Fisika Teras Teras Ketegangan dan Kekuatan dalam Tarikan Kawat

Tarikan kawat adalah operasi kritis lintas konstruksi listrik, manufaktur industri, dan infrastruktur telekomunikasi. Setiap kali konduktor ditarik melalui saluran atau kabel dibenang melalui saluran bawah tanah, prinsip ketegangan dan gaya menentukan apakah instalasi berhasil atau gagal.Kemiskinan teknik menghasilkan kawat rusak, gangguan insulasi, atau cedera terhadap pekerja.Artikel ini memeriksa fisika di balik ketegangan dan gaya selama menarik kawat, memberikan insinyur, ahli listrik, dan manajer proyek sebuah yayasan teknis untuk meningkatkan keselamatan, mengurangi limbah material, dan mengoptimalkan aliran kerja.

[ZOZT:0]]Tensi adalah gaya aksial internal yang berkembang sepanjang kawat ketika itu dikenakan beban tarik. Ini bertindak secara seragam di seluruh cross-section konduktor dan membentangkan bahan secara elastis sampai titik hasil tercapai. Mengatasi titik hasil menyebabkan deformasi permanen; selanjutnya meningkatkan timbal ke leher dan pecahnya evenual.FLT:2Force] adalah upaya eksternal yang diterapkan melalui sebuah pegangan, winch, manual atau upaya untuk bergerak melalui kawat. Hubungan yang diterapkan antara kekuatan, dan tekanan internal, dan melawan kekuatan menentukan hasil dari tarikan.

Dalam puting statis atau kuasi-statis kawat menarik di mana percepatan adalah negatif, kekuatan diterapkan jaring sama dengan jumlah dari semua kekuatan resistif. hukum pertama Newton menyatakan bahwa sebuah objek di istirahat tetap beristirahat di istirahat kecuali jika bertindak atas oleh kekuatan yang tidak seimbang. Oleh karena itu, gaya tarik harus melebihi daya tarik gabungan dari gaya gesekan, komponen gravitasi di lereng, dan membelokkan perlawanan untuk memulai dan mempertahankan gerakan. Setelah bergerak, ketegangan di titik apapun sepanjang kawat adalah hasil kumulatif dari perlawanan ini dari menarik akhir ke titik tersebut. Memahami dasar ini memungkinkan praktisi untuk memprediksi di mana ketegangan mungkin di tikungan atau menarik di dekat akhir, dan mencegah tindakan seperti menarik langkah-langkah yang meningkat atau menarik titik-titik yang meningkat.

Prinsip - Prinsip Fisik yang Unggul dari Fisik yang Ditarik oleh Para Pimpinan

Hukum Kedua dan Percepatan Kabel Newton

Meskipun tarikan kawat biasanya dilakukan pada kecepatan rendah, relasi dasar F = m·a berlaku. Daya tarik harus mengatasi beban resistif maupun setiap percepatan massa kawat. Dalam praktiknya, akselerasi adalah kecil, sehingga istilah dominannya adalah daya resistif. Namun, selama startup dari istirahat, gesekan statis lebih tinggi dari gesekan kinetik, yang membutuhkan spike sesaat dalam menarik paksaan. Spike ini dapat signifikan untuk berjalan panjang atau konduktor berat. Sebagai contoh, lari 500 kaki dari kabel kmil tembaga berat kira-kira 1.6 lbftcoming over statistice yang mungkin melebihi gesekan kinetik oleh 20-30%. Operator ini harus menghindari lonjakan untuk beberapa detik selama kabel pertama.

Stres dan Batas yang Berkaku

Tension ensiun animal stress, didefinisikan sebagai gaya per unit area lintas-seksi (Sesilia = F/A). Setiap kawat memiliki stres tensia yang dapat diizinkan maksimum, sering kali dinyatakan sebagai persentase kekuatan tensilnya yang paling besar. Untuk konduktor tembaga, biasanya menarik ketegangan berkisar dari 40% sampai 60% dari kekuatan pemecahan, dengan nilai lebih rendah untuk aluminium karena lakbannya yang lebih rendah dan kekakuan yang lebih tinggi untuk merayap. Strain, elongation per unit panjang, meningkatkan tekanan linear dengan daerah elastis seperti yang dijelaskan oleh hukum Hooke. Kerusakan permanen terjadi jika batas elastis melebihi, menyebabkan penurunan konduktivitas atau pengurangan dalam crackulasi. Untuk elongation per satuan panjang, peningkatan tekanan tembaga dapat mengurangi penurunan 10% dari tingkat penurunan tekanan yang kurang dari 10%, penurunan tekanan yang terjadi pada 10%.

Efek Capstan ⁇ : Amplifikasi Ketegangan di Bends

Ketika sebuah kawat melewati tikungan, ketegangan pada sisi keluar lebih besar daripada sisi masuk. Hubungan eksponensial ini diberikan oleh persamaan capstan: T2 = T1 · e^(μ·beth), di mana μ adalah koefisien gesekan dan eth adalah total sudut bengkok dalam radian. Sebagai contoh, tikungan 90° (π/2 radian) dengan μ = 0.3 multiplies ketegangan dengan kira-kira 1.6. Multiple bendi senyawa efek ini secara dramatis. Sebuah berjalan dengan tiga 90° bengkok dan koefisien gesekan yang sama akan melihat sebuah multiplier total e^( 0. 3) x 2 (). 3 (). 4 ⁇ 4.1.) Mengapa ini adalah pembangunan kode seperti [[FLTFL]] (Rentasi 3 ⁇ 3] (R) [T], tidak ada batasan antara 360°].

Gesekan dan Peranannya dalam Mengatasi Perlawanan yang Menarik

Gesekan frekuensi adalah gaya resistif utama selama tarikan kawat. Muncul dari kontak antara jaket kawat dan permukaan interior saluran. gaya gesekan F f = μ · N, di mana N adalah gaya normal menekan kawat terhadap dinding saluran. Gaya normal berasal dari berat kawat akibat gravitasi dan dari gaya lateral ketika kawat dipaksa terhadap tikungan atau ofset. Dampak gesekan tidak dapat dilewatkan; dalam banyak tarikan horizontal panjang, lurus, gesekan rekening untuk 80-90% dari total perlawanan.

Tidak Melestarikan Nilai Gesekan

Pekali μ tergantung pada bahan yang bersentuhan. Nilai tipikal untuk kondisi kering antara lain:

  • Saluran PVC dengan kabel berjaket PVC: μ ⁇ 0.4 ⁇ 0.6
  • Saluran baja dengan jaket PVC: μ μ ⁇ 0.35 ⁇ 0.55
  • Saluran aluminium dengan jaket PVC: μ μ ⁇ 0,3 ⁇ 0.5
  • Permukaan terlumasi: μ dapat turun ke 0.05 ⁇ 0.15

Menggunakan nama samaran dari nama samaran menggunakan kode [ lengkas menarik pelumas mengurangi μ secara signifikan, menurunkan ketegangan dan mencegah abrasi jaket.Pemilihan Lubricant harus sesuai dengan baik bahan saluran dan jaket kabel untuk menghindari degradasi kimia.Sebagai contoh, pelumas berbasis minyak bumi dapat menyebabkan pembengkakan pada jaket karet tertentu, sementara pelumas berbasis air mungkin menguap di lingkungan panas, meninggalkan residu yang meningkatkan gesekan lebih dari tarikan panjang.

Efek Gravitasi Gravitasi Gravitasi Gravitasi pada Larian Tersempit dan Vertikal

Pada saluran yang dicenderai, komponen dari berat kawat sejajar dengan kemiringan menambah atau mengurangi dari gaya tarik yang diperlukan. Untuk jangka horisontal, berat menyumbang hanya untuk gaya normal. Untuk larian vertikal atau landai, gaya tarik harus mengatasi mg·sin(TT) selain gesekan. Dalam kenaikan vertikal, berat penuh kabel tergantung dari titik tarik, yang dapat menambah ratusan pon ketegangan. Sebagai contoh, larian vertikal 100 kaki 4/0 kabel tembaga dengan berat sekitar 0,6 lb/ft menciptakan tambahan 60 pon gravitasi saja. Ini mengapa intermedia atau pegangan sering kali menarik dalam aplikasi tinggi.

Amunisi Bendang Konduit dan Geometri

Konduit bengkok memperkenalkan kontak gesekan dan pengalihan gaya tambahan. Fisika di setiap tikungan melibatkan kedua gesekan dan efek capstan. Kawat harus ditarik melalui jalur melengkung di mana ia menekan terhadap dinding dalam tikungan. Gaya normal meningkat dengan ketegangan itu sendiri, menciptakan loop umpan balik: ketegangan yang lebih tinggi mengarah ke gaya normal yang lebih tinggi, yang meningkatkan gesekan, yang meningkatkan ketegangan lebih lanjut.Tujukan yang meningkatkan ketegangan ini adalah mengapa tikungan adalah lokasi yang paling umum untuk menarik ke stall atau untuk kabel menjadi rusak.

Tekanan Sisi dan Radius Bend

Tekanan sisi dinding (SWP) pada kawat pada tikungan diberikan oleh SWP = T / R, dimana T adalah ketegangan pada tikungan dan R adalah radius bengkok. Tekanan sisi dinding tinggi dapat menghancurkan insulasi atau deform konduktor. Banyak produsen kabel menyatakan SWP maksimum, biasanya sekitar 150-300 lbs per inci radius bengkok. Menggunakan radius bengkok yang lebih besar mengurangi SWP dan memungkinkan ketegangan menarik yang lebih tinggi tanpa kerusakan. Saluran EMT standar membengkok memiliki radius 4-6 kali diameter saluran, tetapi bidang bengkok mungkin ketat. Sebagai contoh, saluran 2-inci memiliki standar EMT memiliki tikungan sekitar 8 inci. Jika tegangan di tikungan itu adalah 1.200 lbP, yang memiliki radius 150 kali lipat untuk membengkokkan kabel atas, yang mana terdapat banyak lbp/s untuk membengkokkan lbp. Dalam radius atas, IWP akan lebih aman. Untuk memberikan radius 12 inci, IWP, untuk memberikan radius yang lebih aman.

Perendaman dan Penempatan Kotak Tarik Berganda Berpelandan Berpelik

Untuk mencegah penumpukan ketegangan yang berlebihan, kode bangunan membutuhkan kotak tarik atau titik tarik setelah setiap kumulatif 360 derajat tikungan. Dalam jangka panjang, titik tarik intermediate memungkinkan ketegangan untuk direset ke nol di setiap kotak. Menghitung ketegangan untuk menjalankan multi-bend membutuhkan sumbangan summing secara metodis: dimulai dari ujung jauh di mana kawat keluar dari spool, dan menambahkan ketegangan increment di setiap tikungan menggunakan persamaan capstan, ditambah gesekan lurus-section antara tikungan. Pendekatan umum adalah metode ketegangan Økumulatif ⁇ digunakan dalam perangkat lunak seperti Pull-Planner dan IEEE (99) . Untuk setiap kaki Brown berjalan dengan ketinggian 1.000 kaki, bahkan dapat akumulasi dan gesekan secara signifikan, titik-titik-titik-titik-pergerakan-pergerakan-pergerakan-pergerakan-perak menjadi tak peduli.

Ketegangan dan Penghitungan Paksa Praktis

Untuk bagian horizontal lurus, kontribusi ketegangan dari gesekan adalah T = μ · w · L, di mana w adalah berat per satuan panjang kawat dan L adalah panjang. Untuk konduktor ganda, w adalah berat total. Untuk bagian vertikal atau landai, tambahkan w·L·sin( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Contoh rinci Ragam workage menggambarkan bagaimana ketegangan kecil balon secara dramatis: Pertimbangkan jangka horizontal 150 ft 3/C #10 kabel tembaga berbobot 0,1 lb/ft dalam saluran baja dengan μ = 0.4. Tegangan gesekan lurus adalah T0 = 0.4 × 0.1 × 150 = 6 lbs. Sekarang ditambahkan dua tikungan 90° (th = π/2 masing-masing). Untuk tikungan pertama dengan tegangan masuk 6 lbs, ketegangan keluar T1 = 6 × e^(0.4 × π/2) = 6 × 1.87 = 11.2 lbs. Untuk tikungan kedua, T2 × 11.2 = 20.7 lb. Jika ada tambahan ft bagian kedua, tambah 0.4 × 0.6 × 0.6 × 0.6 = 0.7 = 0.7 lb. Untuk mencapai total kecepatan yang lebih tinggi, maka daya tolak lebih tinggi, berat, berat adalah sekitar 2.7 lb, bahkan lebih tinggi, berat, berat sekitar 2.7 lb = 21.

Untuk analisis yang lebih akurat, insinyur menggunakan metode dari IEEE Guide for Selecting and Installing Power Cables (IEEE 576) atau perangkat lunak yang memperhitungkan kekakuan kabel, jamming dalam tarikan multi-konduktor, dan efek dinamis selama akselerasi.

Alat dan Teknik untuk Mengatur Ketegangan

Peralatan Pancing Mekanikal

Winches, capstan hoists, dan kaset ikan adalah alat utama untuk menarik kawat. Untuk konduktor besar, sebuah pull-in grip[[] seperti tenun keranjang atau pegangan Kellems mendistribusikan gaya untuk memaksa lebih panjang dari jaket, menghindari pemuatan titik yang dapat memotong melalui insulasi. grip harus diterapkan sedikit di belakang kepala tarik kawat untuk mencegah mata menarik dari mengambil seluruh beban. Tsion meter] atau beban real-time memberikan umpan balik, memungkinkan untuk tetap berada dalam batas-batas operator. Unit modern menghubungkan telepon pintar untuk melakukan tensi melalui signal dan signal untuk mengirim sinyal ke profil Bluetooth ketika mengirimkan tanda bahaya. Menggunakan thresholdings untuk melewati batas batas batas batas yang tidak memungkinkan untuk melakukan operasi; Hanya untuk menarik seluruh unit-unit yang kritis untuk melakukan operasi yang tidak dapat dilamasi.

Sistem dan Pemilihan Lubrikasi

Terapkan lentur kanan adalah sebagai penting untuk mengendalikan gaya tarik. Untuk jangka panjang, injektor pelumas otomatis di ujung pakan atau aplikasi manual periodik mengurangi gesekan secara berkelanjutan. Pelumas berbasis air adalah umum tetapi dapat mengering dalam kondisi panas atau tarik panjang, meninggalkan residu lengket. Filicone berbasis atau pelumas polimer bertahan lebih lama tetapi mungkin mempengaruhi bahan jaket kabel tertentu. Selalu memverifikasi kompatibilitas: poliuretana jaket dapat membengkak ketika terpapar beberapa minyak, dan beberapa pelumas dapat mendegrade XLPE insulasi selama waktu. The [ANSI][TFL] untuk pedoman pemilihan dan tarif bahan, dan saluran kabel, dan tarik panjang.

Teknik Tarik dan Praktek Terbaik

Pertahankan kecepatan tarik yang stabil, lambat, biasanya 5-10 ft/min untuk kabel besar. Jerky atau cepat mulai menciptakan kekuatan dampak yang menekankan kawat dan dapat menyebabkan pegangan menarik untuk tergelincir atau merusak jaket. Gunakan mata tarik yang berputar untuk mencegah memutar konduktor, yang dapat menciptakan tekanan internal dan mengurangi fleksibilitas. Untuk kabel multikonduktor, menjaga spul feed sejajar dengan sumbu saluran untuk menghindari tikungan di titik masuk. Ketika menarik tikungan, memiliki pekerja memberi makan kawat di tikungan untuk mengurangi gesekan dan mencegah pengikatan. Hal ini khususnya untuk menekuk ketat di mana efek kapstan terkuat. Komunikasi antara tarikan dan ujung adalah sinyal penting; dua sinyal radio atau salah satu dari dua sinyal yang dapat mencegah peninjauan secara tiba-tiba.

Pertimbangan Keselamatan dan Integritas Wire

Keselamatan selama menarik kawat melibatkan faktor manusia maupun batasan material. Bahaya mekanis termasuk tali istirahat di bawah ketegangan, yang menciptakan bahaya cambuk yang dapat menyebabkan cedera parah, serta tip-over peralatan dan titik cubit di winches dan capstan.Peralatan pelindung pribadi yang tepat meliputi sarung tangan untuk melindungi dari abrasi dan pemotongan, perlindungan mata terhadap puing-puing terbang jika sebuah tali atau pegangan gagal, dan topi keras di daerah dengan over pharseheads.

Dari sudut pandang material, melebihi batas kabel maksimum menarik ketegangan dapat menyebabkan panjang pandang permanen. Elongasi 10% dapat mengurangi area lintas-seksi konduktor tembaga dengan kurang dari 10%, meningkatkan ketahanan dan mengurangi kapasitas pemancingan arus. Hal ini dapat menyebabkan overheating pada penghentian dan kegagalan prematur. Kerusakan insulasi dari tekanan dinding samping atau abrasi mungkin tidak terlihat secara eksternal tetapi dapat menciptakan titik lemah yang mengarah ke sirkuit pendek atau tahun setelah pemasangan. Selalu merujuk pada data produsen kabel untuk lembaran maksimum dan batas tekanan samping. Nilai-nilai ini secara signifikan bervariasi antara jenis kabel; contoh untuk kabel medium-voltasi dengan kabel yang tebal memiliki batasan-perbatasan dalam proses kabel yang rendah.

Setelah menarik, melakukan tes resistensi kontinuitas dan insulasi menggunakan megger untuk memverifikasi bahwa tidak ada kerusakan yang terjadi selama tarikan. Penurunan resistensi insulasi yang signifikan dibandingkan dengan basis dasar produsen menunjukkan kemungkinan kerusakan jaket. Dokumen catatan menarik, termasuk pembacaan ketegangan maksimum, pelumas digunakan, dan setiap anomali diamati, sebagai bagian dari proses penjaminan kualitas untuk pemasangan.

Kesimpulan Kesia-siaan

Fisika ensi dan gaya selama menarik kawat secara langsung mempengaruhi keberhasilan proyek, biaya, dan keselamatan. Dengan memahami gesekan, efek capstan, geometri bengkok, dan batas mekanik konduktor, profesional dapat merencanakan menarik yang meminimalkan risiko dan memaksimalkan efisiensi. Menerapkan alat, pelumas, dan teknik yang benar berdasarkan prinsip-prinsip ini memastikan bahwa kawat tiba di tujuan tidak rusak dan siap untuk dihentikan. Untuk pembacaan lebih lanjut pada praktik instalasi kabel, berkonsultasi dengan NEC], IE]] 5E[T76T:3], dan dari organisasi-organisasi tangan seperti NECA Insinyur (AICaires).