紧张的核心物理和电线拉动的力量

电线拉是跨越电力建设、工业制造和电信基础设施的关键操作。 每次导线通过管道或电缆通过地下管道拉动,紧张和强力原则决定安装是否成功。 技术不善会导致电线受损、绝缘或工人受伤。 文章审视了电线拉动过程中的紧张和强力背后的物理,为工程师、电工和项目经理提供了改善安全、减少材料浪费和优化工作流程的技术基础。

传感器是受拉力负荷时沿着铁丝网发展的内部轴力,它贯穿导体的截面并拉伸材料,直到达到产值点。超出该产量点会导致永久变形;进一步增加导致颈部断裂和最终断裂。 引信是通过牵引力、绞盘或人工努力将铁丝网通过导管移动的外部努力。所应用的力量、内部紧张和抵抗力之间的关系决定了牵引结果。

在静态或准静态电线拉动中,加速度可以忽略不计,网力应用等于所有阻力的总和. 牛顿的第一部定律规定,除非有不平衡的力对物体采取行动,否则物体仍停留在休息状态。因此,牵引力必须超过摩擦产生的联合阻力,斜坡上的引力成分,以及弯曲阻力以启动和维持运动。一旦移动,线上任何一点的张力都是从拉动端到那个点的这些阻力累积的结果。 理解这个基准可以让从业人员预测紧张状态可能升级的地方,一般是在弯曲端或拉动端附近,并采取预防措施,如使用拉润滑油或增加拉点的数量。

电线牵引的基本物理原则

牛顿的第二定律和电线加速

虽然牵引电线通常以低速进行,但基本关系F=m a[]适用牵引力必须克服电线质量的阻力负载和任何加速。实际上,加速很小,所以主要术语是阻力。然而,在从休止状态启动期间,静电摩擦比动力摩擦要高,需要一次性的拉力。这种悬浮力对长跑或重导器来说可能相当大。例如,500千米的铜缆的500英尺长跑重约1.6磅/英尺,需要克服可能超过动力摩擦的静电摩擦,超过20-30%。操作员必须说明这种初始的突起,以避免在牵引力的最初几秒钟内压过电缆。

压力和限制

紧张产生压力,定义为单位截面区域(key = F/A)的强度。每条铁丝具有最大可允许抗拉强度,通常指定为最终抗拉强度的百分比。对于铜导体,典型的拉强度从40%到60%不等,铝的强度由于电容较低和易蠕动性较高而较低。 Strain, 单位长度的延长,随着弹性区域的压力而线性增加,如Hooke 定律所述。 如果弹性极限超过,导致导率降低或绝缘裂,则永久损害发生。 例如,铜导体的10%拉长可以将其截面面积降低约10%,从而增加阻力,导致终止时过热。

Capstan效应:弯曲处的紧张放大

当一根铁丝绕弯时,向外侧的张力大于向外侧的张力。这种指数关系由卡普斯坦方程给出: T2 = T1 → e^ ( ⁇ ),其中μ是摩擦系数, ⁇ 是弧度的总弯角。例如,一个90°弯( ⁇ /2 弧度),而μ= 0.3 乘以张力约1.6。多个弯曲使这种效果急剧复杂化。一个有3个90°弯角和相同摩擦系数的跑跑步将看到一个总乘数为 e^ (0.3× 3 ⁇ ) → 4.1。这就是为什么建筑编码,如 国家电气代码,将牵引箱之间的总弯角限制在不超过360度。

防线及其在电阻中的作用

电线牵引力是铁丝网拉动时的主要阻力,它产生于铁丝网夹克与管道内表面的接触. 摩擦力F f=μ → N,其中N是将电线压在管道壁上的正常力. 正常力来自铁丝网由于重力作用的重量,以及电线被强迫弯曲或抵消时的横向力. 摩擦力的影响是不可夸大;在许多长的,直水平拉力中,摩擦力占总阻力的80-90%.

滑动值的系数

系数μ取决于接触中的材料。干燥条件的典型值包括:

  • PVC 带PVC-夹层电缆的管道: μ ⁇ 0.4-0.6
  • 带PVC夹克的钢管: μ ⁇ 0.35-0.55
  • 带PVC夹克的铝管: μ ⁇ 0.3-0.5
  • 润滑表面:微可降至0.05-0.15

使用 商业线拉润滑剂显著降低μ,降低张力,防止夹克擦伤. 润滑剂的选择应匹配管道材料和电缆夹克以避免化学降解,例如,石油润滑剂会导致某些橡胶夹克的肿胀,而水基润滑剂则可能在热环境蒸发,留下残留物,使摩擦力比长拉力增大.

重力对斜拉和垂直运行的影响

在倾斜的管道上, 电线与斜拉力平行的部件会增加或减少所需的牵引力。 对于水平运行, 重量只促进正常的力。 对于垂直或斜拉的运行, 牵引力除了摩擦外还必须克服mg-sin( ) 。 在垂直升降机中, 电线的全重会从拉点上悬浮, 从而增加数百磅的张力。 例如, 重约0. 6磅/ 英尺的铜缆线的100英尺垂直运行会从重力上产生60磅的张力。 这就是为什么在高升器应用中往往需要中间支持或拉动握力 。

Conduit 弯曲和几何学的影响

弯曲引入了额外的摩擦接触和强重定向。 每个弯曲的物理都涉及到摩擦和卡普斯坦效应。 线必须通过一个弯曲路径拉动, 从而对弯曲的内壁进行压强。 正常的力随张力本身而增加, 形成反馈循环: 较高的张力导致更高的正常力, 增加摩擦力, 从而进一步拉强。 这种自我增强循环是为什么弯曲是拉力拖住或电缆损坏的最常见位置 。

侧墙压力和弯曲半径

弯曲处的钢丝上侧壁压力(SWP)由SWP=T / R给出,T是弯曲处的张力,R是弯曲半径。高侧壁压力可以压碎绝缘或变形导体。许多电缆制造商指定最大SWP,一般在弯曲半径每英寸150-300磅左右。使用更大的弯曲半径可以降低SWP,并允许更高的拉力张力而不受破坏。标准EMT管道弯曲的半径约为管道直径的4-6倍,但场弯曲可能更紧。例如,2英寸EMT管道的标准弯曲半径约为8英寸。如果弯曲的张力是1200磅,那么SWP是150磅/英寸/英寸,这对许多电缆来说是最高限的。将弯曲半径提高到12英寸,则SWP下降至100磅/英寸,从而提供更安全的边际。

多个弯曲和拉框布置

为防止过度的张力积聚,建筑规范要求每次累积360度弯曲后都拉动箱或拉点。长期来说,中间拉点允许每个箱的张力重置为零。计算多边跑的张力需要有条不紊的抽取贡献:从电线从斜坡的远端开始,并在每个弯曲处使用凸起的方程加上弯曲之间的直截面摩擦。一个共同的方法是Pullus-Planner等软件中所使用的、并在IEEE 399(布朗书)中描述的“累积张力 ” 方法。对于1000英尺以上的拉力,即使是直线段,也可以累积重大的摩擦力,中间拉点也变得有必要,而不管弯曲计数。

实际紧张和力量计算

对于直线水平区段,摩擦产生的张力促进系数为 T = μ = w = L, 其中W 是线的单位长度, L 是长度。 对于多导体, w 是总重量。 对于垂直或斜向区段, 加入 w = L =sin( ) 。 在弯曲时, 将即将产生的张力乘以 e = ( ) 。 所需要的总拉力是从远端开始并努力到拉尾的所有段贡献的总和 。

一个详细的例子说明小的紧张气球如何剧烈地显示:在钢管中考虑150英尺水平径为3/C#10铜缆,重0.1磅/英尺,且其μ=0.4;直截面摩擦张力为T0=0.4×0.1×150×6磅/秒;现在增加两个90°弯( ⁇ = ⁇ /2),对于第一个弯曲,其产生的张力为6磅/秒,向外的张力为T1=6 e^(0.4×××××××2)=6×1.87×11.2磅/秒;对于第二个弯曲,T2=11.2×1.87×20.9磅/秒。如果在第二个弯曲后再增加20英尺直节,则增加0.4×0.1×20×0.8磅/秒,总拉力约为21.7磅/秒。 这是一种可控的,但有较重的电缆,摩擦力或更强的弯曲,紧张度很快达到数百甚至数千磅/秒。

为了进行更准确的分析,工程师们使用来自IEEEE选择和安装动力电缆指南(IEEE576)或用于说明电缆硬度,干扰多导体牵引,加速度时动态效应的软件.

处理紧张局势的工具和技术

机械拉动设备

温切、卡布斯坦吊带和鱼带是牵引电线的主要工具。 对于大型导体来说, 诸如篮子编织或凯伦斯握柄之类的“ [FLT: 0] ” 牵引式牵引式牵引式能将力分布在更长时间的夹克上, 避免可切入绝缘的点装。 握住应略放在电线拉头后面, 以防止拉眼带走全部载荷。 [[FLT: 2]] 或装弹电池提供实时反馈, 允许操作员在安全范围内停留。 现代单元通过蓝牙连接智能手机, 用于记录张力配置, 并在超过阈值时发出警报。 关键装置不能选择使用张力计; 唯一的方法就是核实拉力在整个拉力中始终保持在制造商规格之内。

润滑系统和选择

应用正确的润滑剂与控制拉力同样重要。 对于长跑, 饲料端的自动润滑剂注射器或定期人工应用会持续减少摩擦。 水基润滑剂很常见,但可以在热条件下或长拉时干燥,留下粘滞的残留物。 硅酮或聚合剂润滑剂持续时间较长,但可能影响某些电缆夹克材料。 始终要验证兼容性: 聚氨酯夹克接触一些油时会膨胀, 某些润滑剂会随着时间的推移降解XLPE绝缘。 ANSI/NECA标准[[FLT: 0] [FLT: 1] 规定了根据管道材料、电缆类型和拉长的润滑剂选择和应用率。

技术和最佳做法

保持稳定,慢拉速度, 通常是大型电缆的5- 10英尺/ min。 Jerky 或 快速开始产生冲击力, 使电线紧张, 并可能导致牵引力滑动或损坏夹克。 使用牵引眼来防止导体扭动, 从而产生内部压力并降低灵活性。 对于多导体电缆, 保持管道轴的支线轴线一致, 避免在入口处弯曲。 当牵引时, 工人在弯曲处给电线喂电线以减少摩擦力并防止束缚。 对于最强的弯曲处, 这一点尤为重要。 牵引端与导端之间的通信至关重要; 双向无线电或手信号防止可能导致突然的紧张突起。

安全考虑和线性完整性

牵引电线时的安全性既涉及人的因素,也涉及物力限制。 机械危险包括紧张状态下断绳,造成鞭子危险,造成严重伤害,以及吊带和吊顶的设备倾覆和夹点。 适当的个人防护设备包括防刮伤和切伤的手套、绳索或抓住故障时防止飞行碎片的护眼,以及有俯冲危险地区的硬帽。

从物质角度来说,超过电线的最大拉力张力[可造成永久延长。10%的延长可以使铜导体的横截面面积减少约10%,增加阻力和降低电流承载能力。这可能导致在终止和过早故障时过热。从侧壁压力或擦伤造成的绝热损害可能无法从外部看到,但会在安装后数月或数年产生短路的弱点。始终参照电缆制造商的数据表来说明最大张力和侧壁压力极限。这些数值在电缆类型上有很大差异;例如,电压厚的中压电缆的张力限制低于低压的构造电线。

与制造商基线相比,绝缘阻力大幅下降,表明可能发生夹克损坏。 记录拉动记录,包括最大张力读数、使用的润滑剂和观察到的任何异常,作为安装质量保证过程的一部分。

结论

电线拉动时的张力和力学直接影响到项目的成功、成本和安全。 通过理解摩擦、电顶效应、弯曲几何和导电器的机械极限,专业人员可以规划拉动,以尽量减少风险和最大限度地提高效率。应用基于这些原则的正确工具、润滑剂和技术,确保电线到达目的地不受损坏,并准备终止。在进一步阅读电缆安装做法时,请参考NEC[、IEE576和NECA和绝缘电缆工程师协会等组织的工业手册。