Oft heyrum við umræður um jarðskaut, til hvers þau eru og hvernig þau geti haft áhrif á flökkustrauma og/eða heilsu fólks og dýra. En hvað eru jarðskaut og hvernig virka þau? Jarðskaut eru notuð til að koma óæskilegum og hættulegum rafstraum sem fyrst í burtu frá fólki og tækjabúnaði.
Vandamálið við rafstraum er að hann sést ekki með berum augum, við sjáum hinsvegar afleiðingarnar ef eitthvað fer úrskeiðis og straumurinn fer þangað sem hann ætti helst ekki að leita. Þegar vatnsstraumur „fer á flakk“ þá blasir það oftast við þó erfitt geti verið að komast fyrir leka á þökum eða álíka eins og mörg okkar kannast við.
Rafstraumur er eins og vatnsstraumur hann leitar alltaf að auðveldustu leiðinni til sjávar eða „jarðar“ eins og oftar er sagt um rafstrauminn. Hallinn til sjávar/jarðar ræður því hve mikinn kraft vatnið leggur í þetta ferðalag en í tilfelli rafstraums er „hallinn“ kallaður spenna eða „volt“. Á leiðinni mæta þessir straumar allskonar fyrirstöðu sem kallað er viðnám á fagmálinu.
Jarðskaut eiga að tryggja að straumar sem notaðir eru í tækjabúnaði bygginga fari beina leið til jarðar en finni sér ekki óvæntar og óæskilegar leiðir (leka). Við getum borið þetta saman við vatnið eins og hér að framan, en við þekkjum öll dæmi þess að vatn á þökum finni sér óæskilega leið í gegnum sprungur eða annað sem veitir ekki nógu mikið viðnám gegn streymi þess, þegar við ætlumst til þess að dúkar og þakrennur flytji það beina leið til jarðar.
Þegar von er á ákveðnu magni af vatni þá dugar rör sem hefur eitthvað tiltekið þvermál. Jafnvel þó þvermál þess væri tvöfaldað myndi það hafa lítil sem engin áhrif á vatnsflæðið í rörinu. Það myndi litlu breyta hvort niðurföllin væru 70 mm eða 7000 mm í þvermál ef vatnsmagnið verður aldrei það mikið að 70 mm rör gæti tekið við því öllu. Það sama á við um rafstrauminn. Þegar leiðarinn sem flytur mesta mögulega straum hefur náð ákveðnum sverleika þá breytir það litlu sem engu að tvöfalda sverleika leiðarans. Það er svo verkefni verkfræðinnar á viðkomandi fagsviði að ákvarða þennan sverleika svo ekki sé verið að eyða óþarfa peningum í verkefnið sem slíkt.
Rangur frágangur jarðbindinga getur haft í för með sér hættu á líkamlegu tjóni og jafnvel dauða og því ætti ávallt að leita ráða hjá þeim sem hafa til að bera viðeigandi fagþekkingu þegar verið er að skoða jarðskaut og frágang á þeim. Eitt af því sem skiptir miklu máli er að ná sem lægstu viðnámi til jarðar en það er mælt í svokölluðum ohmum [Ω].
Fyrir nokkru síðan var fjallað í fréttum um nýtt svokallað djúpskaut fyrir Sjúkrahúsið á Akureyri. Þar kom fram að hið nýja skaut væri gert úr ellefu 120 mm² koparleiðurum(11x120 mm²), sem lagðir voru í 89 m djúpa borholu. Hönnunin var kostuð og framkvæmd af áhugahópi sem kallar sig velunnara sjúkrahússins á Akureyri.
Í ljósi samanburðarins við vatnstreymi hér að framan er áhugavert að skoða hvernig svona skaut virkar miðað við ýmsa aðra kosti sem eru í boði. Skoðaðir voru sex mismunandi valkostir.
1) 1x120 mm²
2) 7x120 mm²
3) 19x120 mm²
4) 1x50 mm²
5) 7x50 mm²
6) 19x50mm².
Auk þess skoðuð áhrif þess að hafa borholur mismunandi að dýpt.
Eftirfarandi mynd sýnir þennan samanburð á viðnámi fyrir hina mismunandi valkosti:
Á myndinni er teiknað upp reiknað viðnám (y-ás) sem mætir rafstraumi sem er á leið til jarðskauts og þá jarðar. Viðnámið tengist annarsvega því hversu sver leiðari (mismunandi litaðir ferlar) er notaður til að flytja hann sbr. dæmið um vatnspípuna hér að framan og hinsvegar hversu greiðan aðgang rafstraumurinn á út í jarðveginn sem umlykur hann þegar ofan í jörðina er komið (x-ás).
Myndin sýnir glöggt hvernig viðnámið lækkar hratt fyrstu dýptarmetrana. Þegar komið er niður fyrir 30 m - 40 m er línan orðið nokkuð flöt og viðnámið lækkar mjög lítið fyrir hvern meter sem grafið er dýpra. Eins má glögglega sjá á myndinni að það hefur ekki mikil áhrif á strauminn sem flæðir til jarðar hvort notaður er 1x50 mm² leiðari eða 19x120 mm² leiðarabúnt. Þarna sést það sama og minnst er á að framan varðandi niðurfallsrörin. Straumurinn er einfaldlega ekki það mikill að hann þurfi á meira „rými“ eða lægra viðnámi að halda.
Hér hefur viðnám jarðvegs einnig áhrif og er miðað við 2500 Ωm í öllum tilvikum sem er ekki ólíkleg stærð á Akureyri, en mestu máli skiptir þó að miða ávallt við sama jarðvegsviðnám svo samanburðurinn verði réttur.
Í tilviki sjúkrahússins á Akureyri hefði 89 m djúp hola með einum 120 mm2 eða jafnvel einum 50 mm2 löngum kopar vír gert sambærilegt gagn og þeir ellefu 120 mm2 vírar sem fóru í umrædda holu við sjúkrahúsið. Mesti hluti koparsins gerir því ekkert gagn og hefði mátt spara í innkaupum.
Lauslegir útreikningar sýna að 50 mm² koparvír í tveimur 20 m djúpum holum með 100 m millibili hefði gefið jafn lágt viðnám og ellefu 120 mm² koparvírar í 89 m djúpri holu.
Það hefur verið ánægjulegt að sjá hvernig þjóðin öll hefur treyst faglegum sérfræðingum okkar varðandi viðbrögð við COVID-19. Fjölmiðlar hafa í því tilviki ekki verið að hampa ýmsum „sérfræðingum“ sem hafa viljað fara aðrar og lítt rannsakaðar leiðir í þeim málum. Með þetta í huga, skal ítrekað hér enn og aftur að ekki síður er mikilvægt að leita til fagmanna þegar verið að útfæra og hanna jarðkerfi, sem geta skipt máli bæði fyrir kostnað og ekki síður öryggi þess fólks sem starfar í viðkomandi byggingum.
Eymundur Sigurðsson, verkfræðingur hjá Lotu ehf
Gunnar Sigvaldason, tæknifræðingur hjá Lotu ehf
