This project will investigate new and advanced methods of calculation of current carrying capacity (ampacity) and perform experimental work in order to provide new and important knowledge and tools for utility companies to determine the thermal conductivity of power cable trench backfills. In many cases, the ampacity can be increased, since the thermal conductivity in many cases is higher than the tabulated value normally used according to current standards.
At locations along the cable route that coincide with other infrastructure, such as roads, railways and district heating, the cable is usually buried in a thermally unfavourable environment. This reduces the ampacity and is referred to as "thermal bottlenecks". In such cases reduction factors are taken from on tables calculated more than 40 years ago, based on simplified model geometries. In many cases these reduction factors are conservative compared to the real ampacity of the cable.
Two large full-scale installations have been established to verify numerical calculations of the cable conductor temperature experimentally: at Lyse Elnett in Stavanger (field experiment) and at Tiller (outdoor laboratory) in Trondheim. The measurements include recording of e.g. temperature, humidity, thermal resistivity, weather (wind/ precipitation) along many bottle-necks. In addition small-scale experiments have been executed in the high voltage laboratory, to investigate specific phenomena.
The experiments show that there is a large spread in measured thermal conductivity, ranging from 0.7 W/m.K to 1.7 W/m.K while the tabulated value in the standard is 1 W/m.K. The resulting ampacity of the cable can thus be worse or better than the tabulated value.
A method that estimates the thermal conductivity in soils have been developed, based on information from the CE-declaration that follows all building materials and measurement of the soil density. An empirical model of thermal conductivity for soils and building materials, developed in Canada, forms the basis of the method. The method has been verified for materials commonly used in cable trenches and provide a valuable tool to provide better estimates of thermal conductivity compared to the tabulated values.
A web-based tool for ampacity calculations have been developed in the project, based on finite-element calculations of heat transfer. The calculations are executed on a server, making it possible to do heavy computations on any PC or device connected to the internet. The web-based tool has a graphical user interface that intuitively makes it possible to define the geometry of the cable trench and perform ampacity calculations for complex geometries in a simple manner.
Belastningsevnen til jordkabler er blant annet sterkt avhengig av den termiske ledningsevnen til omkringliggende masser. Nettselskapene mangler i dag en pålitelig og enkel metodikk for å avdekke denne. Dette prosjektet skal stimulere til bruk av nye avans erte beregningsmetoder samt gjennomføre eksperimentelt arbeid for å gi et nytt og viktig beslutningsgrunnlag og verktøy for norske nettselskap. Skalerte laboratorieforsøk og fullskala felttesting skal gjøres for å verifisere modeller og metoder.
Den termi ske ledningsevnen til jordsmonnet bestemmes av ulike faktorer som type grunnmineral, kornstørrelsesfordeling, kornform, tetthet/egenvekt, fuktinnhold etc. I dagens normverk og forskrifter for nettselskapene er angitt verdi for termiske ledningsevne til jo rdsmonnet uavhengig disse parameterne. Dersom en pålitelig og anvendbar feltmetode for måling av termisk ledningsevne for jordsmonn (og andre masser) var tilgjengelig ville beregningen av belastningsevnen både bli mer presis og pålitelig. Belastningsevnen ville i mange tilfeller kunne økes siden den termiske ledningsevne er i de fleste tilfeller høyere enn verdien angitt i normverket.
Videre skal det utvikles et verktøy for beregning av belastbarhet til jordkabler. Dette beregningsverktøyet skal kunne in kludere forskjellige men typiske forlegningsforhold, fellesføringer og kryssinger med annen infrastruktur o.l. Forlegninger med lagdelte masser og dype forlegninger under veier med mange forskjellige lag i veiens oppbygning skal også kunne tas hensyn til. Beregningsverkøyet skal også kunne brukes til å bestemme transiente temperaturforløp for å bestemme tilgjengelig kortvarig overlast til kabelen og dermed øke fleksibiliteten til nettet. Sårbarheten for overtemperaturer til ulike kabeldesign skal også un dersøkes. Fullskala feltforsøk skal gjennomføres over flere år for å verifiser at metodene gir et pålitelig estimat av kabelens belastningsevne.