緊張的核心物理和電力拉動

電力拉力是電力建設、工業制造和電訊基础设施中的关键操作。 每次導管被拉過管道或線線,都穿過地下管道,緊張和強力原理就決定安裝是否成功。 技术差會造成電線受损、隔離或工人受傷。這篇文章研究了電力拉力和強力背后的物理,給工程師、電工和專案管理者一個技術基礎,以改善安全、减少物質廢棄、优化工作流程。

感應 是受拉负荷時沿線發射的內心力。 它在導管的截面上一致作用, 并拉伸材料至產生點。 超越輸出點會造成永久的變形; 进一步增加導致脖子斷裂和最终斷裂。 力 是通过拉力、绞力或人工努力把線移動到導管。 應用力、 內部緊張力和抵抗力之间的关系決定了拉力的結果 。

在加速度可以忽略不计的靜力或准靜力線中, 應用電線的電力等于所有阻力的總和。 牛頓的第一種定律是, 除非有不平衡的力來對付, 一個物体在休息中會停留。 因此, 牵引力必須超越摩擦、 斜坡上的引力元件、 以及彎曲阻力 等 阻力 以啟動和维持运动。 一旦移動, 沿電線的任何一點的電力都是從拉尾到那個點的阻力所累积的。 了解這個定律, 實驗者就可以預測到緊張可能會在何處, 通常在彎曲或拉尾附近, 采取預防措施, 如使用拉動润滑油或增加拉點數 。

電線拉動的基本物理原理

牛頓第二定律和電線加速

雖然拉力通常以低速運作, 但基本關係[ [FLT: 0]] F = m a [[[FLT: 1]] 适用。 拉力必須克服阻力荷载和任何加速的線體。 實際上, 加速很小, 所以主詞是阻力。 然而, 在從休止起步時, 靜力摩擦比動力摩擦要高, 需要一次性的拉力。 這支突擊可以對長跑或重導器有重大作用。 例如, 500 kcm 铜線的500英尺跑重約1.6 lb/ft 需要克服可能超过動力摩擦力的靜力摩擦力, 操作員必須為這支起點的突擊量做計算, 以避免在拉力的第一秒間過關束過重。

壓力和限制

緊張度會產生 壓 , 定義為單位跨區域的強力( key = F/A ) 。 每條線都有最大可容的拉力, 通常指定為其終極拉力的百分率 。 例如, 铜导器的典型拉力拉力介于斷力的40%至60%之间, 铝的強力因通力低而值较低, 更容易蠕動。 Strain, 每單位长度的延長, 隨著Hooke 定律描述的弹性區域的壓力而線性增長。 如果超過弹性限, 導力或隔離裂口, 就會有永久性的損害。 例如, 铜导器的10% 的拉力可以將截面拉力降低10% , 以至约10%的阻力增高, 导致终止時過熱。

Capstan 效果: 底部的緊張放大

鐵絲在彎道上穿過時, 向外的張力比往外的拉力更大。 由卡普斯坦方程來判斷: T2 = T1 = e^ ( ⁇ ) , 其中μ是摩擦系数, μ是弧度的總彎角。 例如, 90° 的弯曲( ⁇ /2 弧度) , μ= 0. 3 乘以 0. 的張力約 1. 6 。 多重彎曲使這個效果更形。 3 90° 的彎曲和同樣的摩擦系数的跑會看到 e^ (0. 3× 3 ⁇ ) + 4.1 的总乘數。 因此, 建築碼, 如 [ [FLT: 0] , 國家電碼[NEC] , 限制拉箱之間的總彎角不超过 360 度 。

摩擦及其在電力拉力阻力中的作用

硬滑是鐵絲拉力的主要阻力。 它产生于鐵絲夾克和管道內表面的接触。 摩擦力F f = μ → N, 即將鐵絲按住管道牆的正常力。 正常力来自鐵絲因重力而重力, 以及強力阻擋彎或抵消的横向力。 摩擦力的影響是不可夸大的; 在许多長直水平拉力中, 摩擦力占全部阻力的80- 90% 。

滑翔值的系数

系数 μ 取决于接触中的材料。干燥条件的典型值包括:

  • PVC 管道, PVC 被封鎖的電線: μ ⁇ 0.4–0.6
  • 聚氯乙烯外套的鋼管: μ 0.35-0.55
  • 聚氯乙烯外套的铝管: μ ⁇ 0.3-0.5
  • 润滑表面: μ可降至0.05-0.15

使用 [[FLT: 0] 商业線拉润滑劑[[FLT: 1]] 減少μ, 降低张力, 防止外套擦傷。 润滑劑的選擇應符合管道材料和線件的外衣, 以避免化學降解。 例如, 石油化油的润滑油會造成某些橡胶夾克的膨胀, 而水基润滑油會在熱的環境中蒸發, 留下的残留物會增加長拉力的摩擦力 。

引力對斜拉和垂直跑動的影響

在斜向管道上, 線的重量與斜向平行的元件會增减所需的拉力。 水平跑的重量只會增加正常的拉力。 对于垂直或斜向跑, 拉力除了摩擦外, 必須克服 mg- sin( ) 。 在垂直起浮點上, 繩子的全重會吊起数百磅的緊張度。 例如, 垂直跑動的每條4英尺/ 0 磅的銅線會從重力上再產生60磅的緊張度。 因此, 高起浮點的應用中常需要中間支持或拉力 。

康迪特束和几何的影響

康杜特彎曲引入了更多的摩擦觸控和強調轉移。 每個彎曲的物理都涉及到摩擦和卡普斯坦效应。 鐵絲必須在向彎曲內牆壓迫的曲線上拉動。 正常的力隨緊張本身而增強, 產生回應回路: 更強的緊張力導致更強的正常力, 增加摩擦力, 使緊張度更进一步升高。 這個自我增強的周期是為什麼彎曲是拉力拖曳或电缆损坏的最常見的地方 。

侧牆壓力與半徑

彎曲的線上邊牆壓力(SWP)是由SWP=T / R 提供的, T 是彎曲的張力, R 是彎曲半徑。 高邊牆壓力可以壓碎隔離或變形導管。 很多有線電子制造商指定最大邊牆壓力(SWP), 通常每彎曲半徑150- 300磅左右。 使用更大的彎曲半徑可以降低SWP , 并且可以不損壞地拉力。 標準的EMT 導管彎曲半徑约为管道直徑的4-6倍, 但場彎曲可能更緊。 例如, 2英寸 EMT 導管的标准彎曲半徑约为8英寸。 如果彎曲的1200磅, SWP 的磅/ in, 即是150磅/ , 許多線缆的上限是 。 提高彎曲半徑12英寸, 就能把SWP 降為100磅/in, 提供更安全的邊徑 。

多個下巴和拉盒子放置

防止過度的張力堆積, 建築碼需要拉力盒或拉力點, 每個360度的矩形堆積後再堆積。 長期而言, 中间拉力點可以讓拉力重置到每一個矩形堆積的零。 多邊徑跑的壓力計算需要有方法的交換: 從遠端開始, 用線線從池裡掉下來的邊緣開始, 并在每個彎道上加強張力加強, 加上彎道之間的直截面摩擦。 通常的方法是像拉力普蘭納( Pul- Planner) 一樣的軟體中使用的、 共和IEEE 399( Brow Book) 中描述的「 堆積拉力 ” 方法。 对于跑, 直路段甚至可以累积重大的摩擦力, 中間拉力點也無計到彎道數。

實際的緊張度和強力計算

直水平區段, 摩擦造成的張力因子為 T = μ = ⁇ w → L, 其中W 是線的單單長重量, L 是長。 对于多個導引器, w 是總重。 对于垂直或斜向的區段, 加入 w = L =sin( ) 。 在彎曲時, 將往外的張力乘以 e ^( ) 。 需要的总拉力是從遠端起向拉尾工作的所有段的總和 。

一個詳細的示例可以說明小緊張氣球是如何強烈地: 想想150英尺水平跑動的 3/C # 10 铜線, 重0. 1 lb/ ft, 以 μ = 0.4 。 直截面摩擦力是 T0 = 0.4 × 0.1 × 150 = 6 lb。 現在要增加 2 90 度弯曲( = ⁇ /2 ) 。 在6 磅的氣候下, 向外的 lt1 = 6 → e ^ (0.4 × ⁇ /2) = 6 × 1.87 = 11.2 = 11.2 × 1.87 = 20.9 lbs。 如果在第二次彎曲後再增加 20 英尺直節, 增加 0 × 0.1 × 20 = 0.8 磅, 總拉力约为 21.7 磅。 這種拉力可以控制, 但有 更重的 e ^ × × = = = = = = = = = 6 =

工程師使用從 iEEE 選取及安裝電力電源指南 (IEEE:576) 或軟體來解釋電線硬度、多導管拉力的干扰以及加速時的动态效果。

控制紧张局势的工具和技术

机械拉力设备

溫切斯、 坎斯坦吊帶和魚帶是拉線的主要工具。 對大型導管來說, 一個[ [FLT: 0]] 的壓縮抓住[ [[FLT: 1]] , 如籃子编织或 Kellems 抓住在夾克的長長时期内分配強力, 避免可以切斷绝缘的點裝。 握住應該稍稍放在線的拉頭后面, 以防止拉線的拉頭取走整條负荷。 [[FLT: 2]] 或加载的細胞提供实时回應, 使操作員能保持安全限制 。 現代單位通过藍牙連接智能手機, 以記錄緊張描述, 并在超過阈值時發出警報 。 使用緊張量測器不是關裝置的選擇; 唯一的方法是確證拉力在整條列內的制造商的规格內。

润滑系統與選擇

施用右润滑劑和控制拉力一樣重要。 長期, 供應端的自動润滑劑注射器或定期人工施用會減少摩擦。 水基润滑油很常见, 但可以在熱条件下或拉長時干燥, 留下黏糊糊的残留物。 硅酮或聚合物润滑油會持續, 但會影響某些線線件材料。 總要確認相容性: 聚氨酯夾克在接触一些油脂時會膨胀, 某些润滑油會隨時間而降低XLPE的隔離性。 [[FLT: 0]] ANSI/ NECA 標準[[FLT: 1] 提供了基于管道材料、 線線型和拉長的滑油選擇和应用率的指標 。

利用技术和最佳做法

保持穩定的拖曳速度, 通常是大型電線的5- 10 英尺/ min。 Jerky 或 快速啟動產生衝擊力, 使電線有壓力, 並且可以讓拉力滑落或損壞外套。 使用拉力眼可以防止導管扭轉, 从而產生內应力和降低灵活性 。 对于多導管電線, 保持管道轴的吸力池不向下, 避免在入口處彎曲。 拖動時, 讓工人在彎道上喂電線以减少摩擦, 防止捆綁。 對於卡普斯坦效应最強的緊張彎, 尤为重要 。 需要在拉力端和導管端之間保持交流; 雙向電或手信號防止會造成突然的衝突觸。

安全考量和线路完整性

電線拉動時的安全性涉及人的因素和物質限制。 機理危害包括緊張下斷繩,造成鞭子危險,可造成嚴重傷害。 以及吊帶和吊帽的設備翻轉和扣點。 适当的個人防护裝置包括防刮傷和傷口的手套、繩索或抓住故障時防飛行碎片的眼罩、以及有俯仰危害的地區的硬帽。

從材料角度來說, 超過線的[ [FLT: 0]] 最大拉力張力[ [FLT: 1] 可能會造成永久拉力。 10%的拉力可以使銅导管的跨區面积降低10%左右, 增加阻力和降低流承力。 這會導致在终止和过早故障時過熱。 隔牆壓力或磨损造成的隔膜损伤可能外觀看不到, 但會造成短路的弱點。 總要提到線製造商的數據表, 以達最大拉力和隔牆壓力限制。 例如, 高壓的中伏電線的壓限制比低壓的建電線要低 。

拖曳後, 用電子機來檢查是否在拉力中沒有損失。 与制造商的基礎相比, 隔热阻力的大幅下降表明可能會有夾克損失。 記錄拉力記錄, 包括最大張力讀數、 使用的润滑劑以及所观察到的任何异常, 以作為安裝的质量保证流程的一部分 。

結 论

利用這些原理的正確工具、润滑油和技术, 就能确保電線到达目的地不受損壞, 并做好被终止的準備。 欲了解電線安装的操作, 請參考NEC[、、[EEE576、NECA和隔離电缆工程師協會等組織的工業手冊。