ケーブル引張荷重は経路の各区間について順に推定してください。直線区間の抵抗を加え、支持されていない上り区間の重量を含めたうえで、曲げ部の張力と側壁荷重を計算してください。私はリールから始め、引張方向に沿って経路をたどります。ある区間を出るときの張力が次の区間の開始張力になるため、直線区間と曲げ部の順序が重要です。
私は計算した力を、ケーブル、引張用アタッチメント、支持具の許容能力と比較します。例では前提条件を明示しています。実際の設置では、そのケーブルと設備に適用される最新の限界値を計算荷重と並べて確認してください。
要点
- 水平な滑動計算では増加分の摩擦を求めます。進入時の張力は別途加えてください。
- kg単位の質量は、重力加速度を使ってN単位の力に一度だけ換算します。
- 各曲げ部について、局所的な出口張力と該当する半径を使って側壁荷重を確認します。
- 実際の接触状態を表す滑動、ローラー、または電線管のモデルを使用します。
- グランドでケーブルを端末処理する前に、懸垂重量とその他の経路荷重を、設計された支持具に負担させます。
経路区間とは、方向、支持状態、計算モデルが定義されたケーブルの長さです。リール、引張端、曲げ部、高低差が変わる箇所、支持点を記入してください。私は各直線長に個別の識別子を付け、ケーブルが表面上を滑るのか、設備上を転がるのか、自由に垂れ下がるのかを記録します。
| 経路条件 | 主な計算 | 結果を変える入力値 |
|---|---|---|
| 水平な滑動区間 | 支持された重量による増加摩擦 | ケーブル質量、長さ、接触係数 |
| 支持されていない垂直区間 | 引張荷重経路で支える重量 | 支持されていない長さと付加質量 |
| 滑動接触を伴う曲げ | 張力の増加と局所的な側壁荷重 | 進入張力、角度、摩擦、半径、ケーブルの配置 |
| ローラーまたはシーブの配置 | 設備固有の転がり抵抗と曲げ抵抗 | ローラーの状態と間隔、シーブ形状、ケーブル剛性 |
力がケーブルから支持構造へ伝わる経路をたどってください。ガイドが横方向の反力を受け持ち、引張用アタッチメントが軸方向の張力を受け持つ場合があります。各部品には、実際に負担する荷重を割り当ててください。
水平な滑動区間では、支持されているケーブル重量に該当する摩擦係数を掛けてください。その抵抗を進入張力に加えてください。次のモデルは、単一直線のケーブル、一定速度の運動、一定の接触条件を仮定します：
ここでは無次元の摩擦係数、はケーブルの単位長さ当たり質量（kg/m）、は滑動長さ（m）、は重力加速度（m/s²）です。ケーブル重量は表面が支持します。曲げ、傾斜、障害物、その他の荷重は、経路モデルの別の部分で扱います。
進入張力とは、区間の入口ですでに存在する軸方向荷重です。この水平定常状態の釣り合いでは、出口張力は進入張力にその区間の摩擦を加えた値です。これはSouthwireの電力ケーブル施工ガイドで展開されている区間ごとの方法と同じ考え方で、ここでは一貫したSI単位を用います。
たとえば、仮想ケーブルを考えてください。質量は0.8 kg/m、水平滑動長さは20 m、仮定摩擦係数は0.30、 m/s²としてください。その区間が一定速度で動き、他の抵抗がないと仮定してください：
| 量 | 計算 | 結果 |
|---|---|---|
| 移動するケーブルの質量 | 0.8 × 20 | 16 kg |
| このモデルでの垂直抗力 | 16 × 9.80665 | 156.91 N |
| 滑動による増加抵抗 | 0.30 × 156.9064 | 47.07 N |
| 進入張力25 Nの場合の出口張力 | 25 + 47.07192 | 72.07 N |
私は72.07 Nの出口張力を次の区間に引き継ぎます。47.07 Nの摩擦は、進入張力25 Nに加わるこの区間分だけです。
同じケーブルと長さで摩擦係数を0.20、0.40と仮定すると、それぞれ31.38 N、62.76 Nになります。このモデルでは、摩擦係数を倍にすると摩擦も倍になります。この感度入力から、さらに小数桁を増やすよりも接触条件を把握することが重要だとわかります。
私は初動時と移動中の接触を区別し、ジャケット、電線管または支持面、および適合する潤滑剤を特定します。ローラーでは該当するモデルと設備状態が必要です。経路が水平であっても、ローラーが滑動面になるわけではありません。
自由に垂れ下がり、支持されていないケーブル長さが静的平衡にある場合：
懸垂重量は、確認する点より下にある非支持質量に重力が作用して生じる力です。ここではその長さをメートルで表します。私は各点にどの長さ分の荷重がかかるか判断する前に、中間支持点を記入します。
同じ質量0.8 kg/mの仮想ケーブルで、長さ6 mの吊り下がる区間を別途考えてください。その重量は47.07 Nです。上部支持点が1.5 kgのアタッチメントも支える場合、そのアタッチメントによって14.71 Nが加わり、この静的な例では合計61.78 Nになります。アタッチメントは1回だけ数えてください。実際の経路に水平区間と垂直区間の両方が含まれる場合は、それぞれの長さを分けて数えてください。
質量と重量は異なる単位で表します。NISTのSI単位系表では、質量はキログラム、力はニュートンと定義されています。ケーブルのデータに単位長さ当たりの重量がすでにN/mで示されている場合は、そのまま長さを掛けます。重力を再度掛けると、力を過大評価します。
吊り上げでは、該当する動的モデルに加速度、支持部の摩擦、アタッチメント、移動方向を含めてください。停止した経路では、引張設備を取り外した後に重量を支える恒久的な支持具を特定してください。
曲げ部では、引張張力と、ケーブルをガイドに押し付ける荷重の両方が変化します。私はまず局所的な出口張力を計算し、その後、適用できる側壁荷重の式に用います。ケーブルの構成も重要です。単一ケーブルと、電線管内で個々のケーブルが複数本並ぶ構成では、接触状態が異なります。
滑動接触する単一ケーブルでは、予備推定に次の近似式がよく使われます：
ここでは曲げ部の動摩擦係数、はラジアン単位の接触角、は指数関数の底です。これはSouthwireの近似式E-15における単一ケーブルの場合で、重量補正係数は1です。90°の曲がりはラジアンです。ラジアン値として90を入力すると、結果は大きく異なります。
この近似は滑動接触を表し、回転するすべてのシーブや剛性の高いケーブルの曲げを表すものではありません。Southwireでは自由回転シーブとケーブルの曲げ抵抗を別々に扱っています。実際の経路には、該当するケーブルの構成、曲げ形状、設備モデルを使い、そのモデルが必要とする追加の曲げ抵抗や起動時抵抗も含めてください。
単心ケーブル1本、または共通のジャケット内に複数の導体がある場合、簡易側壁指標は次のとおりです：
局所的な曲げ出口張力（N）と該当する曲げ半径（m）を使って、N/mを求めてください。SouthwireはこれをE-20として示し、他のケーブル配置には異なる式を示しています。図面にはモデルで使う半径の定義を併記してください。シーブの外径が、そのまま必要な半径になるとは限りません。
側壁荷重とは、曲げ部の接触に沿って作用する単位長さ当たりの力です。側圧と呼ばれることが多いものの、この指標はパスカル単位の圧力ではありません。NISTの定義では、パスカルはN/m²です。局所的な接触応力を計算するには、接触面積と荷重分布も必要です。
曲げ部出口の張力が400 Nの場合の独立した例では、曲げ半径が0.50 mなら側壁荷重指標は800 N/mです。同じ張力で半径を0.80 mにすると500 N/mになります。半径を大きくするとこの指標は低下しますが、選んだ形状はケーブルの最小曲げ半径を満たし、経路に収まる必要もあります。
この連続した例では、同じ仮想ケーブルと重力加速度を使い、水平な直線20 m、90°の曲げ部、直線10 mをケーブル1本が一定速度で滑りながら通過します。垂直区間は含みません。
最初の直線区間入口の張力を25 N、両方の直線区間の摩擦係数を0.30、曲げ部の摩擦係数を0.20と仮定してください。側壁荷重モデルの曲げ半径は0.50 mです。前述の簡易曲げ近似を適用してください。この例では、起動時の過渡状態、ケーブル剛性、およびこの近似を超える個別の曲げ重量補正を省略しています。
| 位置または荷重分 | 計算 | 結果 |
|---|---|---|
| 最初の直線区間で増加する摩擦 | 0.30 × 0.8 × 20 × 9.80665 | 47.07 N |
| 曲げ部に入る張力 | 25 + 47.07192 | 72.07 N |
| 曲げ部の張力倍率 | exp(0.20 × π/2) | 1.3691 |
| 曲げ部を出る張力 | 72.07192 × 1.36910777 | 98.67 N |
| 局所的な曲げ側壁指標 | 98.67422572 / 0.50 | 197.35 N/m |
| 2番目の直線区間で増加する摩擦 | 0.30 × 0.8 × 10 × 9.80665 | 23.54 N |
| 最終出口の張力 | 98.67422572 + 23.53596 | 122.21 N |
最終出口では122.21 N、曲げ部出口では98.67 Nを使ってください。先の曲げ部の確認に最終値を代入すると、経路上の異なる位置の値が混在します。私は計算ステップ間は全精度を保ち、表示結果を丸めます。
この例に対する私の解析では、曲げ半径を0.50 mから0.80 mに大きくすると、同じ張力で側壁指標は197.35から123.34 N/mに下がり、37.5%減少します。指数近似の張力は、この式に半径が含まれないため変わりません。実際の経路設計では、ケーブルの曲げ半径と剛性も確認する必要があります。
引張方向を変える場合は、改めて計算してください。直線区間と曲げ部の順序が変わるため、各曲げ部に入る張力も変わることがあります。高低差のある経路では、重量による寄与の向きも変わります。完成した表の矢印を反転するだけで済ませず、再計算した局所荷重と設備へのアクセスを比較してください。
計算した各荷重を、そのケーブル、アタッチメント、位置、使用条件に適用される限界値と比較してください。最終出口の張力が小さくても、急な曲げ部の側壁荷重が許容されるとは限りません。同様に、ケーブルの張力限界が十分に高くても、引張アイやグリップの定格能力が増えるわけではありません。
| 確認項目 | 比較対象 | 比較を満たさない場合 |
|---|---|---|
| ケーブル張力 | 指定された構造と引張方法に対するケーブルの限界値 | 経路の負荷を減らすか、承認済みの引張構成を見直す |
| 引張用アタッチメント | その定格能力と取付条件 | 適切なアタッチメントを選び、システムの確認を繰り返す |
| 各曲げ部 | 適用される側壁限界値と最小曲げ半径 | 半径を大きくする、経路を変更する、または曲げ部に達する張力を下げる |
| ガイドと支持具 | 軸方向・横方向の荷重容量と構造物への取付け | 金具、間隔、または取付設計を見直す |
| 最終引込部 | ケーブルの位置合わせ、支持、グランドの保持機能 | グランドへの端末処理前に、引込経路と支持を適正化する |
Southwireのガイドでは、引張装置の限界値、ケーブル張力、側壁荷重、経路形状を分けて扱います。許容値には、使用するケーブルとアタッチメントの最新の説明書を参照し、各位置の計算荷重と比較してください。
設置責任者である技術者は、ケーブルリールからケーブルを繰り出す際の抵抗、起動時の影響、引張中の変化、障害物や詰まりのリスクにも対処します。設置計画には、荷重の監視と停止基準を含めてください。
私は経路荷重を、それを支えるよう設計された金具に割り当てます。IEC 61914:2021 — 電気設備用ケーブルクリートは、申告された用途と指定された取付面を含め、ケーブルクリートと中間拘束具を対象とします。IEC 62444:2010は完成品のケーブルグランドを対象とします。これらはそれぞれ固有の設置条件を持つ別々の部品機能です。
グランドのケーブル保持性能があっても、引張用アタッチメントになるわけでも、垂直方向の荷重を無制限に支える支持具になるわけでもありません。非支持長さ、取付荷重、支持反力を特定し、その使用条件に合った金具を選んでください。ケーブルクリートとグランドのガイドでは、筐体引込部での両者の関係を説明しています。
最後の曲げ部では、必要な直線アプローチ、筐体からの突出量、支持位置を確認します。ケーブルがグランドの入口に横方向から押し付けられないようにしてください。曲げ半径の選定ガイドではこの形状を扱い、ストレインリリーフガイドでは設置後の使用荷重を取り上げています。
| 記録項目 | 計算表に記載する内容 |
|---|---|
| ケーブル | 品目表示、単位長さ当たり質量、直径、引張方法 |
| 区間 | 方向、長さ、角度、半径、支持状態 |
| 力の釣り合い | 進入張力、加わる荷重、出口張力 |
| 入力値と限界値 | 摩擦の前提、ケーブルとアタッチメントの限界値 |
| 未解決の条件 | ケーブルリールからの繰り出し抵抗、起動時の影響、または設備の状態 |
入力値が変わったら、私は影響を受ける下流側の区間を再計算します。不明な荷重は、一般的な係数の中に隠さず、未確定のまま見えるようにしてください。
私は経路に沿って力が伝わる様子を追い、ケーブル引張荷重を計算します。水平区間では摩擦が加わり、支持されていない上り区間では重量が加わり、曲げ部では張力が変化して局所的な側壁荷重が生じます。出口張力を次の区間へ引き継ぐことで、単位や作用位置を混同せずに各寄与を関連付けられます。
引張構成を選ぶ前に、局所的な結果をケーブル、アタッチメント、曲げ部、支持具の限界値と比較してください。筐体では、グランドが指定された引込機能と保持機能を果たせるよう、意図したケーブル支持と引込形状を設けてください。
水平な滑動区間によって増加する摩擦を求めます。進入時の張力を加えたうえで、さらに続く直線区間、曲げ部、垂直区間について、それぞれに適用できるモデルで計算してください。私は区間ごとの結果を経路表の一項目として使い、あらゆる経路の最終値とはみなしません。
キログラムは質量を表します。質量に重力加速度を掛けて、力をニュートンで求めてください。データシートに単位長さ当たりの重量がすでにN/mで示されている場合は、重力加速度を再度掛けずに、その値に長さを掛けてください。計算全体を通してkg/mとN/mを明確に区別してください。
単一ケーブルの簡易曲げ指標は、局所的な出口張力を該当する曲げ半径で割って求めます。一般に側圧と呼ばれることがありますが、その単位は長さ当たりの力です。N/m²で接触応力を計算するには、接触面積と荷重分布の情報も必要です。
その用途に使えるのは、得られる荷重に対して、該当するグランド、ケーブル、取付構成が指定されている場合に限ります。私はまず支持されていない長さと他の支持点を特定し、その荷重経路に適した金具を選びます。ケーブルを保持する機能だけでは、グランドが引張用アタッチメントになるわけではありません。
同じ張力であれば、半径を大きくすると簡易側壁荷重指標は低下します。指数関数による曲げ近似では、張力は進入張力、摩擦、角度に依存するため、半径だけを変えてもその推定値は変わりません。実際のケーブル剛性、曲げ形状、設備モデルも確認してください。