Lämpöresistiivisyysmittauksilla luotettavuutta kaapelimitoituksiin

Johtimen mitoitus on iso osa sähköteknistä turvallisuutta, jolla turvataan käyttäjää sekä omaisuutta kaapelin käyttöiän kasvun myötä. Yksi konkreettinen esimerkki lämpöresistiivisyyden huomioimisesta maakaapeloinnin mitoituksessa on aurinkovoimapuistot, joissa kriittinen piste kaapeleille on kesällä, kun maa on kuiva ja auringon kovasti paistaessa myös tuotanto on suurimmillaan. 

Maaperän lämpöresistiivisyys vaikuttaa kaapelin kuormitettavuuslaskelmiin, eli mitoitukseen. Suomessa maan lämpöresistiivisyytenä on käytetty 1,0 mK/W, mutta sen aSrvo muuttuu ympäristön mukaan. Maaperän koostumus ja kosteus vaikuttavat suoraan sen lämpöresistiivisyyteen. Maaperän eri olomuotojen – kiinteän aineksen (mineraalit), nesteen (vesi) ja kaasun (ilma) – erilaiset lämmönjohtavuusarvot, jotka ovat vastaavasti 2,0 W/(mK), 0,6 W/(mK) ja 0,02 W/(mK), selittävät, miksi lämpöresistiivisyys vaihtelee eri asennusympäristöissä. Käytännön tilannetta kuvaa maaperän kuivuminen, jonka myötä maaperän lämpöresistiivisyys voi kasvaa moninkertaiseksi verrattuna kosteaan maaperään. Koska johtimen käyttölämpötila halutaan pitää sallitun rajan sisällä, kaapelin mitoitus lasketaan kuivan tilanteen mukaan, jotta lämpö pääsee siirtymään pois. 

Kuva. Lämpöresistiivisyyden riippuvuus vesipitoisuudesta kolmelle eri maanäytteelle. Näytteiden kuivatiheydet 1300 ja 1700 kg/m3 välillä. 

Standardi SFS 5636 esittää korjauskertoimia voimakaapeleiden kuormitettavuudelle eri maaperän lämpöresistiivisyyksillä. Samaisessa standardissa on esitetty myös esimerkkejä lämpöresistiivisyyden arvoista eri maalajien eri kosteuksille, kuten ”Kostea savi ja hiekka (kosteus 25 %) = 0,7 mK/W tai ”Kuiva hiekka (kosteus 0 %) = 3,0 mK/W”.  Taulukkoarvot ovat suuntaa antavia eivätkä vastaa todellista asennusympäristöä. 

Mitan Helsingin laboratorion tutkijoilla on yli 15 vuoden kokemus lämmönjohtavuuden mittauksista erilaisista savimateriaaleista. Keväästä lähtien mittausten tarjontaa on laajennettu muun muassa tuuli- ja aurinkopuistojen maarakennustöitä tekeville urakoitsijoille, hyvin kokemuksin. 

“Laboratoriossa pystyy tekemään edustavan näytteen, joka vastaa asennusympäristön maaperää tiheyden ja kosteuspitoisuuden osalta”.

“Laboratoriossa pystyy tekemään edustavan näytteen, joka vastaa asennusympäristön maaperää tiheyden ja kosteuspitoisuuden osalta”, Helsingin laboratoriopäällikkö Jari Martikainen kertoo. 

“Laboratoriossa tehtävien mittausten etuna on myös maaperänäytteen kosteuspitoisuuden muokkaaminen. Kun huomioidaan, että lämmönjohtavuus on lähes suoraan verrannollinen näytteen vesipitoisuuteen, niin jo kolmella mittapisteellä saadaan varsin hyvä näkemys lämpöresistiivisyyden ja kosteuden välisestä suhteesta kyseisessä asennusympäristössä”, Martikainen toteaa. 

Lämpöresistiivisyyden laboratoriotulos on mahdollista saada jopa päivissä. Lämpöresistiivisyyden mittauksia tehdään Mitan laboratoriossa Konalassa.