پاسخ کوتاه: نه، مادهٔ کاهنده در همهٔ خاکها ضروری نیست. در خاک سنگی و پرمقاومت که با میلهٔ بلندتر یا بیشتر به مقاومت لازم نمی‌رسید، تقریباً راه دیگری ندارید؛ در خاک شنی و خاکی که در تابستان خشک میشود، برای پایداری مقاومت توصیه میشود؛ و در خاک رسی مرطوب که با خود خاک به مقاومت هدف میرسید، اختیاری است. با این حال سیستم ارت کاری دائمی است و فقط «مقاومت کم در روز نصب» کافی نیست؛ مقاومت باید سال‌ها پایدار بماند و الکترود سالم بماند.
ما در گروه کالوت در این مقاله گفته‌ایم مادهٔ کاهنده کجا لازم است، چقدر اثر دارد، چه جایگزین‌هایی دارد و چطور میشود با چند قدم ساده تصمیم گرفت. انواع این مواد را در انواع مواد کاهندهٔ مقاومت الکتریکی زمین معرفی کرده‌ایم.
در کدام خاک لازم است و در کدام اختیاری؟
- خاک سنگی و پرمقاومت (ضروری): استاندارد BS 7430:2026 (بند ۸٫۲٫۲) می‌گوید در جاهای پرمقاومت یا زمین سنگی که کارکرد بلندمدت لازم است، باید استفاده از پرکنندهٔ رسانا دور میله یا تسمه بررسی شود. در این خاکها کوبیدن میلهٔ بلندتر یا بیشتر هم اغلب سخت یا ناممکن است. همین استاندارد (یادداشت ۳ بند ۸٫۷٫۱) توضیح می‌دهد بخش بزرگی از ولتاژ الکترود در همان چند سانتیمتر خاک چسبیده به آن افت میکند؛ برای همین بهتر کردن همین ناحیه این‌قدر اثر دارد.
- خاک شنی، سنگریزه‌ای یا خشکِ فصلی (توصیه میشود): طبق BS 7430 (بند ۸٫۱۴٫۳٫۳) شن و ماسه رسانای ضعیفی‌اند، به‌ویژه وقتی خشک می‌شوند، و آب را نگه نمی‌دارند. مقاومت این خاکها با فصل زیاد و کم میشود (اثر رطوبت خاک بر مقاومت ارت). یک ستون یکنواخت ماده تماس الکترود را کامل و مقاومت را پایدارتر میکند.
- خاک رسی مرطوب (اختیاری): BS 7430 (بند ۸٫۱۴٫۲٫۱) می‌گوید اگر خاک بومی همان محل رسانایی مناسب دارد و مواد خورنده ندارد، همان خاک برای پر کردن دور الکترود استفاده شود و خوب کوبیده شود. پس اگر در خاک رسی با طول و تعداد مناسب میله به مقاومت هدف میرسید، مادهٔ کاهنده الزامی نیست.
یک نکته دربارهٔ خاکهای خوب: خاکی که مقاومت کمی دارد معمولاً خورنده‌تر است. BS 7430 (یادداشت‌های ۱ و ۲ بند ۸٫۱۱٫۱) خاکها را به ترتیب خورندگی از شنی به سیلتی، رسی و خاکهای آلی می‌چیند و می‌گوید کم‌خورنده‌ترین خاکها معمولاً همان خاکهای پرمقاومت‌اند. برای همین در خاک رسی و شور هم که مقاومت به‌راحتی به‌دست می‌آید، یک مادهٔ کاهندهٔ آزمونشده که الکترود را یکنواخت میپوشاند میتواند به عمر سیستم کمک کند (مواد کاهنده و خوردگی سیستم ارت).
مادهٔ کاهنده چقدر اثر دارد؟
BS 7430 (بند ۸٫۵٫۷) برای الکترودی که داخل ستونی از مادهٔ کممقاومت است، رابطهٔ جداگانه‌ای دارد. ما با همین رابطه یک میلهٔ ارت ۳ متری با قطر ۱۴٫۲ میلی‌متر را با و بدون ستون ماده به قطر ۱۰ سانتیمتر در سه خاک حساب کرده‌ایم:
- در خاک رسی ۲۰ اهممتر: از ۶٫۸ به ۴٫۹ اهم (حدود ۲ اهم کمتر)
- در خاک معمولی ۱۰۰ اهممتر: از ۳۴٫۱ به ۲۳٫۹ اهم (حدود ۱۰ اهم کمتر)
- در خاک شنی یا سنگی ۵۰۰ اهممتر: از ۱۷۱ به ۱۱۹ اهم (حدود ۵۲ اهم کمتر)
درصد کاهش در هر سه خاک تقریباً یکی است (حدود ۳۰ درصد)، اما اهمی که کم میشود خیلی فرق دارد. در خاک رسی دو اهم کمتر شاید برای رسیدن به هدف لازم نباشد؛ در خاک پرمقاومت همان ۳۰ درصد ممکن است فرق قبول و رد شدن سیستم باشد. محاسبهٔ کامل‌تر و اثر قطر ستون را در چرا استفاده از مواد کاهنده ارت مفید است؟ آورده‌ایم.
جایگزین‌ها: میلهٔ بلندتر و میلهٔ بیشتر
مادهٔ کاهنده تنها راه کم کردن مقاومت نیست. طول میله بیشترین اثر را دارد و با رسیدن به لایه‌های مرطوب‌تر، مقاومت پایدارتر هم میشود. میله‌های بیشتر هم مقاومت را کم میکنند؛ طبق IEEE Std 142 (بند ۴٫۱٫۵)، میلهٔ دوم فقط وقتی مقاومت را نزدیک به نصف میکند که چند برابر طول میله از اولی فاصله داشته باشد. میله‌های ارت مس‌پوش (کاپربند) را میشود با بوشن به هم وصل کرد و عمیق‌تر کوبید. فرمول هر آرایش در فرمول محاسبهٔ مقاومت الکترود زمین آمده است.
در عمل این راه‌ها کنار هم به کار میروند: در خاکی که کوبیدن ممکن است، اول طول و تعداد را درست می‌کنیم و ماده برای پایداری و حفاظت می‌آید؛ در زمین سنگی که کوبیدن ممکن نیست، چاه حفر میشود و ستون ماده بخش اصلی کار است.
چطور تصمیم بگیریم؟
- مقاومت ویژهٔ خاک را اندازه بگیرید (مقاومت ویژهٔ خاک و روش ونر). عددهای جدول‌ها فقط راهنما هستند.
- مقاومت الکترود را حساب کنید و با مقاومت هدف پروژه مقایسه کنید. مقاومت هدف را مقررات و طراح تعیین میکنند.
- اگر به هدف نمی‌رسد: اگر میلهٔ بلندتر یا بیشتر شدنی است، اول آن را بررسی کنید؛ اگر نیست، مادهٔ کاهنده لازم است.
- اگر به هدف می‌رسد: اگر خاک خورنده، سنگی یا با رطوبت فصلی است، مادهٔ کاهنده برای پایداری و حفاظت الکترود توصیه میشود؛ وگرنه خاک بومی خوب کوبیده کافی است.
- پس از اجرا اندازه بگیرید و اندازه‌گیری را دوره‌ای تکرار کنید (روش اندازه‌گیری مقاومت پایانهٔ زمین).
هر ماده‌ای مادهٔ کاهنده نیست
اگر تصمیم به استفاده گرفتید، ماده باید استاندارد باشد. BS 7430 (بند ۸٫۱۴٫۱) می‌گوید پرکنندهٔ دور الکترود باید رسانا، پایدار، سازگار با خاک و جنس الکترود باشد و به خوردگی آن کمک نکند. همین استاندارد کک و خاکستر بادی را به‌خاطر خورندگی جزو پرکنندههای ممنوع آورده است. نمک و زغال هم مقاومت را فقط موقتاً کم میکنند و الکترود را می‌خورند (آیا نمک و زغال مادهٔ استاندارد است؟).
ما خانوادهٔ مواد کاهندهٔ GIM را طبق IEC 62561-7 عرضه می‌کنیم: GIM برای خاکها و محیط‌های بسیار خورنده، GIM LIGHT برای شرایط معمولی و ECO GIM. اگر دربارهٔ لازم بودن یا نبودن ماده در پروژهٔ خود مطمئن نیستید، عدد مقاومت ویژهٔ خاک و مقاومت هدف را برای ما بفرستید.
