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Verfahren zur Verminderung des elektrischen Widerstandes des Bodens, insbesondere bei Erdanschlüssen
Bei Installationen verschiedenster Art und insbesondere bei elektrischen Installationen, werden aus technischen oder Sicherheitsgründen zahlreiche Erdanschlüsse benötigt.
Diese Erdanschlüsse werden von metallischen Leitern gebildet, die man in den Boden unter gutem Kontakt mit dem Erdreich einbringt. Der Widerstand des Erdanschlusses ist einerseits eine Funktion der Form, der Abmessung und der Ausrichtung der Elektroden und anderseits auch eine Funktion des elektrischen Widerstandes des Bodens.
Mit ausreichend grossen Elektroden kann man einen Erdwiderstand erreichen, der den für den speziell betrachteten Fall zulässigen Maximalwert nicht überschreitet ; solche Bemessungen führen aber häufig zu Kosten oder auch zu Abmessungen, die sich mit dem besonderen Anwendungszweck nicht mehr vereinbaren lassen.
Man ist daher in zahlreichen Fällen gezwungen, auf den elektrischen Widerstand des Erdbodens einzuwirken : zu diesem Zweck ist es üblich, den Boden mit Elektrolyten, wie beispielsweise Natriumchlorid zu imprägnieren, dessen Lösung in Wasser im Boden zurückgehalten werden soll, um den elektrischen Widerstand des Bodens zu vermindern.
Dieses bekannte Verfahren ist deshalb unzureichend, weil das Natriumchlorid auf Grund der Absorptionsfähigkeit des Bodens allein leicht zurückgehalten und durch eindringendes Wasser fortgeschwemmt wird, so dass es erforderlich ist, die Behandlung häufig zu wiederholen. Anderseits führt die Anwesenheit dieses Salzes zu einer Korrosion von Metall- und Betonteilen, und letztlich auch zu schädigenden Einflüssen auf die Vegetation, weshalb dieses Verfahren im Bereich kultivierter Böden nicht angewendet werden kann.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden. die Ausschwemmung des Elektrolyten aus dem Boden möglichst zu verhindern, wobei gleichzeitig eine hohe elektrische Leitfähigkeit des Bodens durch den Elektrolyten erzielt werden soll. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein derartiger Elektrolyt im Boden dadurch hergestellt, dass man zuerst eine Lösung von Kaliumferrozyanid und hierauf eine Lösung von Kupfersulfat in den Boden einbringt. Von den hiebei entstehenden Reaktionsprodukten, nämlich Kupferferrozyanid und Kaliumsulfat bildet Kaliumferrozyanid ein schwammartiges Gel, an welchem Kaliumsulfat adsorbiert wird und dieses adsorbierte Kaliumsulfat, bedingt die elektrische Leitfähigkeit des Bodens. Das Kaliumferrozyanid
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Boden ausgeschwemmt wird und die Leitfähigkeit des Bodens damit rasch absinkt.
Da die Herstellung des Kupferferrozyanids im Boden selbst erfolgt, ergeben sich verschiedene weitere Nachteile, welche insbesondere bei Anwendung dieses bekannten Verfahrens im bebauten Gebiet untragbar sind, da die Kupfersalze Verfärbungen hervorrufen, welche sich durch aufsteigendes Wasser auch auf Bauten od. dgl. übertragen können und stark korrodierend wirken, wodurch es im verbauten Gebiet zu schwersten Schäden an Stromleitungen, Wasserleitungen, Gasleitungen u. dgl. kommen kann.
Diese Nachteile werden nun durch die vorliegende Erfindung vermieden und die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass in den Boden Kalziumsulfat in Form von natürlichem Gips, Anhydrit oder gebranntem Gips eingebracht wird. Kalziumsulfat in seinen verschiedenen Formen wie Gips, Anhydrit, gebrannter Gips bietet nun den Vorteil, dass es in Wasser nur geringe Löslichkeit besitzt und als starker Elektrolyt auch in den geringen, beispielsweise in gesättigter Lösung erzielbaren Konzentrationen aus-
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reichende elektrische Leitfähigkeit des Bodens sicherstellt.
Hiezu kommt der Vorteil, dass eben wegen der geringen Löslichkeit des Kalziumsulfates in Wasser aus dem Boden ausgeschwemmter Elektrolyt aus dem in den Boden eingebrachten, als Vorratsspeicher wirkendem Kalziumsulfat rasch nachgebildet wird, weshalb die elektrische Leitfähigkeit des Bodens über sehr lange Zeiträume aufrecht erhalten werden kann.
Auch Korrosion an im Boden verlegten Metallteilen ist, da edle Metallionen im Elektrolyten nicht anwesend sind, im Gegensatz zu bekannten Massnahmen vermieden.
Die Löslichkeit des Gipses in Wasser ist kleiner als 2 /oo bei 100 C. Die gesättigte Lösung hat einen Widerstand in der Grössenordnung von 4 bis 8 Ohm je m je nach der herrschenden Temperatur. Wenn man nun mit einer solchen Lösung einen Erdboden von grösserem Bodenwiderstand imprägniert, kann man den Widerstandswert auf 1/10 oder 1/20 herabsetzen. Wenn der Bodenwiderstand kleiner ist, lässt sich dieser Widerstandswert auf 1/5 oder auf 1/10 herabsetzen.
Es ist bekannt, dass man einen Erdanschluss beliebiger Form, soferne die Formgebung gedrungen genug ist, einem halbkugelförmigen Erdanschluss gleichsetzen kann, dessen Radius mit r bezeichnet werden soll.
Wenn der Bodenwiderstand in einem Gebiet innerhalb eines Radius m. r auf einen Wert vermindert wird, der um das n-fache kleiner ist, vermindert sich der Widerstand des Erdanschlusses theoretisch gemäss
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solche Behandlung für einen Zeitraum von 10 bis 20 Jahren wirksam bleibt.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich durch eine Anzahl anderer Verfahren vervollständigen oder. verbessern ; auch solche kombinierte Anwendungen liegen durchaus im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Beispielsweise können diese Verfahren dazu eingesetzt werden, die Löslichkeit des Kalziumsulfates zu vergrössern. Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, dass neben dem Kalziumsulfat ein hinsichtlich der Löslichkeit beschleunigend wirkender Stoff, beispielsweise Schwefelsäure, Phosphorsäure, eine Chlorverbindung oder ein Alkalinitrat verwendet wird. Alle diese Stoffe bewirken in gleicher Weise eine Vergrösserung der Leitfähigkeit. Umgekehrt kann es auch von Interesse sein, das erfindungsgemässe Verfahren dadurch zu modifizieren, dass neben dem Kalziumsulfat ein hinsichtlich der Löslichkeit verzögernd wirkender Stoff, beispielsweise ein Kalziumsalz oder ein Alkalisulfat, verwendet wird.
Wenn es sich um kalkhaltige Böden handelt oder um die Verwendung von natürlichem Gips oder Gips mit einem bestimmten Gehalt an Kalk oder Kalziumkarbonat, ist es möglich, diesen Kalk oder dieses Kalziumkarbonat in Sulfat zu verwandeln, indem man Schwefel hinzufügt, welcher langsam in dem Boden oxydiert, um dann nach und nach Hyposulfite, Polythionate and schliesslich Kalziumsulfat zu bilden. Im übrigen befreit der Schwefel das Kali aus den Alkalisilikaten des Bodens, so dass Kaliumsulfat entsteht, welches dann auch vom Boden absorbiert wird und die Leitfähigkeit vergrössert.
Da die Kalisalze in einem bestimmten Umfang in komplexen Ton- und Humuserden zurückgehalten werden, ist es manchmal von Interesse, bei tonhaltigen Böden dem verwendeten Kalziumsulfat eine bestimmte Menge eines Kalisalzes (Chlorid, Sulfat usw.) hinzuzufügen, welches die Leitfähigkeit ver- grössert und das Wasserrückhaltevermögen des Bodens verbessert.
Des weiteren kann es auch zur Vervollständigung der Wirkung des Kalziumsulfates von Interesse sein, den pH-Wert des Bodens zu verändern, um die Ausfällung von Salzen zu erleichtern, welche die Leitfähigkeit verbessern : In sauren Böden, wie beispielsweise in einem sumpfigen, torfigen oder kieselhaltigen od. dgl. Gelände, kann man dem Kalziumsulfat einen Stoff hinzufügen, welcher Kalk enthält (Kalkstein, Trikalziumphosphat usw. ), während man bei basischen Böden, wie beispielsweise kalkhaltigen Böden dem Kalziumsulfat einen Stoff hinzufügt, welcher saure Elemente enthält (Schwefel, Chlor usw.).
Es ist bekannt, dass Kalziumsulfat nicht durch das Absorptionsvermögen des Bodens zurückgehalten wird, und dass es die Wasserrückhaltefähigkeit des Bodens wenig beeinflusst. Es ist aber möglich, die Wirkung des Kalziumsulfates dadurch zu verbessern, dass man Ton hinzugibt, dessen Partikel die Porosität des Bodens und insbesondere die Porosität des Sandes vermindern und damit die Wasserrtickhaltefähigkeit des Bodens verbessern.
Man kann dem Kalziumsulfat auch stickstoffhaltige organische Stoffe hinzufügen, vorzugsweise solche Stoffe, die sich langsam zersetzen und die durch eine Vergrösserung des relativen Einflusses der tonigen und Humusbestandteile die Fähigkeit, absorbiertes Wasser zurückzuhalten, steigern, wobei im übrigen durch die Zersetzung dieser organischen Stoffe Ammoniak freigemacht wird, so dass sich Salpetersalze bilden, welche die Leitfähigkeit des Bodens verbessern.
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In Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens kann man auch noch in der unmittelbaren Umgebung der Elektroden des Erdanschlusses auf den Boden so einwirken, "dass dessen Zwischenräume (Poren) ausgefüllt werden und der Berührungswiderstand zwischen den Elektroden und dem Boden sich ganz erheblich vermindert. Von den bekannten Verfahren zur Erreichung dieses Zieles eignet sich. vor allem ein
Verfahren, wie es in der französischen Patentschrift Nr. 985736 vom 6. Mai 1949 beschrieben ist ; die gleichzeitige Anwendung dieser beiden Verfahren gibt die Möglichkeit, beste Ergebnisse zu erzielen.
Die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist äusserst einfach, da es ausreicht, auf dem Boden
Kalziumsulfat auszubreiten, dem man einen oder mehrere Hilfsstoffe hinzufügen kann, deren Aufgabe vorstehend erläutert wurde (als Hilfsstoffe eignen sich auch nicht erwähnte Stoffe, die eine ähnliche Aufgabe erfüllen können). Man kann die Stoffe auch dadurch in den Boden bringen, dass man sie in eine oberflächliche Bodenschicht eingräbt oder dort unterpflügt. Gleichfalls ist es möglich, die Stoffe auf dem Boden von kleinen Gräben unterzubringen, die sich über das gesamte zu behandelnde Gebiet verteilen und die man anschliessend wieder ausfüllt. Es genügt dann, ein einfaches Begiessen oder, in noch einfacherer Weise, Regenfälle abzuwarten, die für eine Auflösung und für ein Eindringen der Stoffe in tiefere Bodenschichten sorgen.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung und der hiefür verwendeten Stoffe liegt darin, dass die letzteren keine Korrosionswirkung hervorrufen und die Vegetation nicht schädigen, sondern vielmehr im Gegenteil eine günstige Wirkung auf die Vegetation ausüben. Diese Stoffe können daher in allen Fällen und vor allem bei bebauten Böden zur Anwendung kommen. Diese Stoffe von schwacher Löslichkeit erfordern keine hohen Beschaffungskosten und können auch in grösseren Dosierungen verwendet werden, damit sie ihren Einfluss während einer grösseren Anzahl von Jahren ausüben können. Nach einer vollständigen Erschöpfung der Stoffe können diese erneut aufgebracht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verminderung des elektrischen Widerstandes des Bodens, insbesondere bei Erdanschlüssen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Boden Kalziumsulfat in Form von natürlichem Gips, Anhydrit oder gebranntem Gips eingebracht wird.