Зависимость r грунта от температуры
Температура грунта изменяется в зависимости от многих причин и оказывает существенное влияние на его удельное сопротивление.
Грунт, содержащий влагу, является электролитом и поэтому обладает отрицательным температурным коэффициентом сопротивления: с ростом температуры его удельное сопротивление уменьшается. Объясняется это тем, что с повышением температуры увеличивается степень диссоциации молекул веществ, растворенных в воде, т. е. возрастает концентрация ионов в растворе, что ведет обычно к снижению удельного сопротивления. Однако эта закономерность сохраняется до тех пор, пока влага не начнет испаряться, что сопровождается резким увеличением сопротивления.
Бурное испарение влаги и как следствие этого стремительный рост сопротивления грунта происходят при температуре 100°С и выше. Такой нагрев может быть результатом прохождения через заземлитель больших токов. Высушивание грунта происходит и под воздействием температуры окружающего воздуха, т. е. при температуре почвы, значительно меньшей 100°С. Правда, в этом случае влаги лишается верхний слой почвы толщиной обычно не больше 50—60 см. Поэтому при устройстве заземлений в целях экономии металла заземлители размещают в земле ниже этого уровня.
При 0°С, т. е. при замерзании влаги в грунте, его удельное сопротивление возрастает скачкообразно в несколько раз, поскольку сопротивление льда, как правило, выше сопротивления воды. Причем с увеличением содержания солей в воде возрастает разница между значениями сопротивлений воды и льда. Лишь при отсутствии солей вода (например, дистиллированная) и ее лед обладают практически одинаковым сопротивлением около 10
6—107 Ом х м (чистый лед обладает ионной проводимостью за счет присутствия в его решетке ионов Н+ и ОН-, которая при -10°С составляет 1,4 х Ю-7 См/м.).Таким образом, образовавшийся в грунте лед в виде линз и тонких прослоек не только не участвует в проведении тока, но и препятствует его прохождению по грунту, уменьшая проводящее сечение грунта и удлиняя путь тока.
При дальнейшем понижении температуры грунта (ниже 0°С) рост удельного сопротивления продолжается, но менее интенсивно, чем при 0°С (рис. 2.20).
Рис. 2.20. Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок грунта с влажностью 15% по массе) от температуры
В районах вечной мерзлоты, которые занимают около 25% суши земного шара, слой вечномерзлого грунта, простираясь в глубину на десятки и сотни метров, обладает очень большим удельным сопротивлением, которое практически никогда не изменяется. Лишь у верхнего слоя земли толщиной от 0,5 до 4,5 м
r снижается в летнее время в несколько раз, достигая обычных значений. Однако зимой, когда температура этого слоя опускается ниже температуры глубинных слоев, его r оказывается в несколько раз больше удельного сопротивления этих слоев (рис. 2.21). Поэтому в районах вечной мерзлоты очень трудно создать качественное заземление, т. е. обладающее малым сопротивлением.
1 – летом при оттаявшем верхнем слое грунта; 2 – зимойРис. 2.21. Удельное сопротивление грунта (глина) в районе вечной мерзлоты на разных глубинах