15. 4 自然土壤热阻系数
要综合考虑土壤在加热过程中的长期稳定性。 加热过程会使水汽从土壤中分离， 使土壤的热阻系数与自然条件下相比有所增大。 这就意味着如果电缆中承载着电流， 那么可以认为测量得到的土壤热阻系数偏大。 因此有必要计算回填土的热干燥曲线， 从热干燥曲线中可得到相应的热阻系数。 后面会对影响热稳定性和干燥速率的因素进行分析。
普通土壤的成分和各成分以℃ cm / W 为单位的热阻值见表 15- 1。 对于不流动的空气和水， 热阻值取决于传导系数。
围绕在电缆系统附近的土壤， 在沿电缆敷设路径方向的热阻系数可以是多样化的。 这一方面是由于自然界土壤成分本就不同， 另一方面线路上的电流导致发热使土壤中的水分发生迁移。 为了保证电缆系统的热量合理消散， 回填材料要满足很多严格的性能要求。
沿电缆路径的土壤热阻系数会与敷设距离和敷设深度成函数关系。 另外还与含水量有明显关系， 比如说， 在含水量为 10% 的情况下， 最小热阻系数为 50 ～
60 ℃ cm / W， 最大约为 150 ℃ cm / W 的土壤， 在含水量变为 0% 的极干条件下热阻系数会变为 350 ℃ cm / W （ 见图 15- 4）。
有机土壤， 像泥煤或表层土等， 土壤内有植被或根系时， 不论是在湿润条件还是干燥条件下都会表现出高热阻系数。 这种土壤含水量很高， 密度很小。 这种土壤有很多孔洞， 因此很容易变干燥。 高多孔性导致空气含量很高， 进而热阻系数很高。 如果考虑用自然土壤代替高质量回填土放在 “ 优质回填土部分” 内或 “ 混凝土组件” 内， 就一定要确保上述土壤结构的问题都得到解决。
图 15- 5 所示为直埋电缆的载流量受土壤热阻系数的影响关系图。 实际应用中热阻系数和电流值关系变动很广泛， 且这种关系适用于所有电压等级的电缆系统。土壤热性质的变化与运行中电缆的热输出成函数关系， 而非与电压值成函数关系。低压电缆系统中可能存在多条电缆放置在一个电缆沟中或虽然电缆数量很少但加载的电流很高。 单位长度电缆沟中的热量输出合成矢量是促使土壤水分迁移提高热阻系数的重要因素。
在风电和太阳能项目中， 电缆运行在相对较低的电压中 （34kV）。 但如果电缆沟中回填土不是按照设计热阻系数要求的密度进行敷设， 那么电缆出现故障的风险很高。
图 15- 5 土壤热阻系数和载流量的关系
图 15- 6 所示是外购回填土和电缆沟内自然土壤的等效热阻系数关系图。 明显看出采用专业回填土会降低等效热阻系数。 很多计算机载流量计算程序都可以模拟出这种情况下的变量和参数值。