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

1. Práticas na Alemanha

2. Conteúdo
1. Conceitos teóricos
2. Normas e provisões construtivas
3. Medições
4. Pausa para café
5. Dúvidas.

3. Um pouco de história
• VÖV-Empfehlung 04.740.5 –
1966
• VÖV-Empfehlung 04.740.5 -
1975

4. Um pouco de história
Relatório TAW de Pesquisa Técnica
Providências para a redução das tensões longitudinais para linhas em CC –
1989
Relatório TAW de Pesquisa Técnica
Providências 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 – 1993
EN 50122-1 e 2 – 1997
IEC 62128-1 e 2 -2003
EN 50122-1 e 2 2010
IEC 62128-1 e 2 a ser publicada

5. Aonde fomos?
Labor für Korrosionsschutz und
Elektrotechnik

6. Onde se aplicam as normas?
EN 50122-1 e IEC 62128-1
a) 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.

7. O que é corrosão eletrolítica?
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."

8. 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.

9. O que é corrosão eletrolítica?
2‫ ݁ܨ2 → ݁ܨ‬ାା ൅ 4݁ ି Ia - reação anódica
ܱଶ ൅ 2‫ܪ‬ଶ ܱ ൅ 4݁ ି → 4 ܱ‫ܪ‬ ିଵ Ik - reação catódica
Não havendo oxigênio ou se a terra estiver ácida (~pH 4),
Ik - reação catódica
2‫ܪ‬ଶ ܱ ൅ 2݁ ି → ‫ܪ‬ଶ ൅ 2 ܱ‫ܪ‬ ିଵ
‫ ܽܫ‬൅ െ‫ ݇ܫ‬ൌ ‫ ݐ݋ݐܫ‬ൌ 0

10. O que é corrosão eletrolítica?

11. E a corrente de fuga?

12. 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."

13. E a corrente de fuga?
ߤ௄ ൌ 9.13 kg/A.ano

14. 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.

15. 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.

16. 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...

17. O que dizem as normas?
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.

18. 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.

19. O que dizem as normas?

20. O que dizem as normas?

21. O que dizem as normas?

22. O que dizem as normas?

23. O que dizem as normas?

24. O que dizem as normas?

25. O que dizem as normas?

26. O que dizem as normas?

27. O que dizem as normas?

28. O que dizem as normas?

29. O que dizem as normas?

30. O que dizem as normas?

31. O que dizem as normas?

32. O que dizem as normas?
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.

33. O que dizem as normas?
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.

34. 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.

35. O que dizem as normas?
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. Polarised
electric drainage is generally applicable only when the structure to be protected is remote from
other structures.

36. O que dizem as normas?

37. O que dizem as normas?
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.

38. O que dizem as normas?
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)

39. O que dizem as normas?

40. O que dizem as normas?

41. O que dizem as normas?

42. O que dizem as normas?

43. O que dizem as normas?

44. O que dizem as normas?

45. O que dizem as normas?

46. O que dizem as normas?

47. Métodos de análise – Em superfície

48. Métodos de análise – Em superfície

49. Métodos de análise – Em túnel

50. Métodos de análise – Em túnel

51. 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. Polarised
electric drainage is generally applicable only when the structure to be protected is remote from
other structures.

52. Métodos de análise – Em túnel

53. E a corrente de fuga?
ߤ௄ ൌ 9.13 kg/A.ano

54. Curto circuitadores negativo-terra

55. Curto circuitadores negativo-terra

56. Curto circuitadores negativo-terra

57. Curto circuitadores negativo-terra

58. 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.

59. Técnicas de medição

60. Técnicas de medição

61. Técnicas de medição

62. Técnicas de medição

63. Técnicas de medição

64. 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]

65. 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.

66. 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.

67. 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.

68. 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.

69. 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.