3 Metodi di installazione dei cavi che influiscono sul calcolo della tensione
Scopri come i moderni metodi di installazione dei cavi (HDD, spinta e galleggiamento) influenzano i calcoli della tensione e una progettazione dei cavi sicura ed efficiente.
L’uso di equazioni della tensione del cavo è una parte fondamentale nella fase di pianificazione dell’installazione del cavo. Analizza e prevede il comportamento del cavo per determinare la fattibilità dell’installazione. Una previsione accurata della tensione del cavo è essenziale per proteggere l’integrità del cavo, migliorare la sicurezza dei lavoratori, ridurre i costi del progettazione e garantire le prestazioni ottimali del cavo per tutta la sua durata. Inoltre, calcoli accurati possono facilitare distanze di installazione più lunghe, con conseguente efficienza della manodopera e meno giunzioni. Le equazioni tradizionali rimangono lo standard del settore per i calcoli, ma i metodi di installazione più recenti introducono variabili che richiedono aggiustamenti a questi modelli. Comprendere come ogni metodo influisce sulla tensione garantisce prestazioni affidabili e riduce i rischi di installazione.
“La conoscenza della tensione di trazione non è solo essenziale per pianificare la posa effettiva, ma anche per valutare l’idoneità della progettazione del cavo/della progettazione del percorso/delle metodologie di posa.” (CIGRE TB 889)
Equazioni della tensione del cavo collaudate utilizzate nell’installazione di modellizzazione
La maggior parte delle guide per l’installazione dei cavi e degli strumenti di pianificazione del software utilizzano equazioni sviluppate nella metà del XX secolo. Queste equazioni calcolano la forza di gravità e le forze fisiche mentre il cavo viene tirato attorno a una curva. Questo approccio di calcolo è radicato nella storia, è ben stabilito ed è stato parte integrante della progettazione del cavo nel condotto per oltre 75 anni. Le equazioni sviluppate per la prima volta da F.H. Buller (1949) e poi ampliate da R.C. Rifenburg (1953) descrivono i cavi tirati attraverso condotti inclinati, curve orizzontali, nonché curve concave e convesse verticali. Queste equazioni di “Rifenburg” misurano la forza in base all’angolo di ingresso del cavo nella curva nonché alla presenza (o all’assenza) di forza gravitazionale tra cavo e condotto. Il software Polywater Pull-Planner® si basa su queste equazioni standard.
Queste equazioni sono complesse, quindi gli ingegneri oggi utilizzano software basati sul calcolo o fogli di calcolo specializzati per gestire i calcoli della tensione. Alcune aziende utilizzano approssimazioni al posto della formula complessa. Questo deriva da un’epoca in cui questo lavoro veniva svolto a mano. Prevedere la tensione del cavo consente tiraggi più sicuri che non superino la tensione massima del cavo. Buone metodologie di pianificazione e previsione non solo proteggono i cavi da una tensione eccessiva, ma aumentano anche la sicurezza dei lavoratori e massimizzano la longevità del cavo attraverso una tensione ridotta e meno giunzioni.
Il ruolo di Polywater nella gestione dell’attrito e della tensione dei cavi
La misurazione dell’attrito del cavo, iniziata da Polywater, supporta una previsione accurata della tensione del cavo. Polywater misura il coefficiente di attrito (COF) e lavora sul campo con la lubrificazione dei cavi da oltre 50 anni. Costruire su questa base ha consentito una migliore comprensione dei fattori che influenzano la tensione di pianificare meglio in base a essi. Man mano che il settore cambia i metodi di progettazione e installazione dei cavi, i metodi di prova devono riflettere queste modifiche. Le lunghe installazioni di cavi che sono il marchio distintivo dell’interramento erano molto meno comuni quando sono state sviluppate le equazioni di Rifenberg e quando Polywater ha iniziato a sviluppare misurazioni dell’attrito. Oggi Polywater sta lavorando attivamente con i produttori di cavi e gli installatori per adattare i metodi di prova dell’attrito per riflettere più accuratamente le realtà riscontrate sul campo.
| Per saperne di più: Software per la pianificazione dell’installazione dei cavi Pull-Planner di Polywater |
Tecniche moderne di installazione dei cavi e il loro impatto sulla tensione
La maggior parte dei cavi vengono inseriti nel condotto utilizzando un argano. In genere, all’estremità del cavo e al suo conduttore viene fissato un occhiello di trazione. Per evitare forze di torsione sul cavo viene inserito un giunto girevole tra l’estremità anteriore del cavo e la fune di trazione. I metodi e la progettazione tradizionali di installazione sono migliorati con le tecniche più nuove: lunghi tratti di condotto forati direzionalmente, spinta del cavo e galleggiamento del cavo in condotto pieno d’acqua sono tre esempi. Queste tecnologie influenzano le equazioni utilizzate per prevedere la tensione. Esistono considerazioni sulla tensione dei cavi e sulla fisica per questi tipi di progettazione che differiscono dalle pratiche storiche.
Considerazioni sulla tensione per sezioni lunghe e curve (grandi curve di raggio)
Le equazioni di curvatura di Rifenburg presumono che il cavo venga “tirato” all’interno della curva. Quando un cavo viene tirato in lunghe lunghezze di condotti curvi tipici delle installazioni HDD (perforazione orizzontale direzionale), aumenta anche il peso del cavo nella curva. In questo caso, la forza gravitazionale supera la componente verticale della forza di trazione. Il cavo non corre più contro l’interno della curva, ma scende verso il fondo del condotto. Le equazioni convenzionali non si applicano più. La curva ad ampio raggio agisce molto più come una sezione rettilinea inclinata del condotto.
Nel Pull-Planner di Polywater, le sezioni dritte del percorso del cavo vengono separate dalle curve incombenti perché il coefficiente di attrito agisce come componente aggiuntivo per le sezioni dritte, ma diventa un moltiplicatore nelle curve. La raccomandazione di pianificazione aggiornata è quella di trattare questa sezione come una sezione rettilinea inclinata utilizzando una piccola curva orizzontale per tenere conto della lunghezza leggermente maggiore del condotto. In questo caso, la tensione della parete laterale è minima e può essere trascurata. Utilizzando questo approccio si ottiene una migliore approssimazione delle realtà sul campo e quindi della tensione prevista del cavo.
Le sezioni lunghe e curve richiedono equazioni di pendenza modificate per approssimare meglio la tensione del cavo durante l’installazione.
| Contenuti connessi: Misurazione dell’attrito di tiraggio del cavo con un test dell’aspo |
Spinta dei cavi: tensione e rischi di cedimento
Gli spingicavo sono stati sviluppati negli anni ’90 per ottenere lunghezze di installazione maggiori. A tensioni di trasmissione più elevate, l’affidabilità del sistema è fondamentale. Ridurre il numero di giunzioni è prezioso. Inoltre, i cavi di trasmissione solitamente hanno conduttori di grande diametro e sono più rigidi come da progettazione. L’uso di spingicavo può avere senso per questo tipo di installazione e ha continuato a guadagnare popolarità come metodo di installazione.
Le equazioni standard della tensione del cavo si applicano ancora durante la spinta del cavo. In questo caso, la tensione in ingresso utilizzata nel calcolo è negativa. La tensione negativa viene riportata in ogni segmento. Nei test eseguiti da EPRI (Electric Power Research Institute), i cavi testati non sono stati danneggiati dal processo di spinta. La limitazione principale di questo metodo di installazione è la deformazione del cavo.
Quando i cavi presentano una tensione di spinta eccessiva, si piegano o cedono all’interno del sistema di condotti. Creano una forma ondulata, una spirale contro la parete del condotto o si accartocciano in una pila. In questo caso la forza di spinta non viene più trasferita all’estremità più lontana del cavo. La forza, invece, comprime ulteriormente il cavo creando un vero e proprio tappo nel condotto. Le forze di spinta del cavo non devono superare la forza di deformazione del cavo. Comprendere la fisica della deformazione del cavo diventa fondamentale per un’installazione di successo.
Forza di deformazione critica
La forza di deformazione critica si basa sulla formula di Eulero e sul modulo di elasticità del cavo. In altre parole, è importante conoscere il fattore di “rigidità” del cavo. In genere, questo fattore è influenzato dal tipo di metallo del conduttore, dalla progettazione delle fibre e dalle dimensioni del cavo. Esistono formule predittive basate sia sul calcolo che sulla progettazione sperimentale.
La chiave per una spinta efficace del cavo è mantenere la forza al di sotto della forza di deformazione critica. La forza di spinta aumenta con un maggiore attrito tra cavo e parete del condotto. L’uso di lubrificanti per cavi aumenta l’efficacia della spinta del cavo perché riduce la probabilità di cedimento del cavo.
Quando si progetta un percorso con la spinta del cavo, è necessario calcolare la forza di deformazione del cavo.
Cavo galleggiante nel condotto a pieno regime: Galleggiamento vs. resistenza
A volte, al condotto viene aggiunta acqua dolce o acqua salata (acqua marina) per aggiungere galleggiabilità e ridurre efficacemente il peso del cavo. Ridurre il peso del cavo è un buon modo per ridurre la tensione di trazione perché riduce la forza normale sul cavo. È importante che il sistema di condotti sia sigillato correttamente in modo che l’acqua non fuoriesca. È anche possibile riempire solo una parte del sistema di condotti per far galleggiare il cavo attraverso le sezioni più difficili del tiraggio.
Durante questo tipo di installazione si tiene ancora conto dell’attrito. I lubrificanti per cavi possono aumentare le prestazioni, poiché il cavo entra ancora in contatto con la superficie del condotto. Nella pianificazione di questo tipo di installazione, è necessario considerare la resistenza dell’acqua (resistenza d’attrito). Un’altra incognita è la forza di spostamento dell’acqua. Gli effetti della resistenza dell’acqua e dello spostamento dell’acqua sono complessi da calcolare. Spesso in queste installazioni viene utilizzato un COF conservativo come fattore di sicurezza. L’esperienza pratica ha dimostrato che questo è uno stile di installazione efficace, soprattutto per trazioni di cavi lunghe e difficili.
La trazione attraverso l’acqua può ridurre il peso del cavo attraverso il fattore di galleggiabilità. La resistenza dell’acqua e la forza di spostamento sono fattori negativi che devono essere considerati durante la pianificazione della tensione per questo tipo di installazione.
| Contenuti connessi: Installazione di cavi sotterranei in condotti: 5 tendenze da considerare |
Adattamento di modelli di tensione per installazioni moderne
Una buona comprensione del COF e della fisica della progettazione sono aspetti importanti della pianificazione delle installazioni di cavi. Riconoscendo che i moderni metodi di installazione, come curve a ampio raggio, spinta dei cavi e galleggiamento in acqua, presentano variabili uniche che devono essere considerate nei calcoli della tensione, Polywater continua a ricercare modi per ridurre l’attrito in queste aree e adattare tali dati agli aggiornamenti del software Pull-Planner. Inoltre, gli utenti possono misurare e registrare la tensione finale delle installazioni di cavi sul campo, inserirli nel software Pull-Planner di Polywater e calcolare a ritroso il COF sul campo. Ciò può fornire dati più pratici sulla tensione per future installazioni che utilizzano metodi e materiali simili. Il calcolo retrospettivo del COF può anche essere un modo efficiente per tenere conto di queste variabili senza doverle calcolare individualmente, creando così calcoli futuri più accurati della tensione del cavo.
Bibliografia e linea del tempo selezionate
1943 Pulling Tension During Cable Installation in Ducts or Pipes, F. H. Buller
1953 Pipe-Line Design for Pipe-Type Feeders, R. C. Rifenburg presentato all’AIEE Insulated Conductor Committee
1983 EL-3333 Maximum Safe Pulling Lengths for Solid Dielectric Insulated Cables Published by EPRI
1984 Coefficient of Friction Measurement Between Cable and Conduit Surfaces Under Varying Normal Loads, G Weitz presentazione di Polywater alla Transmission & Distribution Conference.
1991 A New Cable Pulling Friction Measurement Method and Results, J.M. Fee
1996 TR-106500 Cable Pushing and Calculation of Pulling Tensions for Distribution and Transmission Cables pubblicato da EPRI
1999 A Study of Tension and Jamming When Puling Cable Around Bends, J.M. Fee
2001 CIGRE TB 194 Construction, Laying and Installation Techniques for Extruded and Self Contained Fluid Filled Cable SYstems
2022 CIGRE TB 889 Installation of Underground HV Cable Systems