本發(fā)明涉及用于改進(jìn)地下電纜傳輸設(shè)備的性能的方法和材料。

背景技術(shù)：

基于安全原因且基于美觀原因，用于電力傳輸和信息傳輸?shù)膫鬏旊娎|越來(lái)越多地被埋嵌在地下以提供與架空電纜設(shè)備相比改進(jìn)的安全性，后者是暴露的且因而易于損壞。當(dāng)在地下電纜設(shè)備與架空電纜設(shè)備之間選擇時(shí)，一個(gè)主要考慮因素是前期成本和如果設(shè)備因諸如洪水或地震而受損時(shí)接近受損設(shè)備的方便性。然而，即使有地下電纜設(shè)備的前期成本，地下電纜設(shè)備與架空電纜也一起被廣泛使用在發(fā)送端與消費(fèi)者之間、通常延伸數(shù)百公里的許多電力和通信傳輸線中。

傳輸電纜網(wǎng)絡(luò)且尤其是電力傳輸網(wǎng)絡(luò)始于有限的電力來(lái)源，而配電網(wǎng)的就有效使用產(chǎn)生的電和發(fā)電過(guò)程中消耗的材料而言的任何損耗都是開(kāi)銷極大的。發(fā)電來(lái)源和與電網(wǎng)相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施的初期投資也是設(shè)計(jì)電網(wǎng)時(shí)的主要考慮因素。

所有傳輸類型均具有效率損失，其中一些效率損失是因傳輸產(chǎn)生的生成熱引起的。如果要維持所設(shè)計(jì)的效率水平，那么這樣的熱損失必須要快速消散。雖然空氣具有非常差的散熱能力，但是空氣被非常成功地用于架空電纜設(shè)備中來(lái)消散傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的熱。然而，架空電纜的設(shè)計(jì)明顯不同于地下電纜的設(shè)計(jì)，在后者中不期望空氣存在于回填料中。而且，容納傳輸線路的任何電纜溝的寬度通常遠(yuǎn)小于分隔開(kāi)的架空傳輸線的總寬度，且因而地下設(shè)備必須使用有效得多的導(dǎo)熱回填料，且所使用的回填料的熱阻率必須顯著小于空氣的熱阻率?；蛘?，就必須使用更昂貴的電纜線。

在干燥區(qū)域中更難以獲得顯著減小超過(guò)自然土壤的熱阻率的熱阻率，在干燥區(qū)域中，水分的缺失使得周圍土地的導(dǎo)熱性不如潮濕土壤，且目前，在許多情形中，提供具有干燥狀態(tài)下的合適熱阻率以使長(zhǎng)的地下電力電纜能夠經(jīng)濟(jì)地起作用的一致的天然回填料是非常困難的。

負(fù)責(zé)地下電纜設(shè)備的當(dāng)局提供了規(guī)定傳輸線路和地下電力電纜設(shè)備的最低要求的法規(guī)。澳大利亞法規(guī)尤其規(guī)定了電纜設(shè)備的深度和圍繞地下電力電纜的壓實(shí)回填料的熱阻率值，R值。在澳大利亞，電纜周圍的壓實(shí)材料的R值通常被規(guī)定為采用1.2米攝氏度/瓦的最大值。作為常規(guī)的做法，沒(méi)有前述單位的單獨(dú)的R的數(shù)值將被用在下面的描述中。

AC傳輸?shù)膫鬏斁€路設(shè)計(jì)是諸如成本的競(jìng)爭(zhēng)性因素與造成損失的因素之間的折衷，造成損失的因素例如為電阻、電感、電容以及相之間的絕緣和散熱。散熱是傳輸線路操作的主要限制因素，因?yàn)殡S流過(guò)線路的電流變化的電阻性加熱必須充分地從電纜溝消散到天然土壤中以防止導(dǎo)致效率低下和/或發(fā)生故障的過(guò)多熱量積聚。

電力容量與電壓的平方成比例，因此非常高的電壓被用于長(zhǎng)距離輸電。然而，由于電阻率隨溫度線性增加且性能的可預(yù)測(cè)性是必要的，因而地下傳輸線路的容量是基于根據(jù)法規(guī)制造的設(shè)備的。在澳大利亞，AS3008法規(guī)(2009)“電器設(shè)備-選擇電纜-電纜交流電壓高至0.6/lKVA且包括0.6/lKVA-典型的澳大利亞安裝條件”也規(guī)定了埋嵌電纜周圍的直接回填料的R值為1.2，因?yàn)樵撝当徽J(rèn)為足以維持可接受的溫度水平且因而可接受的電力損失。

為了獲得由具有1.2的最大R值的壓實(shí)回填料圍繞的地下電纜的必要性能，可能產(chǎn)生合適的開(kāi)采材料的采礦場(chǎng)或采石場(chǎng)必須被確認(rèn)并操作以提供無(wú)論是用于當(dāng)?shù)卦O(shè)備，還是遠(yuǎn)程設(shè)備的回填料材料。由于材料是天然存在的，因而在其提取形式中可能包含有機(jī)物質(zhì)或其他有害雜質(zhì)，因而將存在就沿著設(shè)置有這樣的回填料的地下電纜的長(zhǎng)度的其R值變化和隨之產(chǎn)生的性能變化而言的材料品質(zhì)的自然變化。這可能導(dǎo)致設(shè)備操作效率的不可預(yù)測(cè)的損失。

用于信息傳輸?shù)墓饫w電纜也產(chǎn)生必須被消散的熱以便有效操作光纜。

在一個(gè)方面，本發(fā)明的目的是提供一種制造的回填料產(chǎn)品，其可以由用于圍繞埋嵌的傳輸電纜的容易獲得的材料構(gòu)成，且將至少符合規(guī)定的要求諸如具有壓實(shí)時(shí)等于或小于1.2cm/w的R值，更優(yōu)選地符合指定R值范圍內(nèi)，使得可以減少沿著埋嵌電纜長(zhǎng)度的效率變化。本發(fā)明的其他目的和優(yōu)勢(shì)將在下文變得明顯。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明的目的是提供一種制造的回填料材料，其可以由用于圍繞埋嵌的傳輸電纜的容易獲得的材料構(gòu)成，且將具有顯著小于1.2的R值，由此通過(guò)埋嵌電纜傳輸?shù)碾娏蛐畔⒖梢员辉黾映^(guò)目前在由具有高至1.2的R值的圍繞填料埋嵌的地下電纜中所實(shí)現(xiàn)的。

在另外的方面，本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)約地制造具有可預(yù)測(cè)的R值的回填料材料的方法。在另外的方面，本發(fā)明的目的是提供一種降低土壤且特別是干土壤或開(kāi)采的粒狀材料的熱阻率的方法。

本發(fā)明的目的還在于提供一種通過(guò)埋嵌電纜進(jìn)行電力或信息傳輸?shù)脑鰪?qiáng)的方法。本發(fā)明的其他目的和優(yōu)勢(shì)將在下文變得明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于前述內(nèi)容，在一個(gè)方面，本發(fā)明大體上在于被壓實(shí)在電纜溝內(nèi)的地下輸電電纜周圍的制造的導(dǎo)熱粒狀回填料產(chǎn)品，制造的粒狀回填料產(chǎn)品包括具有壓實(shí)時(shí)高于1.2的R值的粒狀基礎(chǔ)材料和足夠的具有壓實(shí)時(shí)小于1.2的R值的粒狀鐵化合物的添加劑的混合物，以便提供具有壓實(shí)時(shí)1.2或更低R值的制造的導(dǎo)熱粒狀回填料產(chǎn)品。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明大體上在于被壓實(shí)在電纜溝內(nèi)的地下輸電電纜周圍的制造的導(dǎo)熱粒狀回填料產(chǎn)品，制造的粒狀回填料產(chǎn)品包括具有壓實(shí)時(shí)高于1.2的R值的粒狀基礎(chǔ)材料和足夠的具有壓實(shí)時(shí)小于1.2的R值的粒狀鐵化合物的添加劑的混合物，以便提供具有壓實(shí)時(shí)1.2或更低R值的制造的導(dǎo)熱粒狀回填料產(chǎn)品。

優(yōu)選地，基礎(chǔ)材料和添加劑材料是具有細(xì)尺寸、粗尺寸和中間尺寸顆粒且最大顆粒尺寸6mm的分級(jí)混合物，由此制造的導(dǎo)熱回填料產(chǎn)品在使用中可以被壓實(shí)以從制造的導(dǎo)熱回填料產(chǎn)品中去除大部分夾帶的空氣?；A(chǔ)材料優(yōu)選地包括粉砂和砂，諸如粉質(zhì)砂土或粘質(zhì)砂土或其混合物。如果期望的話，可以向混合物中添加其他添加劑，諸如粉砂，粉砂可以被添加到一些金屬化合物中以降低它們的熱阻率。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明大體上在于通過(guò)地下電纜進(jìn)行導(dǎo)電的方法，該方法包括按照上面的定義將地下電纜包括在制造的回填料產(chǎn)品中。在優(yōu)選的形式中，該方法包括將熱阻率降低至可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)電力電纜傳輸?shù)碾娏Φ娘@著增加這樣的程度。例如，主要包括粒狀金屬化合物的回填料材料將基本上降低圍繞電力傳輸線路的回填料的導(dǎo)熱率，從而能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)埋嵌傳輸線路傳輸?shù)碾娏Φ娘@著增加，而沒(méi)有過(guò)多熱量積聚。可選擇地，較小的導(dǎo)體可以用于傳輸相同的電力。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明大體上在于具有小于1.2的R值且包括粉質(zhì)砂土或粘質(zhì)砂土與粒狀鐵化合物添加劑的混合物的制造的回填料產(chǎn)品。優(yōu)選地，鐵化合物選自方鐵礦、赤鐵礦或磁鐵礦，盡管其他金屬化合物諸如銅、鉛、金或黃鐵礦可以以適合于所使用的其他金屬化合物的混合百分比被使用。

在另外的方面，本發(fā)明在于制造具有目標(biāo)熱阻率的回填料材料的方法，該方法包括混合粒狀基礎(chǔ)材料與具有已知的熱阻且足夠量的粒狀金屬或金屬化合物，以便獲得目標(biāo)熱阻。在優(yōu)選的方法中，基礎(chǔ)材料與諸如方鐵礦、赤鐵礦和磁鐵礦的粒狀鐵化合物材料混合。此特定選擇的金屬化合物是優(yōu)選的，因?yàn)椴牧弦子讷@得。制造的導(dǎo)熱回填料由易于獲得的開(kāi)采的添加劑材料形成，添加劑材料可以被研磨以形成良好分級(jí)的粒狀混合物，粒狀混合物可以容易與被用作基礎(chǔ)材料的粉質(zhì)砂土或粘質(zhì)砂土混合以形成相對(duì)均勻的混合物，該混合物可以被使用常規(guī)的構(gòu)造機(jī)械壓實(shí)在電纜溝內(nèi)且圍繞傳輸電纜，以便減少回填料中的空氣和空隙。

上文已經(jīng)給出了金屬或金屬化合物的最大尺寸為不大于6mm，因?yàn)楦蟮念w粒可能損壞電纜覆蓋物。根據(jù)本發(fā)明的混合物可以有利地僅使用小得多的粒度，這有利于混合物中空隙的減少且因而提供混合物的導(dǎo)熱率的增大。當(dāng)然，根據(jù)已知方法的壓實(shí)有助于減少空隙且可以被規(guī)定以獲得預(yù)測(cè)的或源自實(shí)驗(yàn)室的R值。

在另一個(gè)的方面，本發(fā)明大體上在于在回填料材料的導(dǎo)熱率不會(huì)因水的存在而被增大的干燥區(qū)域內(nèi)形成傳輸電纜的地下包封物的方法，該方法包括以選擇成提供回填料材料的指定熱阻的比混合粒狀基礎(chǔ)材料與粒狀金屬或金屬化合物。優(yōu)選地，基礎(chǔ)材料是粉質(zhì)砂土或粘質(zhì)砂土，其與粒狀鐵化合物混合以獲得指定的熱阻。

在另一個(gè)的方面，本發(fā)明提供了降低土壤且特別是干土壤或開(kāi)采的或挖掘的粒狀材料的熱阻率的方法，該方法包括混合粒狀金屬或金屬混合物至干土壤或開(kāi)采的粒狀材料中。在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，開(kāi)采的粒狀金屬化合物被添加以獲得較低的熱阻且優(yōu)選添加開(kāi)采的鐵化合物。

在另一方面，本發(fā)明大體上在于通過(guò)地下電力電纜傳輸電力的方法，該方法包括：-

沿著所提議的地下電纜的路徑挖掘出相對(duì)窄的電纜溝；

向電纜溝的基座添加回填料，其可以包括具有規(guī)定的最大R值的制造的回填料的上層；

將電力電纜設(shè)置在電纜溝內(nèi)；

用具有規(guī)定的最大R值的制造的回填料圍繞電力電纜；

壓實(shí)回填料以便顯著減少圍繞電纜的制造的回填料中的空隙，其中制造的回填料被根據(jù)本發(fā)明的一方面制造，由此從沿著埋嵌的電力電纜的其整個(gè)長(zhǎng)度傳導(dǎo)離開(kāi)的熱可以被維持在防止正常使用中的電纜過(guò)熱的水平。

制造的導(dǎo)熱回填料產(chǎn)品將能夠?qū)崿F(xiàn)電纜的整個(gè)長(zhǎng)度基本上恒定的熱消散，以防止或至少減輕局部過(guò)熱?；诖四康?，制造的回填料材料可以被制造成規(guī)定的相對(duì)接近的最大R值和最小R值，以便實(shí)現(xiàn)從地下電纜的整個(gè)其長(zhǎng)度的基本上恒定的熱消散。

在本說(shuō)明書(shū)中提及基礎(chǔ)材料并不是指根據(jù)本發(fā)明制得的混合物中按體積計(jì)或按重量計(jì)占優(yōu)勢(shì)的材料，其僅僅指的是可以被就地開(kāi)采或現(xiàn)場(chǎng)之外開(kāi)采的材料適合于回填且具有大于1.2的R值。

為了本發(fā)明可以被更容易理解且更有效地實(shí)施，現(xiàn)在將參考下面的闡釋了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

在第一測(cè)試中，將一定范圍濃度的磁鐵礦加入到粘質(zhì)砂土中，爐干燥且測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)干密度、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的干密度、最大干密度、最佳水含量、導(dǎo)熱率(且因而熱阻率)。從許多測(cè)試樣品確定每一個(gè)范圍的標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果被描述在表1和2中。

表1

表2

在第二測(cè)試中，將一定范圍濃度的赤鐵礦加入到粘質(zhì)砂土中，爐干燥且測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)干密度、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的干密度、最大干密度、最佳水含量、導(dǎo)熱率(且因而熱阻率)。從許多測(cè)試樣品確定每一個(gè)范圍的標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果被描述在下面的表3和4中。

表3

表4

在第三測(cè)試中，各種干材料被添加到具有或被調(diào)節(jié)至約10％黃鐵礦的干的粉質(zhì)砂土中。添加特定濃度的干材料且測(cè)試放置水含量、現(xiàn)場(chǎng)干密度、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的干密度、最大干密度、最佳水含量、導(dǎo)熱率(且因此熱阻率)。從許多測(cè)試樣品確定每一個(gè)范圍的標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果被描述在下面的表5和6中。

表5

表6

在第四測(cè)試中，各種干材料被添加到具有或被調(diào)節(jié)至約10％黃鐵礦的干的粉質(zhì)砂土中。添加特定濃度的干材料且測(cè)試放置水含量、現(xiàn)場(chǎng)干密度，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的干密度、最大干密度、最佳水含量、導(dǎo)熱率(且因此熱阻率)。從許多測(cè)試樣品確定每一個(gè)范圍的標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果被描述在下面的表5和6中。

表7

表8

在典型的設(shè)備中，當(dāng)被安裝在由具有0.7到0.9范圍內(nèi)的熱阻率R值的回填料圍繞的電纜溝內(nèi)時(shí)，地下電纜可以被設(shè)計(jì)用于有效的操作。

根據(jù)本發(fā)明，整個(gè)地下電纜的長(zhǎng)度的回填料材料可以通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)或鄰近現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采用于制造回填料的一些或全部成分，或通過(guò)使用基礎(chǔ)材料和已知量的粒狀鐵化合物添加劑(可以被儲(chǔ)備來(lái)準(zhǔn)備供使用)來(lái)被提供。

通常，本發(fā)明將被如下進(jìn)行：通過(guò)確定提議被用作圍繞電纜的回填料的基礎(chǔ)材料的R值，使得改變?cè)摶A(chǔ)材料的R值以滿足規(guī)定的范圍所需的呈粒狀形式的添加劑鐵化合物的量可以被確定。鐵化合物添加劑可以是被保持在存儲(chǔ)器中的具有已知量的大塊添加劑，或者添加劑可以被現(xiàn)場(chǎng)或鄰近現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采(如果可獲得的話)，且如果經(jīng)濟(jì)或其他考慮因素決定當(dāng)?shù)亻_(kāi)采和破碎提供了令人滿意的鐵化合物來(lái)源。

例如，基礎(chǔ)材料可以被干燥并測(cè)試以具有1.4的壓實(shí)R值且開(kāi)采的鐵化合物添加劑(其可以例如是磁鐵礦)可以具有壓實(shí)時(shí)0.6的R值。這些材料可以被混合在一起且被壓實(shí)以提供具有變化百分比的混合物的樣品，這可以被測(cè)試以確定與基礎(chǔ)材料混合來(lái)獲得設(shè)備所規(guī)定的呈壓實(shí)形式的制造的產(chǎn)品的期望R值所需要的添加劑的百分比或百分比范圍。

一旦這樣被確立，那么具有添加劑的回填料可以被現(xiàn)場(chǎng)制造，使得R值設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可以以經(jīng)濟(jì)上可行的或政治上可接受的方式被滿足。如果沿著電纜長(zhǎng)度的基礎(chǔ)材料的品質(zhì)存在變化，那么正如可以通過(guò)選定間隔的恒定測(cè)試所顯示的，例如鐵化合物添加劑的百分?jǐn)?shù)可以按照需要被改變以獲得地下電纜設(shè)備的整個(gè)長(zhǎng)度的恰當(dāng)一致的R值的回填料。

制造的回填料產(chǎn)品可以被用作延伸至埋嵌電纜周圍的指定程度的回填料，或者電纜被埋嵌在其內(nèi)的電纜溝可以基本上填充有制造的回填料材料。使用基本上所有制造的回填料材料或回填料材料至規(guī)定的深度提供了使電纜溝縮窄的機(jī)會(huì)，電纜溝通常被形成以支撐電纜并提供地下設(shè)備的額外的成本節(jié)約而沒(méi)有對(duì)埋嵌的電力電纜的性能產(chǎn)生不利影響。還可以通過(guò)降低用于輸送相同電力的電纜的額定值來(lái)實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。本發(fā)明能夠如下進(jìn)行：通過(guò)從基礎(chǔ)材料和粒狀鐵化合物的儲(chǔ)備料制造回填料產(chǎn)品，基礎(chǔ)材料和鐵化合物各自具有已知的或證實(shí)的R值且制造的導(dǎo)熱回填料產(chǎn)品具有從測(cè)試結(jié)果獲得的或以其他方式預(yù)測(cè)的R值，且輸送制造的產(chǎn)品或產(chǎn)品組分到工作場(chǎng)所準(zhǔn)備供使用或準(zhǔn)備供在使用之前在場(chǎng)所混合。

在第二種情形中，本發(fā)明能夠如下進(jìn)行：通過(guò)從基礎(chǔ)材料和粒狀金屬或金屬化合物的儲(chǔ)備料制造回填料，基礎(chǔ)材料和粒狀金屬或金屬化合物各自具有已知的或證實(shí)的R值和從測(cè)試結(jié)果獲得的或以其他方式預(yù)測(cè)的混合物R值，且輸送混合物或混合物組分到工作場(chǎng)所準(zhǔn)備供使用或準(zhǔn)備供在使用之前在場(chǎng)所混合。

借助足夠的測(cè)試，認(rèn)為可以建立這樣的表：該表將允許容易確認(rèn)與具有已知R值的基礎(chǔ)材料混合以獲得基礎(chǔ)材料和金屬或金屬化合物添加劑的混合物來(lái)獲得期望的R值所需的金屬或金屬化合物添加劑的量。

在一些設(shè)備中，除了熱阻率之外的重要的考慮因素可以針對(duì)特定的場(chǎng)所被規(guī)定，考慮因素可以例如是壓實(shí)的回填料的強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明，考慮因素還可以是可能通過(guò)使用所選擇的分級(jí)的基礎(chǔ)材料和形成具有滿足設(shè)備的期望結(jié)果的粒度的金屬或金屬化合物來(lái)提供具有期望品質(zhì)的混合物。

初步測(cè)試顯示出向回填料中添加粒狀鐵化合物以應(yīng)該能夠預(yù)測(cè)基礎(chǔ)材料和鐵化合物添加劑的混合物的導(dǎo)熱率的方式確實(shí)降低了其熱阻率。制造的回填料產(chǎn)品可以被制造成規(guī)定的相對(duì)接近的最大R值和最小R值，以便在使用中實(shí)現(xiàn)從地下電纜的整個(gè)其長(zhǎng)度的基本上恒定的散熱。

當(dāng)然，將會(huì)認(rèn)識(shí)到，上文僅通過(guò)本發(fā)明的示例性實(shí)施例給出且正如將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行的所有這樣的改動(dòng)和變化被認(rèn)為落入本發(fā)明的如由下面的權(quán)利要求界定的寬的范圍和界限內(nèi)。