Wärmeableitung erdverlegter Stromkabel

Bei der Übertragung von elektrischer Energie mit erdverlegten Kabeln verursachen v. a. die ohmschen Widerstände der verwendeten Aluminium- oder Kupferleiter elektrische Verluste, die in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben werden. Die maximale Strombelastung der Kabeltrassen wird dabei u. a. durch die maximal zulässigen Leitertemperaturen beschränkt. Damit steht die mögliche Auslastung eines erdverlegten Kabels in einer direkten Abhängigkeit zu den thermischen Eigenschaften des umgebenden Bodens und der Kabelbettung.

Schematischer Aufbau einer Erdkabel-Trasse mit Darstellung der thermischen und hydraulischen Interaktionen der Kabelbettung mit dem umgebenden Boden (Abbildung: TU Darmstadt / Ulrike Albrecht, Vorlage FG Ang. Geothermie).

Ein Großteil der Bettungen befindet sich im teilgesättigten Bereich, d. h. oberhalb der Grundwasseroberfläche. Da Kabelbettung und Boden in einem direkten hydraulischen Kontakt stehen, muss neben der Optimierung der thermischen Eigenschaften der Bettungsmaterialen, besonders deren hydraulisches Verhalten bei den natürlichen und betriebsbedingten Wassergehaltsänderungen des umgebenden Bodens betrachtet werden. Zur Quantifizierung dieses Zusammenhanges werden die thermischen, hydraulischen und geotechnischen Kennwerte von Bettungsmaterialien bei Versuchen im Labor- und Feldmaßstab untersucht. An der TU Darmstadt wurden dazu bereits mehrere Untersuchungsmethoden entwickelt, mit denen alle relevanten thermischen und hydraulischen Parameter von Bettungsmaterialien messtechnischen bestimmt werden können. Diese Daten dienen anschließend als Eingangsparameter numerischer Modelle zur Simulation des gekoppelten Wärme- und Massetransports um erdverlegte Kabel. Die im Labor ermittelten Kennwerte werden zusätzlich in einem bereits 2013 errichteten realitätsnahen Großfeldversuch (Erdkabeltestfeld) validiert und kalibriert.

Luftaufnahme des Erdkabeltestfeldes – 2015 (Foto: TU Darmstadt).

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