جدول المحتويات
لماذا يتم استخدام الردم للكابلات المدفونة؟
يشير ردم التربة إلى المواد المستخدمة لملء الخنادق بعد وضع الكابلات المدفونة. تضمن مادة الردم هذه قدرة تركيب الكابلات وموثوقيتها وطول عمرها. وتتمثل الوظائف الرئيسية لردم التربة في تبديد الحرارة الحرارية الكافية والحماية الميكانيكية والثبات أثناء الضغوط الخارجية.
التربة المحلية هي مادة ردم شائعة، تنطوي على إعادة استخدام التربة المحفورة أو المنزوعة. وهي الخيار الوحيد لتركيب الكابلات البحرية باستخدام معدات حرث الكابلات. حيثما تسمح اللوائح المحلية بذلك، يتم تركيب التربة المحلية لردم الكابلات البرية عند مستويات الرطوبة والضغط المحلية التي توفر أقصى قدر من التبديد الحراري وتمنع الحركة أو الترسبات.
تشمل بدائل ردم التربة المحلية الردم الهندسي مثل الردم الهندسي مثل الرمل المثبت، ومزيج الرمل والأسمنت (عادةً 14:1)، والردم المميع الذي يمزج الرمل والأسمنت والماء والعوامل والمكونات الأخرى.
تجدر الإشارة إلى أن الردم المميع مفضل بشكل متزايد في التركيبات الحديثة نظراً لسهولة استخدامه وتقليل مخاطر تلف الكابلات. على عكس الردميات التقليدية التي تتطلب الضغط، تتدفق الردميات المميعة حول الكابلات، مما يقلل من احتمالية حدوث إجهاد ميكانيكي أو تلف أثناء التركيب.
على الرغم من أن تكلفة الردم المصمم والمركب بشكل صحيح أكبر من استخدام التربة الأصلية، إلا أن الفوائد الرئيسية تشمل زيادة (غالباً ما تكون كبيرة) في تصنيف تيار الكابل بسبب مقاومته الحرارية المنخفضة، وتقليل الفاقد الكهربائي وتوفير التكاليف على مدى عمر نظام الكابل، والحماية من انتقال الرطوبة (جفاف التربة) بسبب ثباتها الحراري الجيد.
المقاومة الحرارية للتربة الأصلية
إن المقاومة الحرارية للتربة حساسة للغاية لمحتوى التربة من الرطوبة، والتي تعتمد على هطول الأمطار وانتقال الرطوبة (جفاف التربة) الناجم عن تسخين الكابلات.
تتكون التربة من جسيمات حبيبات التربة الصلبة والفراغات الهوائية والماء. يوضّح الجدول 1 المقاومة الحرارية النموذجية للمواد المختلفة. وتتراوح المقاومة الحرارية لحبيبات التربة من 0.11 إلى 1.7 كلفن/ث. وتبلغ المقاومة الحرارية للماء الراكد 1.65 كلفن/ثانية، وتبلغ المقاومة الحرارية للهواء 40 كلفن/ثانية تقريبًا.
الجدول 1 - المقاومة الحرارية للمواد [المرجع 1]
| المواد | المقاومة الحرارية (K.m/W) |
|---|---|
| كوارتز، متوسط | 0.11 |
| جرانيت | 0.25-0.58 |
| الحجر الجيري | 0.45 |
| الحجر الرملي | 0.58 |
| ميكا | 1.7 |
| المياه | 1.65 |
| المواد العضوية | 4 (رطب) إلى 7 (جاف) |
| الهواء | 40 |
يعطي الجدول 2 المقاومة الحرارية للتربة في الموقع بناءً على رطوبة التربة وظروف الطقس (المطر). من الصعب تحديد المقاومة الحرارية للتربة لاستخدامها في دراسات تصنيف الكابلات. لدى المرء خيار استخدام قيم موحدة، مثل تلك الموجودة في المواصفة القياسية IEC 60287-3-1، ولكن هذه القيم لا تأخذ في الحسبان ظروف التربة المحلية، مما يؤدي إلى خطر كبير قد يتعرض الكابل للسخونة الزائدة على مدى عمر الكابل.
الجدول 2 - المقاومة الحرارية للتربة [المرجع 2]
|
المقاومة الحرارية K.m.W المقاومة الحرارية K.m/W |
ظروف التربة | أحوال الطقس |
|---|---|---|
| 0.7 | رطبة جداً | رطبة باستمرار |
| 1.0 | الرطوبة | هطول الأمطار المنتظم |
| 2.0 | جاف | نادراً ما تمطر |
| 3.0 | جاف جداً | أمطار قليلة أو معدومة |
المقاومة الحرارية للخرسانة
تُستخدم الخرسانة عادةً كمادة ردم حراري لكابلات الطاقة عالية الجهد تحت الأرض نظراً لخصائصها الحرارية المفيدة. على عكس التربة، لا تتعرض الخرسانة لانتقال الرطوبة أو الجفاف، مما يحافظ على أداء حراري مستقر مع مرور الوقت.
عادةً ما تتراوح المقاومة الحرارية للخرسانة المستخدمة في ردم الكابلات من 0.5 إلى 1.0 كلفن/ثانية. وتشمل بعض القيم المحددة ما يلي:
- الخرسانة القياسية: 0.6-1.0 كلفن/ثانية
- الخرسانة الكثيفة: 0.5 - 0.7 كلفن/ثانية
- خرسانة خفيفة الوزن: 1.0-1.5 كيلو متر/ثانية
تقدم بعض الشركات المصنعة منتجات خرسانية حرارية متخصصة لردم الكابلات ذات مقاومة أقل:
- الخرسانة الحرارية: منتج من الرمل المرتبط بالأسمنت ذو مقاومة حرارية منخفضة تصل إلى 0.33 كلفن/ثانية.
- خرسانة كهربائية: خرسانة موصلة للحرارة عالية الأداء ذات مقاومة حرارية منخفضة للغاية.
إن المقاومة الحرارية المنخفضة والمستقرة للخرسانة تجعلها خياراً ممتازاً لردم الكابلات الأرضية ذات الجهد العالي، مما يسمح بمعدلات تيار أعلى وأداء أكثر موثوقية على المدى الطويل مقارنةً بردم التربة الأصلية.
المقاومة الحرارية للردميات المصممة هندسيًا
ولتحسين الأداء الحراري للكابلات والقوة الميكانيكية للخندق يتم استخدام مادة ردم هندسية هندسية تغلف الكابلات. ويتكون الردم الهندسي الجيد من مادة ردم هندسية جيدة من مادة متدرجة بدقة (محددة على أساس تحليل المناخل) تكون مضغوطة بشكل جيد وينبغي أن تكون مقاومتها الحرارية الرطبة من 0.35 إلى 0.45 كلفن/م/ث ومقاومتها الحرارية الجافة من 0.9 إلى 1.1 كلفن/ث.
بالنسبة لردمية معينة، يكون للكثافة الجافة أعلى تأثير على المقاومة الحرارية في ظروف الجفاف التام. تعتمد المقاومة الحرارية للردم على المحتوى الرطوبي. ترد خصائص المواد المستخدمة في الردم في الجدول 3 أدناه.
الجدول 3 - المقاومة الحرارية للتربة ومواد الردم [المرجع 3]
| أنواع التربة أو الردم | محتوى الرطوبة المشبع (الرطب) (%) | الكثافة الجافة (كجم/م3) |
المقاومة الحرارية (K.m/W) مبلل |
المقاومة الحرارية (K.m/W) جاف |
|---|---|---|---|---|
| الحصى الناعم الخشن | 3-5 | 2150 | 0.5 | 2.5 |
| رمال حصوية | 7-15 | 2050 | 0.5 | 2 |
| الرمل الناعم الخشن | 12-18 | 1900 | 0.5 | 1.7 |
| رمال موحدة | 12-18 | 1700 | 0.55 | 3.5 |
| طمي رملي | 15-25 | 1800 | 0.65 | 2.5 |
| الطمي | 15-25 | 1750 | 0.7 | 2.5 |
| الطمي الطيني | 20-30 | 1750 | 0.65 | 2 |
| الطين الطري | 20-30 | 1700 | 0.75 | 2.5 |
| الطين السمين | 30-40 | 1600 | 0.9 | 3.0 |
| غبار الحجارة | 9-12 | 2050 | 0.45 | 1.1 |
من الشائع أن يتم تزويد الردم الهندسي بمنحنى الجفاف الحراري. ويرد أدناه منحنى نموذجي يوضح أنه كلما انخفض محتوى الرطوبة تزداد المقاومة الحرارية.
الشكل 1 - مثال لمنحنى الجفاف الحراري لمادة ردم هندسي
تعتمد المقاومة الحرارية للردم على مستوى انضغاطه، مما يؤثر على المحتوى المائي. يوفر المستوى العالي من ضغط الردم أداءً حراريًا جيدًا. لا يمكن أن يكون الردم خاليًا من المحتوى المائي؛ يجب أن يكون رطبًا أثناء التركيب والضغط حول الكابلات ويجب ألا يكون جافًا.
هناك محتوى مائي مثالي سيكون له كثافة قصوى. ويحدد منحنى الرطوبة إلى الكثافة لمادة ردم معينة (يتم الحصول عليه باستخدام اختبار بروكتور في المختبر) الكثافة عند محتوى الرطوبة الأمثل. وفقًا لـ [المرجع 3]، تبلغ نسبة الرطوبة المثلى للتربة الحبيبية غير المتماسكة (مثل الرمل) حوالي 8 إلى 12%، وتبدو التربة رطبة تمامًا.
تبلغ الكثافة القصوى في المنحنى أدناه 2120 كجم/م3 عند محتوى رطوبة 7.6%.
الاستنتاجات
من الصعب تحديد المقاومة الحرارية للتربة أو الردم لاستخدامها في دراسات تصنيف الكابلات. وقد عانى المهندسون لعقود من الزمن من هذه المشكلة.
يمكن أن يوفر الرصد الميداني بالأجهزة معلومات مفيدة (بتكلفة زهيدة نسبيًا) من خلال الحصول على المقاومة الحرارية الفعلية للتربة وبيانات هطول الأمطار مع مرور الوقت.
يجب الحصول على عينات ميدانية من التربة الأصلية والردم الهندسي واختبارها معملياً لتصميم أنظمة الكابلات.
يجب مراعاة تأثيرات جفاف التربة (الجفاف) على تصنيف تيار الكابل. وعندما تكون درجة حرارة التشغيل القصوى المسموح بها للموصلات أعلى من 70 درجة مئوية، فإن المقاومة الحرارية للردم الذي يغلف الموصلات، إذا كانت ضمن درجة حرارة 50 درجة مئوية، ينبغي أن تستند مقاومتها الحرارية إلى نسبة رطوبة صفر في المائة (جافة تماماً).
يجب أن يكون الردم مناسبًا للغرض ومركبًا بشكل صحيح، بمعنى أن يكون مضغوطًا بشكل صحيح (ولكن بعناية).
يمكن مراقبة درجة حرارة التشغيل باستخدام مستشعرات درجة الحرارة الموزعة (DTS) لتجنب ارتفاع درجة حرارة الكابلات المركبة.
المراجع:
([1]) لجنة المعهد الأمريكي لعلوم وتكنولوجيا الطاقة والبيئة. (1960). الخصائص الحرارية للتربة فيما يتعلق بكابلات الطاقة تحت الأرض. تقرير لجنة AIEE.
[2] اللجنة الكهروتقنية الدولية. (2017). IEC 60287-3-1:2017 - الكابلات الكهربائية - حساب التصنيف الحالي - الجزء 3-1: ظروف التشغيل - الظروف المرجعية للموقع. جنيف، سويسرا: IEC.
[3] CIGRÉ. (2018). الكتيب الفني 714 - دليل حسابات التصنيف الحراري للكابلات. باريس، فرنسا: CIGRÉ.
