در مناطقی که جنس خاک و زمین آن مناسب نبوده، و سنگی، آهکی، شنی، خشک و … باشد مقاومت الکتریکی زمین بسیار بالا می باشد و با روش‌های عادی و معمولی نمی توان سیستم ارت مناسب را مهیا نمود و به مقاومت الکتریکی مطلوب دسترسی پیدا کرد.لذا در شرایط فوق از موادی استفاده می کنند که با خصوصیات مختلف کمک به ارتقای سیستم زمین می نماید. اینگونه مواد با داشتن ترکیباتی خاص این توانایی را دارا می باشند 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 کاهنده ی 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 می شد و حتی استفاده از این ترکیبات به دستور العمل ها و اسپک های 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 ساده ترین 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.
انواع مواد کاهنده مقاومت اهمی خاک:
۱-مواد کاهنده GIM یا GEM
GIM ترکیبی از انواع مواد معدنی و شیمیایی با پایه کربنی و با ضریب هدایت الکتریکی بسیار بالا می باشد که برای پر کردن اطراف هادی های ارت در سیستم ارتینگ استفاده می شود.GEM ترکیبی از انواع مواد معدنی و شیمیایی با ضریب هدایت الکتریکی بسیار بالا و در عین حال خنثی می باشد که برای پر کردن اطراف هادی های ارت استفاده می شود. GEM به دلیل داشتن ترکیبات خاص، مقاومت الکتریکی زمین را به مقدار زیادی کاهش داده و موجب ارتقای کارایی و عملکرد سیستم های ارتینگ می شود. بیشترین موارد استفاده از مواد فوق در مناطقی می باشد 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 می باشد.
۲-ماده کاهنده LOM
lom یکی از المان هایی است که به عنوان مواد کاهنده مقاومت زمین در سیستم چاه ارت مورد استفاده قرار می گیرد 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 ماده ای 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 می باشد به صورت کیسه های ۱۵ کیلوگرمی به فروش می رسد در واقع پودری است که هدایت الکتریکی بالایی دارد و می تواند 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 می باشد و به دلیل وجود ترکیبات شیمیایی دارای هدایت الکتریکی بالایی است که در هر منطقه ای با هر شرایطی قابل استفاده می باشد.
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 هادی های 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. این مواد دارای تاییدیه آزمایشگاهی و نماینده کما هلند در ایران می باشد.
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 می گردد. 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 62561-7 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 کاهندهTK1
این ماده بافرمولاسیون استاندارد جهت استفاده در تمام مناطق با قابلیت انتقال جریان الکتریکی بسیار عالی تولید و بسته بندی های مقاوم دو لایه به وزن ۱۵ کیلوگرم عرضه می گردد.
فرمولاسیون:
بنتونیت میکرونیزه: بنتونیت استفاده شده در خاک TK1 براساس استاندارد OCMA آمریکا تولید و کاملا میکرونیزه می شود و حداقل ۷۰درصد بیشتر از بهترین نمونه های بتونیت میکرونیزه موجود در بازار 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 می یابد.
زغال میکرونیزه صنعتی:زغال علاوه بر جذب و نگهداری رطوبت، در ترکیب با نمک به عنوان عامل نگهدارنده نمک در مخلوط خاک عمل می نماید.در خاک TK1زغال به شکل کاملا میکرونیزه استفاده می شود و با توجه به مخلوط یکنواخت شده، به بهترین نحو ممکن با گرانول نمک ترکیب و عمل الکترولیت را به طور پایدار انجام می دهد.ضمنا از وظایف دیگر زغال، جلوگیری نسبی از خوردگی الکترود مس می باشد.
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 در لابراتور شرکت آکان می باشد که از خوردگی الکترود مس توسط نمک های موجود در زمین جلوگیری می کند.
الکترولیت:این ماده عامل افزایش بسیار مطلوب هدایت الکتریکی خاک است.
فزودنی ویژه:ماده ای است فرموله شده در لابراتور شرکت آکان که عامل مهمی در جلوگیری از ترک خوردگی بنتونیت هنگام کمبود رطوبت است.
سایر افزودنی های معدنی و شیمیایی همساز با محیط زیست.
۵--ماده کاهندهTK2
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 خاک های 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
مزایا:
۱)توان جذب ۲٫۵ برابر بیش از بهترین انواع خاک های کاهنده
۲)قابلیت نگهداری رطوبت ۴ برابر بیشتر از خاک های 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 می نماید.
۴)به علت جذب آب بیشتر و افزایش حجم، میزان مصرف آن ۶۰ درصد کمتر از سایر خاک ها است.
۵)بهترین شرایط پیشنهادی برای مصرف این خاک به صورت خالص است اما می توان آن را به نسبت ۱ به ۱ با بنتونیت نیز مخلوط نمود.
خاک ژله ای در کیسه های ۱۵ کیلویی دو لایه عرضه می شود.
۶-ماده کاهنده بنتونیت
بنتونیت سنگ رسی با خاصیت ویژه ای می باشد. رنگ این سنگ در حالت هوازده سبز روشن و سبز مایل به زرد است و ترکهایی مثل ترکهای موم سفت در آن موجود می باشد. 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 می شود. به طور کلی بنتونیتها به سه دسته تقسیم می شوند: 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 می شود 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 می کند
بنتونیت مناسب برای ارتینگ و چاه ارت دارای ذرات با انداره بسیار ریز ( ریز تر 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 می رسد بصورت ماده ای لزج وغلیظ درآمده و نه تنها شکل خود را حفظ می کند، بلکه درصورت تماس با سطوح دیگر به آن چسبیده و می تواند 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 می شود.
۷-ژل و مایع کاهنده مقاومت
انواع ژل و مایع کاهنده ترکیبات جدیدی هستند که در راه اندازی چاه ارت مورد استفاده قرار می گیرند 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 می شود و خاصیت ژلاتینی آنها با عث شده که خشک نشوند. به طور کلی بد نیست بدانید برای کاهش مقاومت زمین در چاه های ارت از مواد مختلفی استفاده می شود که تمامی آنها هدایت الکتریکی بالایی دارند به طور مثال در گذشته از نمک و زغال سنگ برای این کار استفاده می شده 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 می توانند ضمن کاهش دادن مقاومت الکتریکی زمین باعث خوردگی الکترودها نشوند و همچنین این مواد به راحتی نیز شسته نمی شوند. در استفاده از مواد کاهنده باید توجه نمود که در مناطقی با مقاوت بیش از حد معمول می توان 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 می تواند 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.
نقش های 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 هادی های 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 می باشد که در مجموع استفاده از موادی که این ویژگی ها را دارند سبب می شود 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.
ویژگی های 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 قسمت های ملات نفوذ کند سپس ته چاه را با این ملات پر کرده و بعد از قرار دادن الکترودها بقیه ملات دور آنها ریخته می شود و در نهایت باقیمانده چاه با خاک رس پر می شود.