مواد کاهش دهنده مقاومت زمین

با استفاده از مقاله آقاي مهندس هادي حداد خوزاني

در هدایت الکتریکی و انتقال جریان به درون زمین دو عامل اساسی نقش دارند:
1- اندازه و شکل الکترودهایی که در منطقه استفاده می شود ( اعم از میله ای یا صفحه ای )

2- مقاومت خاک منطقه که خود بستگی به عوامل زیر دارد :

- نوع خاک

- ترکیب شیمیایی نمک های حل شده در آب های درون خاک

- درصد رطوبت خاک

- دمای خاک به طوری که خاک های یخ زده دارای مقاومت بالایی هستند

- اندازه دانه ها و توزیع دانه در خاک- تراکم خاک و فشار وارد بر آن
لازم به ذکر است که به جز موارد فوق پارامترهای دیگری نیز در مسئله قابلیت هدایت الکتریکی زمین نقش دارند مانند عمق نصب الکترودها ، خواص شیمیایی خاک مانند ph ، تغییرات عمق لایه بندی و توزیع دانه ها.

با توجه به نتایج تحقیقات و تجربیات در سیستم های توزیع برق در خصوص روش های بهینه سازی اتصال زمین ، افزودن نمک به خاک ها از ساده ترین و رایج ترین روش ها بوده و اگر چه در کوتاه مدت مشکل مقاومت زمین را رفع می کند ولی به دلیل خاصیت خورندگی بسیار بالای نمک ، پس از مدت کوتاهی الکترودها و اتصالات مربوطه به طور کامل از بین رفته و بایستی با صرف هزینه های اضافی مکرر اقدام به تعویض الکترودها نمود.

از طرفی بر اثر بارندگی های سالیانه پس از مدتی این نمک ها نیز شسته شده و به لایه های زیرین منتقل گشته و مقاومت زمین مجدداً افزایش می یابد. در نتیجه حداکثر کارایی با مخلوطهای نمکی بین 5 تا 7 سال است.
با توجه به مقاومت بالا، زمین هایی که خاک و بستر آن سنگی ، سنگلاخی و سخت بوده ، از لحاظ هدایت الکتریکی از نظر موارد اشاره شده در مقاومت خاک ، دارای مشکلات بسیاری جهت احداث اتصال زمین می باشند ، باعث شده تا استفاده از مواد کاهش دهنده مقاومت زمین ، متداول شده و این مواد دارای تنوع زیادی باشند.

از جملة این مواد : Ground Enhanced Material ) GEM ) ، مارکونیت ، بنتونیت سدیم ، پلیمرهای جاذب رطوبت و Ultra Fill را می توان نام برد.

به لحاظ فراوانی و قیمت مناسب خاک طبیعی بنتونیت سدیم (Sodium Bentonite ) ، استفاده از این ماده جهت ایجاد اتصال زمین متداول شده است.

بنتونیت سدیم دارای اندازه ذرات بسیار ریز ( کمتر از 0.02 میکرون ) که دارای سطح تماس بسیار بالا ( 800 متر مربع به گرم ) هستند بوده و قابلیت جذب آب تا 5 برابر وزن اولیه خود افزایش حجم تا 13 برابر حجم خشک اولیه را دارد. همچنین این ماده وقتی به 6 برابر حجم اولیة خود می رسد بصورت لزج و غلیظ در آمده و نه تنها شکل خود را نگه می دارد بلکه در صورت تماس با هر سطحی به آن می چسبد و در نتیجه می تواند هم مشکل تراکم خاک و هم چسبندگی و اتصال لازم را حل کند.خاک بنتونیت زمانی که هیدراته می شود بصورت شیمیایی می تواند آب را داخل خود نگه داشته و به عنوان یک عامل خشک کننده ، آب و رطوبت اطراف را با خاصیت مکشی خود جذب کند. در اثر تماس بنتونیت با نور خورشید سطح بیرونی آن خشک شده و از خروج رطوبت از قسمت های داخلی آن جلوگیری می کند. این ماده رسی نیاز به مواد افزودنی ندارد ( صرفاً بنتونیت نوع سدیم اینگونه است ) و فاقد خاصیت خورندگی بوده و خواص آن برای سالیان متمادی ثابت می ماند.

مقاومت بنتونیت سدیم در 300% رطوبت ( وزن آب به وزن بنتونیت ) حدود 2 اهم بوده که به دلیل تشکیل الکترولیت ناشی از افزودن آب است. آبی که به صورت شیمیایی در بنتونیت نگهداری می شود اجازه می دهد تا سود وپتاس آهک (Ca O ) ، اکسید منیزیم (Mg O ) و دیگر نمک های معدنی موجود در آن یونیزه شده و با PH حدود 5/8 تا 5/10 تشکیل یک الکترولیت قوی را بدهد.

البته با تمام موارد فوق اخيراً مشاهده گرديده كه اطراف خاك بنتونیت پس از مدتي فضاهايي ايجاد مي گردد كه خود عامل افزايش مقاومت خاك مي شود ، به هر حال تجارب استفاده از اين نوع كاتاليزورها در فرايند چاه ارت نياز به گذشت زمان دارد تا عملكرد واقعي آنها مشخص گردد.