 6/4 da LT, estendendo-

se por 1,3 km até as proximidades da estrutura 5/3 da LT, dois fios de blindagem iniciando-se

na região próxima à estrutura 4/1 da LT, estendendo-se por 260 m até as proximidades da

estrutura 3/6, dois fios de blindagem, próximo a estrutura 2/3 da LT, estendendo-se por 2,7 km

região próxima à estrutura 0/2. Essa medida permite que as correntes nos pontos mais próximos



da estrutura sejam captados e injetados em pontos mais distantes, possibilitando a diminuição

de potencial nos pontos próximos as estruturas.

Para reduzir o potencial causado por acoplamento indutivo, foram conectados ao

gasoduto por meio de dispositivo de desacoplamento (SSD), dois fios de aço cobreado de seção

21,15 mm2 e 5,12 mm de diâmetro (fio 4 AWG) de 500 metros, a 0,6 m de profundidade e a

uma distância de 0,5 m do gasoduto, no início do gasoduto e no final do gasoduto ambos

paralelos ao duto. Essa medida promove a redução da resistência transversal da tubulação em

relação ao terra remoto, o seu efeito não se restringe apenas à redução da tensão duto terra

remoto, a instalação dos fios de aterramento provocam também uma diminuição da tensão

imposta ao revestimento do gasoduto. Isto porque os fios de aterramento, estando em um

potencial próximo do potencial da parte metálica do duto, fazem com que o solo adjacente ao

mesmo também fique com um potencial próximo do potencial do duto. Consequentemente, a

tensão imposta no revestimento do duto também se reduz. As medidas mitigadoras supracitadas

podem ser consultadas em, Gomes (1995).

3.4. Resultado das medidas Mitigadoras

Após a instalação das medidas mitigadoras foi encontrado os seguintes resultados,

indicados na Tabela 6.

Estrutura Tensão Induzida no gasoduto

0/6 3,2 kV

1/1 3,1 kV

2/1 4,3 kV

5/5 3,0 kV

5/7 3,6 kV

Tabela 6: Tensões induzidas no gasoduto após as medidas mitigadoras. Fonte: Autor

De acordo com os resultados encontrado é possível, confirmar que mesmo com tensões

um pouco elevadas essas tensões não colocariam em risco a integridade do gasoduto, visto que

seu revestimento pode suportar tensões de 5000 volts, a Figura 4 mostra um gráfico de como

se comporta a tensão induzida ao longo do gasoduto após a adoção das medidas de prevenção.



Figura 4: Tensão por uma falta fase-terra pela estrutura 5-5 após medidas. Fonte: Software PILT™

Com a Figura 4, é possível observar que, apesar de a tubulação está completamente

protegida, ainda existe o risco de tensões de passo e toque para o pessoal da operação. Para

evitar esses problemas foram adotadas as seguintes medidas nos pontos de afloramento,

conforme a Tabela 7.

Ponto de

Afloramento

Tensão máxima induzida na

condição de falta (V) Medida de Mitigação

CV01 400 Cobertura de pedra

CV02 400 Cobertura de pedra

CV03 1815 Manta butílica + Tela de aço galvanizado +

Cobertura de asfalto





PT-001 400 Cobertura de pedra

PT-002 2755 Manta butílica + Tela de aço galvanizado +


PT-003 1211 Cobertura de 10 cm de brita

LOW SAL 1211 Cobertura de 10 cm de brita

Retificador 380 Cobertura de pedra

ERPM 380 Cobertura de 10 cm de brita

Tabela 7: Tensões induzidas nos pontos aflorados, após as medidas mitigadoras. Fonte: Autor

A instalação de tela de aço galvanizado é um sistema de aterramento que tem como

objetivo reduzir o potencial aplicado nos pontos de aflorados ao longo do gasoduto, devidos a



uma falta fase terra. As demais medidas visam aumentar a resistividade do solo de acordo com

as normas citadas anteriormente de máxima tensão suportável de regime transitório, é também

recomendável para operação do sistema pelo pessoal capacitado o uso de equipamentos de

segurança, como, óculos de proteção, botas, luvas e roupas apropriadas para manutenção,

garantindo assim a segurança pessoal.

4. CONCLUSÃO

O presente estudo teve o intuito de descrever como um sistema de linha de transmissão

de 69 kV pode interferir em um sistema de transmissão de gás natural, demonstrando

teoricamente, como os efeitos de interferência eletromagnética acontecem e como podem

causar induções de tensões elevadas ao sistema de gasoduto enterrado, sendo que estas situações

trazem consequências severas, que podem danificar o revestimento do gasoduto, proteção

catódica e tubulação de aço, além do risco de choque elétrico no pessoal que necessita operar

e/ou fazer a manutenção do sistema.

Neste estudo também foi visto uma análise de um caso ocorrido na cidade de salvador

de uma interferência causado por linhas de transmissão 69 KV de uma concessionária de

energia da Bahia em um sistema de distribuição de gás natural. Foi visto análises das tensões

induzidas nas tubulações enterradas, tanto por efeito condutivo, quanto por efeito indutivo e as

medidas mitigadoras para prevenir esses efeitos nas tubulações, além dos riscos de choque

elétrico que as tensões induzidas podem provocar em pontos distantes do gasoduto e o

comportamento através de gráficos destas tensões.

Logo é possível concluir que a melhor maneira para evitar esses problemas é evitando

a construção de um sistema de gasoduto próximo a uma linha de transmissão, porém, nem

sempre isso é possível devido à dificuldade dos órgão ambientais liberarem as licenças

necessárias para a construção dos gasodutos ou até mesmo por causa de motivos econômicos,

que inviabilizam o traçado por outra diretriz, logo, é necessário saber os riscos envolvidos

quando estes sistemas dividem uma mesma faixa de servidão, e então, utilizar todas as medidas

mitigadoras e de segurança disponíveis, respeitando as normas e assim, evitar acidentes,

prejuízos econômicos e também riscos as pessoas que necessitam operar este gasoduto.



5. REFERÊNCIA

ALBERTINI, J. Estudo da influência da corrente alternada na corrosão em dutos

metálicos enterrados. Dissertação de mestrado. Instituto Mauá de tecnologia. São Caetano do

Sul, 2008.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12712: Projeto de Sistemas

de Transmissão e Distribuição de Gás Combustível, 2002.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15221: Tubos de aço —

Revestimento anticorrosivo externo com polietileno em três camadas, 2005.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15751: Sistemas de

Aterramento de Subestações, 2009.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7117: Medição da

resistividade e determinação da estratificação do solo, 2012.

BARAÚNA, D. Análise da influência de linhas de transmissão aéreas em regime

permanente em tubulações metálicas enterradas. Trabalho de conclusão de curso. Escola

politécnica da universidade do rio de janeiro, rio de janeiro, 2007.

BONDS, R. The Effect of Overhead AC Power Lines Paralleling Ductile Iron Pipelines.

Dipra 2015.

BORTELS, L. A General Applicable Model for AC Predictive and Mitigation Techniques

for Pipeline Networks Influenced by HV Power Lines. IEEE Transactions on Power

Delivery, Vol. 21, 2006.

CAN/CSA-C22.3 No. 6-M91. Principles and Practices of Electrical Coordination Betweem

Pipelinas and Electric Supply Lines – A National Standard of Canada, Reffirmated 2003.

CARSON, J. 1926, Wave Propagation in Overhead Wires with Ground Return. Bell Syst,

Tech. J., No. 5, 1926.

DAYRAILAND. The Solid-State Decoupler (SSD). DISPONÍVEL EM: <

http://www.dairyland.com/images/pdf/products_ssd_technical_literature.pdf > acessado em 19

de abril de 2014.

DUTRA, C; NUNES, P. Proteção Catódica: Técnica De Combate A Corrosão, 3 Edição,

1999.

FUCHS, R. Transmissão de Energia Elétrica. Volume 1, 1977.

FURTADO, M. Corrosão – Melhor Proteção Catódica E Revestimento Controlam Ação

Corrosiva De Dutos. Disponível em: < http://www.quimica.com.br/pquimica/3783/corrosao-

melhor-protecao-catodica-e-revestimentos-controlam-acao-corrosiva-de-dutos/2/ > acessado

em 19 de abril de 2015.



GOMES, P. Sistemas De Proteção Catódica. IEC Editora, Volume Único, 1995.

GOY, L; ROCHAS, F. Sem reservatório setor elétrico defende expansão térmica. Estadão,

São Paulo 20 de maio, 2014. Disponível em: <

http://economia.estadao.com.br/noticias/geral,sem-reservatorios-setor-eletrico-defende-

expansao-termica,185454e >, acessado em 2 de novembro de 2014.

MARTINS, A; GERVÁSIO, J. FILHO, D. Estudo de Corrosão por Correntes Alternadas

(AC) em uma Linha de Transporte de Gás. DISPONÍVEL EM: <

http://www.engecorr.ind.br/site/img_arquivo/1401297276.7311-arquivo.pdf > acessado em 2

de novembro de 2014.

MARTINS, A; VALENTE, A; TEIXEIRA, C. Avaliação De Modelos Computacionais Para

Simulação Do Sistema De Aterramento De Torres De Transmissão E Cálculo Da Tensão

De Stress Imposta Ao Revestimento Isolante De Tubulações Enterradas. INTERCORR

2014.

MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Boletim mensal de acompanhamento da indústria

de gás natural, disponível em: <

http://www.mme.gov.br/spg/menu/boletim_acompanhamento.html>, acessado em 1 de

novembro de 2014

MOURA, H; SCIME, L. Estudo Das Interações Eletromagnéticas Entre Linhas De

Transmissão De Alta Tensão E Dutos De Transporte De Hidrocarbonetos Enterrado. Trabalho de conclusão de curso. Universidade Tecnológica do Paraná, Curitiba, 2012.

MUSKAT, M. Potential Distribution About an Electrode on the Surface of the Earth.

Volume 4, 1933.

OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA. Submódulo 20.1 Glossários de termos técnicos,

disponível em: <

http://www.ons.org.br/download/procedimentos/modulos/Modulo_20/Subm%C3%B3dulo%2

020.1_Rev_1.0.pdf >, acessado em 9 de Abril de 2015.

SANTOS, M. Acoplamento Elétrico Entre Linhas De Transmissão Operando Em Regime

Permanente E Dutos Metálicos Aéreos. Universidade Federal São João Del-Rei. São João

Del-Rei, 2011.

SOARES, C. Gasoduto de Alta Pressão. Trabalho de conclusão para obtenção do grau de

mestre. Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Lisboa 2009.

VAZ, C; MAIA, J; SANTOS, W. Tecnologia da Indústria do Gás Natural. Editora Blucher,

2008.

VIEIRA, S; LUBISCO, N. Manual De Estilo Acadêmico. EDUFBA, 5ª Edição, 2013.

WENTWORTH, STUART M. Fundamentos de Eletromagnetismo. LTC, 2006.

Interferência Eletromagnética Em Um Gasoduto Enterrado Causado Por Linha de Transmissão de 69kv

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