Optimierung der Kabelinstallation: Die Bedeutung von COF und Materialtests
Zur Einschätzung der Spannung beim Einziehen von Kabeln ist der Reibungskoeffizient (COF) eine Grundvoraussetzung. Der Reibungskoeffizient wird maßgeblich vom Material des Kabelmantels und der Oberfläche des Rohrs bzw. Kanals beeinflusst. Hochleistungs-Kabelschmiermittel messen und senken den COF effektiv. Die richtige Kabelschmierung senkt das Risiko. Ein genauer COF erhöht die Sicherheit während der Entwurfs- und Planungsphasen.
Materialzusammensetzung und Kabelschmiermittel bestimmen den Reibungskoeffizienten. Aufgrund der großen Vielfalt an Kabelmantelmischungen und unterschiedlichen Rohroptionen wird bei der Bestimmung eines „guten“ COF differenziert vorgegangen. Polywater® testet und erfasst seit Jahrzehnten COF-Daten. Hier sind einige der Dinge, die wir gelernt haben.
Kenntnis der Rolle des Mantelmaterials beim Kabeldesign
Bei der Auswahl des Materials für den Kabelmantel sind verschiedene Aspekte zu berücksichtigen, dessen wichtigster Grund besteht jedoch in der Schutzfunktion. Der Kabelmantel ist die äußere Schicht des Kabels, die als Barriere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Chemikalien dient. Er schützt das Kabel vor mechanischer Abnutzung. Er kann für zusätzliche Festigkeit oder Flexibilität sorgen. Das Mantelmaterial muss möglicherweise extremen Umgebungsbedingungen standhalten: hohe (oder niedrige) Temperaturen, Korrosion und Feuereinwirkung. In manchen Fällen sind auch die elektrischen Eigenschaften wichtig.
Tabelle 1: Grundlegende Eigenschaften gängiger Kabelmantelmaterialien
Polymere Kabelmantelmaterialien müssen während einer Nutzungsdauer von 50 oder mehr Jahren funktionsfähig bleiben. Kabelmantelmischungen sind nicht ohne Weiteres verfügbar. Um eine lang anhaltende Leistung zu erzielen, werden spezielle Polymerstrukturen und Additivmischungen kombiniert. Je nach Verwendungszweck und individuellen Leistungsmerkmalen gibt es viele verschiedene Zusammensetzungen von Kabelmantelmaterialien.
Der COF-Wert ist kein entscheidender Faktor bei der Kabelmantelkonstruktion. Bei einigen Nieder- oder Mittelspannungskabeln werden Additive zur Reibungsreduzierung entweder mit dem Polymer vermischt oder auf die Kabeloberfläche aufgetragen. In diesen Fällen ist es wichtig, dass das Kabel auf der Rolle nicht rutscht und sicher gehandhabt werden kann. Die Verwendung von Schmiermitteln darf die Festigkeit des Kabelmantels nicht beeinträchtigen. Selbst wenn Kabelmäntel Gleitadditive enthalten, senken Hochleistungsschmierstoffe den COF noch weiter.
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Kenntnis der unterschiedlichen COF bei verschiedenen Kabelmantelmaterialien
Der Reibungskoeffizient (COF) wird durch die im Kabelmantel und im Kabelrohr verwendeten Materialien bestimmt. Tests von Polywater zeigen die Bedeutung von Hochleistungs-Kabelschmiermitteln. Aus jahrelangen Tests zusammengetragene Daten belegen die typischen Eigenschaften verschiedener Material- und Schmierstoffkombinationen. In den nächsten beiden Diagrammen ist ein Teil dieser Daten dargestellt.
Zu den getesteten Kabelmantelmaterialien gehören:
• CPE (chloriertes Polyethylen)
• CSPE (chlorsulfoniertes Polyethylen)
• HDPE (Polyethylen hoher Dichte)
• LLDPE (lineares Polyethylen niedriger Dichte)
• Polypropylen
• PVC (Polyvinylchlorid)
• XLPE (vernetztes Polyethylen)
Härtere Materialien wie HDPE und Polypropylen haben von Natur aus niedrigere COF-Werte als andere Kabelmantelmaterialien. CPE und CSPE sind tendenziell „weichere“ Polymere mit höherer Reibung. PVC ist von den beigemischten Additiven abhängig und weist eine größere Bandbreite an COF-Werten auf. Keine zwei Kabelmäntel weisen die gleiche Leistung auf. In allen Fällen reduzieren Schmierstoffe den COF drastisch und sorgen für „gleiche Wettbewerbsbedingungen“.
Diagramm 1 zeigt den COF verschiedener Mantelmaterialien an PVC-Rohren. Der COF ungeschmierter Kabel liegt zwischen 0,35 und 0,73, wobei vom niedrigsten bis zum höchsten Wert eine Differenz von 0,38 besteht. Die COF-Werte geschmierter Kabel liegen zwischen 0,06 und 0,16 mit einer Differenz von 0,10. Die Schmierung senkt und minimiert die COF-Varianz.
Diagramm 1
Diagramm 2 zeigt den COF verschiedener Mantelmaterialien an starren Stahlrohren. Der COF ungeschmierter Kabel liegt zwischen 0,42 und 0,73, wobei vom niedrigsten bis zum höchsten Wert eine Differenz von 0,31 besteht. Die COF-Werte geschmierter Kabel liegen zwischen 0,09 und 0,29, wobei vom niedrigsten bis zum höchsten COF-Wert eine Differenz von 0,20 besteht. Starrer Stahl weist eine höhere Variabilität bei der COF-Leistung auf. In diesem Diagramm sind Durchschnittswerte dargestellt. Labortests haben eine größere Varianz ergeben, wobei die Ergebnisse von der Oberflächenbehandlung des Stahls und der Glätte des Gusses abhängen. Im Durchschnitt reduzieren Hochleistungsschmiermittel den Reibungskoeffizienten (COF) bei den verschiedenen getesteten starren Stählen um 70 %.
Diagramm 2
Polywater hat weitaus mehr Kabel- und Kanalkombinationen getestet als in den Diagrammen 1 und 2 dargestellt. Neben Rohren aus PVC und starrem Stahl wurden auch HDPE-, Glasfaser-, Elektrometallrohre (EMT) und Aluminiummaterialien getestet. Diese stammten von verschiedenen Herstellern und umfassten in einigen Fällen speziell texturierte Oberflächen oder Behandlungen. Weitere getestete Kabelummantelungen sind Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE), Nylon (THHN), thermoplastischer und natürlicher Kautschuk, vernetztes Polyethylen (XLPE) und Blei.
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Für die Entwicklung guter Kabelschmiermittel ist die Messung des Reibungskoeffizienten auf unterschiedlichen Oberflächen und das Verständnis der zu erwartenden Leistung von entscheidender Bedeutung. Hochleistungsschmiermittel tragen hervorragend zur Reduzierung des Reibungskoeffizienten (COF) bei und wirken als Ausgleich. Unabhängig davon, welcher Kabelmantel gewählt wird, senkt ein Hochleistungsschmiermittel den COF während der Installation wirksam.
COF-Variationen innerhalb der Materialtypen: Kabelummantelungen aus PVC
Die vorangehenden Diagramme zeigen die durchschnittlichen COF-Werte für jeden Materialtyp. Mehrere Polymermischungen weisen innerhalb dieses Materialtyps eine große Variabilität auf. Ein gutes Beispiel für diese Variabilität ist PVC. PVC kann sowohl zu flexiblen als auch zu starren Formen verarbeitet werden, was zu einer großen Vielfalt unterschiedlicher Rezepturen führt. Vor Kurzem erhielt Polywater drei 1/C 750 KCMIL-Stromkabel mit PVC-Ummantelung zum Testen auf dem Reibungstisch – jedes Kabel stammte von einem anderen Kabelhersteller. Die Kabelmantelmischungen sind bei jedem Kabeldesign einzigartig. Die Kabelproben selbst haben ein unterschiedliches Erscheinungsbild. Beachten Sie die Unterschiede im Oberflächenglanz und in der Textur in Foto 1.
Foto 1
Die Kabel wurden mit zwei verschiedenen Hochleistungs-Kabelschmiermitteln getestet. Die Ergebnisse in Diagramm 3 zeigen, dass die PVC-Kabelmäntel im ungeschmierten Zustand alle unterschiedliche COF-Werte aufweisen. Auch die Wirkung der einzelnen Schmiermittel ist unterschiedlich. Der PVC-Kabelmantel mit dem niedrigsten COF-Wert im ungeschmierten Zustand weist den höchsten Wert im geschmierten Zustand auf.
Diagramm 3
COF-Tests verbessern die Installationsplanung und reduzieren das Risiko
Der COF ist für die getesteten Materialien einzigartig. Hochleistungs-Kabelschmiermittel ergeben in Kombination mit der Kabelmantelrezeptur und dem Rohrtyp einen einzigartigen Wert. Der COF kann je nach Materialtyp und spezieller Rezeptur variieren. Bei wichtigen Installationen lohnt es sich, vor dem Einziehen von Kabeln deren COF ermitteln zu lassen. Mit der Kenntnis, welche Art von COF zu erwarten ist, kann die Vorhersagbarkeit erhöht werden. Eine bessere Vorausberechnung der Kabelspannung reduziert das Risiko.
