15. 8 临界热交换率
模型分析结果表明存在热交换率的限制。 图 15- 9 中曲线的渐近线也显示了这一点。 在临界热交换率数值以下， 热特性不佳的土壤也能无限期保持热稳定。
一旦在试验室测试出土壤的干燥时间， 并推广应用到电缆敷设周围的土壤。 如果满足以下条件， 土壤就认为是稳定的：
1） 干燥时间超过最长干旱时间。
2） 电缆热负载长时间低于临界热交换率的要求， 特别是土壤最干燥时。
自然土壤往往很难达到要求。 自然土壤材质经常是不均一的， 在受热后很快变干。 典型的二氧化硅沙中含有 88% 的通过 40 目筛 （0. 42mm 或者更小筛网孔） 的沙粒以及 0. 6% 的淤泥。 干态的密度是 100lb / ft3 ， 正常结构是由石英晶体构成， 热阻系数为 12℃ cm / W。 自然状态的沙子如果含水量在 3% 的话， 热阻系数是 60 ～ 80℃ cm / W。 例如， 热负载在 30W / ft 的电缆或者沟道就能很容易烤干这些沙， 导致含水量在 1% 以下， 热阻系数上升到 350 ～ 400℃ cm / W。
单回路、 直埋的配电馈电电缆以及很多输电电缆都能使自然土壤达到热失稳条件。 一种情况： 有 0. 5% 含水量的沙紧邻一根直埋馈电电缆， 在 2ft 高处有草坪灌溉喷头。 直埋馈电电缆的规格是 3 芯 500kcmil 的铜电缆。 每天晚上 4h 喷淋， 沙仍然不能保持足够的水分来阻止热失稳。 干燥的沙导致了绝缘偏心。 在 Balaska、
Merrell 和 McKean 的报告[9] 中也描述了在纽约沙丘上的输电缆出现相似的场景。
另一个例子： 尽管一根钢管电缆埋在海湾下 30ft， 钢管电缆周围的自然状态土壤还是被完全烤干。 这里的土壤是粘土状的石灰岩， 带有大量的有机质。
在丹麦和英国都报告了类似的情况， 认为在水下的电缆周围的土壤有很高的热阻系数[10] ， 最深的水是在 Champlain 湖[11] 。
在丹麦的事例中， “ 海缆的冷却条件一般认为是非常好的， 载流量的计算也是基于很低的海床热阻系数”。 在陆上段的热阻系数是 43 ～ 54℃ cm / W， 海床的热阻系数就假设一样低的数值。 运行后出现两次接头故障后， 在实验室中发现海床材料包含大量的有机质， 热阻系数达到了 105℃ cm / W。 探针在海床上的测试值达到了 94 ℃ cm / W。
伦敦事故的调查报告[10] ， 人们发现运河中淤泥的热阻系数高达 118 ℃ cm /
Champlain 湖的 115kV 电缆[11]1958 年敷设， 敷设深度 300ft， 1969 年击穿。 把击穿点附近的土壤样本送到实验室检测。 检测发现粘土的热阻系数平均达 90 ～ 100℃ cm / W， 测试不是在湖底的条件下进行。 新电缆载流量的确定基于粘土的热阻系数取值是 140℃ cm / W。
这些事件的教训就是在水底土壤也会产生水分的迁移。 为保持海床土壤的低热阻系数， 水分必须能从多孔或者颗粒周围自由流动， 而且海床的有机质含量要在一定的水平。 需要指出的是， 如果没有足够大的热源检测土壤中水分迁移的话， 用探针沿着规划线路测量可能会给出一个较好的热阻系数数值。