Messtechnik für den Erdkabeltrassenbau - Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von Bettungsmaterialien

Im Zuge der Energiewende erfolgt eine Netzumstrukturierung zur Übertragung der dezentral und aus erneuerbaren Quellen erzeugten elektrischen Energie. Ein Schlüsselelement des Energietransportes und der Verteilung stellt hierbei der Ausbau von Erdkabeltrassen dar. In den kommenden Jahren werden dazu massive Netzausbaumaßnahmen notwendig.
Ein entscheidender Auslegungsparameter für Kabeltrassen ist die Einhaltung der zulässigen Betriebstemperaturen des Kabels. Die Wärmeentwicklung des sich unter Last aufheizenden Kabels muss möglichst effizient an den umgebenden Untergrund abgegeben werden. Die physikalischen Eigenschaften von Bettungsmaterialien, welche zum Einbau der Kabel mechanisch verdichtet werden, können durch diese Verdichtung zum Teil erheblichen Veränderungen unterliegen. In der Praxis werden diese Größen häufig auf Grundlage tabellierter Werte angenommen. In der Realität finden jedoch vielfältige thermisch-hydraulisch gekoppelte Transportprozesse statt, deren genaue Analyse eine ökonomischere Auslegung einer Trasse ermöglichen kann. So können Kabel in Böden mit hohen effektiven Wärmeleitfähigkeiten höher belastet werden und Böden mit geringer effektiver Wärmeleitfähigkeit bereits im Bau erkannt und ausgetauscht oder durch bauliche Maßnahmen entsprechend verbessert werden. Damit können u. a. auch Kabelschäden aufgrund von Überhitzung vermieden werden. In den vergangenen Jahren wurden die hier vorgestellten Messverfahren entwickelt, welche eine zügige Laboruntersuchung der relevanten thermischen und hydraulischen Parameter von Bettungsmaterialien ermöglichen.

Measuring technique for underground cable routes - Determination oft he thermal conductivity of bedding materail.
A crucial parameter for the design of buried power cables is the maximum operation temperature as it is one of the key limitation factors. The transport of electricity induces thermal energy that needs to be efficiently distributed to the surrounding soil. The physical parameters of the bedding materials can vary substantially due to the mechanical compression during installation. During the design process these parameters are mostly based on literature, instead of direct measurements. Knowledge of the thermo-hydraulic-mechanic coupled mechanisms allows a more profound and economic design of buried electric infrastructure. By reducing the uncertainty of the thermal parameters, the efficiency can be increased. Low conductive materials can be identified during the construction process and suitable thermal enhancements can be executed. Overheating of the cables and corresponding damages can be avoided. Over the past years new laboratory tests were developed that allow a fast and precise determination of the relevant thermal and hydraulic parameters. The test equipment, its procedures, and first results are presented in this paper.