Planung unterirdischer Kabelzüge in Rohrleitungen: Definieren eines Sicherheitsfaktors zur Maximierung der Lebensdauer von Kabeln

Planung von Kabelzügen als Sicherheitsmaßnahme

Sobald ein unterirdisches Kabelprojekt im Gange ist, besteht nur noch begrenzte Flexibilität bei der Lösung von Problemen, die während der Installation auftreten. Daher ist die Planung der Kabelzüge nicht nur für die betriebliche Effizienz, sondern auch für die Sicherheit von entscheidender Bedeutung. Ein durchdachter Kabelzugplan minimiert das Risiko von Kabelschäden, reduziert kostspielige Reparaturen und unterstützt die Gesamtfunktionalität und Lebensdauer des Systems.

Allerdings kann es auch bei sorgfältiger Planung zu unvorhergesehenen Schäden an Kabeln kommen. Ursachen können dynamische Faktoren wie Missverständnisse zwischen Technikern und Installateuren oder nicht berücksichtigte Bedingungen vor Ort sein. Eine effektive Planung umfasst Sicherheitsmaßnahmen, um die Risiken so weit wie möglich zu verringern.

Ein kritischer Faktor in jedem Kabelzugplan: Reibungskoeffizient

Bei der Planung von Kabelzügen sind mehrere Faktoren bekannt und vorbestimmt, unter anderem das Layout des Standorts, das Rohrmaterial, der Kabeltyp und die Kabelzuglänge. Ein entscheidender und oft missverstandener Faktor ist jedoch der Reibungskoeffizient zwischen Kabel und Rohr. Der Reibungskoeffizient steht in direktem Zusammenhang mit der Zugspannung, die zur sicheren Installation des Kabels erforderlich ist. Er variiert auf Grundlage verschiedener Faktoren, insbesondere aber je nach Kombination aus Kabel, Rohr und Schmiermitteltyp.

Kabelhersteller geben die maximale Spannung und den maximalen Seitenwanddruck an, um einen Richtwert für den Reibungskoeffizienten zu berechnen. Allerdings handelt es sich dabei oft um konservative Werte, die eine sichere Handhabung des Kabels bei unterschiedlichsten Installationen gewährleisten sollen. Je nach Kombination aus Kabel, Rohr und Schmiermitteltyp kann der Reibungskoeffizient auch wesentlich niedriger sein als in den Angaben des Herstellers. Die Kenntnis des tatsächlichen Reibungskoeffizienten erleichtert die sichere Handhabung des Kabels und optimiert zugleich das Systemdesign. Umgekehrt führt die Akzeptanz eines Richtwerts für den Reibungskoeffizienten möglicherweise zu einem vereinheitlichten Ansatz und lässt andere wichtige Faktoren unberücksichtigt, was zu potenziellen Risiken im Kabelzugplan führt.

Verstehen versteckter Kabelschäden

Bei typischen unterirdischen Kabelinstallationen in Rohren wird das Kabel mithilfe einer Winde oder eines Einzuggerätes durch einen Rohr vom gegenüberliegenden Rohrende in einen Schacht, ein Gewölbe oder eine Handöffnung geführt. Es kommt selten vor, dass eine Kabelinstallation wirklich geradlinig verläuft. Biegungen, Neigungen und Winkel belasten das Kabel und je nach Kabelgewicht, Rohrweg und Installationstechnik können diese Belastungen noch verstärkt werden und zur Materialermüdung führen. Diese Art der Beschädigung kann je nach Kabeltyp sehr unterschiedlich ausfallen, die Leistung und Lebensdauer des Kabels beeinträchtigen und ist möglicherweise nicht immer sichtbar.

Zwar kann für eine sichere Handhabung des Kabels gesorgt werden, indem man die Reibung durch Schmiermittel verringert und die richtigen Maschinen und Geräte einsetzt, aber wenn der tatsächliche Reibungskoeffizient bei den Berechnungen nicht berücksichtigt wird, können Schäden auftreten.

Gibt es einen standardmäßigen „Sicherheitsfaktor“ bei der Abschätzung von Kabelzugspannungen?

Es gibt keinen einzigen, allgemein akzeptierten „Sicherheitsfaktor“ zum Abschätzen der Kabelzugspannungen, aber die Anwendung eines solchen Faktors zeugt von guter Technik und Planung.

Planer wenden bei der Entwicklung ihrer Projekte Industriestandards und Richtlinien an und verlassen sich hinsichtlich der Verwendung und Grenzen ihrer Produkte auf die Spezifikationen der Kabelhersteller. Der Hersteller empfiehlt möglicherweise einen konservativen Reibungskoeffizient-Richtwert von 0,35 oder höher, um das Kabel während der Installation zu schützen. Manche verlassen sich bei der Berechnung der Spannungen möglicherweise auf den Reibungskoeffizienten dieses Herstellers als „Sicherheitsfaktor“. Das Vertrauen auf einen fixen Richtwert für den Reibungskoeffizienten, der für jedes Projekt gilt, ist jedoch irreführend und könnte in einigen Fällen zur Überdimensionierung des Kabelzugs führen. Die Berechnung der Kabelzugspannung ist so stark von den Projektumständen abhängig, wie etwa vom Lageplan, den verwendeten Materialien, der Konstruktion des Rohrsystems und der Ausrüstung, dass ein einheitlicher Reibungskoeffizient-Richtwert für alle Projekte so ist, als würde man den Standard vorschreiben, dass alle Menschen die gleiche Hosengröße tragen müssen – es ergibt keinen Sinn.

Zur Berechnung der Zugspannungen greifen Ingenieure und Installateure auf Planungssoftware zurück. Obwohl die Software keinen Sicherheitsfaktor bietet, ist die Verwendung einer Software als Tool zur Modellierung der Durchführbarkeit von Einzügen an sich schon eine Sicherheitsmaßnahme.

Planung von Kabelzügen: Ein Ausgangspunkt für die Kabelsicherheit

Ingenieuren, Planern und Installateuren stehen verschiedene Softwareoptionen zur Berechnung von Kabelzügen zur Verfügung. Eine Option, auf die sich Teams verlassen, ist der Polywater® Pull-Planner™. Er bietet wertvolle Unterstützung bei der Erstellung sicherer und effizienter Kabelinstallationspläne. Hier sind einige einzigartige Funktionen, die ihn zu einem wertvollen Tool machen:

• Umfangreiche Reibungskoeffizienten-Datenbank: Die Pull-Planner-Software enthält die weltweit größte Reibungskoeffizienten-Datenbank, mit der Benutzer verschiedene Kombinationen aus Kabel, Rohr und Schmiermittel für ihr Projekt analysieren können.
• Individuelle Reibungskoeffizient-Berechnungen: Durch den Vergleich verschiedener Kabel- und Rohrmaterialien mit oder ohne Schmiermittel können Ingenieure für jedes Projekt die am besten geeigneten Optionen auswählen.
• Protokollierung der Spannung vor Ort: Mit der Software können Benutzer die tatsächlichen Spannungen vor Ort aufzeichnen und so den Reibungskoeffizienten für zukünftige Projekte mit ähnlichen Materialien und Bedingungen rückwirkend berechnen.
• Integration mit Herstellerspezifikationen: Der Pull-Planner enthält Spezifikationen für gängige Kabel- und Rohrtypen und vereinfacht so den Planungsprozess.
• Schmiermittelmengen: Eine empfohlene Schmiermittelmenge ist Teil des endgültigen Einzugsplan-Berichts.

Diese Funktionen machen den Pull-Planner zu mehr als nur einem Rechner. Er ist ein Tool, das zu sichereren Installationen beiträgt, indem es eine detaillierte Planung unter Berücksichtigung mehrerer Variablen ermöglicht.

Geprüfte Reibungskoeffizienten-Werte sind ein guter Ausgangspunkt

Die umfangreiche Reibungskoeffizienten-Datenbank des Pull-Planners basiert auf mehr als vierzig Jahren tatsächlich im Labor getesteter Reibungskoeffizienten-Daten von Polywater, was Tausenden Kilometern Kabel entspricht, die in den letzten Jahrzehnten mit Hilfe des Pull-Planners™ in all seinen verschiedenen Ausführungen im Laufe der Jahre installiert wurden. Obwohl die Bedingungen vor Ort wie Temperatur, Feuchtigkeit, Sand und Schmutz sowie die Zugausrüstung den Reibungskoeffizienten beeinflussen, verlassen sich Ingenieure weltweit auf die Datenbank in der Software. Für viele ist die einzigartige Reibungskoeffizienten-Datenbank des Pull-Planners ein hervorragender Ausgangspunkt für die Erstellung von Plänen mit genaueren Reibungskoeffizienten-Werten für ihre Kabelmantel- und Rohrmaterialtypen.

Anderen wiederum bietet die Reibungskoeffizienten-Datenbank des Pull-Planners die Gewissheit, neue Möglichkeiten für die Konstruktion ihrer Kabelsysteme zu schaffen, indem sie es dem Planer ermöglicht, Dinge wie längere Kabelstrecken oder den Verzicht auf unterirdische Strukturen zu modellieren, was in weiterer Folge die Projektkosten senkt.

Definieren eines Sicherheitsfaktors oder Puffers, der ein Multiplikator ist

In technischen Bereichen wie dem Bauwesen und dem Maschinenbau gibt es Gleichungen für den Sicherheitsfaktor (FoS) und die Sicherheitsmarge (MoS) für Geräte, Strukturen und Anwendungen. Dabei handelt es sich üblicherweise um ein Verhältnis aus Materialstärke und zulässiger Spannung (oder tatsächlicher Kapazität und Bedarfswert). Sie dienen dazu, die Unsicherheit der angewandten Kräfte auf die Materialeigenschaften im Endzustand oder bei der Endanwendung des zu konstruierenden Produkts zu berücksichtigen. Beispielsweise bei der Konstruktion eines Aufzugssystems, das mehr Gewicht aufnehmen kann als eigentlich vorgesehen, damit es unter normalen und extremen Bedingungen sicher betrieben werden kann.

In gewisser Weise ähnelt dies den Berechnungen beim Einziehen von Kabeln. Der Ingenieur versucht, in der Planungs- oder Entwurfsphase eines Projekts so viele Variablen wie möglich zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck bauen einige Planer einen Sicherheitsfaktor oder Puffer ein, der auf den von den Kabelherstellern angegebenen Höchstgrenzen basiert. Wie bereits erwähnt, kann es irreführend sein denselben Wert auf alle Projekte anzuwenden, bei denen der gleiche Kabeltyp verwendet wird, da nur ein Faktor berücksichtigt wird – das Kabel.

Wie können Ingenieure also in einem Kabelzugplan einen Sicherheitsfaktor definieren, der unsichere, auf die Materialeigenschaften einwirkende Spannungen in einem Verhältnis zum berechneten Reibungskoeffizienten berücksichtigt?

Eine Idee besteht darin, einen Sicherheitsfaktor zu definieren, der ein Multiplikator des berechneten Reibungskoeffizienten ist. Theoretisch könnte dieser etwa das 1,5- bis 2-fache des berechneten Reibungskoeffizienten betragen. Auf diese Weise kann der Sicherheitsfaktor mit den unterschiedlichen Reibungskoeffizienten-Werten skaliert werden. Die Frage ist dann: Was sollte der Faktor des Multiplikators sein? Eine Möglichkeit, dies festzustellen, besteht darin, Erfahrungen aus der Vergangenheit zu nutzen und ein Archiv mit vor Ort aufgezeichneten Kabelzugdaten zu erstellen.

Messen und Aufzeichnen tatsächlicher Spannungen vor Ort

Um eine sichere unterirdische Kabelinstallation zu gewährleisten, arbeiten zahlreiche Ingenieur- und Installationsteams zusammen. Ein Beispiel aus der Praxis ist das Messen und Aufzeichnen der Spannung während der Installation und die Weitergabe dieser Ergebnisse. Diese Daten sind nicht nur für die Prüfung parallel zum Plan wertvoll, sondern werden auch vom Planungsingenieur geschätzt, der diese Dokumentation für zukünftige Kabelprojekte verwenden kann, bei denen dieselben Kabel- und Rohrmaterialien sowie dasselbe Rohrsystemdesign zum Einsatz kommen.

Der Polywater Pull-Planner ist für die Integration und Protokollierung dieser Reibungskoeffizienten-Daten vor Ort konzipiert. Mit der Funktion „Reibungskoeffizient vor Ort berechnen“ können Anwender die Ergebnisse rückwirkend berechnen und analysieren. Ingenieure können die geplanten Reibungskoeffizienten mit den Reibungskoeffizienten vor Ort vergleichen und etwaige Abweichungen auswerten. Auf dieser Grundlage können sie ihre eigene individuelle Reibungskoeffizienten-Datenbank entwickeln, die auf ihren spezifischen Kabelzügen basiert. Die Vorteile dieses Verfahrens sind vielfältig und bauen aufeinander auf. So ist es beispielsweise möglich, längere, durchgehende Kabellängen sicher zu entwerfen und zu installieren, was den erforderlichen Arbeitsaufwand verringert und den Bedarf an teuren Komponenten wie Gewölben, Spleißfächern, Schächten und Zuggruben reduziert.

Wenn die Abweichung zwischen dem geplanten Reibungskoeffizienten und dem Reibungskoeffizienten vor Ort bei vielen ähnlichen unterirdischen Kabelinstallationen bekannt ist, verfügen die Ingenieure über einen Datensatz, auf dessen Grundlage sie einen relevanten Sicherheitsfaktor entwickeln können.

Fazit

Für sichere und erfolgreiche unterirdische Installationen ist eine effektive Kabelzugplanung von entscheidender Bedeutung. Durch die Einbeziehung von Sicherheitsfaktoren, das Verständnis von Variablen wie dem Reibungskoeffizienten und die Nutzung von Tools wie dem Polywater Pull-Planner™ können Ingenieure Herausforderungen vorhersehen und Risiken minimieren. Diese Vorsichtsmaßnahmen schützen nicht nur Kabel, Rohre und Geräte, sondern verlängern auch die Lebensdauer des gesamten Systems. Bei einer durchdachten Kabelzugplanung geht es nicht nur darum, unmittelbare Probleme bei der Installation zu vermeiden; sie ist auch eine Investition in die langfristige Zuverlässigkeit und Belastbarkeit der Strom- und Kommunikationsinfrastruktur.

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