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، زمینهایی 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 به عنوان یک روش مؤثر و نوین
متداول تر 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.
بنتونیت
با توجه به خواص فوق به عنوان یک الکترولیت بهینه انتخاب می شود گرچه مواد
دیگری چون GEM ، مارکونیت و ... قابلیتهایی دارند لیکن به علت رعایت مسائل
ایمنی هنگام مصرف در کار و قیمت بالا در قیاس با بنتونیت در جایگاه پایین
تری قرار دارند.