15. 6 土壤的热稳定
热稳定是指潮湿土壤在周围有热负载时保持相对固定热阻系数的能力。 土壤的热稳定可以让电力电缆运行时不超过安全温度。 在周围电缆发热时， 当土壤不能保持稳定， 就会逐渐变得干燥， 导致热阻系数大幅升高， 反过来又会使电缆运行温度升高。 这种情况就是土壤热失稳 （ 热散失）。 如果不能补充土壤水分或者减少电流， 最终结果就会导致电缆过热击穿故障。
潮湿土壤的热流主要方式传导。 水分多时， 水会填充到土壤颗粒之间成为持续的媒介， 这样的土壤就是一个很好的热导体 （ 见图 15- 3）。 一方面， 热源产生的热流会使水分在热区蒸发， 到较冷的区域凝结， 这就是水分迁移。 另一方面， 通过毛细管的水分回流， 使土壤中的水分分布保持平衡 （ 热稳定———图 15- 3 的 A 区）。
B ） 。
如果土壤水分在临界含水量以下， 外部热量会在土壤颗粒之间形成热路， 从而使水分蒸发很快超过毛细管的回流。 这个过程反复进行增加了土壤的热梯度， 强迫更多的水分流失， 导致热源周围土壤的热阻系数大幅增加 （ 热失稳———图 15- 3 的区
15. 6. 1 热交换率
电缆- 土壤界面的热交换率是导致土壤水分迁移的驱动力。 根据土壤类型和水分情况， 热交换率必须要超过一个最小值才有可能产生热稳定条件。 外径大的电缆可能不会促使水分迁移， 因为它有更大的表面用来散热。 通过热探针测量， 单芯电
缆或者钢管电缆产生同样热交换率时， 土壤界面的热流或者功率密度小于更大外径的电缆。 直埋电缆等效外径就是单根直埋电缆的外径， 钢管电缆和穿管敷设电缆的等效外径就是钢管或者导管的外径。 由于相互的热影响， 多芯电缆系统中单个电缆的热交换率会增加。 最坏的情况是， 土壤的热交换率是每根电缆的热交换率之和。
电缆周围的热稳定回填土把原来的土壤- 电缆界面改变成回填土- 电缆界面。 这样一来， 原来土壤的热流就大大减少， 不会产生热失稳。
热稳定还与电缆历史负载相关。 持续的热交换会使土壤最终变得干燥， 但是周期性的负载能让土壤补充流失的水分， 延迟或者取消热失稳的出现。 紧急负载会使电缆周围的土壤变得干燥， 但是时间短不会造成更多的伤害。 对一个给定的土壤-电缆系统， 热稳定试验能够测试紧急负载的安全施加时间。
热稳定与电缆温度无关。 但是电缆温度是电缆- 土壤相互作用的结果。 由于电缆温度很容易测量， 以前的载流量表格是在电缆允许温度的基础上形成的。 这个观念是不完整的， 它没有考虑土壤类型的不同、 含水量的差异或者土壤热阻系数的动态特性。 电缆载流量表格必须在仅考虑保守情况下为电缆的安全设计和运行指导。
15. 6. 2 土壤类型和密度
一些土壤以及特定的土壤状态能增加电缆系统的热稳定性。 良好的土壤必须是高效的传热体、 电缆有热负载时能够阻止水分迁移或者是土壤干燥时能够快速补充水分。 带有小比例的淤泥和粘土的高等级沙砾时最符合要求。 同时密度也很高。 为了进一步提高密度， 在土壤的大颗粒间填充更小的颗粒， 还能提高保持水分的能力。 不含有机质、 不含多孔颗粒的精炼矿粒混合物具有良好的热传导。 多孔土壤很快会干燥， 因此是不稳定的。 尽管粘质土壤干燥得很慢， 但同时也很难吸水， 因此也是不好的土壤。
15. 6. 3 土壤水分
自然土壤的含水量是不稳定的， 随着气候条件而改变。 有电缆运行时， 如果土壤是干燥的， 就很有可能变得不稳定。 必须评估最低含水量下土壤的稳定性， 但是通常这是很不容易评价的参数。