انواع مواد کاهنده مقاومت اهمی خاک

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، در مناطقی که جنس خاک و زمین آن مناسب نبوده، و سنگی، آهکی، شنی، خشک و … باشد مقاومت الکتریکی زمین بسیار بالا می‌باشد و با روش‌های عادی و معمولی نمی‌توان سیستم ارت مناسب را مهیا نمود و به مقاومت الکتریکی مطلوب دسترسی پیدا کرد؛ لذا در شرایط فوق از موادی استفاده می‌کنند که با خصوصیات مختلف کمک به ارتقای سیستم زمین می‌نماید.

 

اینگونه مواد با داشتن ترکیباتی خاص این توانایی را دارا می‌باشند که با روش‌های شیمیایی و فیزیکی شرایط سخت اقلیمی را بهبود ببخشند و به دستیابی مقاومت الکتریکی مطلوب مورد نیاز سیستم ارتینگ کمک نمایند. مواد کاهنده‌ی مقاومت الکتریکی زمین از نوع مواد با هدایت الکتریکی بالا هستند، در گذشته تنها ویژگی ی، کاهش دادن مقاومت الکتریکیمورد توجه قرار گرفته بود بنابراین از ترکیباتی مانند نمک و زغال بسیار استفاده می‌شد و حتی استفاده از این ترکیبات به دستور العمل‌ها و اسپک‌های برخی از سازمان‌ها نیز راه یافته بود. اما با گذشت زمان اثرات نامطلوب خوردگی، ناپایداری مقاومت و تغییرات فصلی آن و همینطور آلایندگی محیط زیست اهمیت خود را نشان داد. از آن پس طراحان به فکر استفاده از مواد جاذب رطوبت بر پایه خاک‌های معدنی (Clay Based) افتادند که ساده‌ترین آن‌ها خاک رس و بنتونیت سدیم بود. با پیشرفت دانش و مشخص شدن همه جوانب کاربری و نیازمندی‌های عملکرد مواد کاهنده، عاقبت ویژگی‌های مورد نیاز در قالب استاندارد تدوین گردید.

۱-مواد کاهنده GIM یا GEM

GIM ترکیبی از انواع مواد معدنی و شیمیایی با پایه کربنی و با ضریب هدایت الکتریکی بسیار بالا می‌باشد که برای پر کردن اطراف هادی‌های ارت در سیستم ارتینگ استفاده می‌شود.GEM ترکیبی از انواع مواد معدنی و شیمیایی با ضریب هدایت الکتریکی بسیار بالا و در عین حال خنثی می‌باشد که برای پر کردن اطراف هادی‌های ارت استفاده می‌شود. GEM به دلیل داشتن ترکیبات خاص، مقاومت الکتریکی زمین را به مقدار زیادی کاهش داده و موجب ارتقای کارایی و عملکرد سیستم‌های ارتینگ می‌شود. بیشترین موارد استفاده از مواد فوق در مناطقی می‌باشد که مقاومت الکتریکی مخصوص خاک زمین در آن مناطق بسیار بالا بوده و احتمال شسته شدن سایر مواد کاهنده مقاومت الکتریکی زمین (بنتونیت و …) توسط آب‌های سطحی زیاد است واتصال الکتریکی بین هادی ارت و خاک زمین بسیار کم می‌باشد.

۲-ماده کاهنده LOM

lom یکی از المان‌هایی است که به عنوان مواد کاهنده مقاومت زمین در سیستم چاه ارت مورد استفاده قرار می‌گیرد و کاربرد اصلی آن استفاده در سیستم چاه ارت است به این صورت که بعد از حفر گودال ارت و قرار دادن صفحه ارت داخل چاه باید از ماده‌ای مانند LOM جهت کاهش مقاومت زمین استفاده شود تا هم فضای اطراف الکترود‌ها را پر کرده و هم سبب اصلاح و بهبود شرایط خاک منطقه شود.

مواد کاهنده مقاومت زمین LOM که برگرفته از عبارت انگلیسی Low Ohm Material می‌باشد به صورت کیسه‌های ۱۵ کیلوگرمی به فروش می‌رسد در واقع پودری است که هدایت الکتریکی بالایی دارد و می‌تواند اطراف الکترود‌ها ریخته شود و ضمن کاهش اهم زمین در انتقال اضافه بار‌ها به زمین نقش داشته باشد. ماده lom ترکیبی از مواد شیمیایی با اثرات زیست محیطی غیر مخرب است که جاذب رطوبت می‌باشد و به دلیل وجود ترکیبات شیمیایی دارای هدایت الکتریکی بالایی است که در هر منطقه‌ای با هر شرایطی قابل استفاده می‌باشد.

مشخصات LOM

بهترین گزینه برای پر کردن چاه ارت در جنوب کشور
خاصیت ترک نخوردن و هدایت الکتریکی بالا
عدم ایجاد خوردگی در الکترود‌ها و هادی‌های ارت
افزایش پایداری شبکه ارت
نداشتن اثر مخرب روی محیط زیست

۳-مواد کاهنده (GRM)

مواد کاهنده GRM و LRM دارای ترکیبی از انواع مواد معدنی و شیمیایی با پایه کربنی و با ضریب هدایت الکتریکی بسیار بالا می‌باشد که برای پرکردن اطراف هادی‌های ارت در سیستم ارتینگ استفاده می‌شود. 

مواد کاهنده مقاومت الکتریکی زمین GRM به دلیل دارا بودن مقاومت مخصوص ρ. بسیار پایین (کمتر از دو صدم اهم متر)، بالا بودن PH، چسبندگی فوق العاده و خاصیت ضد خوردگی آن، کارایی پایانه زمین را به میزان قابل توجهی افزایش داده و موجب ارتقای عملکرد و طول عمر آن می‌گردد. مواد کاهنده مقاومت GRM با محیط زیست سازگار بوده و عاری از هر گونه مواد آلاینده خاک و آب می‌باشد. مواد کاهنده مقاومت الکتریکی زمین GRM مطابق با استاندارد IEC ۶۲۵۶۱-۷ درایران می‌باشد و از آزمایشگاه‌های متعدد و معتبر گواهی تست انطباق با استاندارد فوق را اخذ نموده است. مواد کاهنده GRM در تمامی زمین‌ها با شرایط گوناگون قابل استفاده می‌باشد.

۴-ماده کاهنده TK۱

این ماده بافرمولاسیون استاندارد جهت استفاده در تمام مناطق با قابلیت انتقال جریان الکتریکی بسیار عالی تولید و بسته بندی‌های مقاوم دو لایه به وزن ۱۵ کیلوگرم عرضه می‌گردد.

فرمولاسیون:

بنتونیت میکرونیزه: بنتونیت استفاده شده در خاک TK۱ براساس استاندارد OCMA آمریکا تولید و کاملا میکرونیزه می‌شود و حداقل ۷۰درصد بیشتر از بهترین نمونه‌های بتونیت میکرونیزه  توان جذب آب دارد.

نمک گرانول:نمک از عوامل موثر الکترولیت در چاه ارت و روان کننده عبور جریان برق است. نمک گرانول به علت بلوری بودن در دوره زمان دیرتری حل شده و در نتیجه امکان فرار این ماده اصلی از ترکیب خاک بسیار کاهش می‌یابد.

زغال میکرونیزه صنعتی:زغال علاوه بر جذب و نگهداری رطوبت، در ترکیب با نمک به عنوان عامل نگهدارنده نمک در مخلوط خاک عمل می‌نماید. در خاک TK۱ زغال به شکل کاملا میکرونیزه استفاده می‌شود و با توجه به مخلوط یکنواخت شده، به بهترین نحو ممکن با گرانول نمک ترکیب و عمل الکترولیت را به طور پایدار انجام می‌دهد. ضمنا از وظایف دیگر زغال، جلوگیری نسبی از خوردگی الکترود مس می‌باشد.

پودر فلزات:فلز پودر شده از عوامل مهم در انتقال جریان برق و کاهش مقاومت زمین است.

مواد بازدارنده خوردگی Inhibitor:این ماده فرموله شده که از خوردگی الکترود مس توسط نمک‌های موجود در زمین جلوگیری می‌کند.

الکترولیت:این ماده عامل افزایش بسیار مطلوب هدایت الکتریکی خاک است.

فزودنی ویژه:ماده‌ای است که عامل مهمی در جلوگیری از ترک خوردگی بنتونیت هنگام کمبود رطوبت است.

سایر افزودنی‌های معدنی و شیمیایی همساز با محیط زیست.

۵--ماده کاهنده TK۲

این خاک جهت استفاده در مناطق کم آب و خشک، با توان انتقال الکتریکی بسیار عالی تولید گردیده و با توجه به فرمولاسیون ویژه، قابلیت جذب رطوبت به میزان ۲٫۵برابر بیش از خاک‌های معمولی را دار است و همچنین قادر است رطوبت جذب شده را برای مدت طولانی در خود حفظ کرده و فاصله زمانی شارژ آب را افزایش دهد و به این وسیله ضریب اطمینان کاهندگی مقاومت چاه ارت را بالا برد.

در تولید این خاک از مواد زیر استفاده شده است:

۱) پودر بنتونیت میکرونیزه

۲) ترکیبات گرافیتی

۳) نمک گرانول

۴) مواد پلیمری

۵) مواد بازدارنده خوردگی

۶) پودر فلزات

۷) الکترولیت ویژه

۴
مزایا:

۱) توان جذب ۲٫۵ برابر بیش از بهترین انواع خاک‌های کاهنده

۲) قابلیت نگهداری رطوبت ۴ برابر بیشتر از خاک‌های کاهنده

۳) با توجه به استفاده از نانو کربن و نانو گرافیت در صورت خشک شدن، باز هم کارایی انتقال جریان الکتریکی خود را به نسبت بالایی حفظ می‌نماید.

۴) به علت جذب آب بیشتر و افزایش حجم، میزان مصرف آن ۶۰ درصد کمتر از سایر خاک‌ها است.

۵) بهترین شرایط پیشنهادی برای مصرف این خاک به صورت خالص است، اما می‌توان آن را به نسبت ۱ به ۱ با بنتونیت نیز مخلوط نمود.

خاک ژله‌ای در کیسه‌های ۱۵ کیلویی دو لایه عرضه می‌شود.

۶-ماده کاهنده بنتونیت

بنتونیت سنگ رسی با خاصیت ویژه‌ای می‌باشد. رنگ این سنگ ‏در حالت هوازده سبز روشن و سبز مایل به زرد است و ترک‌هایی ‏مثل ترک‌های موم سفت در آن موجود می‌باشد. وقتیکه یک تکه از ‏این سنگ را خیس کنیم به چند برابر حجم خود افزایش پیدا می ‏کند و در اثر شکسته شدن به یک خمیر صابونی تبدیل می‌شود. ‏ به طور کلی بنتونیت‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:‏ ‏۱-‏ بنتونیت با تورم زیاد یا بنتونیت سدیم ‏ ‏۲-‏ بنتونیت با تورم کم یا بنتونیت کلسیم ‏۳-‏ بنتونیت با تورم متوسط یا بنتونیت متوسط بنتونیت فعال به خاک‌هایی گفته می‌شود که با یک ماده شیمیایی ‏تغییراتی در آن بوجود آورند. فعال سازی بنتونیت‌ها بیشتر با ‏استفاده از محلول آب نمک برای تعویض یون‌های کلسیم با سدیم ‏است که با این عمل خاصیت تورمی و تعلیق پذیری بنتونیت‌ها ‏افزایش پیدا می‌کند

بنتونیت مناسب برای ارتینگ و چاه ارت دارای ذرات با انداره بسیار ریز (ریز‌تر از ۴۰ میکرون)، سطح تماس خیلی زیاد، همچنین قابلیت جذب آب ۵ الی ۸ برابر وزن اولیه خود وافزایش اندازه و حجم تا ۱۳ برابر حجم خشک را داراست. بنتونیت چاه ارت زمانی که به ۶ برابر حجم اولیه خود می‌رسد بصورت ماده‌ای لزج وغلیظ درآمده و نه تنها شکل خود را حفظ می‌کند، بلکه درصورت تماس با سطوح دیگر به آن چسبیده و می‌تواند مشکل تراکم خاک وچسبندگی و اتصال لازم را برطرف کند. با توجه به خواص ذکر شده و همچنین قیمت مناسب آن در قیاس با مخلوط نمک و ذغال و هم یطور مشکلات ناشی از استفاده از مخلوط ذغال و نمک، بنتونیت بعنوان یک الکترولیت مناسب برای ارتینگ معرفی و مورد استفاده می‌شود.

۷-ژل و مایع کاهنده مقاومت

انواع ژل و مایع کاهنده ترکیبات جدیدی هستند که در راه اندازی چاه ارت مورد استفاده قرار می‌گیرند و وظیفه اصلی آن‌ها همانطور که نامشان مشخص است کم کردن میزان مقاومت زمین در سیستم ارتینگ است. از این مواد برای پرکردن چاه ارت نیز استفاده می‌شود و خاصیت ژلاتینی آن‌ها با عث شده که خشک نشوند. به طور کلی بد نیست بدانید برای کاهش مقاومت زمین در چاه‌های ارت از مواد مختلفی استفاده می‌شود که تمامی آن‌ها هدایت الکتریکی بالایی دارند به طور مثال در گذشته از نمک و زغال سنگ برای این کار استفاده می‌شده است که خاصیت خوررندگی نمک سبب شد تا کم کم مصرف آن به عنوان ماده کاهنده کاهش یابد.


امروزه انواع ژل و مایع کاهنده جایگزین مواد قدیمی شده اند و می‌توانند ضمن کاهش دادن مقاومت الکتریکی زمین باعث خوردگی الکترود‌ها نشوند و همچنین این مواد به راحتی نیز شسته نمی‌شوند. در استفاده از مواد کاهنده باید توجه نمود که در مناطقی با مقاوت بیش از حد معمول می‌توان مواد شیمیایی مجاز را به کار برد البته توجه کنید این مواد خاصیت خورندگی نداشته باشند و سبب آلودگی محیط زیست نشوند به طور مثال بنتونیت یکی از عناصری است که می‌تواند برای کاهش مقاومت زمین مورد استفاده قرار گیرد که این ماده بر پایه رس ساخته شده، ولی امروزه مواد ساخته شده بر پایه کربن کاربرد بیشتری دارند.

نقش‌های ویژه ژل و مایع کاهنده مقاومت

کمک به رسیدن به مقاومت مطلوب سیستم زمین (نقش کاهندگی مواد)
تضمین پایداری طولانی مدت سیستم ارت ایجاد شده (نقش حفاظتی)
صرف مواد اولیه و هادی‌های ارت کمتر (نقش اقتصادی)

مشخصات مواد کاهنده مقاومت

به طور کلی انواع مواد کاهش دهنده مقاومت الکتریکی زمین مانند ژل کاهنده و مایع کاهنده استاندارد ویژگی ظاهری خاصی ندارند مگر آنکه روی بسته بندی علامت استاندارد درج شده باشد، ولی به طور کلی مشخصه اصلی مواد کاهنده شامل تامین مقاومت الکتریکی کم، نداشتن خاصیت خورندگی برای الکترود‌ها، پایداری شیمیایی بالا، شسته نشدن، نوسان کم مقاومت ایجاد شده و عدم ایجاد آلودگی در محیط زیست می‌باشد که در مجموع استفاده از موادی که این ویژگی‌ها را دارند سبب می‌شود سیستم ارت ما با اطمینان بیشتری کار کند. در انتخاب نوع ماده کاهش دهنده مقاومت باید به جنس زمین توجه داشت و ماده مناسب را انتخاب کرد.

ویژگی‌های ژل کاهنده و مایع کاهنده مقاومت

توانایی جذب و نگهداری رطوبت
دارای عمر طولانی و ماندگاری بالا
مقاوم در برابر هوازدگی و تغییر شرایط محیطی
سازگاری با محیط زیست
ساخته شده از ترکیبات غیر سمی
نحوه استفاده از ژل کاهنده اهم زمین

ابتدا باید مواد کاهنده مانند بنتونیت را با آب مخلوط کنیم تا به صورت ملات در آید بعد ژل کاهش دهنده مقاومت زمین را با این مواد کاهنده ترکیب کرده تا ژل به تمام قسمت‌های ملات نفوذ کند سپس ته چاه را با این ملات پر کرده و بعد از قرار دادن الکترود‌ها بقیه ملات دور آن‌ها ریخته می‌شود و در نهایت باقیمانده چاه با خاک رس پر می‌شود.