DE69902050T2

DE69902050T2 - Installationsverfahren in kabelschächten mittels eines fluidums und zugehörige vorrichtung zur durchführung

Info

Publication number: DE69902050T2
Application number: DE69902050T
Authority: DE
Inventors: Willem Griffioen; Geert Nobach
Original assignee: Koninklijke KPN NV
Current assignee: Koninklijke KPN NV
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2019-09-28
Also published as: ATE220213T1; ES2180331T3; US20020139966A1; NL1010270C2; EP1119790A1; CA2341200C; BR9914319B1; CA2341200A1; US6631884B2; DE69902050D1; EP1119790B1; US6517053B1; AU6468399A; BR9914319A; WO2000022470A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Installation von Kabeln in Kabel schachten mit einem Fluid.
Solch ein Verfahren, bei dem das Fluid ein unter Druck gesetztes Gas ist, ist beispielsweise aus der EP-A-0,108,590 bekannt. Das besagte Verfahren weist den Vorteil auf, dass die vortreibenden Kräfte in gleicher Weise über die Länge des Kabels verteilt sind, so dass die Installation auch in gebogenen Abschnitten möglich ist. Im Falle des üblichen Ziehens eines Kabels wird die gesamte Kraft im anfänglichen Bereich des Kabels konzentriert, womit im Ergebnis die Installation in gebogenen Abschnitten ein Problem ist.
Ein Verfahren des obengenannten Typs, in dem das Fluid Wasser ist, ist beispielsweise in der GB-B-2,122,367 beschrieben. Der Einsatz eines Fluids im allgemeinen weist den Vorteil auf, dass die Reibung zwischen der äusseren Kabelwand und der inneren Wand des Kabel Schacht es geringer ist als im Falle des Einsatzes von Luft, da das Kabel zumindest teilweise in dem Fluid schwimmt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Kapazität der Pumpe, die zum Einführen des Fluids in den Kabelschacht eingesetzt wird, im Falle einer Flüssigkeit kleiner sein kann als im Falle eines Gases, da eine Flüssigkeit eine größere Viskosität als ein Gas aufweist. Es kann auch ein Vorteil sein, dass der Druckabfall im Falle des Einsatzes einer Flüssigkeit linear ist und daher eine andauernde Vorbeiziehkraft im Kabelschachtabschnitt ausübt. Ein weiterer Vorteil ist der, dass im Falle des Einsatzes einer Flüssigkeit elektrostatische Effekte, im Ergebnis von denen das Kabel an die Kabelschachtwand angezogen wird, in den meisten Fällen ausgeschaltet werden können.
Der Einsatz von Flüssigkeiten wie Wasser hat auch seine Nachteile. In den meisten Fällen, nachdem das Kabel installiert worden ist, muss das Wasser aus dem Kabelschacht entfernt werden. Im Falle von optischen Faserkabeln ohne eine metallische Wasserabschirmung kann ein Faserbruch in Gegenwart von Wasser als Ergebnis von Spannungskorrosion auftreten. Im Falle von Kupferkabeln ohne Wasserabschirmung werden sich die elektrischen Eigenschaften verschlechtern. Schliesslich kann das Frieren des Wassers Schaden anrichten. Ein weiteres Problem im Falle des Einsatzes von Wasser ist, dass in hochgelegenen Abschnitten des Kabelschachtes, insbesondere in Kabelschachtabschnitten mit relativ steilen Teilen ein wassergefüllter Kabelschacht immer noch Luftblasen enthalten kann, womit im Ergebnis in diesen hochgelegenen Abschnitten zusätzliche Reibung auftreten kann. Es ist natürlich möglich, solche Luftblasen entkommen zu lassen, obwohl dies teuer ist, was auch richtig ist beim Vorab-Einsatz eines Vakuums in dem Kabelschacht.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Nachteile bei der Installation mit einer Flüssigkeit fehlen oder in hohem Masse unterdrückt werden, während die Vorteile beibehalten werden.
Zu diesem Zweck liefert die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Fluid eingesetzt wird, welches beim bei der Installation herrschenden Arbeitsdruck und Arbeitstemperatur in einem flüssigen Zustand ist und welches bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur am Installationsort in gasförmigen Zustand ist.
Die Erfindung basiert auf der Einsicht, dass, wenn eine Flüssig keit eingesetzt wird, welche bei den Arbeitsbedingungen während der Installation der Kabel in den Kabel schachten z. B. durch Veränderung des Druckes und/oder der Temperatur in einen flüssigen Zustand gebracht werden kann, welche aber bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur, die bei der Installation an dem Ort herrschen, in einem gasförmigen Zustand ist, können die Vorteile der Installation mit einem gasförmigen Medium und der Installation mit einem flüssigen Medium in vorteilhafter Weise kombiniert werden. Schliesslich ist eine Flüssigkeit sehr geeignet für die Installation, aber schwierig zu entfernen, während ein Gas im Falle der Installation seine Nachteile hat, aber einfach zu entfernen ist. Im allgemeinen kann zu diesem Zweck ein Fluid eingesetzt werden, welches bei einem signifikant geringeren Druck als dem maximal zulässigen Arbeitsdruck in einem flüssigen Zustand ist, oder welches aufgrund einer Temperaturverminderung in flüssigem Zustand ist, aber durch Verminderung des Druckes und/oder Erhöhung der Temperatur wieder in einen gasförmigen Zustand überführt werden kann.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist insbesondere geeignet beim Einsatz in Situationen, bei denen der Installationskabelschacht eine grosse Höhe überwindet, wie in Bergregionen und hoch aufragenden Konstruktionen.
Mit dem Verfahren gemäss der Erfindung ist es möglich, ein Fluid einzusetzen, welches solch einem Druckunterschied ausgesetzt ist, dass es eine Mitziehkraft auf das Kabel ausübt, das zu installieren ist. Es ist auch möglich, das Fluid ausschliesslich dazu zu benutzen, dass das Kabel schwimmt und schwebt und weiter eine übliche Kombination von Ziehen und Drücken einzusetzen. In diesem Falle fliesst das Fluid entweder mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Vorwärtsgeschwindigkeit des Kabels oder das Fluid kann sogar in einer entgegengesetzten Richtung zur Vorwärtsrichtung des Kabels fliessen.
Beispiele von Fluiden, für welche der flüssige Zustand im Wesentlichen durch eine Erhöhung des Druckes erreicht wird, sind z. B. Wasserstoff-Fluorkohlenwasserstoffe, Ammoniak, Propan, Butan, Fluide, die heutzutage als Kühlflüssigkeiten eingesetzt werden und in einem gewissen Masse für die Umwelt unbedenklich sind. LPG (Flüssigkraftstoff), eine Mischung aus Propan und Butan kann auch als Fluid eingesetzt werden. Ein anderes Beispiel sind Chlorfluorkohlenwasserstoffe, deren Einsatz allerdings weniger wünschenswert ist aufgrund des durch die Umwelt zu ertragenden Schadens.
Als Beispiel für ein Fluid, mit dem der flüssige Zustand im Wesentlichen durch Verringerung der Temperatur erreicht werden kann, ist CO&sub2; zu nennen. Der Vorteil von CO&sub2; ist der, dass es weder entflammbar noch aggressiv ist. Im Falle des Einsatzes von CO&sub2; sollte der Druck vorzugsweise oberhalb von 5 bar (Tripel- Punkt) sein, um die Ausbildung von fester Materie zu vermeiden, was die Installation behindern würde. Bei normalem Arbeitsdruck sollte die Temperatur wesentlich geringer sein als die Umgebungstemperatur, z. B. -60ºC, um CO&sub2; im flüssigen Zustand zu halten. Bei solch einer tiefen Temperatur wird die Reibung zwischen Kabel und Kabelschachtwand abnehmen. Die Dichte von CO&sub2; ist 1,1 g/cm, und somit etwas höher als Wasser und macht es möglich, einen grossen Schwimmeffekt auf das Kabel auszuüben.
Die Tabelle 1 liefert einen Überblick über Beispiele von anwendbaren Fluiden und deren physikalischen Eigenschaften.
Eine zweite Option, die auf dem Konzept basiert, auf dem die Erfindung begründet ist, ist insbesondere im Falle, dass das an wendbare Fluid recycelt wird, zuerst den Kabelschacht, in dem das Kabel zu installieren ist, mit dem Fluid in dem gasförmigen Zustand zu begasen, welches Fluid später bei der tatsächlichen Installation des Kabels in flüssiger Form eingesetzt werden wird. Während dem nachfolgenden weiteren Füllen des Kabelschachtes mit einem Fluid, welches nun aufgrund des höheren Druckes und/oder der tieferen Temperatur im flüssigen Zustand ist, wird auch das Gas in dem Kabelschacht kondensieren, um eine Flüssigkeit zu bilden. Aufgrund der besagten Kondensation des Gases in dem Kabelschacht kann das oben genannte Problem des Einschlusses von Luftblasen auch vermieden werden.
Zusätzlich umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens gemäss der Erfindung, welche versehen ist mit Mitteln zum Koppeln eines Fluidflusses an das Eingangsende des Kabel Schachtes, um den Kabelschacht mit dem Fluid zu füllen, und mit Mitteln, um das Kabel in das Eingangsende des Kabel Schachtes einzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um das Fluid unter Druck zu setzen und/oder es in der Temperatur herabzusetzen, um das Fluid in den flüssigen Zustand zu bringen, wobei diese Mittel einen Vorratsbehälter und/oder einen Kompressor und/oder Kühlmittel umfassen, wobei der Kompressor und/oder die Kühlmittel mit dem Eingangsende des Kabel Schacht es verbunden sind.
Unterstehend wird nun die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsbeispiele und die Zeichnungen in grösserem Detail beschrieben. Es zeigen.
Fig. 1 eine erste Anordnung zum Ausführen des Verfahrens gemäss der Erfindung;
Fig. 2 eine zweite Anordnung zum Ausführen des Verfahrens gemäss der Erfindung;
Fig. 3 eine dritte Anordnung zum Ausführen des Verfahrens ge mäss der Erfindung;
Fig. 4 eine vierte Anordnung zum Ausführen des Verfahrens gemäss der Erfindung; und
Fig. 5 eine fünfte Anordnung zum Ausführen des Verfahrens gemäss der Erfindung;
In den Figuren werden gleiche Teile jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Fig. 1 zeigt eine erste Anordnung. Ein Kabel 1 ist auf der Rolle 2 auf gewunden und muss in einen Kabel Schacht 3 unter Einsatz einer Einführungsvorrichtung 4 eingeführt werden. Die besagte Einführungseinrichtung kann von dem Typ sein, der in der EP-A-0,292,037 beschrieben ist, und während der Installation kann, falls es gewünscht wird, die Vortreibkraft auf das Kabel ergänzt werden durch Kräfte, die durch Druckrollen 5, 5', die in der Einführungsvorrichtung 4 vorgesehen sind, ausgeübt werden. Das Fluid wird aus einem Vorratsbehälter 7 unter Einsatz eines Kompressors und/oder eines Kompressor/Kühlaggregates 6 in einer flüssigen Weise von einer Einlassöffnung 8 der Eingangsvorrichtung 4 in den Kabelschacht 3 gepumpt. Das Ende des Kabelschachtes 3 kann offen sein. Falls ein brennbares Fluid eingesetzt wird, ist es nicht wünschenswert, dass es aus dem offenen Ende des Kabelschachtes 3 frei herausfliessen kann. Es ist jedoch sehr gut möglich, das Fluid an diesem Ort abzubrennen.
Eine weitere Option ist es, das Fluid zu recyceln. Zu diesem Zweck kann das Fluid in einem Behälter am Ende des Kabelschachtes aufgesammelt werden. Bei dieser Vorgehensweise ist es wünschenswert, auch einen Kompressor anzuordnen, der das Fluid in den Behälter an dem Ende des Kabelschachtes pumpt. Im Ergebnis kann der Fluiddruck am Ende des Kabel Schachtes tief sein, was die in dem Kabelschacht ausgeübten Mitziehkräfte bevorteilt.
Zum Recyceln des Fluids, wie die Fig. 2 es zeigt, kann es auch über eine Rückflussleitung 9 an die Eingangsseite des Kabelschachtes zurückgeleitet werden, in einem sogenannten Zwangskreislauf. Als Rückflussleitung kann bereits eine andere unter der Ende verfügbare Leitung eingesetzt werden oder oberhalb des Erdbodens kann provisorisch eine zweite Leitung ausgelegt werden, z. B. ein Schlauch. Das Fluid wird über das Rückflussstück 10 und die Rückflussleitung 9 an den Kompressor 6 zurückgeleitet. In der dargestellten Anordnung ist auch eine Höhendifferenz zwischen dem Eingangsende und dem Ausgangsende des Kabelschachtes 3 zu sehen. Dies führt dazu, dass das Fluid in dem Rückfluss flüssig ist, mit dem weiteren Vorteil, dass das Gewicht der Rückflusssäule auf der Eingangsseite des Kompressors "drückt", womit im Ergebnis nur der Zirkulationsdruck geliefert werden muss und nicht der hydrostatische Druck. Dies kann wesentlich sein, z. B. bei Kabel schachten, die in im Wesentlichen vertikaler Richtung in hoch aufragende Konstruktionen zu installieren sind.
Falls die Rückflussleitung einen zu grossen Flusswiderstand aufweist, kann ein Kompressor am Ende des Kabelschachtes 3 als Lösung angeordnet sein. Es ist einfacher, eine Rückflussleitung mit einem ausreichend grossen Durchmesser einzusetzen, womit im Ergebnis der Druckabfall über die besagte Leitung begrenzt bleibt. Die Rückflussleitung kann ein Kabelschacht sein, der die Installationskabelschächte umfasst. Falls es nicht wünschenswert ist, dass der Rückfluss eine zu geringe Temperatur aufweist, z. B. beim Einsatz von Kohlendioxid, kann ein Wärmetauscher am Übergang von dem Installationskabelschacht zu der Rückflussleitung vorgesehen sein, um den Rückfluss aufzuheizen.
Während des Umflusses kann das Fluid in der Rückflussleitung in Gasform oder Flüssigkeit umlaufen. Falls der Rückfluss gasförmig ist, muss der Durchmesser der Rückflussleitung 9 wesentlich grösser sein als der des Kabel Schachtes 3, da das Gas sehr viel schneller als die Flüssigkeit fliessen muss. Besteht nur eine Zirkulation aus Flüssigkeit, muss der Kompressor 6 nur Flüssigkeit umpumpen und daher bestehen keine Temperatureffekte aufgrund der Ausdehnung der Flüssigkeit.
Kabel schachte mit einem geringeren Durchmesser sind durch das Hineinpumpen einer Flüssigkeit in einfacher Weise über die gesamte Länge zu füllen. Für Kabelschächte mit einem grösseren Durchmesser, in denen Flüssigkeitssäulen in einfacher Weise "brechen" können, kann die folgende Lösung gewählt werden. Zuerst wird es dem Kabelschacht 3 gestattet, durch den Kompressor 6 aufgefüllt zu werden, wobei der Kompressor einen Druck von z. B. 10 bar liefert. Dieses ist vollends ausreichend für eine Höhendifferenz von 50 Metern, da bei Einsatz von z. B. flüssigem Butan jede Erhöhung von 10 Meter ungefähr einen Druck von 0,6 bar erfordert. Das Füllen kann durch Ventilieren oder Abfackeln vereinfacht werden, wenn ein Luftabzugshahn 12 am höchsten Punkt geöffnet und die Rückführungsleitung 9 geschlossen wird, unter Einsatz eines Hahnes 13 am Kompressor 6. Es können auch mehrere Luftablasshähne vorgesehen sein, wenn mehrere lokale höchste Punkte bestehen. Sobald die Flüssigkeit in dem Rückflussteil 10 über die Kante fliesst, wird sich die Rückflussleitung 9 mit der Flüssigkeit füllen. Sobald das Rückflussstück 10 und die Rückflussleitung 9 vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sind, kann der Luftablasshahn 12 geschlossen werden. Der Behälter 7 ist dann abgeschlossen und die Öffnung zu der Rückflussleitung 9 auf dem Kompressor 6 wird geöffnet. Das System ist nun im "Kreislauf-Modus". Der gesamte Arbeitsdruck des Kompressors 5 kann nun benutzt werden, um die Flüssigkeit zu pumpen. Um den Druckabfall über die Rückführungsleitung 9 zu kompensieren, kann, wie oben beschrieben, ein zweiter Kompressor an dem Rückflussteil 10 vor gesehen sein. Der besagte Kreislauf-Modus kann auch erreicht werden, indem zuerst die Leitungen 3 und 9 mit dem Fluid in gasförmigem Zustand durchgeblasen werden.
Wie es die Fig. 3 zeigt, ist es auch möglich, den Behälter 7 direkt mit dem bodenseitigen Ende des Rückflusskabelschachtes 9 zu verbinden. In diesem Falle ist und steht der Behälter unter Druck und muss diesen aushalten. Dies kann wie folgt gelöst werden:
- unter Druck stehendes Gas kann über einen Hahn 11 hinzugefügt werden. Das besagte Gas muss ein von Butan unterschiedliches Gas sein, da Butan bei einem Druck von über 2 bar kondensiert, vorzugsweise ein Gas wie Stickstoff, welches nicht fähig ist, eine explosive Mischung mit dem bereits vorhandenen Gas auszubilden, welches Gas dann als Austreibmittel dient. Am Ort des Gas/Flüssigkeits- Uberganges im Behälter kann auch ein Kolben angeordnet werden. Der Behälter hat nun die Funktion eines Überflusstanks, wie bei einer Zentralheizungsinstallation.
Bei grösseren Unterschieden in der Höhe als die, die von einem Kompressor 6 überbrückt werden können, ist es nun möglich, wie in der Fig. 4 gezeigt, von dem Luftablasshahn 12 aus zu füllen. Nun ist es möglich, dass in dem Behältnis 7a der gasförmige Zustand und der flüssige Zustand des Butans Seite an Seite existieren. Falls der höchste Punkt nicht erreicht werden kann, ist es immer noch möglich, mit Butan 16 Meter Höhendifferenz mehr zu erreichen als durch eine Pumpe erreicht werden kann, nämlich durch Anordnung einer Vakuumpumpe an dem Ende des Kabel Schacht es 3 in der Nähe des Kopplungsstückes 10.
In dem Rückkopplungsstück 10 ist Raum, um das Kabel 1 durchzulassen, nachdem es das Ende des Kabelschachtes 3 passiert hat.
Nach der Installation ist dann das Ende des Kabels für die weitere Verarbeitung verfügbar. Von dieser Situation ausgehend und nach dem Entkoppeln des Rückkopplungsstückes 10 kann das Kabel 1 immer noch weiter installiert werden durch Verbinden eines zweiten Eingangsgerätes 4 an einen nächsten Kabelschacht.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 5 ist das Kabel 1 über die Kopplung 14 mit einem Zugdraht 1a verbunden. In der dargestellten Anordnung am Ausgang des Kabelschachtes 3 ist für eine Ausgangsvorrichtung 4a ein Paar von Andruckrollen 5a, 5a' und eine Abgasöffnung 8a für das Fluid vorgesehen. Im Wesentlichen ist der Aufbau der Vorrichtung 4a dieselbe wie derjenige der Vorrichtung 4. An der Eingangsvorrichtung 4 wird flüssiges Kohlendioxid über einen Hahn 16 aus einem Zylinder 15 zugeführt. Da das Gas im Zylinder bereits unter Druck steht, wird kein Kompressor benötigt. Durch Aufheizen des Zylinders 15 kann der Druck darin beibehalten werden. Durch das geringe Öffnen des Hahnes 16 wird zuerst Kohlendioxid in gasförmiger Form zugelassen. Durch den Kabelschacht 3 fliesst dies zu der Ausgangsvorrichtung 4a, welches dann in einem Zylinder 15a gesammelt werden kann, z. B. durch einen Kompressor 6a. Nachfolgend unter Einsatz eines Hahnes 16a in der Zuführungsleitung eines Zylinders 15a wird der Druck an dem Ausgang des Kabelschachtes 3 auf einen Wert oberhalb von 5 bar gesetzt. Nachfolgend wird der Hahn 16 mehr geöffnet, bis der gewünschte Arbeitsdruck am Eingangsende erreicht wird. Sobald der Kabelschacht mit Flüssigkeit gefüllt ist, oder möglicherweise davor, ist es gestattet, mit der Einführung des Kabels 1 zu beginnen unter Einsatz der Räder 5, 5' der Eingangsvorrichtung 4 und dem Ziehen des Zugdrahtes 1a mit den Rädern 5a und 5a' der Ausgangsvorrichtung 4a. Das flüssige Kohlendioxid fliesst in den Zylinder 15a, während der Druck am Ende des Kabelschachtes 3 oberhalb von 5 bar unter Einsatz des Hahnes 16a gehalten wird. Bei dieser Vorge hensweise ist es möglich, einen Kompressor 6a einzusetzen. Es ist auch gestattet, den Zylinder 16a zu kühlen.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf fünf Beispiele beschrieben. In den ersten drei Beispielen wird Butan als Fluid eingesetzt, während in den vierten und fünften Beispielen Kohlendioxid das Fluid ist.

Beispiel 1

Dieses Beispiel behandelt das Einblasen von üblichen optischen Fasern in leere "lose Kabel schachte" Kabel. Ein Kabel besteht aus einer Anzahl von Kabel schachten, die in ein Kabel "verdreht" sind, wobei jeder Kabelschacht einen inneren Durchmesser von 1 mm und einen äusseren Durchmesser von 1,5 mm auf weist. Die Kabel können als normale optische Faserkabel hergestellt sein, unter Weglassen der optischen Faser und jeglichem Füller. Verschiedene solcher "Standard-"Kabel können miteinander in einem verzweigten Netzwerk verbunden werden. Die optischen Fasern können dann ohne Schweissen eingelegt werden. Bei den beispielhaften Berechnungen wird angenommen, dass eine Kabelschachtlänge von 500 Meter vorliegt und eine Druckdifferenz von 12 bar.
In solch einer Röhre wird eine optische Faser mit einer Standardbeschichtung eingeführt. Sie weist ein Gewicht von W = 0,00072 N/m (siehe Anhang 2) auf und eine Dichte ρFaser = 1,5 g/cm³. Das effektive Gewicht Wf im flüssigen Butan ist daher 0,00043 N/m. Der Reibungskoeffizient f zwischen der optischen Faser und dem Rohr ist 0,2. Der Druck in Bezug auf den Atmosphärendruck beträgt 12 bar.
Aus den Formeln (1), (2) und (3) des Anhangs 1 folgt eine Flussrate v = 0,32 m/s und a Flussvolumen von Φv = 2,4 · 10&supmin;&sup4; l/s (Be merkung: Bei der Berechnung ist angenommen worden, dass der Druck am Ausgang in Bezug auf den Atmosphärendruck 2 bar ist. Dies ist erforderlich, um das Butan in flüssigem Zustand zu halten.). Aus der Formel (1) des Anhangs 1 folgt, dass die Reynoldszahl 1000 ist und daher laminarer Fluss vorliegt. Für die Mitzugskraft folgt aus der Formel (5) des Anhangs 1, dass dPb1/dx = 2 · 10&submin;&sub4; N/m. Dies ist weitaus grösser als der Reibungskoeffizient fWf = 0,9 · 10&supmin;&sup4; N/m. Die maximal mögliche Installationslänge ist daher über 1100 Meter, während zum Vergleich durch ein Einblasen lediglich 420 Meter erreicht werden können. Die Faser wird ungefähr so schnell wie das Butan fliessen. Die Installation von 500 Meter nimmt somit weniger als eine halbe Stunde in Anspruch. Es werden ungefähr 0,4 Liter Flüssigkeit zum Durchfluss benötigt, zusätzlich dieselbe Menge zum Füllen des Röhrchens. Dies ist die "ungünstigste" Situation, denn: für den grössten Teil erfolgt das Füllen während der Installation und zusätzlich werden die ursprüngliche Flussrate und die Mitzugskräfte grösser sein, da das Röhrchen noch nicht mit der Flüssigkeit über ihre gesamte Länge gefüllt sein wird.
Um fähig zu sein, die Faser zu leiten und insbesondere das Ende durch die kontinuierlichen Biegungen von einem verkabelten (verdrehten) Röhrchen muss der Krümmungsradius weitaus grösser als 20 cm sein; dies wird einfach erreicht.

Beispiel 2

Ein Faserbündel mit einem Durchmesser De von 2,5 mm mit 6 Glasfasern wird in einem Kabelschacht installiert mit einem Aussendurchmesser von 8 mm und einem Innendurchmesser von 6 mm mit einer Länge von 5 km. Das Gewicht ist W = 0,03 N/m, die Dichte ppaser = 0,63 g/cm (leichter als Wasser) und daher beträgt das effektive Gewicht Wf in Butan 0,0015 N/m. Der Reibungskoeffizient f zwischen dem Faserbündel und dem Kabelschacht beträgt 0,25. Der Druckunterschied über die Leitung beträgt 10 bar.
Unter Annahme eines turbulenten Flusses folgt eine Flussrate v = 0,3 m/s und ein Flussvolumen Φv = 7 · 10&supmin;³ l/s (siehe nochmals Anhang 1, Formeln (1), (2) und (3), und wiederum unter Abzug von 2 bar). Die Reynoldszahl ist 5400. Der Fluss ist damit wirklich turbulent. Für die mitziehende Kraft folgt unter Einsatz der Formel (4) des Anhangs 1: dFb1/dx = 1,9 · 10&supmin;³ N/m. Dies ist signifikant höher als die Reibungskraft fWf mit der Grosse 0,4 · 10&supmin;³ N/m. Daher ist die theoretisch am höchsten denkbare Installationslänge sogar grösser als 20 km! Das Faserbündel wird ungefähr genauso schnell wie das Butan fliessen. Die Installation von 5 km wird daher ungefähr 5 Stunden dauern. Es werden ungefähr 140 Liter Flüssigkeit zum Durchfluss benötigt plus dieselbe Menge zum Füllen der Leitung. Dies bezieht sich auf den "schlechtesten" Ausstattungsfall.

Beispiel 3

Dieses Beispiel betrifft die Installation eines standardisierten optischen Faserkabels in einem Kabelschacht mit einem äusseren Durchmesser von 32 mm und einem inneren Durchmesser von 26 mm über eine Länge von 1200 Meter mit einem Druckunterschied von 8 bar, wobei das Butan an den Eingangsort des Kabelschachtes zurückgeleitet wird.
Aus der Industriepraxis ist bekannt, dass grosse Mengen von Wasser aus einem Kabelschacht mit solch einem grossen Durchmesser nur schwer zu entfernen sind. Insbesondere bei Unterwasserpassagen und anderen Situationen, bei denen der Kabelschacht tiefer im Boden liegt verbleibt Wasser zurück.
Das optische Faserkabel hat ein Gewicht von W = 1 N/m, eine Steifigkeit von B = 1 Nm, einen Durchmesser von Dc von 10 mm und eine Dichte ρKabel = 1,3 g/cm. Für das effektive Gewicht Wf in Butan gilt dann Wf = 0,54 N/m. Für den Reibungskoeffizienten f zwischen dem optischen Faserkabel und dem Kabelschacht gilt f = 0.2.
Unter der Annahme, dass der Fluss turbulent ist, folgt eine Flussrate v = 1,9 m/s und ein Flussvolumen Φv = 0,9 l/s (siehe Anhang 1, diesmal ohne 2 bar in Abzug von dem Druck, da ein Rückfluss umfasst ist). Die Reynoldszahl ist 148200, der Fluss ist daher in der Tat turbulent. Für die Mitziehkraft folgt 0,14 N/m. Dies ist grösser als die Reibungskraft fWf = 0,11 N/m, aber die Installationsgeschwindigkeit wird geringer sein, ungefähr 1 m/s. Die Installation dauert dann ungefähr 20 Minuten und es werden mehr als 1000 l flüssiges Butan erforderlich sein. Das Recyceln ist daher in der Tat wünschenswert. Zum Vergleich: mit dem Einblasen von Luft ist in der selben Situation eine Länge von 700 Meter machbar.

Beispiel 4

Dieses Beispiel betrifft die Installation eines Kabels in einem Kabelschacht mit einem äusseren Durchmesser von 8 oder 10 mm und einem inneren Durchmesser von 6 oder 8 mm. Kohlendioxid wird in den Leitungsschacht geleitet, wobei der Druck am beginnenden Ende 12 bar ist und am Ende des Kabelschachtes 5 bar (Tripelpunkt) beträgt.
Das eingesetzte Kabel hat ein Gewicht W = 0,22 N/m, eine Steifigkeit von B = 0,1 Nm², einen Durchmesser von Dc = 5 mm und eine Dichte ρKabel = 1,14 g/cm³. Das effektive Gewicht des Kabels im Kohlendioxid ist Wf = 0,008 N/m. Für den Reibungskoeffizienten f zwischen Kabel und Kabelschacht gilt f = 0.2. Die Druckkraft beträgt FDruck = 100 N.
Für die Berechnungen wird angenommen, dass ein Kabelleitungsabschnitt in sich Oszillationen mit einer Amplitude von A = 5 cm und einer Periode von P = 6 Meter auf weist, dass nach jeweils 200 Meter eine 90º-Kurve liegt und ein Krümmungsradius Rb = 1 Meter vorliegt. Im Falle der Berechnungen unter Einsatz von Software mit der Theorie, die in dieser Anmeldung beschrieben worden ist, folgt eine Installationslänge bei der Installation mit Luft von ungefähr 600 Meter für beide Leitungen, was bedeutet, dass die Mitziehkräfte der. fliessenden Luft nur eine untergeordnete Rolle spielen. Bei der Installation mit fliessendem Kohlendioxid folgt eine Installationslänge von 2 km und 4 km für die 8/6 mm und 10/8 mm Kabelschächte. In diesem Falle spielen die Mitziehkräfte des Flusses eine wesentliche Rolle. Da das Gewicht des Kabels gut auf die Dichte der Flüssigkeit eingestellt ist, bestehen fast keine Kräfte, um das Kabel zu stoppen. Im Ergebnis spielen die geringen Kräfte, die in den Krümmungen durch das Kabel erfahren werden, als Ergebnis der Steifigkeit eine nicht zu unterschätzende Rolle. Für einen geringeren Krümmungsradius der Kurven Rb = 0,5 Meter wird dadurch die Installationslänge auf 800 Meter und 1800 Meter für die 8/6 mm und 10/8 mm-Kabel schachte reduziert. Der Effekt der Kabelsteifigkeit in den Krümmungen kann vermindert werden durch zusätzliches Ziehen des Kabelkopfes. Die Installationslänge beträgt dann 1700 Meter beziehungsweise 3300 Meter bei einem Krümmungsradius von Rb = 0,5 Meter und 3400 Meter beziehungsweise 5100 bei einem Krümmungsradius von Rb = 1 Meter, beides jeweils für die 8/6 Millimeter beziehungsweise 10/8 Millimeter Kabel schachte.
Im Falle eines 8/6 Millimeter Kabel Schachtes mit einer Länge von 2 Kilometer ist die Flussrate v 0,4 m/s und das Volumenfluss Φv 0,011 l/s. Die Reynoldszahl ist 13200 und damit in hohem Masse turbulent. Die Installation der Kabel nimmt etwas mehr als 83 Minuten in Anspruch und es sind etwas mehr als 9 Liter flüssiges Kohlendioxid erforderlich.

Beispiel 5

In diesem Beispiel wird eine Kombination des Ziehens und Drückens wie in der Fig. 5 dargestellt eingesetzt. Bei diesem Beispiel sind alle Parameter mit der Ausnahme des Druckes am Eingang des Kabelschachtes dieselben wie in dem Beispiel nach Fig. 4. In diesem Beispiel werden die mitziehenden Kräfte der Flüssigkeit in keinster Weise genutzt. Die Flüssigkeit ist nur zum (teilweise) Schwimmenlassen des Kabels. Eine Flüssigkeit wie Kohlendioxid muss jedoch fliessen, um die Temperatur ausreichend gering zu halten, aber wenn das Kabel mit einer Geschwindigkeit in der Grössenordnung der Flussrate der Flüssigkeit oder schneller gezogen wird oder selbst in entgegengesetzter Richtung der Flussrichtung der Flüssigkeit fliesst, bestehen nicht länger Mitziehkräfte, die von der Flüssigkeit auf das Kabel wirken. Aus den Berechnungen folgt in diesem Falle mit einem Ziehen und Drücken von 100 Newton eine Installationslänge von 1250 Meter und 1050 Meter mit Krümmungen mit einem Krümmungsradius Rb = 1 Meter bzw. 0,5 m. Das besagte Ergebnis ist im Wesentlichen gleich für die 8/6 mm und 10/8 mm-Kabel schachte.

Anhang 1

Fluss durch den Kabelschacht

Für die untenstehenden Berechnungen wurden Formeln eingesetzt, die in dem Buch "Installation of optical cables in ducts", von W. Griffioen, Plumettaz, Bex (CH) 1993 vorgestellt worden sind.
Der Fluss durch einen Kabel Schacht wird durch die Reynoldszahl Re gekennzeichnet:
Re = vρDh/u (1)
wobei v die mittlere Geschwindigkeit ist, ρ die Dichte (1,3 kg/m³ für Luft, 1000 kg/m³ für Wasser und 600 kg/m³ für flüssiges Butan) und u die dynamische Viskosität ist (1,8 · 10 Pas für Luft, 110 · 10&supmin;&sup5; Pas für Wasser und 20 · 10&supmin;&sup5; Pas für flüssiges Methan) des Flussmediums und Dh der hydraulische Durchmesser. Letzterer ist gleich zum inneren Durchmesser Dd des Kabelschachtes und für den mit dem Kabel gefüllten Kabelschacht mit einem Durchmesser Dc gleich zu Dd - Dc. Bei einer Reynoldszahl von kleiner als 2000 ist der Fluss laminar, sonst turbulent. Es besteht Hysterese, jedoch: falls der turbulente Status aus dem laminaren Zustand erreicht wird, wird die Geschwindigkeit bei gleichem Druck über den Kabelschacht vermindert werden. Der Druck wird ursprünglich in hohem Masse vermindert werden müssen, bevor wieder ein laminarer Fluss erreicht werden kann. Im Falle eines Druckgradienten dp/dx über dem Kabelschacht folgt für die mittlere Geschwindigkeit aus:
dp/dx = - Cd ρv²/2Dh (2)
Der Mitzugskoeffizient Cd folgt aus Re:
Cd = 64/Re mit dp/dx = -32uv/Dh² für laminaren Fluss und
mit
für turbulenten Fluss.
Der Volumenfluss Φv wird berechnet als
Φv = vIIDd²/4 (3)
für einen Kabelschacht ohne Kabel und Φv = vII(Dd² - Dc²)/4 für einen Kabelschacht, der mit dem Kabel gefüllt ist. Der Druckgradient in dem Kabelschacht ist linear für Flüssigkeitsflüsse und nicht linear für (kompressible) Gasflüsse:
für Gasflüsse.
Der Druckgradient in dem Kabelschacht resultiert in einer Kraft Fb1 auf dem in ihm liegenden Kabel, welche in zwei Komponenten unterteilt werden kann, die hydrostatische Komponente Fhs und die hydrodynamische Komponente Fhd. Für den turbulenten Fluss gilt:
und
und daher insgesamt:
Für die hydrodynamische Komponente ist bei einem turbulenten Fluss angenommen worden, dass die Geschwindigkeit konstant über die gesamte Kabelschachtquerschnittsbreite ist (ausgenommen für den laminaren Grenzschichtbereich) und die Kräfte sind gleich über die Oberflächen des Kabel Schachtes und das Kabel verteilt. Bei dem laminaren Fluss ist dies nicht der Fall; hier ist die Geschwindigkeit in der Mitte am grössten und wird zu den Wänden (von Kabel und Leitung) hin reduziert. Die Flüssigkeit wird dann einen weniger grossen Effekt auf den Teil des Kabels ausüben, der sich nahe der Kabelschachtwand befindet. Bei der schlechtesten Annahme, die annimmt, dass das Kabel sehr klein gegenüber dem Kabelschacht ist, bleibt nur die Projektion des Kabels auf die Kabelschachtwand als effektive Oberfläche des Kabels. Im Ergebnis wird die Mitziehkraft um einen Faktor II vermindert. Insgesamt ergibt sich für den laminaren Fluss:

Anhang 2

Standardbeschichtete optische Fasern

Das Glas in Glasfasern besteht aus Quarzglas (Dichte p mit 2,4 g/cm³ und einem Young-Modul E von 72 Gpa) mit einem Durchmesser von 125 um. Dies umgebend besteht eine erste Schicht einer (weichen) Beschichtung aus UV-Acrylat (Dichte ρ mit 1,3 g/cm³ und einem Young-Modul E von 0,005 Gpa) bis hin zu einem Durchmesser von 187,5 um. Hierum liegt schliesslich eine letzte äussere Schicht aus einer (harten) Beschichtung aus UV-Acrylat (Dichte ρ mit 1,3 g/cm und einem Young-Modul E von 0,5 Gpa) bin hin zu ei nem Durchmesser von 250 um.
Ingesamt hat die Glasfaser eine Dichte ρ von 1,5 g/cm wie es auch aus direkten Gewichtsmessungen erhalten worden ist.
Tabelle 1 Dichte ρliq, Dampfdruck Psat, Vergasungspunkt Tb und Viskosität η bei verschiedenen Drücken für verschiedene Flüssigkeiten.
¹) am Siedepunkt
²) unter Druck stehend
³) 1560 für den Schnee
&sup4;) bei 1 Atmosphäre, keine Flüssigkeit, sondern Schnee (Flocken) aus Kohlendioxid; Tripelpunkt bei 5 bar
&sup5;) von diesem Punkt ausgehend bildet sich kein weiterer Schnee mehr beim Verdampfen

Claims

1. Installationsverfahren für Kabel in Kabel schachten mittels eines Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluid eingesetzt wird, welches beim bei der Installation herrschenden Arbeitsdruck und Arbeitstemperatur in einem flüssigen Zustand ist und welches bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur am Installationsort in gasförmigen Zustand ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid an dem gegenüber dem Eingangsende liegenden Ende des Kabelschachtes an das Eingangsende über eine Rückflussleitung zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in gasförmigen Zustand durch die Rückflussleitung zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in flüssigen Zustand durch die Rückflussleitung zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid an dem gegenüber dem Eingangsende liegenden Ende des Kabelschachtes in einem Vorratsbehälter gesammelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Installation des Kabels das Fluid in den Kabelschacht in gasförmigem Zustand eingeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel mit einer Kombination von mechanischen Druckkräften und Zugkräften installiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ausgewählt wird aus der Gruppe aus Wasserstoff-Fluorkohlenwasserstoffen (HFK), Chlor- Fluorkohlenwasserstoffen (CFC), Ammoniak, Propan, Butan oder einer Mischung daraus.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Fluid CO&sub2; ist.

10. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, versehen mit Mitteln zum Koppeln eines Fluidflusses an das Eingangsende des Kabelschachtes, um den Kabelschacht mit dem Fluid zu füllen, und mit Mitteln, um das Kabel in das Eingangsende des Kabel Schacht es einzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um das Fluid unter Druck zu setzen und/oder es in der Temperatur herabzusetzen, um das Fluid in den flüssigen Zustand zu bringen, wobei diese Mittel einen Vorratsbehälter und/oder einen Kompressor und/oder Kühlmittel umfassen, wobei der Kompressor und/oder die Kühlmittel mit dem Eingangsende des Kabelschachtes verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückflussleitung vorgesehen ist, die das gegenüber dem Eingangsende liegenden Ende des Kabel Schachtes mit einem Eingang des Kompressors verbindet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter mit dem Kompressor verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter mit der Rückflussleitung in der Umgebung des Kompressors verbunden ist und dass Mittel vorgesehen sind, um die Flüssigkeit in dem Behälter unter Druck zu setzen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter unter Einsatz eines Elementes, welches geschlossen werden kann, mit der Rückflussleitung in der Umgebung des gegenüber dem Eingangsende liegenden Endes des Kabelschachtes verbunden ist.