خوردگی در سیستم ارت :

تامین ایمنی در برابر برق گرفتگی انسان در بهرهبرداري از سیستم الکتریکی، ایجاد مسیري مناسب و مطمئن براي جریان عملیاتی با هدف تحریک لوازم حفاظتی به واکنش و یا تامین ایمنی در برابر برق گرفتگی هنگام انجام تعمیرات بر روي تجهیزات ضرورت وجود سیستم اتصال زمین در سیستمهاي الکتریکی را اجتنابناپذیر ساخته است.

ماهیت مقاومت اتصال زمین یک الکترود شامل:
1- مقاومت الکترود (فلز)
2- مقاومت تماس بین الکترود و فلز
3- مقاومت خاك است
در صورت استفاده ازتجهیزات استاندارد و اجراي صحیح اتصالات، دو مقاومت اول خیلی کوچک بوده (معمولاًکسري از یک اهم) و میتوانند در موارد عملی صرفنظر شوند بنابراین مقاومت خاك موردي است که باید به آن توجه بیشتري شود.در عمل انتخاب بهترین محل براي احداث اتصال زمین یا محدوده آن مشکل است زیرا عواملی خارج ازکنترل متخصصان و کارشناسان برق محل احداث الکترود را مشخص میکند همچنین باید توجه داشت که مشخصات و املاح موجود در خاك یک منطقه رانیز نمیتوان کلاً تغییر داد. بنابراین یکی از روشهاي کاهش مقاومت خاك و به تبع آن کاهش مقاومت اتصال زمین ،استفاده از مواد کاهنده مقاومت خاك است.

چگونگی کاهش مقاومت خاك توسط مواد کاهنده مقاومت خاك:
1- مواد کاهنده مقاومت خاك، داراي مقاومت ویژه بسیار کمی هستند همچنین این مواد اطراف الکترود قرار گرفته، باعث افزایش سطح مقطع آن شده و به علت مقاومت ویژه کم باعث کاهش مقاومت الکترود میشود.
2- مواد کاهنده مقاومت خاك با داشتن ذرات ریز در میان خلل و فرج خاك نفوذ کرده و به دلیل دارا بودن قابلیت جذب رطوبت و انبساط بالا، سطح تماس الکترود با زمین را افزایش میدهند.
3- هنگامی که در اطراف الکترود از مواد کاهنده مقاومت خاك استفاده میشود ،در اطراف الکترود مایع الکتریسیتهدار شروع به حرکت میکند که این حرکت باعث ایجاد لایهاي در اطراف الکترود میشود که به آن لایه، لایه Permeation میگویند که در واقع یکی از مهمترین عوامل کاهش مقاومت خاك همین لایه Permeation است.

خوردگی در خاك :
براي آنکه سازهاي در خاك دچار خوردگی شود باید یک پیل خوردگی تشکیل شود حال با قبول این مطلب به بیان شرایطی میپردازیم که با واقع شدن آنها یک پیل خوردگی میتواند صورت گیرد:
الف- یک کاتد و یک آند باید وجود داشته باشد.
ب- باید بین آند و کاتد اختلاف پتانسیل وجود داشته باشد.
ج- آند و کاتد باید در یک محیط رسانا قرار داشته باشند.
براي یک الکترود اتصال زمین مدفون شده در خاك شرایطی وجود دارد
( فلزات غیر همجنس- تغییر غلظت اکسیژن - تغییر جنس خاك و ...) که به تشکیل نقاط آندي و کاتدي منجر میشود و شرایط الف و ب تامین میشوند و شرط ج با توجه به اینکه رطوبت موجود در خاك به عنوان یک الکترولیت محسوب میشود خود به خود مهیا است.

انواع پیلهاي خوردگی درخاك:
پیلهاي ناشی از اتصال فلزات غیر همجنس)Dissimilar Metals Cell(هر فلزي که درداخل الکترولیتی قرا رداده شود پتانسیلی نسبت به آن الکترولیت پیدا خواهد کرد که هر گاه یک الکترود دیگر به عنوان مرجع داشته باشیم به سادگی میتوان اختلاف پتانسیل بین الکترود مرجع و فلز مورد نظر را اندازهگیري کرد چنانچه در سیستم اتصال زمین مثلاً اتصال بین ساختمان فولادي و مسی عایق نشده باشد، شرایطی براي تشکیل پیل فلزات غیر همجنس آماده بوده و عملاً خوردگی شدیدي در محل اتصال خواهیم داشت.
پیلهاي تنشی (Cell Stress) : یکی از انواع پیلهایی که میتواند درالکترودهاي اتصال زمین سبب خوردگی شود پیل تنشی است این پیل در نتیجه نصب نادرست الکترودها و ایجاد تنشهاي کششی و فشاري باقیمانده در آنها ایجاد میشود به عبارت دیگر نیروهایی که در هنگام نصب به الکترود وارد میشود سبب انحنا نسبتاً کمی در آنها میشوند سپس قسمتهایی از الکترود که تحت تنش کششی قرار دارند به صورت آند عمل کرده و قسمتهایی که تحت تنش فشاري قرار دارند به صورت کاتدي عمل می کنند و در نتیجه بوجود آمدن نواحی آندي و کاتدي باعث ایجاد پیل تنشی و خوردگی در الکترودهاي اتصال زمین می شوند.

پیلهاي اختلاف هوادهی خاك (پیلهاي غلظتی اکسیژن): هرگاه در اطراف الکترود، غلظت هواي موجود از نقطه اي به نقطه دیگر متفاوت باشد این نوع پیل خوردگی که شاید مهمترین پیل خوردگی باشد تشکیل میشود و عملاٌ این مورد زیاد اتفاق میافتد قسمتهایی که نفوذ هوا (اکسیژن) کمتر است نواحی آندي و قسمتهایی که نفوذ هوا(اکسیژن) بیشتر باشد نواحی کاتديهستند.براساس آزمایشاتی که توسط مرکز استاندارد (National Bureau of Standard) در خاك دست خورده انجام گرفته مشخص شده که خوردگی در این نوع خاك تاثیر فاکتورهایی از قبیل مخلوط خاك، آلودگی خاك، مقاومت خاك، دماي خاك ،PH خاك و پتانسیل شیمیایی خاك است.
مخلوط خاك بوسیله نسبت شن، ماسه و رس که در خاك موجود هستند مشخص میشود که تغییر نسبت هر کدام می تواند به نوعی در خوردگی خاك موثر باشد، بدلیل اینکه این نسبتها خصوصیات خاك (الکترولیت) را تغییر میدهند به عنوان مثال خاك رس ، داراي دانه هایی ریز و حداقل فضاي خالی در بین ذرات است که این امر باعث کاهش حرکت هوا و آب در بین ذرات میشود و وقتیکه مرطوب باشد اختلاف دمش را کم کند. دانه هاي ماسه ، اندازه بزرگتري داشته و اجازه عبور هوا را میدهد و رطوبت را پراکنده می کند. همچنین مخلوط خاك تاثیر مهمی در نفوذ نمک و گاز داشته و اساساٌ خاکهاي ماسهاي نفوذ پذیري خوبی دارند.خاك بطور کلی یک ماده آمفوتر است و بخاطر این موضوعات تغییرات PH آن بوسیله باران ناچیز است. نمک ماسه در بارندگی زیاد به دلیل نفوذ پذیري خوب ماسه ، شسته می شود که این مهم باعث تغییر PH محیط میشود. اما این تغییرات تاثیر کمی روي خوردگی خاك می گذارد. خوردگی در خاك دست خورده به مراتب بیشتر از خوردگی در آن قسمت از خاك است که دست نخورده است و اصولاٌ در این قسمت خاك مستقل از شرایط خاك است. نقش اکسیژن در خاك دست نخورده خیلی بیشتر از تاثیرات مقاومت خاك،PH و ... است.
نفوذ اکسیژن در خاك دست نخورده مخصوصاٌ در سفره هاي آب زیرزمینی به اندازه کافی کم و از پدیده خوردگی جلوگیري می کند. پیل هاي ناشی از اتصال میله هاي نو و کهنه هنگامی که قسمتی از یک میله کهنه با قسمت جدیدي تعویض شود یا یک میله کهنه با یک میله نو اتصال یابد، بخاطر وجود محصولات خوردگی بر روي نقاط کهنه، یک پیل خوردگی تشکیل شده به نحوي که میله هاي تازه نواحی آندي و میله کهنه نواحی کاتدي را تشکیل میدهند. این اتفاق بیشتر در الکترودهاي نوع میله اي اتفاق می افتد.

پیلهاي حرارتی : تغییرات دما در طول الکترود ها باعث بوجود آمدن آند و کاتد در میله شده، به این صورت که در قسمتهایی که دما بالا است، لایه هاي اکسیدي سریعتر، تشکیل شده ولی در قسمتهایی که در دماي پایینتر قرار دارند، لایههاي اکسیدي هنوز تشکیل نشده و آند میشوند و پیلی موسوم به پیل حرارتی بوجود می آورند.به طور مثال، گازي که بلافاصله از ایستگاههاي گاز خارج می شود، گاز داغ بوده و حرارت ناشی از گاز داغ، به لولههاي انتقال گاز هدایت شده و در نتیجه باعث افزایش دما در لولههایی که در فواصل نزدیک به ایستگاههاي گاز قرار دارند می شود. افزایش دما در لولهها سبب ایجاد پوستهاي اکسیدي در روي لولههایی که در نواحی نزدیک به ایستگاههاي گاز قرار دارند شده و این نواحی نسبت به لولههاي دورتر که به علت دماي پایین تر هنوز لایههاي اکسیدي روي آنها تشکیل نشده، کاتد شده و لولههاي سرد که لایههاي اکسیدي روي آنها ایجاد نشده آند است.

پیل حاصل از شرایط مختلف خاك : چنانچه ترکیب خاك محیط اطراف الکترودها از منطقه اي به منطقه دیگر اختلاف داشته باشد در این صورت اختلاف پتانسیل در این مناطق بوجود آمده و پیل خوردگی تشکیل خواهد شد.
خوردگی ناشی از جریان هاي سرگردان : جریان سرگردان جریانی است مستقیم یا یکسو (dc) که از منابع مختلفی است که مهمترین منابع تولید آن، خطوط راه آهن، جریان مربوط به یک سیستم حفاظت کاتدي بر روي تاسیسات حفاظت نشده مجاور و ... است در برخی موارد مقدار و اندازه این جریانها ممکن است به حدي زیاد باشند که به آسانی نتوان آن راخنثی کرد. مخصوصاٌ در حالاتی که این جریانها در موقع تخلیه ، سطوحی را نسبت به محیط اطراف تا چند ولت مثبت کنند.علاوه بر جریانهاي سرگردان متغیر که گفته شد ممکن است جریانهاي سرگردان دائمی نیز وجود داشته باشد که اغلب ناشی از وجود جریانهاي اعمال شده به سیستمهاي حفاظت کاتدي تاسیسات معینی هستند این جریانها به سهولت می توانند به تاسیسات مجاور وارد شوند، مخصوصاٌ در مواردي که حفره هاي آندي تاسیسات حفاظت شده در نزدیکی تاسیسات مجاور قرار گرفته باشند در این شرایط تاسیساتی که تحت حفاظت کاتدي قرار نگرفته اند در داخل میدان سرگردان قرار می گیرند بطوري که زمین نسبت به آن مثبت شده و در نتیجه این اختلاف پتانسیل مثبت جریانها وارد آن شده و چون مسیر فلزي وجود ندارد تا این جریانها به منبعی که آن را تولید کرده برگرداند لذا اجباراٌ باید به زمین تخلیه شوند که منجر به خوردگی در همین نواحی که جریانها خارج میشوند خواهد شد.اما براساس نظر یولیگ (Uhlig) خوردگی بوسیله جریان سرگردان متناوب کمتر از خوردگی بوسیله جریان مستقیم است نتیجه خوردگی فرکانسها کم بیشتر از خوردگی در فرکانسهاي بالا است براساس تخمین این دانشمند براي فلزاتی از قبیل فولاد، مس،سرب در فرکانس 60 هرتز جریان متناوب ،میزان خوردگی یک درصد از مقدار جریان مستقیم است.

خوردگی میکروبی : خوردگی میکروبی یکی از مشکلات جدي صنایع است و باعث خسارات شدیدي در تاسیسات صنعتی شده است در این نوع خوردگی میکرو ارگانیسم ها واسطه عمل هستند فعالیت بیولوژیکی میکرو ارگانیسمها در محیط هاي مختلف از جمله خاك، آب،دریا و ... در خوردگی موثر هستند. میکرو ارگانیسمهاي موثر در خوردگی شامل باکتریهاي هوازي، غیرهوازي و قارچها هستند باکتریهاي هوازي شامل باکتریهاي اکسیدکننده گوگرد، اکسیدکننده آهن، اکسیدکننده آمونیاك و باکتریهاي مصرف کننده مواد نفتی و ... هستند.باکتریهاي اکسیدکننده گوگرد، ترکیبات گوگردي عنصر گوگرد را به یون سولفات و اسید سولفوریک تبدیل کرده و می توانند شرایط بسیار خورنده اي را ایجاد کنند این باکتریها غالباٌ در میادین نفتی، سیستم لوله کشی فاضلاب حاوي ترکیبات گوگردي و ... وجود دارند و در لوله ها و سیستم فاضلاب باعث خوردگی سریع لوله هاي سیمانی می شوند.

باکتریهاي اکسیدکننده آهن : باکتریهاي اکسد کننده آهن، آهن دوظرفیتی را از محلول جذب کرده و آن را به صورت هیدروکسید فریک در اطراف دیواره هاي سلولی خود حبس می کنند رشد باکتریهاي آهن غالباٌ باعث ایجاد تاولهایی روي سطوح فولاد شده که منجر به خوردگی فلز می شود.

باکتریهاي اکسید کننده آمونیاك : باکتریهاي اکسیدکننده آمونیاك با اکسیدکننده آمونیاك و تولید اسید نیتریک باعث خوردگی آهن و اکثر فلزات دیگر می شوند این عمل در خاکهایی که در آنها کودهاي آمونیاکی به مقدار زیاد مصرف می شود و در زیر آن خطوط لوله قرار دارند ممکن است باعث خوردگی شود.

باکتریهاي مصرف کننده مواد نفتی : باکتریهاي مصرف کننده مواد نفتی با تجزیه و تخریب پوششهاي قیري لوله هاي حفاظت لوله ها در مقابل خوردگی را از بین برده و باعث تسریع در خوردگی می شود.

قارچها : قارچها با تولید اسیدهاي آلی از جمله اسید سیتریک و اسید استیک و رشد روي سطوح اجسام و ایجاد محیط مناسب براي سایر میکروارگانیسمها می توانند باعث خوردگی سطوح فلزات شوند.

باکتري هاي احیا کننده سولفات : از بین باکتریهاي موثر در خوردگی یک گروه بی هوازي بسیار خورنده به نام باکتریهاي احیاکننده سولفات است.