Для того, щоб запобігти виникненню аварійних ситуацій на газопроводах внаслідок зміни механічних властивостей металу труби, зруйнованого корозією, необхідно знаходити місця пошкодження ізоляційного покриття. А оскільки більшість газопроводів знаходиться в експлуатації, то необхідно застосовувати методики неруйнівного контролю, щоб не втручатися у технологічні процеси транспортування газу.

Розрізняють 9 видів неруйнівного контролю, а саме: акустичний, капілярний, магнітний, оптичний, тепловий, радіаційний, радіохвильовий, електромагнітний та електричний. Проте не всі з них доцільно застосовувати для виявлення пошкодження в ізоляційному покритті підземного газопроводу. Капілярні і теплові методи надто дорогі і низькопродуктивні, радіаційні небезпечні. Застосування цих методів економічно невигідне.

Всі методи визначення стану ізоляційного покриття можна поділити на методи визначення механічних та електричних параметрів покриття.

Є методи, які дозволяють проводити вимірювання без необхідності безпосереднього доступу до поверхні газопроводу, але вимагають електричного контакту з ґрунтом, що оточує газопровід. Є й повністю безконтактні.

До методів, які не вимагають безпосереднього доступу до поверхні газопроводу проте потребують електричного контакту з оточуючим ґрунтом, можна віднести: вимірювання перепаду напруги по поверхні ґрунту над газопроводом, вимірювання перехідного опору ізоляційного покриття.

Повністю безконтактним методом контролю електричних параметрів ізоляційного покриття можна вважати вимірювання напруженості магнітного поля, створеного протіканням по газопроводу струму, і визначення цього струму.

Безконтактне вимірювання електричних струмів

Електричний струм – це направлений рух електричних зарядів, який виникає під дією електричних (пондеромоторних), механічних або інших сил. Привести заряди до руху можна, діючи на них електричним полем або механічно переміщуючи їх у просторі. Класичний приклад механічного переміщення заряду - його рух за допомогою стрічки транспортера у електростатичному генераторі Ван де Граафа, яка переносить заряд до поодинокого електрода; в атмосфері заряджені крапельки води при падінні під дією сили земного тяжіння утворюють частину системи електричних струмів Землі. В залежності від природи їх виникнення усі існуючі струми поділяють на струми провідності, зміщення та переносу.

Під струмом провідності розуміють рух вільних зарядів у провідному середовищі під дією сил електричного поля крізь кристалічну решітку, що перешкоджає руху зарядів[1]. Це визначення потребує деякого уточнення. Відомо, що всі тверді тіла по механізму провідності діляться на провідники і діелектрики. В провідниках електричний струм викликаний вільними електронами, які існують у виді так званої електронної хмаринки. В діелектриках і напівпровідниках носіями струму виступають не тільки вільні електрони, але і деякі електрони, які належать іонам або атомам, які знаходяться у вузлах кристалічної решітки і рухаються під дією електричного поля від одного сусіднього іона або атома до іншого почергово утворюючи та заповнюючи при цьому вакантні місця; при цьому створюється враження, що переміщується позитивний заряд (діркова провідність). В останньому випадку електричний струм зумовлений не вільними, а слабко зв’язаними електричними зарядами (електронами). Тим не менше, як показує досвід, рух „дірки” у твердому провідному тілі є повністю тотожнім руху вільного позитивного заряду, що дозволяє вважати струмом провідності також дірковий струм.

Струм провідності через будь-яку поверхню визначається як потік вектора щільності струму провідності через цю поверхню:

(1.1)

Закон Ома та перший закон Кірхгофа стосовно струму провідності записується таким чином: та відповідно, де - питома провідність матеріалу. Перше рівняння встановлює зв’язок між щільністю струму та напруженістю електричного поля , а друге висловлює той факт що лінії щільності струму провідності, що встановився, завжди замкнуті.

Струм зміщення. Поняття струму зміщення вперше ввів Максвел. Він звернув увагу на те, що змінний струм може циркулювати між обкладками конденсатора навіть у тому випадку, якщо вони розділені ідеальним діелектриком (наприклад, знаходяться у вакуумі), а отже, утворення струму провідності є неможливим. Струм провідності, що протікає по підвідних дротах, утворює навколо них кільцеві лінії магнітного поля. Таким чином, змінне електричне поле, так само як і струм провідності супроводжується появою магнітного поля. Це дозволило ввести поняття про новий вид струму, що отримав назву струм зміщення. Щільність струму зміщення визначається формулою:

, (1.2)

де - вектор електричного зміщення, пов’язаний з напруженістю електричного поля відомим співвідношенням:

(1.3)

тут - вектор поляризації; - діелектрична стала; - відносна діелектрична проникність середовища; - абсолютна діелектрична поникнісьть середовища. З урахуванням цього вираз для щільності струму зміщення можна записати у вигляді:

(1.4)

або

. (1.5)

Перший доданок в останній формулі визначає струм зміщення у вакуумі, не пов’язаний з рухом зарядів, а другий – складову струму зміщення, що обумовлена рухом зарядів, пов’язаних з атомами речовини в результаті її поляризації під дією змінного струму. Цю складову струму зміщення в деяких роботах [2] пропонують розглядати як своєрідний струм провідності, оскільки вона по суті зумовлена впорядкованим рухом зв’язаних зарядів.

Вирази для закону Ома та першого закону Кірхгофа з урахуванням струму зміщення набувають такого вигляду:

(1.6)

Оскільки дивергенція дорівнює нулю, це свідчить про те, що лінії щільності струму не мають ні початку ні кінця, наприклад, ланцюг зарядки конденсатора від джерела постійної ЕРС, у діелектрику якого наростає електричне поле зі швидкістю , що дорівнює по значенню щільності струму зміщення .

Струм переносу. Під струмом переносу (конвекції) розуміють струм, що виникає у непровідному або слабко повідному середовищі та обумовлений носіями заряду, перенесеними (транспортованими) у це середовище ззовні. Класичним прикладом струмів переносу виступають струми, що виникають у генераторі Ван де Граафа та у вакуумних діодах. Щільність струму переносу дорівнює добутку об’ємного заряду та середньої