Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Prevention of corrosion on pipeline systems influenced by stray currents

This document establishes the general principles for the evaluation and minimization of the effects of stray current corrosion on external surfaces of buried or immersed pipeline systems caused by AC and DC electrical interference. Other stray current effects such as overheating, and interference with welding operations are not covered in this document. A brief description of AC effects, general principles and some guidelines, are provided. NOTE 1 See ISO 18086 for the effects of alternating current on buried or immersed pipelines. Systems that can also be affected by stray currents include buried or immersed metal structures such as the following: a) pipeline systems; b) metal sheathed cables; c) tanks and vessels; d) earthing systems; e) steel reinforcement in concrete; f) sheet steel piling. This document gives guidelines for — the design of cathodic protection systems that might produce stray currents, — the design of pipeline systems, or elements of pipeline systems, which are buried or immersed, and which can be subject to stray current corrosion, and — the selection of appropriate protection or mitigation measures. Internal corrosion risks from stray currents are not dealt with in detail in this document but principles and measures described here can be applicable for minimizing the interference effects. NOTE 2 The impact of electromagnetic interference on above-ground appurtenances of pipeline systems is covered in EN 50443, IEC 61140, IEC 60364-4-41, IEC 60479-1, IEC 60364-5-52, IEC/TS 61201 and IEC/TR 60479-5. This document can also be used for pipeline systems outside of the petrochemical and natural gas industries and other buried or immersed structures. NOTE 3 EN 50162 provides guidance for railway related structures.

Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Prévention de la corrosion sur les systèmes de conduites soumis à l'influence de courants vagabonds

Le présent document établit les principes généraux pour l'évaluation et la réduction au minimum des effets de la corrosion due à des courants vagabonds causés par les interférences électriques en courant continu et alternatif sur les surfaces extérieures des systèmes de conduites enterrées ou immergées. Les autres effets des courants vagabonds, tels que la surchauffe et l'interférence avec les opérations de soudage, ne sont pas couverts par le présent document. Le présent document fournit une brève description des effets des courants alternatifs, des principes généraux et des lignes directrices. NOTE 1 Voir l'ISO 18086 concernant les effets des courants alternatifs sur les conduites enterrées ou immergées. Les systèmes susceptibles également d'être affectés par des courants vagabonds comprennent les structures métalliques enterrées ou immergées telles que : a) systèmes de conduites ; b) câbles blindés ; c) réservoirs et cuves ; d) systèmes de mise à la terre ; e) armement dans du béton ; f) palplanches en acier. Le présent document fournit des lignes directrices concernant : — la conception des systèmes de protection cathodique susceptibles de produire des courants vagabonds ; — la conception des systèmes de conduites, ou éléments des systèmes de conduites, enterrés ou immergés, et susceptibles d'être soumis à la corrosion par courant vagabond ; et — le choix de mesures de protection ou d'atténuation appropriées. Le présent document ne traite pas en détail des risques de corrosion interne due à des courants vagabonds, mais les mesures et principes qui y sont donnés sont applicables pour réduire au minimum les effets des interférences. NOTE 2 L'impact des interférences électromagnétiques sur les parties annexes situées au-dessus du sol des systèmes de conduites est traité dans l'EN 50443, l'IEC 61140, l'IEC 60364-4-41, l'IEC 60479-1, l'IEC 60364-5-52, l'IEC/TS 61201 et l'IEC/TR 60479-5. Le présent document peut également être utilisé pour des systèmes de conduites en dehors du champ des industries de la pétrochimie et du gaz naturel, ainsi que pour d'autres structures enterrées ou immergées. NOTE 3 L'EN 50162 fournit des recommandations pour les structures ferroviaires.

General Information

Status

Published

Publication Date

28-Feb-2021

ICS

75.200 - Petroleum products and natural gas handling equipment

Technical Committee

ISO/TC 67/SC 2 - Pipeline transportation systems

Drafting Committee

ISO/TC 67/SC 2/WG 24 - DC stray current

Current Stage

6060 - International Standard published

Start Date

01-Mar-2021

Due Date

26-May-2021

Completion Date

01-Mar-2021

Ref Project

Relations

Consolidates

ISO/IEC 23003-2:2010/Amd 4:2016 - Information technology — MPEG audio technologies — Part 2: Spatial Audio Object Coding (SAOC) — Amendment 4: SAOC Conformance

Effective Date

06-Jun-2022

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ISO 21857:2021 - Petroleum, petrochemical and natural gas industries -- Prevention of corrosion on pipeline systems influenced by stray currents

Standard

ISO 21857:2021 - Petroleum, petrochemical and natural gas industries -- Prevention of corrosion on pipeline systems influenced by stray currents

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ISO 21857:2021 - Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel -- Prévention de la corrosion sur les systèmes de conduites soumis à l'influence de courants vagabonds

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ISO 21857:2021 - Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel -- Prévention de la corrosion sur les systèmes de conduites soumis à l'influence de courants vagabonds

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Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 21857
First edition
2021-03
Petroleum, petrochemical and
natural gas industries — Prevention
of corrosion on pipeline systems
influenced by stray currents
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel —
Prévention de la corrosion sur les systèmes de conduites soumis à
l'influence de courants vagabonds
Reference number
ISO 21857:2021(E)
ISO 2021
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 21857:2021(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 21857:2021(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 2

4 Abbreviations and symbols ....................................................................................................................................................................... 3

4.1 Abbreviations ........................................................................................................................................................................................... 3

4.2 Symbols ......................................................................................................................................................................................................... 4

5 Information exchange and co-operation ..................................................................................................................................... 5

6 Common sources of interference that can affect corrosion ..................................................................................... 6

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 6

6.2 Direct current ........................................................................................................................................................................................... 7

6.2.1 General...................................................................................................................................................................................... 7

6.2.2 Traction systems .............................................................................................................................................................. 7

6.2.3 Industrial systems .......................................................................................................................................................... 7

6.3 Alternating current.............................................................................................................................................................................. 7

6.3.1 General...................................................................................................................................................................................... 7

6.3.2 Overhead and buried power lines..................................................................................................................... 8

6.4 High-voltage direct current transmission systems .................................................................................................. 8

6.5 Natural interference ........................................................................................................................................................................... 8

6.5.1 General...................................................................................................................................................................................... 8

6.5.2 Geomagnetic (telluric) interference ................................................................................................................ 8

6.5.3 Tidal interference effects .......................................................................................................................................... 9

7 Identification and measurement of stray current interference ..........................................................................9

7.1 Principle ........................................................................................................................................................................................................ 9

7.2 Stray Current interference .........................................................................................................................................................10

7.2.1 Inductive and conductive coupling from remote sources .........................................................10

7.2.2 Conductive coupling from nearby sources .............................................................................................10

7.3 Measurement of electrical parameters ...........................................................................................................................10

7.3.1 Data acquisition systems .......................................................................................................................................10

7.3.2 Possible errors in AC measurements ..........................................................................................................11

7.3.3 Potential measurement ...........................................................................................................................................11

7.3.4 Current measurement on probes ...................................................................................................................11

7.3.5 IR-free potential measurement on coupons or probes ................................................................11

7.3.6 Duration of the measurement ...........................................................................................................................11

7.3.7 Specific requirements for coupons or probes......................................................................................12

7.4 Corrosion rate measurement ...................................................................................................................................................12

8 Acceptance criteria for DC interference ....................................................................................................................................12

8.1 Overview of criteria .........................................................................................................................................................................12

8.2 Corrosion rate .......................................................................................................................................................................................13

8.3 Criteria for steel and cast iron ................................................................................................................................................14

8.3.1 Time constant interference .................................................................................................................................14

8.3.2 Time variant interference .....................................................................................................................................15

8.4 Criteria for steel pipes in concrete based on potential measurements without

cathodic protection ..........................................................................................................................................................................16

8.4.1 Time constant anodic interference ...............................................................................................................16

8.4.2 Time variant interference .....................................................................................................................................16

9 Reduction of DC stray current interference ..........................................................................................................................16

9.1 General ........................................................................................................................................................................................................16

9.2 Modifications to the source of interference ................................................................................................................17

9.2.1 Principles .............................................................................................................................................................................17

9.2.2 Direct current systems at industrial sites ...............................................................................................17

9.2.3 Direct current systems at ports........................................................................................................................17

9.2.4 Direct current traction systems .......................................................................................................................17

9.2.5 Cathodic protection systems ..............................................................................................................................18

9.2.6 Telluric interference...................................................................................................................................................19

9.2.7 Direct current communication systems ....................................................................................................19

10 Modifications to the interfered structure ...............................................................................................................................19

10.1 General ........................................................................................................................................................................................................19

10.2 Design prerequisites .......................................................................................................................................................................20

10.2.1 Coatings ................................................................................................................................................................................20

10.2.2 Isolation from other structures ........................................................................................................................20

10.2.3 Distance to be maximized .....................................................................................................................................20

10.2.4 Installation of mitigation devices ...................................................................................................................20

10.2.5 Modifying the electrical continuity of the interfered structure ...........................................21

11 Inspection and maintenance .................................................................................................................................................................22

Annex A (informative) Use of current probes to evaluate fluctuating stray current

interference on cathodically protected structures ........................................................................................................23

Annex B (informative) Determining the relevant position for placing reference electrodes,

coupons and probes in case of any conductive coupling caused by stray currents .....................26

Annex C (informative) Operating principles of electrical resistance probes ..........................................................33

Annex D (informative) Geomagnetic interference ..............................................................................................................................34

Annex E (informative) High voltage direct current interference .........................................................................................43

Annex F (informative) Alternating Current Interference .............................................................................................................45

Annex G (informative) Tidal Effects ....................................................................................................................................................................50

Annex H (informative) Photovoltaic interference ...............................................................................................................................51

Annex I (informative) Modelling the effects of stray current interference on cathodically

protected pipelines .........................................................................................................................................................................................54

Annex J (informative) Assessment of the corrosion risk for steel in concrete or for

cathodically protected structures under time variant interference conditions .............................58

Annex K (informative) Principles of anodic and cathodic interference .......................................................................63

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................66

iv © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 21857:2021(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore

structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries, Subcommittee SC 2, Pipeline

transportation systems, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN)

Technical Committee CEN/TC 219, Cathodic protection, in accordance with the Agreement on technical

cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
© ISO 2021 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 21857:2021(E)
Introduction

This document provides guidance for the prevention of external corrosion when a pipeline is influenced

by electrical interference. Electrical interference can be from stray currents (defined in ISO 8044) and

from naturally occurring interference caused by geomagnetic or tidal activity.

International Standards on cathodic protection (e.g. ISO 15589-1 and ISO 15589-2) refer to a structure-

to- electrolyte potential value that is considered to indicate that cathodic protection is effective. When

the potential is influenced by stray currents, however, it is not always possible to obtain a meaningful

structure-to-electrolyte potential and other methods of assessment are needed. These other methods

can include mathematical analysis of the potentials and/or direct assessment of the corrosion rate

using electrical resistance probes.

An affected structure carrying stray currents, e.g. a pipeline or cable can itself affect other nearby

structures.

This document is not intended to inhibit the use of alternative equipment or engineering solutions for

individual applications. Where an alternative is offered, it is intended that any variations from this

document be identified and documented.
vi © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 21857:2021(E)
Petroleum, petrochemical and natural gas industries —
Prevention of corrosion on pipeline systems influenced by
stray currents
1 Scope

This document establishes the general principles for the evaluation and minimization of the effects of

stray current corrosion on external surfaces of buried or immersed pipeline systems caused by AC and

DC electrical interference.

Other stray current effects such as overheating, and interference with welding operations are not

covered in this document.

A brief description of AC effects, general principles and some guidelines, are provided.

NOTE 1 See ISO 18086 for the effects of alternating current on buried or immersed pipelines.

Systems that can also be affected by stray currents include buried or immersed metal structures such

as the following:
a) pipeline systems;
b) metal sheathed cables;
c) tanks and vessels;
d) earthing systems;
e) steel reinforcement in concrete;
f) sheet steel piling.
This document gives guidelines for
— the design of cathodic protection systems that might produce stray currents,

— the design of pipeline systems, or elements of pipeline systems, which are buried or immersed, and

which can be subject to stray current corrosion, and
— the selection of appropriate protection or mitigation measures.

Internal corrosion risks from stray currents are not dealt with in detail in this document but principles

and measures described here can be applicable for minimizing the interference effects.

NOTE 2 The impact of electromagnetic interference on above-ground appurtenances of pipeline systems is

covered in EN 50443, IEC 61140, IEC 60364-4-41, IEC 60479-1, IEC 60364-5-52, IEC/TS 61201 and IEC/TR 60479-5.

This document can also be used for pipeline systems outside of the petrochemical and natural gas

industries and other buried or immersed structures.
NOTE 3 EN 50162 provides guidance for railway related structures.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

IEC 62128-2:2013, Railway applications - Fixed installations - Electrical safety, earthing and the return

circuit - Part 2: Provisions against the effects of stray currents caused by d.c. traction systems

ISO 15589-1, Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Cathodic protection of pipeline

systems — Part 1: On-land pipelines
ISO 8044, Corrosion of metals and alloys — Vocabulary
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 15589-1, IEC 62128-2:2013,

ISO 8044 and the following apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
coating

electrically insulating covering bonded to a metal surface for protection against corrosion by preventing

contact between the electrolyte and the metal surface
3.2
remote earth

theoretical concept that refers to a ground electrode of zero impedance placed an infinite distance

away from the ground under test

Note 1 to entry: In practice, remote earth is approached when the mutual resistance between the ground under

test and the test electrode becomes negligible. Remote earth is normally considered to be at zero potential.

[1]
[SOURCE: IEEE Std 81-2012 ]
3.3
conductive coupling

transfer of energy occurring when a part of the current belonging to the interfering system returns to

the system earth via the interfered system

Note 1 to entry: Also, when the voltage to the reference earth of the ground in the vicinity of the influenced object

rises because of a fault in the interfering system, and the results of which are conductive voltages and currents.

3.4
drainage
electrical drainage

transfer of stray current from an affected structure to the current source by means of a deliberate bond

Note 1 to entry: For drainage devices see direct drainage bond (3.5), unidirectional drainage bond (3.7) and forced

drainage bond (3.6).
3.5
direct drainage bond

device that provides electrical drainage (3.4) by means of a bi-directional, metallic bond between an

affected structure and the stray current source
Note 1 to entry: The bond can include a series resistor to reduce the current.
2 © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 21857:2021(E)
3.6
forced drainage bond

device that provides electrical drainage (3.4) by means of a bond between an affected structure and the

stray current source

Note 1 to entry: The bond includes a separate source of DC power to augment the transfer of current.

3.7
unidirectional drainage bond

device that provides electrical drainage (3.4) by means of a unidirectional bond between the affected

structure and the stray current source

Note 1 to entry: The bond includes a device such as a diode to ensure that current can only flow in one direction.

3.8
telluric interference

voltages generated by geomagnetic field variations that cause variations in the observed pipe-to-soil

potentials
3.9
electrical resistance probe
ER probe

device that measures metal loss by comparison of the calibrated resistance value of a piece of metal

with known physical characteristics
3.10
sampling rate
measuring interval set by the operator
3.11
alternating current interference
AC interference

electrical disturbance generated by AC systems that affects buried or immersed pipelines by conduction

and/or induction
Note 1 to entry: Powerlines, railway traction systems.
3.12
direct current interference
DC interference

disturbance, generated by DC systems, that affects buried or immersed metallic structures primarily

by conduction
4 Abbreviations and symbols
4.1 Abbreviations
AC Alternating current
ACVG Alternating current voltage gradient
CP Cathodic protection
DC Direct current
DCVG Direct current voltage gradient
emf Electromotive force
© ISO 2021 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 21857:2021(E)
GIC Geomagnetically induced currents
HVAC High voltage alternating current
HVDC High Voltage Direct Current

IR Product of the current and resistance (I and R) that indicates the voltage drop error in a

potential measurement
PV Photovoltaic
r.m.s. Root mean square
4.2 Symbols
a Per annum
B Magnetic field
E Structure/soil potential for non cathodically protected structures
E Anodic potential
E Cathodic potential

ΔE Potential difference due to operation / non-operation of the interfering source

ΔE Anodic potential shift (IR drop included)
ΔE Average anodic potential shift
a,avg
ΔE Anodic potential shift (IR drop excluded)
a,IR free
ΔE Cathodic potential shift
ΔE Measured interference
ΔE Average cathodic potential shift
c,avg
E Structure potential of a metal in a given corrosion system (ISO 8044)
cor

E Structure potential without measurement error due to current flowing in the circuit

IR-free
E ON potential
E Average ON potential
on,avg
E Protection potential according to ISO 15589-1
E On potential required to achieve effective cathodic protection
ref
F Electric field
I Coupon current
cpn
J Current density
J Anodic current density
J Cathodic current density
4 © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 21857:2021(E)
J Coupon current density
cpn
J Reference value for current density (analogous to I )
ref ref
ρ Soil resistivity (Ω·m)
Q Anodic charge during the period of anodic interference
Q Cathodic charge during the period of cathodic interference
R Coupon element resistance
R Isolation resistance, usually of a cable insulation
iso
s Seconds
S⋅km Siemens per unit length
t Time

T Interval when the structure is anodic with respect to the selected value of E or J

a ref ref
T Maximum duration of the anodic period
a,max

T Interval when the structure is cathodic with respect to the selected value of E or J

c ref ref
v Corrosion rate
cor
V Voltage with respect to a copper/copper sulfate reference electrode
CSE
5 Information exchange and co-operation

Common sources of interference that can cause stray current corrosion are given in Clause 6. During

the design stage of buried or immersed metallic pipeline systems, the possibility of both causing and

suffering from stray current interference shall be taken into consideration and documented. The

pipeline system should achieve the acceptance criteria identified in Clause 8. Construction work, major

changes on existing structures, regenerative braking, etc. can require a detailed consideration of the

interference situation.

Electrical interference problems on buried or immersed metallic pipeline systems shall be considered,

and documented, with the following points in mind:

— The operator of the pipeline system can protect a structure against corrosion with the method

that the operator considers to be the most suitable. However, levels of electrical interference on

neighbouring structures shall be maintained within the defined limits given in Clause 8

— Stray currents, especially from DC traction systems, are directly related to the design of the traction

return circuits. This means that it is possible to limit the stray current by traction circuit design, but

not to eliminate it.

— Where other structures that might be affected are present, the requirement to maintain interference

within the defined limits applies to all affected structures.

— Utility-scale photovoltaic (PV) installations can develop a steady state DC interference to adjacent

buried pipelines. It is expected that the operator of the PV installation will maintain constant

monitoring of the R value to verify the isolation resistance between the PV panels and the earth.

ISO

The pipeline operator should be informed of any changes in the R values outside the threshold value.

ISO

— The operating characteristics of HVDC systems can change under fault and maintenance conditions.

These changes can affect the corrosion risk to buried pipelines and such changes should be

communicated in a timely manner to the pipeline operator.
© ISO 2021 – Al
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 21857
Première édition
2021-03
Industries du pétrole, de la
pétrochimie et du gaz naturel —
Prévention de la corrosion sur les
systèmes de conduites soumis à
l'influence de courants vagabonds
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Prevention of
corrosion on pipeline systems influenced by stray currents
Numéro de référence
ISO 21857:2021(F)
ISO 2021
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 21857:2021(F)
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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Publié en Suisse
ii © ISO 2021 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 21857:2021(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 2

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 2

4 Abréviations et symboles ............................................................................................................................................................................ 4

4.1 Abréviations .............................................................................................................................................................................................. 4

4.2 Symboles ...................................................................................................................................................................................................... 4

5 Échange d'informations et coopération ....................................................................................................................................... 5

6 Sources fréquentes d'interférences susceptibles de provoquer la corrosion ......................................6

6.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 6

6.2 Courant continu...................................................................................................................................................................................... 7

6.2.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 7

6.2.2 Réseaux de traction ....................................................................................................................................................... 7

6.2.3 Systèmes industriels ..................................................................................................................................................... 7

6.3 Courant alternatif ................................................................................................................................................................................. 8

6.3.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 8

6.3.2 Lignes d'énergie électrique aériennes et enterrées .......................................................................... 8

6.4 Systèmes de transmission à haute tension en courant continu (HTCC) ................................................ 9

6.5 Interférences naturelles .................................................................................................................................................................. 9

6.5.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 9

6.5.2 Interférences (telluriques) géomagnétiques ........................................................................................... 9

6.5.3 Effets d'interférence dus aux marées ............................................................................................................. 9

7 Identification et mesurage des interférences dues aux courants vagabonds ....................................10

7.1 Principe ......................................................................................................................................................................................................10

7.2 Interférences dues aux courants vagabonds ..............................................................................................................11

7.2.1 Couplage inductif et conductif dû à des sources éloignées ......................................................11

7.2.2 Couplage conductif dû à des sources proches .....................................................................................11

7.3 Mesurage des paramètres électriques .............................................................................................................................11

7.3.1 Systèmes d'acquisition de données ..............................................................................................................11

7.3.2 Erreurs possibles de mesurage de courant alternatif ...................................................................12

7.3.3 Mesurage du potentiel .............................................................................................................................................12

7.3.4 Mesurage du courant sur les sondes ...........................................................................................................12

7.3.5 Mesurage du potentiel sans chute ohmique sur les témoins ou les sondes ..............12

7.3.6 Durée du mesurage .....................................................................................................................................................13

7.3.7 Exigences spécifiques relatives aux témoins ou aux sondes...................................................13

7.4 Mesurage de la vitesse de corrosion .................................................................................................................................13

8 Critères d'acceptation relatifs aux interférences en courant continu .......................................................13

8.1 Vue d'ensemble des critères .....................................................................................................................................................13

8.2 Vitesse de corrosion ........................................................................................................................................................................15

8.3 Critères relatifs à l'acier et à la fonte.................................................................................................................................15

8.3.1 Interférences constantes dans le temps ...................................................................................................15

8.3.2 Interférences variables dans le temps........................................................................................................16

8.4 Critères relatifs aux tuyaux en acier dans du béton fondés sur des mesurages de

potentiel sans protection cathodique ...............................................................................................................................17

8.4.1 Interférences anodiques constantes dans le temps ........................................................................17

8.4.2 Interférences variables dans le temps........................................................................................................17

9 Réduction de l'influence des courants vagabonds issus d'une source de courant continu .18

9.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................18

9.2 Modifications de la source d'interférences ..................................................................................................................18

9.2.1 Principes ..............................................................................................................................................................................18

9.2.2 Réseaux en courant continu sur les sites industriels ....................................................................18

9.2.3 Réseaux en courant continu dans les ports ...........................................................................................18

9.2.4 Réseaux de traction en courant continu ...................................................................................................19

9.2.5 Systèmes de protection cathodique .............................................................................................................20

9.2.6 Interférences telluriques .......................................................................................................................................20

9.2.7 Systèmes de communication à courant continu ................................................................................21

10 Modifications de la structure subissant des interférences ...................................................................................21

10.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................21

10.2 Conditions préalables en matière de conception ...................................................................................................22

10.2.1 Revêtements .....................................................................................................................................................................22

10.2.2 Isolation par rapport aux autres structures ..........................................................................................22

10.2.3 Distances à porter au maximum .....................................................................................................................22

10.2.4 Installation de dispositifs d'atténuation ...................................................................................................22

10.2.5 Modification de la continuité électrique de la structure perturbée .................................23

11 Inspection et maintenance ......................................................................................................................................................................24

Annexe A (informative) Utilisation de sondes de courant pour évaluer les interférences

dues à des courants vagabonds fluctuants sur des structures protégées cathodiquement 25

Annexe B (informative) Détermination de l'emplacement approprié pour l'installation

d'électrodes de référence, de témoins et de sondes en cas de couplage inductif

causé par des courants vagabonds .................................................................................................................................................29

Annexe C (informative) Principes de fonctionnement des sondes à résistance électrique .....................36

Annexe D (informative) Interférences géomagnétiques ...............................................................................................................38

Annexe E (informative) Interférences dues au courant continu haute tension ....................................................48

Annexe F (informative) Influence des courants alternatifs .......................................................................................................50

Annexe G (informative) Effets des marées ...................................................................................................................................................55

Annexe H (informative) Influence des installations photovoltaïques ............................................................................56

Annexe I (informative) Modélisation des effets liés à l'influence des courants vagabonds

sur les conduites protégées cathodiquement .....................................................................................................................59

Annexe J (informative) Évaluation du risque de corrosion pour le béton armé ou pour

des structures protégées cathodiquement dans des conditions d'interférences

variables dans le temps ..............................................................................................................................................................................63

Annexe K (informative) Principes des interférences anodique et cathodique......................................................68

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................71

iv © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 21857:2021(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures

en mer pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 2, Systèmes de

transport par conduites, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 219, Protection cathodique,

du Comité européen de normalisation (CEN), conformément à l’Accord de coopération technique entre

l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

s e t r ou ve à l’ad r e s s e w w w . i s o . or g / f r/ memb er s . ht m l .
© ISO 2021 – Tous droits réservés v
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ISO 21857:2021(F)
Introduction

Le présent document fournit des recommandations pour la prévention de la corrosion externe

lorsqu'une conduite est soumise à l'influence d'interférences électriques. Les interférences électriques

peuvent être dues à des courants vagabonds (définis dans l'ISO 8044) ou il peut s'agir d'interférences se

produisant naturellement, causées par le géomagnétisme ou l'activité des marées.

Les normes internationales traitant de la protection cathodique (par exemple, l'ISO 15589-1 et

l'ISO 15589-2) se réfèrent à une valeur appelée potentiel de structure par rapport à l'électrolyte, qui

est considérée comme représentative de l'efficacité de la protection cathodique. Lorsque le potentiel

est soumis à l'influence de courants vagabonds, cependant, il n'est pas toujours possible d'obtenir un

potentiel de structure par rapport à l'électrolyte qui soit significatif, d'où la nécessité d'utiliser d'autres

méthodes d'évaluation. L'analyse mathématique des potentiels et/ou l'évaluation directe de la vitesse

de corrosion en utilisant des sondes à résistance électrique en font partie.

Une structure affectée par des courants vagabonds, par exemple une conduite ou un câble, peut à son

tour contaminer d'autres structures avoisinantes.

Le présent document ne vise pas à interdire l'utilisation d'équipements ou de solutions techniques

autres pour les applications prévues. Lorsqu'une alternative est proposée, tout écart par rapport au

présent document aura à être identifié et documenté.
vi © ISO 2021 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 21857:2021(F)
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz
naturel — Prévention de la corrosion sur les systèmes de
conduites soumis à l'influence de courants vagabonds
1 Domaine d'application

Le présent document établit les principes généraux pour l'évaluation et la réduction au minimum des

effets de la corrosion due à des courants vagabonds causés par les interférences électriques en courant

continu et alternatif sur les surfaces extérieures des systèmes de conduites enterrées ou immergées.

Les autres effets des courants vagabonds, tels que la surchauffe et l'interférence avec les opérations de

soudage, ne sont pas couverts par le présent document.

Le présent document fournit une brève description des effets des courants alternatifs, des principes

généraux et des lignes directrices.

NOTE 1 Voir l'ISO 18086 concernant les effets des courants alternatifs sur les conduites enterrées ou

immergées.

Les systèmes susceptibles également d'être affectés par des courants vagabonds comprennent les

structures métalliques enterrées ou immergées telles que :
a) systèmes de conduites ;
b) câbles blindés ;
c) réservoirs et cuves ;
d) systèmes de mise à la terre ;
e) armement dans du béton ;
f) palplanches en acier.
Le présent document fournit des lignes directrices concernant :

— la conception des systèmes de protection cathodique susceptibles de produire des courants

vagabonds ;

— la conception des systèmes de conduites, ou éléments des systèmes de conduites, enterrés ou

immergés, et susceptibles d'être soumis à la corrosion par courant vagabond ; et
— le choix de mesures de protection ou d'atténuation appropriées.

Le présent document ne traite pas en détail des risques de corrosion interne due à des courants

vagabonds, mais les mesures et principes qui y sont donnés sont applicables pour réduire au minimum

les effets des interférences.

NOTE 2 L'impact des interférences électromagnétiques sur les parties annexes situées au-dessus du sol des

systèmes de conduites est traité dans l'EN 50443, l'IEC 61140, l'IEC 60364-4-41, l'IEC 60479-1, l'IEC 60364-5-52,

l'IEC/TS 61201 et l'IEC/TR 60479-5.

Le présent document peut également être utilisé pour des systèmes de conduites en dehors du champ

des industries de la pétrochimie et du gaz naturel, ainsi que pour d'autres structures enterrées ou

immergées.
NOTE 3 L'EN 50162 fournit des recommandations pour les structures ferroviaires.
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ISO 21857:2021(F)
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.

Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les

éventuels amendements).

IEC 62128-2:2013, Applications ferroviaires — Installations fixes — Sécurité électrique, mise à la terre et

circuit de retour — Partie 2 : Mesures de protection contre les effets des courants vagabonds issus de la

traction électrique à courant continu

ISO 15589-1, Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Protection cathodique des

systèmes de transport par conduites — Partie 1: Conduites terrestres
ISO 8044, Corrosion des métaux et alliages — Vocabulaire
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l'ISO 15589-1, l'IEC 62128-2:2013 et

l'ISO 8044 ainsi que les suivants s'appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp

— — IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
revêtement

couche d'isolation électrique appliquée sur une surface métallique pour la protéger contre la corrosion

en empêchant le contact entre l'électrolyte et la surface métallique
3.2
terre lointaine

notion théorique se référant à une électrode de terre d'impédance nulle placée à une distance infinie du

sol soumis à essai

Note 1 à l'article: Dans la pratique, on approche de la terre lointaine lorsque la résistance mutuelle entre le sol

soumis à essai et l'électrode d'essai devient négligeable. Le potentiel de la terre lointaine est habituellement

considéré comme nul.
[1]
[SOURCE: IEEE Std 81-2012 ]
3.3
couplage conductif

transfert d'énergie qui a lieu lorsqu'une partie du courant qui appartient au système produisant les

interférences retourne à la terre du système par l'intermédiaire du système subissant les interférences

Note 1 à l'article: Le couplage conductif a lieu également lorsque la tension à la terre de référence de la masse au

voisinage de l'objet subissant l'influence s'élève en raison d'un défaut dans le système produisant les interférences,

les résultats de ce couplage étant des tensions et des courants conducteurs.
3.4
drainage
drainage électrique

transfert de courants vagabonds d'une structure affectée à la source de courant au moyen d'une liaison

délibérée

Note 1 à l'article: Pour des dispositifs de drainage, voir liaison de drainage direct (3.5), liaison de drainage

unidirectionnel (3.7) et liaison de drainage forcé (3.6).
2 © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 21857:2021(F)
3.5
liaison de drainage direct

dispositif qui produit un drainage électrique (3.4) au moyen d'une liaison métallique bidirectionnelle

entre une structure affectée et la source des courants vagabonds

Note 1 à l'article: La liaison peut comprendre une résistance en série pour réduire le courant.

3.6
liaison de drainage forcé

dispositif qui produit un drainage électrique (3.4) au moyen d'une liaison entre une structure affectée et

la source des courants vagabonds

Note 1 à l'article: La liaison comprend une source séparée en courant continu pour augmenter le transfert de

courant.
3.7
liaison de drainage unidirectionnel

dispositif qui produit un drainage électrique (3.4) au moyen d'une liaison unidirectionnelle entre une

structure affectée et la source des courants vagabonds

Note 1 à l'article: La liaison comprend un dispositif tel qu'une diode pour s'assurer que le courant ne peut circuler

que dans un sens.
3.8
interférences telluriques

tensions générées par les variations du champ géomagnétique, qui entraînent des variations des

potentiels des tuyaux par rapport au sol
3.9
sonde à résistance électrique
sonde RE

dispositif permettant de mesurer la perte de métal par comparaison avec la valeur d'une résistance

calibrée d'une pièce de métal ayant des caractéristiques connues
3.10
fréquence d'échantillonnage
intervalle de mesure défini par l'exploitant
3.11
interférences en courant alternatif
interférences CA

perturbations électriques générées par des systèmes en courant alternatif, qui affectent les conduites

enterrées ou immergées par conduction et/ou induction
Note 1 à l'article: Lignes d'énergie, réseaux de traction ferroviaire.
3.12
interférences en courant continu
interférences CC

perturbations générées par des systèmes en courant continu, qui affectent les structures métalliques

enterrées ou immergées, principalement par conduction
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ISO 21857:2021(F)
4 Abréviations et symboles
4.1 Abréviations
CA courant alternatif
CC courant continu
f.e.m force électromotrice
GIC courants géomagnétiquement induits
HTCA courant alternatif haute tension
HTCC courant continu haute tension

IR produit du courant par la résistance (I et R) qui indique l'erreur due à la chute de tension dans

un mesurage de potentiel
PC protection cathodique
PV photovoltaïque
RMS moyenne quadratique
4.2 Symboles
a par an
B champ magnétique

E potentiel de structure par rapport au sol pour les structures non protégées cathodiquement

E potentiel anodique
E potentiel cathodique

ΔE différence de potentiel due au fonctionnement/non-fonctionnement de la source d'interférences

ΔE décalage de potentiel anodique (chute ohmique comprise)
ΔE décalage moyen de potentiel anodique
a,avg
ΔE décalage de potentiel anodique (chute ohmique non comprise)
a,IR free
ΔE abaissement de potentiel cathodique
ΔE interférences mesurées
ΔE abaissement de potentiel cathodique moyen
c,avg

E potentiel de structure d'un métal dans un système de corrosion donné (ISO 8044)

cor

E potentiel de structure en l'absence d'erreur de mesure due à la circulation de courant dans

IR-free
le circuit
E potentiel à courant établi
E potentiel à courant établi moyen
on,avg
4 © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 21857:2021(F)
E potentiel de protection conformément à l'ISO 15589-1

E potentiel à courant établi nécessaire pour obtenir une protection cathodique efficace

ref
F champs électriques
I mesurage du courant
cpn
J densité de courant
J densité de courant anodique
J densité de courant du témoin
cpn
J densité de courant cathodique
J valeur de référence de la densité de courant (analogue à I )
ref ref
ρ résistivité du sol (Ω·m)
Q charge anodique pendant la période d'interférences anodiques
Q charge cathodique pendant la période d'interférences cathodiques
R résistance de l'élément témoin
R résistance d'isolement (habituellement, l'isolement d'un câble)
iso
s secondes
S⋅km Siemens per unit length
t Temps

T intervalle durant lequel la structure est anodique par rapport à la valeur choisie de E ou de J

a ref ref
T durée maximale de la période anodique
a,max

T intervalle durant lequel la structure est cathodique par rapport à la valeur choisie de E

c ref
ou de J
ref
v vitesse de corrosion
cor
V Voltage with respect to a copper/copper sulfate reference electrode
CSE
5 Échange d'informations et coopération

L'Article 6 indique des sources d'interférences fréquentes qui peuvent provoquer une corrosion par

courant vagabond. La phase de conception des systèmes de conduites enterrées ou immergées doit

prendre en compte et documenter l'éventualité que ces systèmes produisent des interférences dues à

des courants vagabonds ou qu'ils en soient affectés. Il convient que le système de conduites respecte

les critères d'acceptation identifiés dans l'Article 8. De
...

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 21857
ISO/TC 67/SC 2
Petroleum, petrochemical and
Secretariat: UNI
natural gas industries — Prevention
Voting begins on:
20200910 of corrosion on pipeline systems
influenced by stray currents
Voting terminates on:
20201105
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel —
Prévention de la corrosion sur les systèmes de conduites soumis à
l'influence de courants vagabonds
ISO/CEN PARALLEL PROCESSING
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO
ISO/FDIS 21857:2020(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2020
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ISO/FDIS 21857:2020(E)
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© ISO 2020

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Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/FDIS 21857:2020(E)
Contents Page

4 Abbreviations and symbols ....................................................................................................................................................................... 3

5 Information exchange and co-operation ..................................................................................................................................... 5

6 Common sources of interference that can affect corrosion ..................................................................................... 6

6.2.1 General...................................................................................................................................................................................... 6

6.2.2 Traction systems .............................................................................................................................................................. 6

6.2.3 Industrial systems .......................................................................................................................................................... 7

6.3 Alternating current.............................................................................................................................................................................. 7

6.3.1 General...................................................................................................................................................................................... 7

6.3.2 Overhead and buried power lines..................................................................................................................... 7

6.4 High-voltage direct current transmission systems .................................................................................................. 8

6.5 Natural interference ........................................................................................................................................................................... 8

6.5.1 General...................................................................................................................................................................................... 8

6.5.2 Geomagnetic (telluric) interference ................................................................................................................ 8

6.5.3 Tidal interference effects .......................................................................................................................................... 8

7 Identification and measurement of stray current interference ..........................................................................8

7.2 Stray Current interference ............................................................................................................................................................ 9

7.2.1 Inductive and conductive coupling from remote sources ............................................................ 9

7.2.2 Conductive coupling from nearby sources .............................................................................................10

7.3 Measurement of electrical parameters ...........................................................................................................................10

7.3.1 Data acquisition systems .......................................................................................................................................10

7.3.2 Possible errors in AC measurements ..........................................................................................................10

7.3.3 Potential measurement ...........................................................................................................................................11

7.3.4 Current measurement on probes ...................................................................................................................11

7.3.5 IRfree potential measurement on coupons or probes ................................................................11

7.3.6 Duration of the measurement ...........................................................................................................................11

7.3.7 Specific requirements for coupons or probes......................................................................................11

7.4 Corrosion rate measurement ...................................................................................................................................................12

8 Acceptance criteria for DC interference ....................................................................................................................................12

8.1 Overview of criteria .........................................................................................................................................................................12

8.3 Criteria for steel and cast iron ................................................................................................................................................14

8.3.1 Time constant interference .................................................................................................................................14

8.3.2 Time variant interference .....................................................................................................................................14

8.4 Criteria for steel pipes in concrete based on potential measurements without

cathodic protection ..........................................................................................................................................................................16

8.4.1 Time constant anodic interference ...............................................................................................................16

8.4.2 Time variant interference .....................................................................................................................................16

9 Reduction of DC stray current interference ..........................................................................................................................16

9.2 Modifications to the source of interference ................................................................................................................16

9.2.1 Principles .............................................................................................................................................................................16

9.2.2 Direct current systems at industrial sites ...............................................................................................16

9.2.3 Direct current systems at ports........................................................................................................................17

9.2.4 Direct current traction systems .......................................................................................................................17

9.2.5 Cathodic protection systems ..............................................................................................................................18

9.2.6 Telluric interference...................................................................................................................................................18