Stroombelastbaarheid van ondergrondse kabels — bodemweerstand en groepering, los van de graafdiepte

Ondergrondse kabels — graafdiepte en mechanische bescherming behandelt de minimale sleufdiepte van 0,5 m voor een rechtstreeks in de grond gelegde kabel, als bescherming tegen mechanische beschadiging. Dit artikel gaat over een heel andere vraag over diezelfde ondergrondse kabel: hoeveel stroom mag hij dragen? Het antwoord op die vraag hangt af van eigenschappen van de bodem die met de graafdiepte-eis niets te maken hebben.

Waarom grond een andere berekening vraagt dan lucht

Referentiemethoden — de installatiemethode bepalen laat zien hoe de fysieke installatiewijze wordt vertaald naar een referentiemethode (A tot en met F) die bepaalt welke stroombelastbaarheidstabel van toepassing is. Voor rechtstreeks ondergronds gelegde kabels (methode D1) en kabels in een ondergrondse buis (methode D2) geldt een ander warmteafvoermodel dan voor kabels in lucht: de grond rondom de kabel moet de geproduceerde warmte afvoeren via geleiding door de bodem zelf, in plaats van via convectie in lucht. Hoe goed de bodem die warmte afvoert, hangt af van de thermische bodemweerstand — en die eigenschap verschilt sterk per grondsoort en vochtigheidsgraad.

Referentiewaarden: bodemweerstand en grondtemperatuur

De stroombelastbaarheidstabellen voor ondergrondse kabels (methode D1/ D2) zijn opgesteld voor twee referentiewaarden:

• een thermische bodemweerstand van 2,5 K·m/W (tabel B.52.16 van IEC 60364-5-52 bijlage B geeft correctiefactoren voor afwijkende bodemweerstand — droog zandgrond heeft bijvoorbeeld een hogere weerstand dan vochtige kleigrond, wat een lagere toelaatbare stroom betekent bij gelijke kabel);
• een referentiegrondtemperatuur van 20°C (tabel B.52.15 geeft correctiefactoren voor een afwijkende grondtemperatuur) — dit is een andere referentie dan de 30°C omgevingslucht-temperatuur die voor bovengrondse installatiemethoden wordt gebruikt.

Beide correctiefactoren zijn alleen van toepassing op de installatiemethoden D1 en D2 — voor kabels in lucht (methoden A, B, C, E, F) gelden de luchttemperatuur-tabellen (B.52.14) in plaats daarvan.

Groepering van meerdere ondergrondse circuits

Net zoals bij kabels in lucht (zie de gids over groepsfactor Cg) geldt voor meerdere ondergrondse circuits die samen worden gelegd een aparte groepsfactor, omdat elk circuit de bodem rond de andere circuits opwarmt:

• tabel B.52.18 geeft de groepsfactor voor rechtstreeks in de grond gelegde circuits (methode D2) naast elkaar;
• tabel B.52.19 geeft de groepsfactor voor circuits in aparte ondergrondse buizen (methode D1) naast elkaar.

In beide tabellen neemt de groepsfactor af naarmate er meer parallelle circuits liggen en naarmate de onderlinge afstand tussen de circuits kleiner is — een praktisch uitgangspunt is om bij het tracé-ontwerp minimaal een kabeldiameter tussenruimte tussen parallelle ondergrondse circuits aan te houden, al is de exacte reductiefactor per tabelwaarde afhankelijk van het daadwerkelijke aantal circuits en de gekozen tussenafstand.

Waarom dit losstaat van de graafdiepte-eis

De 0,5 m-sleufdiepte uit §522.8 is een mechanische beschermingseis: hij zorgt ervoor dat een kabel niet per ongeluk wordt geraakt door een schep of graafmachine. Deze eis zegt niets over hoeveel stroom de kabel mag dragen. Omgekeerd zegt de stroombelastbaarheids- berekening met bodemweerstand en groepsfactor niets over de vereiste graafdiepte. Een kabel die op precies 0,5 m diepte ligt en daarmee aan de mechanische beschermingseis voldoet, kan nog steeds thermisch overbelast zijn als de bodem drogere, hoger-weerstandige grond blijkt te zijn dan waarvan bij de dimensionering is uitgegaan, of als er meer parallelle circuits in dezelfde sleuf liggen dan waarmee rekening is gehouden.

Praktische relevantie

Bij het ontwerpen van een tracé met meerdere ondergrondse circuits, of bij een klacht over een ondergrondse kabel die warmer wordt dan verwacht zonder dat de graafdiepte-eis in het geding is, is het controleren van de daadwerkelijke bodemweerstand en -temperatuur — en de toegepaste groepsfactor voor de werkelijke configuratie van parallelle circuits — de directe volgende stap, los van de mechanische bescherming van de kabel zelf.

Veelgemaakte fouten

1. Aannemen dat de graafdiepte-eis (§522.8) ook iets zegt over de toelaatbare stroom — dit zijn twee onafhankelijke eisen met verschillende doelen.
2. De referentiebodemweerstand van 2,5 K·m/W klakkeloos aanhouden voor droge zandgrond, terwijl die grondsoort een aanmerkelijk hogere (slechtere) bodemweerstand kan hebben, met een lagere toelaatbare stroom als gevolg.
3. Geen groepsfactor toepassen voor meerdere parallelle ondergrondse circuits in dezelfde sleuf of hetzelfde buizenbed, terwijl tabel B.52.18/B.52.19 daar specifiek voor zijn opgesteld.
4. De luchttemperatuur-tabellen (B.52.14) gebruiken voor een ondergrondse kabel, terwijl voor methode D1/D2 de grondtemperatuur-tabel (B.52.15) van toepassing is — een andere referentietemperatuur met een andere correctiefactor.

Gerelateerd

• Ondergrondse kabels — graafdiepte en mechanische bescherming (§522.8)
• Groepsfactor Cg — gebundelde kabels
• Referentiemethoden — de installatiemethode bepalen