Warum unterirdisch verlegte Stromkabel Messungen des thermischen Bodenwiderstands benötigen
Die Bodenphysik spielt bei der Planung und Ausführung von unterirdischen Stromübertragungs- und -verteilungssystemen eine zunehmend wichtige Rolle.
Die Wärmeübertragung in einem porösen Medium wie dem Boden kann ein komplexer Prozess sein. Wärme wird durch Bodenfeststoffe und Wasser geleitet, aber auch als latente Wärme in den Bodenporen transportiert. Dies macht die Modellierung des Wärmeflusses im Boden sowohl interessant als auch komplex, da es sich um thermische und hydraulische Prozesse handelt.
Die Dampfbewegung durch die Poren kann erhebliche Mengen an latenter Wärme transportieren, aber wenn der Boden um die Wärmequelle nicht feucht genug ist, damit das Wasser zurückfließen und wieder verdampfen kann, trocknet der Boden an der Wärmequelle aus. Wenn das Erdreich um eine Wärmequelle wie ein Stromkabel austrocknet, kann es zu einem thermischen Durchgehen kommen, was zu einem Ausfall des Kabels führen kann. Die Kenntnis der thermischen Stabilität des Bodens kann Energietechnikern helfen, Stromverteilungssysteme genauer zu planen, um einen thermischen Durchschlag zu verhindern.
In Anhang B des National Electrical Code (B.310.15(B)(2)) heißt es: "Typische Werte für den Wärmewiderstand (rho) sind wie folgt:
Wie jedoch viele Ingenieure, die "90" als sicheren und typischen rho-Wert verwendet haben, festgestellt haben, ist der NEC einfach falsch. Diese Zahlen sind im Grunde bedeutungslos, denn es gibt keinen "durchschnittlichen Boden", weder nass noch trocken.
Vierzig Jahre Bodenwärme-Forschung zeigen das:
Selbst in einem gut konzipierten unterirdischen Kabelsystem kann der Boden die Hälfte oder mehr des gesamten Wärmewiderstands ausmachen. Die thermischen Eigenschaften des Bodens und der Verfüllung sollten nicht einfach vorausgesetzt werden. Diese Eigenschaften lassen sich vor Ort und im Labor relativ leicht messen. Eine sichere, professionelle Installation erfordert die tatsächliche Messung und Bewertung des thermischen rho.
Wenn in einem Bericht über den spezifischen Wärmewiderstand des Bodens nur steht "Boden X hat einen spezifischen Wärmewiderstand von XXX °C-cm/W", sollten Sie dies klären. Wie hoch war der Feuchtigkeitsgehalt? Wie dicht war der Boden verdichtet? Gibt es organische Stoffe im Boden? Bodenfeuchtigkeit, Dichte und Bodenbeschaffenheit sind entscheidende Faktoren bei der Bestimmung des Wärmewiderstands eines Bodens. Jede Angabe des spezifischen Wärmewiderstands zum Zweck der Planung sollte Angaben zum Feuchtigkeitsgehalt und zur Dichte enthalten. Eine physikalische Beschreibung des Bodens sollte ebenfalls enthalten sein. Die thermische Austrocknungskurve ist der umfassendste Weg, um den thermischen Widerstand des Bodens anzugeben. Thermische Austrocknungskurven können mit dem VARIOS Laborgerät automatisiert werden.
Sehen Sie hier, wie der TEMPOS Analysegerät für thermische Eigenschaften den ASTM- und IEEE-Normen entspricht, finden Sie hier.
Kapitel fünf der Soil Science Society of America (SSSA) Methods of Soil Analysis Part 4 befasst sich mit Bodenwärme. Die TEMPOS und VARIOS Sondennadelgrößen, Heizzeiten, Genauigkeitsspezifikationen und die interne Datenanalyse entsprechen oder übertreffen die Empfehlungen der SSSA-Methoden.
Das TEMPOS ist ein vollständig tragbarer Analysator für thermische Eigenschaften. Das VARIOS ist ein Laborgerät, das den Wärmewiderstand/die Leitfähigkeit im Labor als Funktion des Wassergehalts misst. Es erzeugt automatisch thermische Austrocknungskurven mit Hunderten von Datenpunkten. Beide Geräte verwenden die Methode der instationären Linienwärmequelle, die die Wasserbewegung reduziert, was die Messung beschleunigt und genauer macht. Die hochentwickelte Datenanalyse basiert auf mehr als 40 Jahren Forschungserfahrung im Bereich Wärme- und Stoffübertragung in Böden und anderen porösen Materialien.
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Die genaue Messung der thermischen Eigenschaften von Materialien ist mit dem TEMPOS oder VARIOS einfach. Die Erstellung eines effektiven Messprotokolls und die sorgfältige Kontrolle wichtiger Faktoren, die sich auf die thermischen Eigenschaften auswirken, kann jedoch schwierig und zeitaufwändig sein.
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Die Bodenphysik spielt bei der Planung und Ausführung von unterirdischen Stromübertragungs- und -verteilungssystemen eine zunehmend wichtige Rolle.
Es gibt keine Möglichkeit, die Eigenschaften feuchter, poröser Materialien mit der Steady-State-Methode (bewachte Heizplatte) zu messen. Mit der Methode der instationären Wärmequelle können Sie jedoch die thermischen Eigenschaften feuchter, poröser Materialien messen und sogar die Wärmeleitfähigkeit und den Wärmewiderstand von Flüssigkeiten messen.
Das Verständnis der thermischen Stabilität eines Bodens kann Energieingenieuren dabei helfen, Energieverteilungssysteme genauer zu entwerfen, um einen thermischen Durchschlag zu verhindern.
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