الکترود زمین شیمیایی (الکترود یونی)

در خاک‌های مقاومت بالا، سخت و خشک که امکان رسیدن به مقاومت‌های کوچک با استفاده از الکترودهای متداول وجود ندارد، الکترودهای شیمیایی (یونی) یکی از انتخاب‌های مناسب محسوب می‌شوند. این دست از الکترودها با استفاده از افزایش رسانایی خاک اطراف الکترود اقدام به کاهش مقاومت می‌نمایند. در این مقاله به این نوع از الکترودها پرداخته می‌شود.

در برخی از شرایط به دلیل عواملی نظیر فضای محدود و یا مقاومت مخصوص بسیار زیاد خاک (برای نمونه در مناطق صخره‌ای و سنگی) امکان احداث یک سیستم زمین با مقاومتی کوچک و با استفاده از الکترودهای رایج (نظیر الکترودهای میله‌ای) بسیار دشوار می‌گردد. برای نمونه در یک خاک با مقاومت مخصوصی برابر با 500 اهم متر، تعداد الکترودهای میله‌ای 3 متری استاندارد برای رسیدن به مقاومتی در حدود 10 اهم بسیار زیاد می‌شود (در حدود 25 الکترود میله‌ای با فواصل 5 متری بین الکترودها!!!) حال آن که در برخی از موارد ممکن است حتی نیاز به رسیدن به مقاومت‌های کوچک‌تری نیز باشد. این امر سبب می‌شود که نیاز به یک الکترود ویژه حس شود.

الکترودهای شیمیایی قادر به ارائه مقاومتی کوچک در مواجهه با خاک‌های مقاومت بالا و خشک هستند. این نوع از الکترود با استفاده از یک بکفیل پیرامونی (نظیر بنتونیت) و استفاده از مواد یون‌ساز مناسب، قادر است تا از طریق کاهش مقاومت خاک اطراف اقدام به کاهش مقاومت الکترود نماید. این امر به حدی است که در خاک‌هایی با مقاومت الکتریکی بالا، یک الکترود زمین شیمیایی قادر است تا مقاومتی کمتر از چندین الکترود عادی با ابعاد مشابه داشته باشد. این گونه از الکترود در مواردی نظیر سامانه‌های مخابراتی، نیروگاه‌ها، شبکه‌های توزیع، صنایع، حمل و نقل، حفاظت در برابر صاعقه و صنایع دفاعی کاربرد دارد. در شکل 1 دو نمونه از انواع عمودی و افقی (به شکل L) از شرکت اریکو (erico) به عنوان مثال ارائه گردیده است. 

شکل 1 - الکترودهای شیمیایی می‌توانند به دو شکل عمودی و یا افقی اجرا گردند (تصویر مربوط به محصولی از شرکت اریکو)

ساختار الکترودهای یونی عموما از یک لوله فلزی (مثلا مس یا فولاد گالوانیزه) ساخته شده که بر روی بدنه آن سوراخ‌هایی تعبیه شده است. شارژ شیمیایی داخل لوله‌ها به گونه‌ای انتخاب می‌شود که قابلیت یون‌سازی داشته باشد. این مواد عموما از نمک‌های جاذب رطوبت تشکیل شده‌اند. در اثر انحلال نمک‌های یاد شده، یک محلول یونی از سوراخ‌های تعبیه شده در بدنه الکترود به محیط پیرامونی منتشر شده و این امر سبب کاهش چشم‌‌گیر مقاومت مخصوص خاک اطراف می‌گردد. مسیرهای نشر محلول الکترولیتی منتشر شده از الکترود به مرور زمان سبب تشکیل «ریشه‌های الکترولیتی»¹ می‌شوند (شکل‌های 1 و 2). می‌بایست به صورت دوره‌ای (بسته به محیط و نمک‌های استفاده شده هر چند سال یکبار) نسبت به شارژ مجدد مواد داخل لوله‌ها اقدام شود و داشتن یک دریچه بازدید برای بررسی میزان پر بودن این مواد ضروری است.

اطراف الکترود نیز ممکن است از یک یا چند مدل از بکفیل‌ها اجرا شود. برای نمونه ممکن است اطراف الکترود از یک جنس بکفیل (مثلا بنتونیت) پر شده باشد و یا نظیر مثال شرکت اریکو در شکل 1 از دو نمونه بکفیل (بنتونیت در کنار GEM با آرایش خاصی که در شکل ارائه گردیده) استفاده شده باشد. نمونه‌ای دیگر از این نوع از سیستم زمین ساخت شرکت Harger در شکل 2 ارائه گردیده است.

شکل 2 - نمونه‌ای از الکترودهای شیمیایی افقی و عمودی شرکت Harger

عنصر یون‌ساز به کار رفته در داخل الکترود اهمیت بسیار زیادی دارد. برای نمونه شرکت هارگر از ترکیبی خاص از سدیم کلراید و کلسیم کلراید به عنوان مخلوط نمکی داخل الکترود استفاده می‌کند. کلسیم کلراید یک نمک "فعال" بوده که به طور مداوم از محیط پیرامونی رطوبت جذب می‌کند. هرچند که ممکن است در سازنده‌های دیگر از نمک‌هایی نظیر منیزیم کلراید استفاده شود که لزوما جاذب رطوبت نبوده و در این صورت برای فعال‌سازی محلول یونی نیاز به اضافه نمودن آب است. در این موارد تداوم آب‌رسانی امری ضروری بوده و می‌بایست در نظر گرفته شود، چرا که در صورت خشک شدن مواد، مقاومت الکترود به شدت افزایش یافته و عملا فرایند یون‌سازی غیر فعال می‌گردد. 

چند نکته:

• توجه شود که نحوه اتصال هادی زمین در هر دو سازنده به صورت جوش اگزوترمیک اجرا شده است.
• جنس الکترود می‌بایست از مس و یا فلزات مشابه مقاوم در برابر خوردگی باشد.
• قطر داخلی بیش از 2 اینچ و و ضخامت دیواره بیش از 0.08 اینچ باشد.
• شارژ شیمیایی به کار رفته داخل الکترود نباید به گونه ای باشد که سبب خوردگی بیش از اندازه الکترود زمین شود. برخی از سازنده ها عمری مابین 30 الی 50 سال برای الکترودهای شیمیایی خود ذکر کرده اند. لذا عمر الکترود و ملاحظات مربوط به خوردگی نیز میبایست در همه قسمت های طراحی مورد توجه ویژه ای واقع شود.

¹: ریشه‌های الکترولیتی: electrolytic roots

انتهای پیام.