Die Bedeutung der Zugrichtung bei der Kabelinstallation und die Rolle von Biegungen

Faktoren, die einen Einfluss auf die Kabelspannung haben

Vor der Installation eines Kabels in ein Rohr müssen im Planungsprozess viele Faktoren berücksichtigt werden, um Ansätze zu vermeiden, die das Kabel beschädigen oder den Einzug unmöglich machen könnten. Die Art des Kabels sowie dessen Mantelmaterial und Gewicht; das Rohrmaterial und seine Platzierungstechnik; die Art des Zugseils oder -kabels; die Position und Art des Trommelständers; die Prüfgeräte für die Rohre; das Modell der Kabelspillwinde und die Kraftkapazität; sowie die Wahl des Schmiermittels und die Art der Anwendung wirken sich allesamt auf die Durchführbarkeit einer Kabelinstallation aus. Aber wie verwaltet man all diese Datenpunkte, wenn es ans Einziehen geht, um eine sichere und effiziente Kabelinstallation zu gewährleisten? Planung ist immer die beste Antwort.

Standorttopographie und Kabelverlegung

Die Topographie des Standorts und die bereits vorhandene Infrastruktur wirken sich auf die Verlegung der Rohre und Kabel aus. Konstrukteure müssen eine Verlegung entwickeln, die unterirdische und oberirdische Hindernisse vermeidet, die jedoch die Installation des Kabels ermöglicht, ohne die vom Kabelhersteller festgelegten Grenzwerte für Spannung und Seitenwanddruck zu überschreiten. Ingenieure haben eine gewisse Flexibilität bei der Festlegung der Kabelverlegung, den Rest bestimmen jedoch die Gegebenheiten vor Ort.

Biegungen und andere Verschiebungen haben erhebliche Auswirkungen auf die Kräfte, die auf ein Kabel wirken, wenn es durch das Rohr gezogen wird. Intuitiv wissen wir, dass es mit Unterstützung der Schwerkraft im Allgemeinen einfacher ist, ein Kabel einen Hang hinunterzuziehen, als es nach oben zu schleppen. Daher gehen einige vielleicht davon aus, dass der Beginn des Einzugs am höheren Ende des Rohrs immer die geringste Kraft an der Kabelspillwinde erfordert. Um die optimale Zugrichtung zu bestimmen, müssen jedoch die Position und Größe der im gesamten Rohrdesign platzierten Biegungen analysiert werden. Die zum Durchqueren dieser Biegungen erforderliche Kraft kann tatsächlich minimiert werden, wenn man am unteren Ende des Rohrs beginnt und nach oben zieht. Um die Auswirkungen von Biegungen bei den Analysen von Zugspannung und Seitenwanddruck zu verstehen, muss man über ein grundlegendes Verständnis der mathematischen Gleichungen verfügen, die zur Bewertung dieser Kräfte verwendet werden.

Spannungsgleichungen verstehen

Bei den Spannungsgleichungen für das Einziehen bestimmt der Reibungskoeffizient, eine dimensionslose Konstante (µ), den Grad der Reibung, die am Kabel während der Installation m Rohr erzeugt wird. Er wirkt als Gewichtsmultiplikator und erhöht die Spannung bei geraden und geneigten Rohrabschnitten. In Kurven ist der Reibungskoeffizient Teil des Multiplikators für die Spannung durch den „Cosh“. In dieser Form der Gleichung steht er im Exponenten des natürlichen Logarithmus (e).

Dies bedeutet, dass Biegungen die auf das Kabel ausgeübte Spannung exponentiell erhöhen, wenn es durch diese Verschiebungen bewegt wird. Wenn die Biegungen in der Rohranordnung nicht symmetrisch sind, ist es vorzuziehen, das Kabel zuerst durch die Biegungen zu ziehen, um die Spannung beim Eindringen zu minimieren.

Vereinfachung der Analyse mit dem Pull-Planner

Spannungsberechnungen von Hand oder sogar in einer Tabellenkalkulation durchzuführen kann sich als entmutigend erweisen – es gibt jedoch ein kostenloses Tool, das die Analyse für Ingenieure, die das System planen, und für Arbeiter, die es installieren, einfacher macht: Polywater Pull-Planner™. Die Pull-Planner-Software zur Schätzung der Kabelspannung wendet branchenübliche Kraftgleichungen an, um die schwierigen Berechnungen für den Konstrukteur automatisch durchzuführen. Aber sie leistet noch mehr: Sobald die Kabel- und Verlegungsdaten in die Software eingegeben wurden, berechnet das Programm die Spannung und den Seitenwanddruck für jedes Segment des Kabelzugs, um einen Überblick darüber zu geben, was in jedem Abschnitt der Installation mit dem Kabel geschieht. Darüber hinaus ermöglicht das Programm „Was-wäre-wenn“-Szenarien. Der Benutzer kann die Zugrichtung mit einem Mausklick umkehren, um die Spannungs- und Seitenwanddruckanalyse sofort in die entgegengesetzte Richtung anzuzeigen.

Beispiele aus der Praxis

Lassen Sie uns zur Demonstration zwei Beispiele durchgehen …

Diese Grafik zeigt das Layout einer typischen Elektrokabelzugs zwischen Strommasten. Beachten Sie, dass sich an beiden Enden des Rohrverlaufs ein 5’ (1,5 m) langes vertikales Segment und in der Nähe von Punkt B eine Ansammlung von Biegungen befindet. Beide vertikalen Komponenten sind in Länge und Ausrichtung gleich und heben einander daher in den Spannungsgleichungen auf. Wenn es beiden Enden des Rohres keine Hindernisse für die Platzierung der Kabeltrommel gibt, kann der Installateur den Punkt, an dem er mit dem Einziehen beginnen möchte, theoretisch frei wählen. Wenn die Zugrichtung jedoch nicht anhand der maximal zulässigen Spannung und des Seitenwanddrucks des Kabels oder anhand der Kapazitätsbewertung der Kabelspillwinde überprüft wird, ist die Belastung an den beiden in einer Richtung viel höher als in der anderen. Sehen wir uns an, was der Pull-Planner als endgültige Spannung für jede Zugrichtung berechnet.

Einzug von A nach B

Im obigen Beispiel haben wir den Weg des Kabels durch jedes Segment der Rohranordnung kartiert – von Punkt A bis Punkt B. Das Programm berechnet die endgültige Spannung des Kabels mit 4.088 lbs (8,38 kN) bei einem maximalen Seitenwanddruck von 1.940 lbs/ft (13,26 kN/m).

Einzug von B nach A

Wenn die Zugrichtung in der Software umgekehrt wird, zeigt der Pull-Planner an, dass eine geringere Endspannung erreichbar ist. Hier beträgt die endgültige in Segment 5 auf das Kabel ausgeübte Spannung 3.225 lbs (6,62 kN) mit einem maximalen Seitenwanddruck von 1.522 lbs/ft (10,42 kN/m) – eine Reduzierung der Spannung und des Seitenwanddrucks um etwa 21 %.

Diese Beispiele veranschaulichen den erheblichen Einfluss von Biegungen auf die gesamte Zugspannung. Doch was geschieht, wenn zwischen dem Start- und Endpunkt eines Kabelzugs Höhenunterschiede auftreten? Hebt der Einfluss einer Neigung (oder der Schwerkraft) den Einfluss von Biegungen in einem Kabelzug auf? Sehen wir uns ein weiteres Beispiel an.

Zugrichtung mit Höhenänderung und Biegungen

In der Grafik oben sehen wir, dass sich ein Ende des Rohrs an der Spitze einer 10°-Neigung befindet (Punkt A) und am unteren Ende des Rohrverlaufs (Punkt B) mehrere Biegungen gruppiert sind. Es könnte verlockend sein, die Trommel an Punkt A und die Kabelspillwinde de an Punkt B zu platzieren, um mit dem Einziehen nach unten zu beginnen. Die ersten beiden Kurven sind jedoch erheblich (90°) und es folgen zwei weitere 45°-Kurven, bevor die Kabelspillwinde gegen die Schwerkraft arbeiten muss. Die Spannung sollte aus beiden Richtungen überprüft werden, um die beste Zugrichtung zu bestimmen.

Wir erinnern uns aus den zuvor dargestellten Gleichungen für den horizontalen geraden Abschnitt und den horizontalen gebogenen Abschnitt, dass der Reibungskoeffizient dafür sorgt, die Spannungen am Eingang der Biegungen exponentiell zu erhöhen. Wie sehen die Gleichungen für gerade, geneigte Abschnitte aus? Der Reibungskoeffizient ist immer noch ein Multiplikator, wird aber vom Neigungswinkel und der Schwerkraftrichtung des Kabelzugs beeinflusst.

Unten sehen Sie den in der Pull-Planner-Software abgebildeten Einzug, in dem alle geraden Abschnitte und Biegungen klar definiert sind – Längen und Neigungen der geraden Abschnitte – ebenso wie Biegungstypen, Winkel, Radien und Längen. Die Einzugrichtung verläuft von Punkt A nach Punkt B.

Geneigter Einzug – Punkt A nach Punkt B

Die berechnete Endspannung beträgt 8.249 lbs (36,81 kN).

Was geschieht nun mit den Spannungswerten, wenn der Einzug umgekehrt wird, sodass das Kabel zuerst durch die Biegungen gezogen wird? Die Spannungen nehmen deutlich ab.

Optimierung der Kabelzugrichtung

Beachten Sie, dass die Endspannung beim Einziehen nach oben von B nach A auf 21,58 kN (4.834 lbs) reduziert wurde, was fast der Hälfte der Spannung der ursprünglich berechneten Zugrichtung entspricht. Diese Analyse zeigt, dass in diesem Szenario der Beginn des Einzugs zunächst durch die Kurven zu einer deutlichen und möglicherweise nicht offensichtlichen Reduzierung der Gesamtspannung führt.

Effizienzsteigerung durch Einblicke in die Spannung

Der Pull-Planner vereinfacht den Analyse- und Standortplanungsprozess für Ingenieure. Er ermöglicht es ihnen, die optimale Zugrichtung anhand der geschätzten Spannung zu bestimmen und bietet den Installationsteams einen unschätzbaren Vorteil. Das Verständnis der erforderlichen Trommelpositionierung und die Kenntnis der Anfangsspannung des Einzugs ermöglicht es Installateuren, eine Kabelspillwinde und einen Trommelständer auszuwählen, die für den speziellen Zweck geeignet sind. Wenn darüber hinaus manuelle Arbeit erforderlich ist, um die Spule zu drehen, weil keine motorisierte Option vorhanden ist, kann der Projektmanager proaktiv eine ausreichende Anzahl von Arbeitern vor Ort einplanen und so eine nahtlose und effiziente Ausführung der geplanten Installation gewährleisten. Diese Voraussicht verbessert nicht nur den Planungsprozess, sondern minimiert auch Verzögerungen und optimiert zugleich die Arbeit vor Ort.

Vertrauen in die Kabelinstallation

Die beste Zugrichtung für die Kabelinstallation ist nicht immer einfach zu bestimmen. Hindernisse an beiden Enden der Rohranordnung können die Zugrichtung und die für die Arbeit erforderliche Ausrüstung bestimmen. Installationen sollten in beide Richtungen analysiert werden, um sicherzustellen, dass Biegungen oder Neigungen die Zugspannung nicht über die festgelegten Grenzen des Kabels oder der Kabelspillwinde hinaus erhöhen. Mit dem Einsatz des Planungstools Pull-Planner von Polywater können Ingenieure und Bauunternehmen darauf vertrauen, dass alle Arbeitsmaterialien und Installationstechniken bewertet und überprüft werden, um die Kabelinstallation, einschließlich der idealen Zugrichtung, zu optimieren.

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