Strombelastbarkeitsberechnung und thermisches Derating von Erdkabeln nach IEC 60287
Erfahren Sie, wie Sie die Kabelbelastbarkeit unter der Erde nach IEC 60287 berechnen und thermische Überlastungen in komplexen Rohrzügen vermeiden.
Physik der thermischen Ableitung in unterirdischen Leitern
Die Bestimmung der Strombelastbarkeit (Ampazität) von erdverlegten Leistungskabeln erfordert eine strenge Analyse der zweidimensionalen stationären Wärmenutzung. Die primäre Wärmequelle entsteht im Leiterkern durch Stromwärmeverluste (Joule-Effekt):
P = I² • R_ac
Dabei stellt R_ac den Wechselstromwiderstand bei Betriebstemperatur unter Berücksichtigung von Skineffekt und Nachbareffekt (Proximity-Effekt) dar. Bei Spannungen über 18/30 kV müssen zusätzlich die dielektrischen Verluste im Isolationsmaterial sowie die Wirbelstrom- und Kreisstromverluste in den metallischen Schirmen und Bewehrungen berücksichtigt werden.
Der erzeugte Wärmestrom muss eine Reihe konzentrischer thermischer Widerstände durchqueren, bevor er an die Umgebung (Boden und Atmosphäre) abgegeben wird. Dieser thermische Stromkreis wird analog zum Ohmschen Gesetz modelliert. Die internen thermischen Widerstände umfassen die Isolierung (T1), die innere Hülle (T2) und den Außenmantel (T3). Der externe thermische Widerstand (T4) repräsentiert den Widerstand des umgebenden Mediums (Rohrleitung, Bettungsmaterial und Erdreich).
Vergleich der Berechnungsmethoden und Normen
Die internationale Normung regelt diese Berechnungen präzise. Während die IEC 60287 detaillierte analytische Gleichungen für den stationären Zustand bereitstellt, basiert die US-amerikanische Norm IEEE 835 auf der klassischen Neher-McGrath-Methode. Einfache Tabellenwerke wie die VDE 0298 oder der NEC Artikel 310 bieten pauschale Reduzierungsfaktoren, die jedoch für komplexe Rohrzüge oder thermisch ungünstige Böden (g_s > 1.0 K·m/W) unzureichend sind.
Mit der Software Vexten können Planer komplexe Rohrgrabengeometrien nach IEC 60287 modellieren, um thermische Überlastungen und vorzeitige Kabelausfälle durch thermisches Entwässern des Bodens zuverlässig zu verhindern.