Hvad er vagabonderende strøm?
Jording og det elektriske distributionssystem
For at forstå vagabonderende strømme skal vi først kigge på, hvorfor mennesker har fået den underlige ide at forbinde elektricitetsnettet til jorden. Det er ikke en teknisk nødvendighed – og fra et landbrugs-mæssigt synspunkt havde et flydende system formentlig været meget bedre. Men jordingen giver nogle meget væsentlige fordele i forhold til at kunne danne effektiv beskyttelse mod akut elektrisk stød. Med nuværende teknologi ville man kunne lave tilsvarende beskyttelse i et flydende system, men da man startede udviklingen af det elektriske distributionssystem for mere end hundrede år siden, havde man ikke sådanne muligheder.
Stjernepunktet i transformeren er forbundet til jord, hvor overgangsmodstanden mod jord er mindre end 2 Ohm. Det betyder, at man har lagt nulpunktet i vores elektriske distributionssystem fast, nemlig ved jordpotentialet. Hvis nulpunktet ikke var lagt fast på jordpotentialet, ville man teoretisk set kunne få betydeligt større elektrisk stød ved en isolationsfejl end ved nuværende indretning.
Præsenteret grafisk ser det sådan ud:
I transformeren omformes højspændingen til 240V og 400V. Strømmen sendes via tre faser ud til forbrugeren. Stjernepunktet i transformeren er jordforbundet og er samtidigt forbundet til nullen, som er den lyseblå ledning.
Jordforbindelsen i en standardinstallationen skal have en overgangsmodstand til jord, som er mindre end 1666 Ohm, idet HPFI-relæet derved kan nå at slå fra, inden man har modtaget 30mA elektrisk strøm, (som regnes for potentielt dødeligt).
Der er derved betydelige og tungtvejende årsager til, at det elektriske distributionssystem er jordforbundet, idet det giver nogle meget væsentlige sikkerhedsmæssige fordele i forhold til at undgå elektrisk stød. Problemet er bare, at akkurat de samme forhold, som giver afgørende fordele for at beskytte mod akut elektrisk stød, har givet tekniske forudsætninger for, at uhyre store mængder af vores elektriske strøm havner i jorden i stedet for i kablerne.
Jorden som elektrisk leder
Jorden er en meget god elektrisk leder. Især visse vandførende lag og mineralforekomster i jorden er exceptionelt godt ledende. Mine målinger indikerer værdier for okkerlag til at være ~4.3×10-6 Ω•m og værdier for kulstoflag til at være ~2.7×10-3 Ω•m. Hvis tallene ikke lige siger dig noget, så er det forståeligt. Men sagt uden tal betyder det, at modstanden for elektrisk strøm i nogle tilfælde kan være mindre gennem jorden end gennem ledningerne. Der er data fra USA engang i 90’erne, som indikerer, at mellem 65% og 75% af al returstrømmen går gennem jorden i stedet for gennem kabler.
De amerikanske tal er forældede, og det amerikanske system er lavet lidt anderledes end vores. Mine målinger indikerer, at vi i nogle områder af Danmark er oppe i nærheden af, at 90% af returstrømmen går gennem jorden i stedet for ledningerne.
Magnetfeltsmåling direkte på et okkerlag i en strømstribe. Fysikken fortæller os, at der altid vil være et magnetfelt, hvor der løber en strøm, så hvis vi måler magnetfeltet, kan vi samtidigt måle, om der løber en strøm. Her måles 135uT, hvilket indikerer en ganske betydelig strømtransport.
Men vi behøver ikke nøjes med de simple målinger, som viser, om der går en strøm. Vi kan bruge en matematisk mekanisme, som hedder FFT (Fast Fourier Transform), som måler tingene meget præcist. Hvis vi måler på, hvad der rent faktisk ligger af fejlstrømme i jorden, vil de fleste få sig en overraskelse.
Her ses den elektriske støj i jorden mellem 0Hz og 150Hz, optaget via lang integrationstid mellem to jordspyd med god jordkontakt. Jordspyddene var sat på en åben mark ca 500m fra nærmeste elektriske kabel/installation (1): Primær Schumann Resonans på 7,82 Hz. (2): 16,7 Hz. 1/3 af lysnetsfrekvensen i Europa. Bruges også til jernbaner i Tyskland. (3): Ukendt. (4): 50 Hz lysnetsfrekvens i Europa (5) : 60 Hz lysnetfrekvens i USA. (6): 82Hz – Russisk ubådssender (ZEVS) (7): 100 Hz – Anden harmoniske af lysnetfrekvensen. (8): Ukendt. (9): 150Hz – Tredje harmoniske af lysnetfrekvensen. Bemærk intensitetsforskellen mellem naturlige og menneskeskabte signaler.
Vi kan således se, at problemet med strøm i jorden er et globalt fænomen. Her i landet kan vi endda måle jordstrømme, som stammer fra det amerikanske el-distributionssystem. Jeg har fået data fra canadiske forskere, som viser det modsatte fænomen, nemlig at de kan måle jordstrømme fra det europæiske el-net i deres målinger.
Hvordan opstår vagabonderende strøm?
Idet jorden er indsat som en del af det elektriske distributionssystem, vil strømmen søge de veje, som giver lavest modstand. Derfor vil man opdage, at store strømme kan søge gennem jorden i stedet for gennem ledningsnettet.
Der kan opstå lækstrømme af mange forskellige årsager. Der kan være fejl på kabler. Der kan være elektriske apparater, som er designet til at afgive en vis lækstrøm. Der kan være direkte fejlagtige installationer og mange andre tænkelige scenarier. Jeg har medtaget to illustrationer her, for at vise nogle af fejlsituationerne.
Den ene fejlsituation handler om en kabelfejl, hvor der ledes store mængder strøm ud i de omkringliggende jordlag. Men der behøver faktisk ikke opstå fejl i el-nettet, for at der dannes meget betydelige niveauer af jordstrøm. Når man opstiller vindmøller, som tilsluttes en nærliggende transformer, vil der altid opstå en jordstrøm, idet vindingsgeometrien i transformer og generator aldrig kan være helt ens (selv om de ganske sikkert overholder alle gængse standarder og specifikationer).
Billedet ovenfor viser en almindeligt forekommende kabelfejl. Der er tale om et 10KV kabel, hvor fejlen blev opdaget tilfældigt ved nedgravning af lyslederkabler. Kablet har været udsat for en eller anden udefrakommende påvirkning (sandsynligvis lynnedslag), hvorefter kabelkappen ikke længere har kunnet opretholde sin isolationsevne. Det gråsorte på billedet er granitsten, som er smeltet ned over kablet, hvilket indikerer en ganske betydelig varmeudvikling. Bemærk venligst, at kablet var i drift, indtil fejlsituationen blev opdaget ved en tilfældighed (opgravning i forbindelse med anden kabelinstallation). Ovenstående er ikke en sjældenhed – der er mange kabler i samme stand, som stadig er i drift. I vores nuværende elektriske distributionsinfrastruktur findes der ingen overvågning over strømtabet i fejlbehæftede kabler.
Fejlsituationen behøver ikke være så voldsom som det brændte kabel ovenfor for at give betydelige skadevirkninger for mennesker. Faktisk skal der nogle gange ikke ret meget til, før det går fuldstændigt galt.
For nogle år siden var der i nærheden af Sindal en sag, hvor en ældre pensionist havde lavet en kabelsamling forkert i forbindelse med noget havebelysning. Lækstrømmen var formentlig omkring 10mA og dermed ikke stor nok til at trigge HPFI-relæet; men alligevel var skadevirkningerne for de omkringboende ganske betydelige. I de omkringliggende huse skete der pludseligt flere dødsfald, ligesom næsten alle huse i nærheden havde mindst én beboer, som meget hurtigt blev ramt af kræft i en eller anden form.
Selv ganske små lækstrømme til jord kan derfor have meget betydelige virkninger. Og der er faktisk mange systemer i vores dagligdag som er konstrueret på en måde, så der opstår lækstrømme, uden at der er en fejl. Systemet/enheden/apparatet er simpelthen konstrueret på en måde, hvor der altid skabes et eller andet niveau af lækstrøm til jord.
Et velkendt eksempel er vindmøller. Der kan være mange årsager til lækstrømme, idet de er konstrueret forskelligt afhængig af type og fabrikat. Men hvis ikke vindingsgeometrien i generatoren og tilhørende transformer er fuldstændigt identiske, så vil der forekomme en nulstrøm mellem de to stjernepunkter, som ofte vil gå via jorden.
Første måling viser lækstrøm fra et af fire jordingskabler i en 900KW vindmølle. Bemærk dog at ståltårnet er boltet til et jordforbundet fundament med ca 50 bolte. Hvis der således løber en tilsvarende strøm i hver eneste jordforbindelse, er den samlede afledning til jord ganske formidabel. Næste måling (på 9,38 Ampere) viser lækstrøm fra en transformator. Måling lavet i samarbejde med Vagn Larsen, Feltfri.dk
Det giver ikke mening at nævne hverken fabrikant eller model for ovenstående vindmølle. Målet er ikke en heksejagt, for de overholder formentlig alle de retningslinjer og standarder de skal. Her er simpelthen tale om et problem, som ikke er opdaget i tilstrækkelig grad, til at det overhovedet er på dagsordenen i forhold til elektriske standarder og normer.
Vi kan sætte ovenstående lækstrømsmålinger i relation til forskningen på området, hvor selv ganske små – og umærkelige – strømme kan være skadelige, hvis de løber gennem kroppen. Strømme ned til 50 uA kan statistisk korreleres med negative helbredsvirkninger for husdyr i landbrug. Strømme helt ned til 18 uA kan tilsvarende korreleres til øget cancerincidens for mennesker. Forkortelsen uA betyder ”mikro ampere”. Der er altså tale om, at kontaktstrømme ned til 18 milliontedele ampere giver forøget risiko for kræft. Den vindmølle, vi har vist målinger fra ovenstående, leder minimum ca 12 ampere til jord ( 4 jordingsinstallationer x ca 3 ampere) – og det reelle tal, (når jordingen af ståltårnet medtages), er formentlig i nærheden af 100 ampere. Vores ”grønne” infrastruktur kan derfor nemt vise sig at være behæftet med ganske væsentlige helbredsmæssige og bedriftsøkonomiske implikationer.