本发明涉及用于改进地下电缆传输设备的性能的方法和材料。
背景技术：
基于安全原因且基于美观原因，用于电力传输和信息传输的传输电缆越来越多地被埋嵌在地下以提供与架空电缆设备相比改进的安全性，后者是暴露的且因而易于损坏。当在地下电缆设备与架空电缆设备之间选择时，一个主要考虑因素是前期成本和如果设备因诸如洪水或地震而受损时接近受损设备的方便性。然而，即使有地下电缆设备的前期成本，地下电缆设备与架空电缆也一起被广泛使用在发送端与消费者之间、通常延伸数百公里的许多电力和通信传输线中。
传输电缆网络且尤其是电力传输网络始于有限的电力来源，而配电网的就有效使用产生的电和发电过程中消耗的材料而言的任何损耗都是开销极大的。发电来源和与电网相关的基础设施的初期投资也是设计电网时的主要考虑因素。
所有传输类型均具有效率损失，其中一些效率损失是因传输产生的生成热引起的。如果要维持所设计的效率水平，那么这样的热损失必须要快速消散。虽然空气具有非常差的散热能力，但是空气被非常成功地用于架空电缆设备中来消散传输过程中产生的热。然而，架空电缆的设计明显不同于地下电缆的设计，在后者中不期望空气存在于回填料中。而且，容纳传输线路的任何电缆沟的宽度通常远小于分隔开的架空传输线的总宽度，且因而地下设备必须使用有效得多的导热回填料，且所使用的回填料的热阻率必须显著小于空气的热阻率。或者，就必须使用更昂贵的电缆线。
在干燥区域中更难以获得显著减小超过自然土壤的热阻率的热阻率，在干燥区域中，水分的缺失使得周围土地的导热性不如潮湿土壤，且目前，在许多情形中，提供具有干燥状态下的合适热阻率以使长的地下电力电缆能够经济地起作用的一致的天然回填料是非常困难的。
负责地下电缆设备的当局提供了规定传输线路和地下电力电缆设备的最低要求的法规。澳大利亚法规尤其规定了电缆设备的深度和围绕地下电力电缆的压实回填料的热阻率值，R值。在澳大利亚，电缆周围的压实材料的R值通常被规定为采用1.2米摄氏度/瓦的最大值。作为常规的做法，没有前述单位的单独的R的数值将被用在下面的描述中。
AC传输的传输线路设计是诸如成本的竞争性因素与造成损失的因素之间的折衷，造成损失的因素例如为电阻、电感、电容以及相之间的绝缘和散热。散热是传输线路操作的主要限制因素，因为随流过线路的电流变化的电阻性加热必须充分地从电缆沟消散到天然土壤中以防止导致效率低下和/或发生故障的过多热量积聚。
电力容量与电压的平方成比例，因此非常高的电压被用于长距离输电。然而，由于电阻率随温度线性增加且性能的可预测性是必要的，因而地下传输线路的容量是基于根据法规制造的设备的。在澳大利亚，AS3008法规(2009)“电器设备-选择电缆-电缆交流电压高至0.6/lKVA且包括0.6/lKVA-典型的澳大利亚安装条件”也规定了埋嵌电缆周围的直接回填料的R值为1.2，因为该值被认为足以维持可接受的温度水平且因而可接受的电力损失。
为了获得由具有1.2的最大R值的压实回填料围绕的地下电缆的必要性能，可能产生合适的开采材料的采矿场或采石场必须被确认并操作以提供无论是用于当地设备，还是远程设备的回填料材料。由于材料是天然存在的，因而在其提取形式中可能包含有机物质或其他有害杂质，因而将存在就沿着设置有这样的回填料的地下电缆的长度的其R值变化和随之产生的性能变化而言的材料品质的自然变化。这可能导致设备操作效率的不可预测的损失。
用于信息传输的光纤电缆也产生必须被消散的热以便有效操作光缆。
在一个方面，本发明的目的是提供一种制造的回填料产品，其可以由用于围绕埋嵌的传输电缆的容易获得的材料构成，且将至少符合规定的要求诸如具有压实时等于或小于1.2cm/w的R值，更优选地符合指定R值范围内，使得可以减少沿着埋嵌电缆长度的效率变化。本发明的其他目的和优势将在下文变得明显。
在另一个方面，本发明的目的是提供一种制造的回填料材料，其可以由用于围绕埋嵌的传输电缆的容易获得的材料构成，且将具有显著小于1.2的R值，由此通过埋嵌电缆传输的电力或信息可以被增加超过目前在由具有高至1.2的R值的围绕填料埋嵌的地下电缆中所实现的。
在另外的方面，本发明的目的是提供一种节约地制造具有可预测的R值的回填料材料的方法。在另外的方面，本发明的目的是提供一种降低土壤且特别是干土壤或开采的粒状材料的热阻率的方法。
本发明的目的还在于提供一种通过埋嵌电缆进行电力或信息传输的增强的方法。本发明的其他目的和优势将在下文变得明显。
技术实现要素：
鉴于前述内容，在一个方面，本发明大体上在于被压实在电缆沟内的地下输电电缆周围的制造的导热粒状回填料产品，制造的粒状回填料产品包括具有压实时高于1.2的R值的粒状基础材料和足够的具有压实时小于1.2的R值的粒状铁化合物的添加剂的混合物，以便提供具有压实时1.2或更低R值的制造的导热粒状回填料产品。
在另一个方面，本发明大体上在于被压实在电缆沟内的地下输电电缆周围的制造的导热粒状回填料产品，制造的粒状回填料产品包括具有压实时高于1.2的R值的粒状基础材料和足够的具有压实时小于1.2的R值的粒状铁化合物的添加剂的混合物，以便提供具有压实时1.2或更低R值的制造的导热粒状回填料产品。
优选地，基础材料和添加剂材料是具有细尺寸、粗尺寸和中间尺寸颗粒且最大颗粒尺寸6mm的分级混合物，由此制造的导热回填料产品在使用中可以被压实以从制造的导热回填料产品中去除大部分夹带的空气。基础材料优选地包括粉砂和砂，诸如粉质砂土或粘质砂土或其混合物。如果期望的话，可以向混合物中添加其他添加剂，诸如粉砂，粉砂可以被添加到一些金属化合物中以降低它们的热阻率。
在另一个方面，本发明大体上在于通过地下电缆进行导电的方法，该方法包括按照上面的定义将地下电缆包括在制造的回填料产品中。在优选的形式中，该方法包括将热阻率降低至可以实现通过电力电缆传输的电力的显著增加这样的程度。例如，主要包括粒状金属化合物的回填料材料将基本上降低围绕电力传输线路的回填料的导热率，从而能够实现通过埋嵌传输线路传输的电力的显著增加，而没有过多热量积聚。可选择地，较小的导体可以用于传输相同的电力。
在另一个方面，本发明大体上在于具有小于1.2的R值且包括粉质砂土或粘质砂土与粒状铁化合物添加剂的混合物的制造的回填料产品。优选地，铁化合物选自方铁矿、赤铁矿或磁铁矿，尽管其他金属化合物诸如铜、铅、金或黄铁矿可以以适合于所使用的其他金属化合物的混合百分比被使用。
在另外的方面，本发明在于制造具有目标热阻率的回填料材料的方法，该方法包括混合粒状基础材料与具有已知的热阻且足够量的粒状金属或金属化合物，以便获得目标热阻。在优选的方法中，基础材料与诸如方铁矿、赤铁矿和磁铁矿的粒状铁化合物材料混合。此特定选择的金属化合物是优选的，因为材料易于获得。制造的导热回填料由易于获得的开采的添加剂材料形成，添加剂材料可以被研磨以形成良好分级的粒状混合物，粒状混合物可以容易与被用作基础材料的粉质砂土或粘质砂土混合以形成相对均匀的混合物，该混合物可以被使用常规的构造机械压实在电缆沟内且围绕传输电缆，以便减少回填料中的空气和空隙。
上文已经给出了金属或金属化合物的最大尺寸为不大于6mm，因为更大的颗粒可能损坏电缆覆盖物。根据本发明的混合物可以有利地仅使用小得多的粒度，这有利于混合物中空隙的减少且因而提供混合物的导热率的增大。当然，根据已知方法的压实有助于减少空隙且可以被规定以获得预测的或源自实验室的R值。
在另一个的方面，本发明大体上在于在回填料材料的导热率不会因水的存在而被增大的干燥区域内形成传输电缆的地下包封物的方法，该方法包括以选择成提供回填料材料的指定热阻的比混合粒状基础材料与粒状金属或金属化合物。优选地，基础材料是粉质砂土或粘质砂土，其与粒状铁化合物混合以获得指定的热阻。
在另一个的方面，本发明提供了降低土壤且特别是干土壤或开采的或挖掘的粒状材料的热阻率的方法，该方法包括混合粒状金属或金属混合物至干土壤或开采的粒状材料中。在本发明的优选形式中，开采的粒状金属化合物被添加以获得较低的热阻且优选添加开采的铁化合物。
在另一方面，本发明大体上在于通过地下电力电缆传输电力的方法，该方法包括：-
沿着所提议的地下电缆的路径挖掘出相对窄的电缆沟；
向电缆沟的基座添加回填料，其可以包括具有规定的最大R值的制造的回填料的上层；
将电力电缆设置在电缆沟内；
用具有规定的最大R值的制造的回填料围绕电力电缆；
压实回填料以便显著减少围绕电缆的制造的回填料中的空隙，其中制造的回填料被根据本发明的一方面制造，由此从沿着埋嵌的电力电缆的其整个长度传导离开的热可以被维持在防止正常使用中的电缆过热的水平。
制造的导热回填料产品将能够实现电缆的整个长度基本上恒定的热消散，以防止或至少减轻局部过热。基于此目的，制造的回填料材料可以被制造成规定的相对接近的最大R值和最小R值，以便实现从地下电缆的整个其长度的基本上恒定的热消散。
在本说明书中提及基础材料并不是指根据本发明制得的混合物中按体积计或按重量计占优势的材料，其仅仅指的是可以被就地开采或现场之外开采的材料适合于回填且具有大于1.2的R值。
为了本发明可以被更容易理解且更有效地实施，现在将参考下面的阐释了本发明优选实施方案的实施例。
具体实施方式
在第一测试中，将一定范围浓度的磁铁矿加入到粘质砂土中，炉干燥且测试现场干密度、实验室测试的干密度、最大干密度、最佳水含量、导热率(且因而热阻率)。从许多测试样品确定每一个范围的标准差，结果被描述在表1和2中。
表1
表2
在第二测试中，将一定范围浓度的赤铁矿加入到粘质砂土中，炉干燥且测试现场干密度、实验室测试的干密度、最大干密度、最佳水含量、导热率(且因而热阻率)。从许多测试样品确定每一个范围的标准差，结果被描述在下面的表3和4中。
表3
表4
在第三测试中，各种干材料被添加到具有或被调节至约10％黄铁矿的干的粉质砂土中。添加特定浓度的干材料且测试放置水含量、现场干密度、实验室测试的干密度、最大干密度、最佳水含量、导热率(且因此热阻率)。从许多测试样品确定每一个范围的标准差，结果被描述在下面的表5和6中。
表5
表6
在第四测试中，各种干材料被添加到具有或被调节至约10％黄铁矿的干的粉质砂土中。添加特定浓度的干材料且测试放置水含量、现场干密度，实验室测试的干密度、最大干密度、最佳水含量、导热率(且因此热阻率)。从许多测试样品确定每一个范围的标准差，结果被描述在下面的表5和6中。
表7
表8
在典型的设备中，当被安装在由具有0.7到0.9范围内的热阻率R值的回填料围绕的电缆沟内时，地下电缆可以被设计用于有效的操作。
根据本发明，整个地下电缆的长度的回填料材料可以通过在现场或邻近现场开采用于制造回填料的一些或全部成分，或通过使用基础材料和已知量的粒状铁化合物添加剂(可以被储备来准备供使用)来被提供。
通常，本发明将被如下进行：通过确定提议被用作围绕电缆的回填料的基础材料的R值，使得改变该基础材料的R值以满足规定的范围所需的呈粒状形式的添加剂铁化合物的量可以被确定。铁化合物添加剂可以是被保持在存储器中的具有已知量的大块添加剂，或者添加剂可以被现场或邻近现场开采(如果可获得的话)，且如果经济或其他考虑因素决定当地开采和破碎提供了令人满意的铁化合物来源。
例如，基础材料可以被干燥并测试以具有1.4的压实R值且开采的铁化合物添加剂(其可以例如是磁铁矿)可以具有压实时0.6的R值。这些材料可以被混合在一起且被压实以提供具有变化百分比的混合物的样品，这可以被测试以确定与基础材料混合来获得设备所规定的呈压实形式的制造的产品的期望R值所需要的添加剂的百分比或百分比范围。
一旦这样被确立，那么具有添加剂的回填料可以被现场制造，使得R值设计标准可以以经济上可行的或政治上可接受的方式被满足。如果沿着电缆长度的基础材料的品质存在变化，那么正如可以通过选定间隔的恒定测试所显示的，例如铁化合物添加剂的百分数可以按照需要被改变以获得地下电缆设备的整个长度的恰当一致的R值的回填料。
制造的回填料产品可以被用作延伸至埋嵌电缆周围的指定程度的回填料，或者电缆被埋嵌在其内的电缆沟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规定的深度提供了使电缆沟缩窄的机会，电缆沟通常被形成以支撑电缆并提供地下设备的额外的成本节约而没有对埋嵌的电力电缆的性能产生不利影响。还可以通过降低用于输送相同电力的电缆的额定值来实现成本节约。本发明能够如下进行：通过从基础材料和粒状铁化合物的储备料制造回填料产品，基础材料和铁化合物各自具有已知的或证实的R值且制造的导热回填料产品具有从测试结果获得的或以其他方式预测的R值，且输送制造的产品或产品组分到工作场所准备供使用或准备供在使用之前在场所混合。
在第二种情形中，本发明能够如下进行：通过从基础材料和粒状金属或金属化合物的储备料制造回填料，基础材料和粒状金属或金属化合物各自具有已知的或证实的R值和从测试结果获得的或以其他方式预测的混合物R值，且输送混合物或混合物组分到工作场所准备供使用或准备供在使用之前在场所混合。
借助足够的测试，认为可以建立这样的表：该表将允许容易确认与具有已知R值的基础材料混合以获得基础材料和金属或金属化合物添加剂的混合物来获得期望的R值所需的金属或金属化合物添加剂的量。
在一些设备中，除了热阻率之外的重要的考虑因素可以针对特定的场所被规定，考虑因素可以例如是压实的回填料的强度。根据本发明，考虑因素还可以是可能通过使用所选择的分级的基础材料和形成具有满足设备的期望结果的粒度的金属或金属化合物来提供具有期望品质的混合物。
初步测试显示出向回填料中添加粒状铁化合物以应该能够预测基础材料和铁化合物添加剂的混合物的导热率的方式确实降低了其热阻率。制造的回填料产品可以被制造成规定的相对接近的最大R值和最小R值，以便在使用中实现从地下电缆的整个其长度的基本上恒定的散热。
当然，将会认识到，上文仅通过本发明的示例性实施例给出且正如将对本领域技术人员明显的是对示例性实施例进行的所有这样的改动和变化被认为落入本发明的如由下面的权利要求界定的宽的范围和界限内。