Bij kathodische bescherming (KB) gaat een van de eerste ontwerpvragen over de voeding: wat moet daar op, en wat kost dat aan energie? Het antwoord verrast de meeste mensen. Een KB-systeem draait op vermogens waar je geen lamp mee brandend houdt.
De getallen
Bij een KB-systeem met opgedrukte stroom breng je het anodemateriaal op een paar volt spanning ten opzichte van de wapening, in de praktijk vaak rond de 4 V. De anode geeft dan 2 tot 10 mA/m² af. Reken dat om en je zit op een vermogen in de orde van milliwatts per vierkante meter beschermd oppervlak.
Het precieze bereik hangt af van het anodetype:
| Anodetype | Typische bedrijfsspanning | Maximum |
|---|---|---|
| Geleidende coating (CPS GC) | 2 tot 5 VDC | 10 V |
| Geactiveerd titanium (CPS TG, TS, TC) | 4 tot 8 VDC | 10 VDC langdurig, 12 VDC enkele dagen |
Die spanningen gelden voor een ingespeeld systeem, dus na verloop van jaren. Bij inbedrijfstelling ligt het vaak anders.
Ter illustratie: bij het project Liggerkoppen van Rijkswaterstaat, met 1.500 liggerkoppen op circa 30 kunstwerken, staat de opgelegde spanning per liggerkop, na enkele jaren, tussen de 3 en 6 V. Dat is de hele bandbreedte waar het systeem in werkt.
Nat beton vraagt minder spanning, niet meer
Dit is contra-intuïtief, dus even expliciet. Een bouwdeel dat nat staat, heeft een lage betonweerstand. Daardoor loopt er bij weinig spanning al ruim voldoende stroom.
De proefopstelling in Wolfheze laat dat goed zien. Die staat bewust open en bloot in weer en wind, dus met een hoge vochtbelasting. In herfst-, winter- en voorjaarscondities was 2 V al genoeg om ruim boven de 100 mV depolarisatie te komen die NEN-EN-ISO 12696 vraagt.
Hetzelfde patroon zie je bij andere natte objecten. Parkeergarage Heuvelpoort in Tilburg draait op een relatief lage spanning, wat wijst op een hoge vochtbelasting op de vloeren. Bij het beschermen van palen en balken onder een pier in een haven geldt dat nog sterker.
Andersom werkt het ook, en dat verrast mensen nog meer. Voorgespannen liggers die goed beschut aan de onderzijde van een viaduct liggen, blijven droog. Daar staat het systeem op 5 tot 6 VDC, en toch loopt er maar 0,5 tot 2 mA/m². Hoge spanning, lage stroom: het droge beton geleidt slecht, en tegelijk is de behoefte in die droge conditie laag.
Onthoud daarom: de opgelegde spanning zegt op zichzelf niets. Pas de combinatie van spanning en stroom, afgezet tegen de conditie van het bouwdeel, vertelt je iets.
Waarom dat zo weinig is
Corrosie bestrijden vraagt weinig stroom omdat je het proces niet hoeft te overstemmen: je hoeft het alleen om te draaien. Het staal moet in het gebied komen waar de reductiereactie overheerst, en dat is een kwestie van potentiaal, niet van kracht.
De weerstand zit in het beton, niet in het staal. Daarom draait het ontwerp om verdeling van de anode en niet om een zware voeding. Een goed verdeeld anodesysteem op een lage stroomdichtheid beschermt beter en langer dan een krap systeem dat je hard moet aansturen.
Wat de stroomvraag laat schommelen
Vocht is de dominante factor in het hele systeemgedrag. Bij regen daalt de betonweerstand, waardoor bij dezelfde opgelegde spanning de stroom sterk toeneemt. Andersom zie je bij systemen die open en bloot liggen dat in een droge zomer 2 V níet vanzelfsprekend genoeg is.
Daarnaast spelen temperatuur, de vochttoestand van het bouwdeel, de geometrie, de conditie van de anode en vooral de afstand tussen anode en staal. Die factoren samen bepalen wat er loopt, en niet de opgelegde spanning alleen.
Praktisch gevolg: het moment van meten doet ertoe. Eén meting op een droge dag in augustus vertelt iets anders dan dezelfde meting in november. Frequent meten levert daarom veel meer informatie op dan hard sturen op één waarde.
De stroomvraag daalt meestal in de tijd
Dit is het prettige deel. Doordat KB de alkaliteit rond het staal herstelt en chloride wegtrekt richting de anode, wordt het beton in de loop van de jaren een gunstiger milieu. In de meeste installaties neemt de behoefte aan beschermstroom daardoor sterk af.
Het verloop is opvallend consistent. Bij inbedrijfstelling ligt de stroom nog vrij hoog, typisch rond 10 mA/m², ongeveer de helft van de ontwerpcapaciteit. In de eerste dagen loopt dat al zichtbaar terug, en aan het eind van het eerste jaar zit je een factor vier tot vijf lager. Op dat niveau draait het systeem vervolgens jarenlang door.
Dat heeft twee praktische gevolgen. Je moet je voeding dimensioneren op de opstartfase en niet op het bedrijfsniveau. En de metingen uit dat eerste jaar zijn geen storingsbeeld maar het normale inregelverloop; pas daarna heb je een referentie waartegen je latere afwijkingen kunt afzetten.
Dat maakt een stijging juist zo informatief. Loopt de stroomvraag structureel op, dan is er iets veranderd: een voeg die opnieuw lekt, een zone die natter staat, een nieuw probleem in de constructie. Incidenten die structureel belasten, vallen op als trendbreuk. Zie monitoring op afstand.
Voeding: netaansluiting of zonnepaneel
Omdat het vermogen zo laag is, ligt een zonnepaneel met accu voor de hand bij objecten zonder netaansluiting. Dat wordt in Nederland veel toegepast, ook op viaducten die afgelegen liggen.
Eén les uit de praktijk hoort erbij. Bij het liggerkoppenproject bleken de zonnepanelen in de winter aanvankelijk te weinig capaciteit te hebben, doordat het grote aantal sensoren relatief veel meet- en regelunits vroeg en het totale verbruik daarmee aan de hoge kant lag. De anodes vragen weinig; de meetkring en de elektronica bepalen in zo’n geval de capaciteitsbehoefte.
Reken dus niet alleen op de beschermstroom, maar op het geheel: anodestroom plus meet- en regelunits plus dataverbinding, en dan met marge voor de donkerste maanden.
Wat dit voor je ontwerp betekent
- Ontwerp op verdeling en stroomdichtheid, niet op vermogen.
- Bepaal de zone-indeling op wapeningsdichtheid en vochtbelasting, want die verschillen bepalen de stroomvraag per zone.
- Dimensioneer de voeding op de opstartfase, niet op het niveau waar het systeem na een jaar op uitkomt.
- Neem de meetkring en de dataverbinding mee in de energiebalans, zeker bij off-grid zonne-energie met batterij.
- Leg vast wannéér je meet, niet alleen wat je meet.
- Beoordeel spanning en stroom altijd samen met de vochtconditie van het bouwdeel. Los van elkaar zeggen ze niets.
Plan een technische intake met het CPS-team. Geef de zone-indeling en de te beschermen oppervlakken door, dan rekenen we mee aan de benodigde voeding.
Meer weten over de hardware? Bekijk stroombronnen en monitoring op afstand.