Soil Thermal Resistivity Test คืออะไร ทดสอบค่าความต้านทานความร้อนของดินและอุณหภูมิดิน (ATT) สำหรับสายไฟฟ้าใต้ดิน

Soil Thermal Resistivity Test คืออะไร วัดอะไรได้

ค่าความต้านทานความร้อนของดิน (Soil Thermal Resistivity, ρ_th) คือคุณสมบัติที่บอกว่าดินขัดขวางการไหลของความร้อนมากน้อยเพียงใด หน่วยคือเมตร-เคลวินต่อวัตต์ (m·K/W) ส่วนกลับของค่านี้คือค่าการนำความร้อน (Thermal Conductivity, k) หน่วยวัตต์ต่อเมตร-เคลวิน (W/m·K) ค่าความต้านทานยิ่งต่ำ ดินยิ่งพาความร้อนออกจากสายไฟฟ้าได้เร็ว

ปัจจัยที่ควบคุมค่านี้คือปริมาณความชื้น ความหนาแน่น ชนิดและขนาดเม็ดดิน และองค์ประกอบแร่ น้ำนำความร้อนได้ดีกว่าอากาศประมาณ 25 เท่า ดินอิ่มน้ำจึงระบายความร้อนดีกว่าดินแห้งชนิดเดียวกันหลายเท่า ดินที่มีเม็ดแร่ควอตซ์มากก็นำความร้อนได้ดีกว่าดินเหนียวหรือดินอินทรีย์ การเดาค่าจากชนิดดินที่เห็นด้วยตาจึงคลาดเคลื่อนได้มาก

ทำไมสายไฟฟ้าใต้ดินต้องรู้ค่าความร้อนของดิน

สายไฟฟ้าทุกเส้นมีความร้อนเกิดขึ้นขณะจ่ายกระแสตามกฎ I²R สายที่เดินในอากาศระบายความร้อนออกได้ง่าย แต่สายที่ฝังดินต้องพึ่งดินรอบ ๆ เป็นทางระบายความร้อนเพียงทางเดียว ถ้าดินระบายความร้อนได้ช้า อุณหภูมิตัวนำจะสูงขึ้นจนเกินขีดจำกัดของฉนวน (ทั่วไปคือ 90°C สำหรับฉนวน XLPE) ผู้ออกแบบจึงต้องลดกระแสที่ยอมให้ไหลลง หรือเปลี่ยนไปใช้สายขนาดใหญ่ขึ้น

มาตรฐานที่ใช้คำนวณพิกัดกระแสของสายเคเบิลคือ IEC 60287 ซึ่งใช้ตัวแปรสองตัวจากดินโดยตรง คือ ค่าความต้านทานความร้อนของดิน และอุณหภูมิดินตามธรรมชาติที่ระดับวางสาย (Ambient Ground Temperature) ค่าที่ใส่ในสูตรผิดไปเพียงเล็กน้อยก็ทำให้พิกัดกระแสคลาดเคลื่อนตามไปด้วย ตัวอย่างเช่น การใช้ค่าอ้างอิงทั่วไปประมาณ 1.0 m·K/W ทั้งที่ดินจริงมีค่า 1.7 m·K/W จะทำให้สายรับกระแสได้น้อยกว่าที่คำนวณไว้ และร้อนเกินกำหนดเมื่อจ่ายโหลดเต็ม

Ambient Temperature Test (ATT) คืออะไร ทำไมต้องวัดต่อเนื่อง 24 ชั่วโมง

Ambient Temperature Test คือการวัดอุณหภูมิดินตามสภาพแวดล้อมธรรมชาติ ณ ระดับที่จะวางสาย โดยติดตั้งหัววัดอุณหภูมิต่อกับเครื่องบันทึกข้อมูล (Data Logger) แล้วบันทึกต่อเนื่องไม่น้อยกว่า 24 ชั่วโมง ทุก 10 นาที ผลที่ได้คือกราฟอุณหภูมิเทียบกับเวลา และค่าสรุปสี่ตัวคือ อุณหภูมิต่ำสุด (T_min) สูงสุด (T_max) เฉลี่ย (T_avg) และช่วงการเปลี่ยนแปลง (ΔT = T_max − T_min)

เหตุผลที่ต้องวัดจริงแทนการใช้อุณหภูมิอากาศคือ อุณหภูมิดินที่ระดับ 1–3 เมตรไม่ได้แกว่งตามอากาศแบบวันต่อวัน แต่มีค่าใกล้เคียงอุณหภูมิเฉลี่ยของพื้นที่และเปลี่ยนช้าตามฤดูกาล IEC 60287-3-1 กำหนดให้ใช้อุณหภูมิดินที่ระดับวางสายเป็นเงื่อนไขอ้างอิง เพราะเป็นอุณหภูมิพื้นฐานที่สายต้องระบายความร้อนออกไปสู่ดินรอบข้าง ดินร้อนกว่าที่สมมติไว้ 5°C หมายถึงระยะห่างระหว่างอุณหภูมิดินกับขีดจำกัดของฉนวนหดลง 5°C โดยตรง

ขั้นตอนทดสอบหน้างานทำอย่างไร

งานสนามหนึ่งจุดใช้เวลาประมาณ 2 วัน เพราะต้องรอเก็บข้อมูลอุณหภูมิให้ครบ 24 ชั่วโมง ลำดับงานที่ SPN ใช้เป็นดังนี้

1. กำหนดตำแหน่งและขุดเปิดหลุมถึงระดับวางสาย

ตำแหน่งทดสอบกำหนดตามแนววางสายในแบบ ก่อนขุดต้องตรวจสอบสาธารณูปโภคใต้ดินเดิม เช่น ท่อ สายไฟ และฐานรากเสาไฟฟ้า จากนั้นขุดเปิดหลุมด้วยรถขุดขนาดเล็กหรือแรงคนจนถึงระดับที่กำหนด โครงการที่ยกตัวอย่างในบทความนี้ใช้ระดับ 3.0 เมตรจากผิวดินเดิม เพราะเป็นระดับใกล้เคียงแนววางสายส่ง 115 kV

2. ติดตั้ง Thermal Needle Probe และวัดค่า STR

หัววัดความร้อนแบบเข็ม (Thermal Needle Probe) เป็นเข็มโลหะที่มีลวดให้ความร้อนและตัวตรวจวัดอุณหภูมิอยู่ภายใน ช่างจะเสียบเข็มลงในดินก้นหลุมให้แนบสนิท ไม่มีช่องว่างอากาศ แล้วจ่ายพลังงานความร้อนคงที่เข้าสู่ดิน พร้อมบันทึกอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นตามเวลาจนได้ช่วงข้อมูลที่เหมาะสมสำหรับวิเคราะห์ วิธีนี้เรียกว่า Transient Line Heat Source ตาม ASTM D5334 และ IEEE Std 442

3. คำนวณค่าการนำความร้อนจาก Line-Source Theory

เมื่อจ่ายความร้อนคงที่ q (W/m) เข้าสู่แหล่งกำเนิดเชิงเส้น อุณหภูมิของเข็มจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงเมื่อพล็อตเทียบกับ ln(เวลา) ความชันของเส้นนี้ให้ค่าการนำความร้อนของดินโดยตรง

4. ติดตั้งหัววัดอุณหภูมิและกลบหลุม บันทึกต่อเนื่อง 24 ชั่วโมง

หลังวัด STR เสร็จ ช่างจะติดตั้งหัววัดอุณหภูมิพร้อมเครื่องบันทึกข้อมูลไว้ที่ระดับเดียวกัน กลบดินคืนเพื่อให้หัววัดอยู่ในสภาพแวดล้อมใกล้เคียงสภาพจริง แล้วปล่อยให้บันทึกทุก 10 นาทีเป็นเวลาไม่น้อยกว่า 24 ชั่วโมง เครื่องบันทึกต้องตรวจสอบเวลาให้ตรงกัน หากนาฬิกาของเครื่องคลาดเคลื่อนต้องปรับแก้ก่อนนำข้อมูลมาวิเคราะห์ เช่น โครงการตัวอย่างพบเครื่องบันทึกจุดที่ 2 มีเวลาคลาดเคลื่อนประมาณ 30 นาที ซึ่งต้องบันทึกและปรับแก้ไว้ในรายงาน

ค่าความต้านทานความร้อนของดินแต่ละชนิดอยู่ในช่วงไหน

ตารางนี้เป็นช่วงค่าอ้างอิงจาก IEEE Std 442-2017 และงานวิจัยของ Farouki (1986) ใช้เพื่อตรวจทานว่าค่าที่วัดได้สมเหตุสมผลกับสภาพดินที่เห็นหรือไม่ ไม่ใช่ค่าที่นำไปใช้ออกแบบแทนผลทดสอบจริง

← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →

ชนิดดิน / สภาพ	ค่าการนำความร้อน k (W/m·K)	ค่าความต้านทานความร้อน ρth (m·K/W)
ทราย แห้ง	0.15–0.50	2.0–6.7
ทราย อิ่มน้ำ	1.50–3.00	0.33–0.67
ทรายแป้ง แห้ง	0.20–0.40	2.5–5.0
ทรายแป้ง อิ่มน้ำ	1.30–2.50	0.40–0.77
ดินเหนียว แห้ง	0.25–0.40	2.5–4.0
ดินเหนียว อิ่มน้ำ	1.00–1.50	0.67–1.0
ดินลูกรัง แห้งถึงชื้นธรรมชาติ	0.30–0.80	1.25–3.33
ดินลูกรัง เปียกถึงอิ่มน้ำ	0.80–1.80	0.56–1.25
ดินอินทรีย์ / พีท เปียก	0.20–0.40	2.5–5.0
กรวด อิ่มน้ำ	1.50–3.50	0.29–0.67
หิน (แกรนิต หินปูน)	2.5–4.0	0.25–0.40

สิ่งที่ตารางบอกชัดคือดินชนิดเดียวกันมีค่าต่างกันได้ถึง 5–10 เท่าเมื่อความชื้นต่างกัน ดินแห้งคือกรณีวิกฤตของสายไฟฟ้าใต้ดินเสมอ ผู้ออกแบบจึงมักขอค่าทั้งสภาพชื้นธรรมชาติและสภาพแห้ง หรือกำหนดให้ถมกลบร่องสายด้วยวัสดุควบคุมค่าความต้านทานความร้อน (Thermal Backfill) แทนดินเดิมเมื่อค่าที่วัดได้สูงเกินเกณฑ์ที่โครงการยอมรับ (ที่มา: IEEE Std 442-2017; Farouki, O.T. (1986) Thermal Properties of Soils; Clauser & Huenges (1995))

ตัวอย่างผลทดสอบจริง โครงการสายส่ง 115 kV จังหวัดปราจีนบุรี

ข้อมูลชุดนี้มาจากงานทดสอบของ SPN ในโครงการก่อสร้างขยายเขตสายส่งระบบ 115 kV ภายในโรงงานแห่งหนึ่งที่อำเภอกบินทร์บุรี จังหวัดปราจีนบุรี ทดสอบ 2 จุดที่ระดับความลึก 3.0 เมตร ในเดือนกันยายน 2026 พื้นที่ตั้งอยู่บนตะกอนที่ราบน้ำท่วมถึงยุคควอเทอร์นารี (หน่วย Qff ตามแผนที่ธรณีวิทยาจังหวัดปราจีนบุรี กรมทรัพยากรธรณี 2551) ดินที่ระดับทดสอบเป็นดินลูกรัง (Laterite, USCS: GP) ในสภาพความชื้นธรรมชาติ

← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →

รายการ	จุดทดสอบที่ 1	จุดทดสอบที่ 2
ระดับความลึกทดสอบ	3.0 ม.	3.0 ม.
ชนิดดิน (USCS)	Laterite (GP)	Laterite (GP)
ค่าการนำความร้อน k (W/m·K)	0.725	0.578
ค่าความต้านทานความร้อน ρth (m·K/W)	1.381	1.733
ระยะเวลา ATT / ช่วงบันทึก	24 ชม. / ทุก 10 นาที (145 ค่า)	24 ชม. / ทุก 10 นาที (145 ค่า)
อุณหภูมิต่ำสุด Tmin	30.3°C	29.8°C
อุณหภูมิสูงสุด Tmax	34.8°C	33.8°C
อุณหภูมิเฉลี่ย Tavg	31.32°C	30.75°C
ช่วงการเปลี่ยนแปลง ΔT	4.5°C	4.0°C

อ่านผลอย่างไร ค่าความต้านทานความร้อน 1.38–1.73 m·K/W อยู่ในช่วงของดินลูกรังสภาพชื้นธรรมชาติ (1.25–3.33 m·K/W) แสดงว่าดินยังไม่อิ่มตัวด้วยน้ำ ระบายความร้อนได้ระดับปานกลาง และสูงกว่าค่าอ้างอิงประมาณ 1.0 m·K/W ที่ผู้ออกแบบมักใช้เมื่อไม่มีผลทดสอบ ความต่างระหว่างสองจุดราว 25% มาจากความแน่นและความชื้นของดินที่ต่างกัน ส่วนอุณหภูมิดินเฉลี่ยของทั้งสองจุดต่างกันเพียง 0.57°C และช่วงแกว่งใกล้เคียงกันที่ 4.0–4.5°C จึงใช้เป็นค่าตัวแทนของพื้นที่ในช่วงเวลาที่วัดได้

มาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับการทดสอบนี้

← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →

มาตรฐาน	ครอบคลุมเรื่อง
ASTM D5334-22ae1	วิธีทดสอบหาค่าการนำความร้อนของดินและหินด้วย Thermal Needle Probe (Transient Line Heat Source) เป็นมาตรฐานหลักของวิธีวัดและสูตรคำนวณ ใช้ได้ทั้งในสนามและห้องปฏิบัติการ
IEEE Std 442-2017	Guide for Thermal Resistivity Measurements of Soils and Backfill Materials แนวทางการวัดค่าความต้านทานความร้อนของดินและวัสดุถมกลบสำหรับงานสายไฟฟ้าใต้ดิน ครอบคลุมทั้งการวัดในสนาม ในห้องปฏิบัติการ และการประเมินสภาพดินแห้ง
IEC 60287-1-1	สูตรคำนวณพิกัดกระแสของสายเคเบิลไฟฟ้า (Current Rating) ที่ใช้ค่าความต้านทานความร้อนของดินและอุณหภูมิดินเป็นตัวแปรนำเข้า
IEC 60287-3-1:2017	เงื่อนไขอ้างอิงของสถานที่ติดตั้ง (Site Reference Conditions) รวมถึงอุณหภูมิดินและค่าความต้านทานความร้อนของดินที่ใช้ในการคำนวณพิกัดกระแส ใช้อ้างอิงสำหรับการทำ Ambient Temperature Test
ASTM D2487	การจำแนกชนิดดินตามระบบ USCS ใช้ระบุชนิดดินที่ระดับทดสอบในรายงาน เช่น Laterite (GP)

ข้อผิดพลาดที่ทำให้ผลทดสอบใช้งานไม่ได้

วัดที่ผิวดินแทนระดับวางสาย ดินผิวแห้งเร็วและร้อนตามอากาศ ค่าที่ได้จึงไม่ใช่ค่าของดินที่สายจะสัมผัสจริง ต้องขุดถึงระดับวางสายหรือใช้หลุมเจาะแล้ววัดที่ระดับนั้น

เข็มวัดไม่แนบกับดิน ช่องว่างอากาศรอบเข็มทำหน้าที่เป็นฉนวน ทำให้ค่าความต้านทานความร้อนสูงผิดจริง ในดินแข็งหรือดินลูกรังที่มีก้อนกรวด ควรเจาะนำด้วยแท่งขนาดเท่าเข็มก่อนเสียบ

ทดสอบบนดินที่ถูกรบกวน ดินก้นหลุมที่ถูกรถขุดบดหรือคลายตัวจากการขุดมีความแน่นต่างจากดินเดิม ต้องปาดดินที่ถูกรบกวนออกแล้ววัดในดินเดิมที่อยู่ลึกลงไป

ไม่บันทึกความชื้นและสภาพอากาศ ค่าเดียวกันมีความหมายต่างกันเมื่อวัดปลายฤดูแล้งกับกลางฤดูฝน รายงานต้องระบุวันที่ สภาพอากาศ และหากทำได้ควรเก็บตัวอย่างดินไปหาปริมาณความชื้นและความหนาแน่นเพื่อให้ผู้ออกแบบเผื่อกรณีดินแห้งได้

ตรวจวัดอุณหภูมิไม่ครบ 24 ชั่วโมงหรือเวลาเครื่องคลาดเคลื่อน ข้อมูลไม่ครบรอบวันจะหาค่า T_max และ T_min ที่แท้จริงไม่ได้ และเครื่องบันทึกที่นาฬิกาไม่ตรงทำให้เทียบข้อมูลสองจุดกันไม่ได้ ต้องตรวจเวลาเครื่องก่อนติดตั้งและระบุการปรับแก้ไว้ในรายงาน

ทำงานร่วมกับการทดสอบอื่นอย่างไร

Soil Resistivity Test วัดความต้านทานไฟฟ้าของดิน (Ω·m) สำหรับออกแบบระบบรากสายดินของสถานีไฟฟ้าและโซลาร์ฟาร์ม เป็นการทดสอบคนละคุณสมบัติกับความร้อน แต่โครงการสายส่งใต้ดินมักทำทั้งสองอย่างในทริปเดียวกันเพื่อประหยัดค่าเดินทาง

การเจาะสำรวจดิน (Soil Boring) ให้ข้อมูลชั้นดิน ระดับน้ำใต้ดิน และตัวอย่างดินสำหรับหาปริมาณความชื้นและความหนาแน่นในห้องปฏิบัติการ ซึ่งเป็นตัวแปรที่ควบคุมค่าความร้อนโดยตรง ระดับน้ำใต้ดินยังบอกได้ว่าดินที่ระดับวางสายมีโอกาสแห้งในฤดูแล้งหรือไม่ ดูรายละเอียดได้ที่ ระดับน้ำใต้ดินมีผลอย่างไร และ การทดสอบดินในห้องปฏิบัติการ

Field Density Test ใช้ตรวจรับความแน่นของวัสดุถมกลบร่องสาย เพราะวัสดุ Thermal Backfill ที่บดอัดไม่ถึงเกณฑ์จะมีช่องว่างอากาศมากและค่าความต้านทานความร้อนสูงกว่าที่ออกแบบไว้ ส่วนงานฐานรากเสาไฟฟ้าและสถานีไฟฟ้าใช้ Plate Bearing Test และการทดสอบเสาเข็มตามปกติ

ค่าใช้จ่ายและระยะเวลา

ค่าใช้จ่ายประเมินเป็นรายโครงการ ตัวแปรที่มีผลมากที่สุดคือจำนวนจุดทดสอบ ระดับความลึกและวิธีเปิดหลุม (ขุดด้วยรถขุดหรือใช้หลุมเจาะ) จำนวนสภาพที่ต้องการวัด (ชื้นธรรมชาติอย่างเดียวหรือรวมสภาพแห้ง) และระยะทางเดินทาง ด้านเวลา งานสนามหนึ่งจุดใช้ประมาณ 2 วันรวมการเก็บข้อมูลอุณหภูมิ 24 ชั่วโมง และรายงานพร้อมส่งภายในประมาณ 1 สัปดาห์หลังงานสนามเสร็จ ผู้ที่ต้องการประเมินราคาควรเตรียมแบบแนววางสาย ระดับความลึกฝังสาย และจำนวนจุดที่ผู้ออกแบบกำหนด ทั้งนี้ราคายังไม่รวมค่าเดินทางและค่าขนย้ายเครื่องมือ ซึ่งคิดเพิ่มตามระยะทางของหน้างาน — ติดต่อรับใบเสนอราคาฟรีภายใน 24 ชม.