Stray currents control

Práticas na Alemanha

Conteúdo

1. Conceitos teóricos

2. Normas e provisões construtivas

3. Medições

4. Pausa para café

5. Dúvidas.

1. Conceitos teóricos

2. Normas e provisões construtivas

3. Medições

4. Pausa para café

5. Dúvidas.

Um pouco de história

• VÖV-Empfehlung 04.740.5 –1966

• VÖV-Empfehlung 04.740.5 -1975

Um pouco de história

Relatório TAW de Pesquisa TécnicaProvidências para a redução das tensões longitudinais para linhas em CC –1989

Relatório TAW de Pesquisa TécnicaProvidências para a redução do risco de corrosão por correntes de fuga em vias gramadas de VLTs alimentadas em CC

VDV-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

EN 50122-1 e IEC 62128-1

a) railways;

b) guided mass transport systems such as1) tramways,2) elevated and underground railways,3) mountain railways,4) trolleybus systems, and5) magnetically levitated systems, which use a contact line system,

c) material transportation systems.

Onde se aplicam as normas?

EN 50122-1 e IEC 62128-1

"Uma reação eletroquímica do metal com o ambiente em que se encontra levando a um enfraquecimento 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.


Ia - reação anódica


2�� → 2�� 4�

� � 2�� 4� → 4 � Ik - reação catódica

Não havendo oxigênio ou se a terra estiver ácida (~pH 4),

2�� 2� → �� 2 � Ik - reação catódica

�� 0


E a corrente de fuga?

EN 50122-1 e IEC 62128-1

"Parte da corrente de um sistema de tração em corrente contínua que percorre outros caminhos que não sejam o circuito de retorno."



�� 9.13kg/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 contínua

VDV – 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 ser examinados desde o planejamento e deve contemplar os seguintes aspectos:

�distância entre subestações retificadoras;

� conexões do circuito de retorno;

� isolação dos trilhos;

�provisões adicionais...


3.2.1 earth

conductive mass of the earth, whose electric potential at any point is conventionally taken as equal to zero

[IEC 60050-826-04-01]

3.2.2 earthing

connection of conductive parts to an appropriate earth electrode

3.2.3 earth electrode

conductor or a group of conductors in intimate contact with and providing an electrical connection to earth

[IEC 60050-461-06-18]

3.2.4 structure earth

construction made of metallic parts or construction including interconnected metallic structural parts, which can be used as an earth electrode

NOTE Examples are reinforced railway structures such as bridges, viaducts, tunnels, mast foundations and reinforced track bed.

O que dizem as normas?7.2 Tunnels, bridges, viaducts and reinforced concrete slab track

7.2.2 Longitudinal interconnection

In the case of tunnels with metal reinforced concrete structures or other conductive structures it is possible that stray currents can flow into such structures and from there cause influence to other conductive structures outside the tunnel. In this case the effect of such influence shall be reduced by means of equipotential bonding in the lower part of the individual tunnel sections or other conductive structures to achieve the voltage requirements according to 5.3. This equipotential 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 of the rest of the tunnel. The equipotential bonding of the other tunnel sections can be achieved by means of an insulated cable extending over the segregated tunnel section.

NOTE For stray current protection purposes only, it is possible to achieve adequate electrical conductivity of reinforcing bars within a structure section by means of conventional steel wire wrapping.















7 Reduction of stray current interference – Modifications to current source

7.6 Direct current traction systems

The traction system should be designed to reduce the stray currents flowing into the ground in order to reduce or eliminate the effects on foreign structures. Direct current traction systems are generally operated with the negative pole connected to the rails. In rare cases the positive pole is connected to the rails. Modern d.c. operated railways use a current feedback system during braking. The methods to be carried out shall comply with requirements given in EN 50122-2. They mainly 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 from the earliest stages of a d.c. railway project, so that the suppression of stray current is taken into account when the positions and the sizes of the substations are decided.


5 Criteria for stray current assessment and acceptance

5.2 Criteria for the protection of the tracks

Experience proves that there is no damage in the tracks over a period of 25 years, if the average stray 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 be multiplied by two. For more than two tracks the value increases accordingly. For the averaging process, 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 not

exceeded during the system life-time, further investigations according to 5.4 need not be performed.

– 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 be

calculated and used for the design, applying Equation (3).

G′RE= I/URE (3)

where

I’ = 2,5 mA/m per track or the value coming from the investigation in 5.4.


8 Protective provisions applied to metallic structures

The provisions in this European Standard are intended to reduce stray currents in order to reduce

stray current corrosion. Conventional protective provisions against natural corrosion for non-railway installations can be used if they are considered to be necessary. If additional protective methods are taken into account, the overall protection concept shall be agreed with affected parties 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 a polarised electric drainage device will increase the overall stray current. Therefore, the connection of any metallic structure to the return bus bar should be made only with due consideration given to 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 from other structures.



5.3 Criteria for systems with metal reinforced concrete or metallic structures

In 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 shift

between the structure and earth in the hour of highest traffic does not exceed + 200 mV for steel in concrete structures. For buried metal constructions the values depend on soil resistivity and the material. For both requirements refer to EN 50162:2004, Table 1.


6.1.1 Structures without cathodic protection

Anodic interference (see Annex B) on structures without cathodic protection is acceptable if the

positive 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) is related to the electrolyte resistivity since the IR-drop part of the measured potential shift increases with increasing resistivity (see Annex C).

NOTE 2 It is difficult to assess whether anodic interference meets the acceptance criterion of Table 1 where the potentials are rapidly fluctuating. A judgement should be made regarding the duration and extent of the potential excursions beyond the criterion as to whether or not the excursions are acceptable. This judgement may be based on the duration and frequency of the excursions or upon the average potential shift. If the results of the judgement are inconclusive then IR free potential measurements should be made and the criterion of Table 1 column three should be applied (ΔU/mV excluding IR drop)









Métodos de análise – Em superfície

Métodos de análise – Em superfície

Métodos de análise – Em túnel



8 Protective provisions applied to metallic structures

The provisions in this European Standard are intended to reduce stray currents in order to reduce

stray current corrosion. Conventional protective provisions against natural corrosion for non-railway installations can be used if they are considered to be necessary. If additional protective methods are taken into account, the overall protection concept shall be agreed with affected parties 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 a polarised electric drainage device will increase the overall stray current. Therefore, the connection of any metallic structure to the return bus bar should be made only with due consideration given to 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 from other structures.



�� 9.13kg/A.ano

Curto circuitadores negativo-terra




Técnicas de medição

A.1 – Resistência do trilho

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.

I = Corrente injetadaRR10m = 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






Técnicas de mediçãoA.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]


A.1 – Resistência do trilho

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.

I = Corrente injetadaRR10m = 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

Técnicas de mediçãoA.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 terraL = Comprimento da seção a ser medida [Km]1 = Eletrodo de referência2 = 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 mediçãoA.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 mediçãoA.5 – Juntas isolantes no trilho

FJ= Funcionalidade das juntas isolantes em porcentagemU1, 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 mediçãoA.6 – Juntas isolantes entre estruturas

1= Juntas isolantes a ser medida2= Juntas a ser aberta para realizar mediçãoA = Estrutura AB = Estrutura BRjoint = Resistência da juntas em ΩUon = 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.

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