Заземление в вечной мерзлоте

Известно, что с уменьшением температуры - удельное сопротивление грунта возрастает. Так для суглинка при +10 С° оно не превышает 100 Ом*м, однако при температуре в -10 С° может достигать 500 - 1000 Ом*м.

Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его температуры (данные из IEEE Std 142-1991):

На этом графике хорошо видно, что при температуре ниже нуля грунт резко повышает свое удельное сопротивление, что связано с переходом воды в другое агрегатное состояние (из жидкого в твердое) - почти прекращаются процессы переноса заряда ионами солей и кислотными/щелочными остатками.

Для вечномерзлого грунта, температура которого ВСЕГДА составляет -3 -5 С°, характерно удельное сопротивление в 10-50 тысяч Ом*м.

Чтобы достигнуть необходимого сопротивления заземления в таких условиях - необходимо смонтировать количество заземляющих электродов в десятки раз превышающее количество электродов, необходимое в обычном грунте. Т.е. не 4 - 6 электродов, а 40 - 60. Что зачастую просто не выполнимо.

Кроме крайне высокого удельного сопротивления, для вечномерзлого грунта характерно такое свойство, как "выталкивание" любых посторонних объектов. Т.е. заземлитель, смонтированный в область вечной мерзлоты будет через некоторое время (годы) вытеснен из этой зоны.
Практически - это выглядит как подъём электрода из земли.

На фотографии - электроды глубиной 2 метра с приваренным соединительным проводником. Высота над уровнем земли около 80-90 см. До этого (2-3 года назад) вся конструкция находилась на глубине 0,5 метра НИЖЕ уровня земли.

Лето 2007 года, г. Якутск. Глубина зоны протайки вечной мерзлоты = 1,5 - 2 метра. Глубина зоны вечной мерзлоты = до 2х километров ниже уровня земли.

Основной способ заземления в вечной мерзлоте

С учётом сложностей заземления в вечномерзлых грунтах, для организации заземляющего электрода обычно применяется следующее решение -
засоление грунта.

Это добавление в почву такого количества обычной поваренной соли NaCl, которое позволяет снизить удельное сопротивление грунта около электродов до необходимого уровня.

Минусы такого решения:

соль вызывает очень сильную коррозию материала электрода
(обычно стали). Поэтому такие электроды служат не более 2-5 лет.
вымывание солей из грунта влагой весной и после дождей, понижающее концентрацию электролита в грунте, что снижает срок эффективной работоспособности электрода до 1-2 года

С развитием технологий и материалов удалось преодолеть оба минуса засоления при разработке электролитического заземления ZANDZ.

Дополнительный способ

Кроме засоления, для заземления в вечной мерзлоте иногда применяется такой сложный и дорогостоящий прием, как замена грунта. Он осуществляется путём вынимания естественного грунта и засыпка полученного объёма другим, имеющим низкое удельное сопротивление, грунтом (см. таблицу удельных сопротивлений грунта). Такой грунт из-за первоначально низкого сопротивления при замерзании не будет сильно повышать своё удельное сопротивление, а обычные заземлители, размещённые в нём дадут требуемое сопротивление заземления в любое время года.

Из-за необходимости замены существенного объёма грунта и удалённости объектов (чаще всего) - стоимость таких работ очень высокая. А из-за необходимости перемещения большого количества почвы - работы бывают невыполнимы.