Проектируя систему внешней молниезащиты нужно уделять равнозначное внимание трем ее основным составляющим: молниеприемникам, токоотводам и заземлению. Организация последнего существенно зависит от электрических свойств почвы, на которой расположен защищаемый объект. Большинство действующих на территории стран СНГ проектных норм и справочной информации разработаны для регионов с умеренным климатом, грунты которых имеют довольно низкое удельное сопротивление. Так, для черноземов среднее удельное электрическое сопротивление составляет 50 Ом×м, для торфа – 25 Ом×м, для полутвердой глины и мела – 60 Ом×м. Удельное электросопротивление темно-каштановых почв, основу которых составляют лессовидные суглинки, в среднем равняется 100 Ом×м, сероземов и каштановых почв, представляющих собой разнородную смесь глины, песка и лессовидных суглинков, – 50-200 Ом×м, светло-каштановых почв (разнородная смесь глины, песка и лессовидных и пластичных суглинков) – 30-200 Ом×м, серо-бурых и бурых почв (разнородная смесь глины, песка и пластичных суглинков) – 30-200 Ом×м.

А вот в том случае, если защищаемое сооружение построено на грунте с высоким удельным электросопротивлением (супесь – 300-700 Ом×м, однородный гравий и песчаник – 1000 Ом×м, сухой песок (грунтовые воды ниже 5 м) и песчаник – 1000 Ом×м, базальт и гранит – 2000 Ом×м) начинаются серьезные трудности, правда не столько технологического, сколько экономического характера, так как монтаж заземления в этом случае технически усложняется и, соответственно, дорожает. Если использовать стандартное глубинное стержневое заземление, то для достижения требуемого сопротивления контура 4 Ом в случае грунта, имеющего 50 Ом×м, требуется 5 электродов диаметром 19 мм и длиной 3 м, а для имеющего 700 Ом×м грунта – 60.

В регионах с вечной мерзлотой (Сибирь, север Канады, Аляска) добавляется еще одна проблема – сезонное оттаивание и промерзание верхнего слоя почвы. На территориях с умеренным климатом для минимизации влияния промерзания грунта достаточно расположить верхний конец электродов заземления на глубине от 0,7 м, что в подавляющем большинстве случаев не представляет особого труда. Но в регионах с вечной мерзлотой в течение теплого периода верхний слой почвы может оттаивать на глубину до 10 м. сопротивление грунта при этом может изменяться в пределах нескольких порядков. Так, например, удельное электросопротивление суглинков в летом составляет около 100 Ом×м, а при замерзании возрастает до 20000 Ом×м. Грунты в зоне вечной мерзлоты структурно неустойчивые и для них характерно явление криогенного выпучивания, когда зарытый в землю предмет «выталкивается» вверх и через несколько лет оказывается на ее поверхности.

Поскольку сопротивление контура заземления зависит от сопротивления слоев грунта, непосредственно прилегающих к электродам, для борьбы с этими негативными факторами можно применять два проверенных временем способа: химический – растворение в грунте минеральных солей; и механический - замена грунта вокруг электрода на материал с высокой электропроводностью.

При использовании химического способа понижения электросопротивления грунта земля вокруг заземляющих электродов пропитывается растворами электролитных минеральных солей: хлористого натрия (обыкновенная соль), хлористого кальция, сернокислой меди (медного купороса) и т.п. Помимо этого, как показали выполненные в условиях вечной мерзлоты на Аляске инженерным корпусом армии США исследования, подобная обработка предотвращает промерзание грунта в области электрода и способствует стабильности его сопротивления независимо от времени года. Недостатками данного способа является высокая скорость коррозии материала электрода и необходимость регулярной пропитки грунта электролитом.

При использовании механического способа в грунте делается выемка диаметром до 2 м глубиной не менее длины электрода, которая засыпается материалом с высокой электропроводностью, в качестве которого десятилетиями используется насыпной угль, кокс или глина. Недостатком этого метода является необходимость замены ощутимых объемов грунта.

Но с дальнейшим развитием технологий в материаловедении эти недостатки удалось преодолеть, результатом чего явилось создание химического или электролитического заземления, которое с успехом объединяет оба способа понижения сопротивления грунта и имеет длительный срок эксплуатации. Представляет собой такой химический электрод пустотелую металлическую трубу, заполненную электролитической минеральной солью, которая медленно проникает в грунт через расположенные по всей длине трубы отверстия. Помещается такой электрод в заполненную видоизмененным материалом выемку. За счет нейтрального рН электролита не наблюдается повышенной коррозии материала электрода, а за счет специальных добавок соль просачивается в окружающий грунт постепенно.

Крупнейший в мире производитель систем заземления и признанный лидер в области создания систем химического заземления американская компания ERICO выпускает заполненные смесью электролитических солей медные химические электроды как традиционные прямые длинной от 3 до 6 м, так и L- образные 1,51,5 м, для случаев, когда бурение вертикального шурфа является проблематичным. На дно шурфа помещается бентонитовая глина, а пространство вокруг электрода заполняется специальным оптимизирующим материалом (Ground Enhancing Material - GEM). На данный момент самым эффективным оптимизирующим материалом считается смесь материалов на основе графита и глины. Первый компонент обеспечивает высокую проводимость, а второй удерживает возле электрода влагу, которой не позволяет замерзать выделяемая из электрода минеральная соль. Электрод снабжается смотровым лючком (инспекционным колодцем) для оперативного проведения контрольных измерений и вентиляции. Обещанный производителем срок службы такой системы заземления – не менее 30 лет.