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Verfahren zur Herstellung von Erdungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Erdungen bei schlechter spezi- fischer Bodenleitfähigkeit bzw. bei korrosionsgefährlichem Erdboden. Üblicherweise wird hiebei im losen
Boden eine Grube oder ein Gerinne ausgegraben und wenigstens teilweise durch ein leitfähiges Material ausgefüllt und die Erdungselektrode bzw. Erdleitung in diese verlegt, worauf die Grube bzw. das Gerinne nach Bedarf mit Boden bedeckt wird.
Zur Herstellung von Erdungen im Falle von schlechter spezifischer Bodenleitfähigkeit sind mehrere
Verfahren bekannt. Diese verwenden spezielle chemische Materialien zur Verbesserung der Bodenleitfä- higkeit oder besondere Elektrodenanordnungen oder die Kombination von beiden.
Ein in der österr. Patentschrift Nr. 167997 beschriebenes Verfahren, welches die spezifische Boden- leitfähigkeit im Bereich des Erders durch chemische Mittel zu erhöhen versucht, schlägt die Anwendung von Metallsalzlösungen vor. Es werden zwei Lösungen vorgeschlagen, u. zw. eine ein oder mehrere Me- tallsalze enthaltende Lösung oder eine Ferro-oder Ferrizianid-Anionen enthaltende Lösung. Diese Lösun- gen sind nicht nur sehr teuer, sondern die Wirkung dieser Lösungen ist viel kürzer, als die von den elek- trischen Erdungen geforderte Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten.
Gemäss einem andern in der brit. Patentschrift Nr. 400, 739 sowie in der österr. Patentschrift Nr. 209981 beschriebenen Verfahren werden besondere flüssigkeitssaugende Materialien, wie Kalziumchlorid, Soda,
Kalziumsulfat, angewendet. Derartige Verfahren sind bereits seit langem bekannt, haben sich aber infol- ge der schnellen Auslaugung aus dem Boden nicht bewährt, wodurch die Erdung sich schnell verschlechtert.
Deshalb ist gemäss dieser erstgenannten Patentschrift die Erdungselektrode als ein Gefäss ausgewölbt, um die leicht lösbaren Materialien nachfüllen zu können. Bei Verwendung dieser Anordnung dauert die Wir- kung der nachgefüllten Lösungen nur kurze Zeit, daher wird auch auf diese Weise keine gute Erdung ge- sichert. Bei der Anwendung von Kalziumsulfat kann die Korrosionsgefahr nicht vermieden werden.
Ein neueres in der deutschen Patentschrift Nr. 1069242 beschriebenes Verfahren schlägt zur Erdung die Anwendung von Tonarten vor, von welchen insbesondere Porzellanerde (Kaolin) und der in der Töp- ferei übliche Ton hervorgehoben werden, wobei kein Zweifel besteht, dass alle diese Tone ausbrennbar sind. Diese Tonarten zeigen normalerweise einen pH-Wert von 6 bis maximal 7, zeigen also eine gerin- ge alkalische Reaktion, doch befinden sie sich in der Nähe des neutralen Bereiches. Aus dem ungefähr neutralen pH-Wert folgt, dass bei denjenigen Grundwässern, die erhebliche Mengen von Humussäuren ent- halten, dieser pH-Wert in das Säure-Gebiet überkippen kann, wobei eine ausgesprochene Korrosionsgefahr entsteht.
Dabei haben Kaolin und andere in der Töpferei angewandte Tone einen spezifischen Widerstand von etwa 10 Ohm. m, und dies ist noch immer ziemlich hoch. Zusätzlich kann es in der Praxis, zwar selten, aber doch immerhin möglich, vorkommen, dass beim Blitzschlag infolge der hohen Ströme örtli- che Erwärmungen mit Temperaturen von 1000 bis 12000C entstehen, wobei Kaolin und andere in der Töp- ferei übliche Tone ihre Nässe abgeben. Dadurch entstehen irreversible vorzügliche Isolierstoffe, was gleichzeitig das Zugrundegehen der Erdung oder mindestens eine bedeutende Güteherabsetzung derselben bedeutet.
Erfindungsgemäss werden die angeführten Nachteile dadurch vermieden, dass als leitfähiges Material mit Soda aktivierter Bentonit verwendet wird. Dadurch wird eine ausgezeichnete Erdung mit geringem spezifischen Widerstand von etwa 0, 1 bis 2 Ohm. m bei starker Korrosionsschutzwirkung, die infolge des
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hohen pH-Wertesvon 8 bis 10 des angewandten speziellen Materials entsteht, erreicht. Die Erdung Lt da- bei dauerhaft, wobei ihre Eigenschaften praktisch unbegrenzt lang unverändert aufrecht erhalten blei- ben.
Die Eigenschaften des Bentonits bezüglich der Leitfähigkeit sind weitaus besser als die der Kaolinar- ten. Es ergibt sich daher durch die Verwendung von Bentonit als Erdungsmaterial eine sprunghafte Quali- tätsverbesserung der Erdung. Dies kann auf folgende Unterschiede zwischen Kaolin und Bentonit zurück- geführt werden.
Die Kaolinminerale sind in Anbetracht ihrer Kristallstruktur Zweischichtminerale, wogegen die den
Hauptbestandteil der Bentonite bildenden Montmorinminerale Dreischichtminerale sind. Die Oberfläche der Zweischichtminerale ist elektrisch neutral, und das Kristallgitter ist nicht schwellfähig, wogegen die
Montmorinminerale keine elektrisch neutralen Eigenschaften aufweisen und das Kristallgitter schwellfä- hig ist, wobei wesentlich mehr Wasser pro Volumseinheit aufgenommen werden kann, als bei den Kaoli- niten. Ein weiterer Vorteil der Bentonite besteht in der Austauschbarkeit der Kationen, die um eine Grö- ssenordnung höher liegt als die des Kaolins. Demzufolge ist die Anwendung des Bentonits für die Zwecke der elektrischen Erdung um eine Grössenordnung vorteilhafter als die Anwendung der übrigen Tonmine- ralien.
Auch bezüglich des pH-Wertes besteht ein bedeutender Unterschied zwischen diesen beiden Grup- pen. Kaoline haben einen pH-Wert von 5 bis 6, sind also fast neutral. Demgegenüber weisen die Alkali-
Bentonite in ihren Suspensionen und Koagulaten pH-Werte von 8 bis 10 auf. Sollte der pH-Wert dennoch darunter liegen, so wird der Bentonit durch die Aktivierung mit Soda zwangsläufig in einen solchen Alka- li-Bentonit umgewandelt. Die erfindungsgemässen Substanzen sind äusserst dauerhaft. Im Hydrogel des Bentonits ist die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Vergleich mit dem Porenraum der Umgebung äusserst gering und im Idealfall gleich Null.
Das durch Erdboden begrenzte Bentonit-Hydrogel ist in seiner Ausdehnung begrenzt, steht unter Schwellungsdruck und befindet sich in einem dichten strukturellen Zustand, bei welchem die Druchdringungsmöglichkeit der Wassermoleküle praktisch verschwindet. Demzufolge besteht auch keine Möglichkeit des"Auslaugens". Dies kann bei den übrigen Tonmineralien, die Kaolinite inbegriffen, nicht verwirklicht werden.
In Boden mit schlechter spezifischer Leitfähigkeit und bei korrosionsgefährlichen Erdböden kann durch die Anwendung von mit Soda aktiviertem Bentonit einerseits der Korrosionsschutz der Elektrode und anderseits die Herabsetzung der Elektrodenabmessungen erzielt werden. So kann z. B. die Länge einer Erdungsleitung auf die Hälfte bis ein Drittel herabgesetzt werden.
Auch bei den Erdungsleitungen, die parallel mit der Freileitung verlaufen, kann durch die Anwendung von mit Soda aktiviertem Bentonit eine Lebensdauererhöhung erzielt werden.
Durch die teilweise oder vollkommene Ausfüllung der Grube bzw. des Gerinnes durch mit Soda aktiviertem Bentonit werden die Poren und die natürlichen Risse des Erdbodens verschlossen, da ja dieses Material durch die Einwirkung der Nässe dauerhaft und mit erhöhter Wirkung anschwillt. Dabei werden die Bodenrisse mit dieser Substanz ausgefüllt und die Leitfähigkeit des Erdbodens erhöht.
Vorzugsweise wird gemäss der Erfindung als Füllmasse ein derart aktivierter Bentonit verwendet, bei welchem zur Aktivierung ausser Soda auch weitere aktivierende, wasseranziehende Stoffe, vorzugsweise Kalziumchlorid beigefügt werden, um die Ionenaustauschfähigkeit des Bentonits auszunützen.
Bei diesem Verfahren werden die Erdbodenporen und-risse verstopft, anderseits wird dadurch, dass die Erdungsleitung durch eine gallertige Schutzschicht umgeben wird, die Korrosion dauerhaft verhindert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Erdungen bei schlechter spezifischer Bodenleitfähigkeit bzw. bei korrosionsgefährlichem Erdboden, bei welchem im losen Boden eine Grube oder ein Gerinne ausgegraben und wenigstens teilweise durch ein Tonmineral bzw. durch eine. Suspension desselben als leitfähiges Ma- terial ausgefüllt und die Erdungselektrode bzw. Erdungsleitung in diese verlegt wird, worauf die Grube bzw. das Gerinne nach Bedarf mit Boden bedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als leitfähiges Material mit Soda aktivierter Bentonit verwendet wird.