זרמים תועים כתוצאה מהרכבת הקלה
?מהם זרמים תועים
זרמים תועים (Stray Currents) הם זרמים חשמליים בלתי מבוקרים הזורמים דרך הקרקע או או דרך תשתיות מתכתיות שאינן חלק ממסלול הזרם המתוכנן. במערכות רכבת קלה (רק"ל) הפועלות בזרם ישר (DC), כמו בתל אביב ובירושלים, נתיב הזרם החשמלי הוא דרך התייל העליון של הרכבת והוא מוחזר אל התחנות החשמליות דרך המסילה עצמה. עם זאת, בשל הקושי לבודד לחלוטין את המסילה מהקרקע, חלק מהזרם מוצא דרכים חלופיות דרך הקרקע או דרך תשתיות מתכתיות סמוכות, כמו צינורות מים, הארקות שונות, מיכלים סמוכים וברזלי זיון של יסודות מבנים.
השפעות הזרמים התועים במערכות רק"ל עירוניות
קורוזיה אלקטרוליטית של תשתיות תת קרקעיות
זרמים תועים גורמים להאצת קורוזיה בצינורות מתכת, הארקות עמודים ומבנים, יסודות מבנים ותשתיות מתכתיות קרקעיות סמוכות נוספות.
כאשר זרם נפלט מהתשתית הסמוכה (כדוגמת צינור פלדה) אל הקרקע, מתרחש תהליך אלקטרוכימי המאיץ את קורוזיית הצינור ועלול לגרום לחורים וכשל מבני.
פגיעה בקווי חשמל ומערכות אלקטרוניות עירוניות
כאשר זרמים זורמים בקווי חשמל סמוכים, הם עלולים לגרום לעליית מתח לא מבוקרת ולפגיעה בציוד אלקטרוני רגיש.
סוג הקרקע וההתנגדות החשמלית שלה
סוג הקרקע וההתנגדות החשמלית שלה הם גורמים משמעותיים בהשפעת הזרמים התועים:
קרקעות בעלות התנגדות נמוכה (כגון קרקעות לחות או חרסיתיות): מאפשרות לזרמים תועים להתפשט למרחקים גדולים יותר, דבר המגדיל את הסיכון לקורוזיה בתשתיות מתכתיות מרוחקות.
קרקעות בעלות התנגדות גבוהה (כגון קרקעות חוליות או סלעיות): מגבילות את התפשטות הזרמים התועים, אך עלולות לרכז את הזרם באזורים מסוימים, מה שעשוי לגרום לנזקים מקומיים חמורים.
הבנת מאפייני הקרקע באזורי הפעולה של הרכבת הקלה היא חיונית לתכנון מערכות בידוד והגנה מתאימות, כמו גם לניטור יעיל של זרמים תועים.
פתרונות לניטור וצמצום זרמים תועים
שיפור הבידוד של המסילה
הגורם העיקרי בו נדרש לטפל הוא בידוד המסילה. המטרה להגדיל את ההתנגדות החשמלית של נתיב הזרם אל הקרקע. יש להשתמש בחומרי בידוד מתאימים שיצמדו ככל שניתן אל המסילה ויהוו חוצץ דיאלקטרי בינה לבין הקרקע.
שיפור ההולכה החשמלית הצירית של המסילה
הזרם החשמלי צריך לנוע במסילה אל המקור - תחנת החשמל. לצורך כך, נדרשת הולכה חשמלית צירית נמוכה. ניתן ליישם גישרוני מתכת בין פסי המסילה וכד'.
היחס שבין ההתנגדות החשמלית הצירית (נתיב הזרם המבוקר) לבין ההתנגדות החשמלית לקרקע (נתיב הזרם שאינו מבוקר) נדרש להיות נמוך ככל שניתן.
מערכות הגנה קתודית
יישום מערכות הגנה קתודית על תשתיות מתכתיות סמוכות מסייע לקיטוב התשתית ולצמצום ואף ביטול פליטת הזרם ממנה לחלוטין.
קיימות שתי שיטות עיקריות להגנה קתודית:
1. באמצעות אנודות הקרבה. שיטה זו עושה שימוש במתח גלווני קבוע.
2. באמצעות זרם מאולץ. שיטה זו עושה שימוש במקור כוח חיצוני עם מתח משתנה ולרוב גדול יותר ובעל אפשרות שליטה וכוונון.
מערכות ניטור זרמים תועים
התקנת גששים מיוחדים ומערכות חכמות המנטרות מספר ערכים על התשתית ו/או על המסילה, כדי לזהות ולהעריך את קיומם ורמתם של הזרמים התועים.
בנוסף, מתבצעות בדיקות תקופתיות של מדידות פוטנציאלי הצנרת בקרקע. גם במצב בו הרכבת פעילה וגם במצב בו היא איננה פעילה (בלילה, למשל).
גישרוני ניקוז (Drainage Bonds)
התקנת גישרוני מתכת ויצירת קשרים חשמליים מכוונים בין התשתית למסילה כדי להשיב את הזרמים בתועים חזרה למקור בדרך מבוקרת.
בקרה ותכנון נכון של תחנות החשמל
תכנון מתאים בין תחנות החשמל (ככל שניתן) על מנת לצמצם הפרשי מתחים בין המסילה לקרקע.
ייעוץ וליווי של מומחים
מומלץ כי מהנדסים מומחים בהגנה קתודית וזרמים תועים יהיו חלק בלתי נפרד מתכנון וביצוע פרויקטים הכוללים חשש מזרמים תועים.
ביצוע בדיקות תקופתיות ע"י מהנדס מומחה העושה שימוש בציוד מדידה מתאים.
מוצע לשלב את אנשי המקצוע המתאימים בנושא חישמול הרכבת והתשתית הנבדקת.
לסיכום
הזרמים התועים הנוצרים במערכות רכבת קלות הפועלות בזרם ישר מהווים אתגר משמעותי, במיוחד באזורים עירוניים עם תשתיות מתכתיות רבות. הבנת המנגנונים היוצרים זרמים אלו וכן השפעת סוג הקרקע וההתנגדות החשמלית שלה, כמו גם מיפוי והכרת הסביבה והתשתיות הסמוכות, הן קריטיות לקביעת פתרונות יעילים למניעה וניטור של זרמים תועים.