Obciążalność prądowa kabli podziemnych — rezystywność cieplna gruntu i grupowanie, niezależnie od głębokości ułożenia

Kable podziemne — głębokość ułożenia i ochrona mechaniczna omawia minimalną głębokość rowu 0,5 m dla kabla ułożonego bezpośrednio w gruncie, jako ochronę przed uszkodzeniem mechanicznym. Ten artykuł dotyczy zupełnie innego pytania o ten sam kabel podziemny: ile prądu może on przenosić? Odpowiedź na to pytanie zależy od właściwości gruntu, które nie mają nic wspólnego z wymogiem dotyczącym głębokości ułożenia.

Dlaczego grunt wymaga innego obliczenia niż powietrze

Metody referencyjne — ustalanie sposobu instalacji pokazuje, jak fizyczny sposób instalacji jest przekładany na metodę referencyjną (od A do F), która określa, jaka tabela obciążalności prądowej ma zastosowanie. Dla kabli ułożonych bezpośrednio w gruncie (metoda D1) i kabli w rurze podziemnej (metoda D2) obowiązuje inny model odprowadzania ciepła niż dla kabli w powietrzu: grunt otaczający kabel musi odprowadzać wytworzone ciepło poprzez przewodzenie przez sam grunt, a nie poprzez konwekcję w powietrzu. To, jak dobrze grunt odprowadza to ciepło, zależy od rezystywności cieplnej gruntu — a ta właściwość znacznie różni się w zależności od rodzaju gruntu i stopnia jego wilgotności.

Wartości referencyjne: rezystywność gruntu i temperatura gruntu

Tabele obciążalności prądowej dla kabli podziemnych (metoda D1/D2) są opracowane dla dwóch wartości referencyjnych:

• rezystywność cieplna gruntu 2,5 K·m/W (tabela B.52.16 załącznika B IEC 60364-5-52 podaje współczynniki korekcyjne dla innej rezystywności gruntu — na przykład suchy grunt piaszczysty ma wyższą rezystywność niż wilgotny grunt gliniasty, co oznacza niższy dopuszczalny prąd dla tego samego kabla);
• referencyjna temperatura gruntu 20°C (tabela B.52.15 podaje współczynniki korekcyjne dla innej temperatury gruntu) — jest to inna wartość referencyjna niż temperatura otoczenia powietrza 30°C stosowana dla naziemnych sposobów instalacji.

Oba współczynniki korekcyjne mają zastosowanie wyłącznie do metod instalacji D1 i D2 — dla kabli w powietrzu (metody A, B, C, E, F) obowiązują natomiast tabele temperatury otoczenia powietrza (B.52.14).

Grupowanie kilku obwodów podziemnych

Podobnie jak w przypadku kabli w powietrzu (zob. przewodnik o współczynniku grupowania Cg), dla kilku obwodów podziemnych ułożonych razem obowiązuje odrębny współczynnik grupowania, ponieważ każdy obwód ogrzewa grunt wokół pozostałych obwodów:

• tabela B.52.18 podaje współczynnik grupowania dla obwodów ułożonych bezpośrednio w gruncie (metoda D2) obok siebie;
• tabela B.52.19 podaje współczynnik grupowania dla obwodów w osobnych rurach podziemnych (metoda D1) obok siebie.

W obu tabelach współczynnik grupowania maleje wraz ze wzrostem liczby równoległych obwodów i zmniejszeniem odległości między obwodami — praktycznym punktem wyjścia przy projektowaniu trasy jest zachowanie odstępu co najmniej jednej średnicy kabla między równoległymi obwodami podziemnymi, choć dokładny współczynnik redukcji według tabeli zależy od faktycznej liczby obwodów i wybranego odstępu.

Dlaczego nie ma to związku z wymogiem dotyczącym głębokości ułożenia

Głębokość rowu 0,5 m z §522.8 to wymóg ochrony mechanicznej: zapewnia, że kabel nie zostanie przypadkowo uszkodzony łopatą lub koparką. Ten wymóg nie mówi nic o tym, ile prądu może przenosić kabel. I odwrotnie, obliczenie obciążalności prądowej z uwzględnieniem rezystywności gruntu i współczynnika grupowania nie mówi nic o wymaganej głębokości ułożenia. Kabel ułożony dokładnie na głębokości 0,5 m i tym samym spełniający wymóg ochrony mechanicznej może nadal być przeciążony cieplnie, jeśli grunt okaże się bardziej suchy, o wyższej rezystywności niż założono podczas doboru przekroju, lub jeśli w tym samym rowie ułożono więcej równoległych obwodów, niż uwzględniono.

Znaczenie praktyczne

Przy projektowaniu trasy z kilkoma obwodami podziemnymi, lub przy reklamacji dotyczącej kabla podziemnego, który nagrzewa się bardziej niż oczekiwano bez naruszenia wymogu dotyczącego głębokości ułożenia, sprawdzenie rzeczywistej rezystywności i temperatury gruntu — oraz zastosowanego współczynnika grupowania dla faktycznej konfiguracji równoległych obwodów — jest bezpośrednim kolejnym krokiem, niezależnie od ochrony mechanicznej samego kabla.

Częste błędy

1. Założenie, że wymóg dotyczący głębokości ułożenia (§522.8) mówi również coś o dopuszczalnym prądzie — są to dwa niezależne wymogi o różnych celach.
2. Bezrefleksyjne stosowanie referencyjnej rezystywności gruntu 2,5 K·m/W dla suchego gruntu piaszczystego, podczas gdy ten rodzaj gruntu może mieć znacznie wyższą (gorszą) rezystywność, co skutkuje niższym dopuszczalnym prądem.
3. Brak zastosowania współczynnika grupowania dla kilku równoległych obwodów podziemnych w tym samym rowie lub tej samej wiązce rur, podczas gdy tabele B.52.18/B.52.19 zostały opracowane właśnie w tym celu.
4. Stosowanie tabel temperatury otoczenia powietrza (B.52.14) dla kabla podziemnego, podczas gdy dla metody D1/D2 obowiązuje tabela temperatury gruntu (B.52.15) — inna temperatura referencyjna z innym współczynnikiem korekcyjnym.

Powiązane

• Kable podziemne — głębokość ułożenia i ochrona mechaniczna (§522.8)
• Współczynnik grupowania Cg — kable związane w wiązkę
• Metody referencyjne — ustalanie sposobu instalacji