Veel hoogspanningskabels liggen ondergronds. Om een kabel onder de grond te kunnen trekken, wordt er meestal eerst een holle buis in de grond geboord. Door deze holle buis wordt een dunnere, stroom geleidende kabel getrokken.
Normaal wordt deze kabel met een trekdraad door de buis getrokken. Zie figuur 1.
De maximale kracht waarmee aan de kabel kan worden getrokken, wordt bepaald door de gebruikte trekdraad. Deze mag niet breken tijdens het trekken.
a) Leg met behulp van de formules voor spanning en rek uit welke variabelen de maximale kracht bepalen waarmee aan de kabel kan worden getrokken.
Er geldt: $\sigma=\frac{F}{A}$ en $E=\frac{\sigma}{\epsilon}$ . Hieruit volgt dat de maximale trekkracht F bepaald wordt door de doorsnede A van de trekkabel, de elasticiteitsmodulus E van het materiaal van de trekkabel en de rek ε van de trekkabel.
Watucab is een voor Nederland nieuwe methode om kabels door buizen te trekken zonder aparte trekdraad. In 2021 is hiermee voor het eerst een hoogspanningskabel getrokken. Aan de kop van de kabel wordt een plug gemaakt die precies in de buis past. Door water in de buis te pompen, wordt de kabel er met waterdruk doorheen geduwd. Zie figuur 2.
In figuur 3 staat een tabel met technische gegevens van de fabrikant van de Watucab.
De plug heeft een cirkelvormig oppervlak met een diameter van 130 mm. Op dit oppervlak werkt de maximale waterdruk.
b) Bereken de kracht die dan op de plug wordt uitgeoefend.
De oppervlakte van de plug is $A=\pi r^2=\pi \cdot (6,5\cdot 10^{-2})^2=0,0133~\mathrm{m}^2$ . Hierop werkt een waterdruk van 14,8×106 N/m2. Hieruit volgt:
$F=pA=14,8\cdot 10^6\cdot 0,0133=2,0\cdot 10^5 ~\mathrm{N}$
De Watucab methode heeft een paar grote voordelen. Het trekken van de kabel gaat sneller en er kunnen langere kabels getrokken worden. Tijdens het trekken van een kabel, schuift de kabel door de buis. Hierbij ondervindt de kabel schuifweerstand.
Voor de schuifweerstand Fs geldt de formule:
$F_s=f\cdot F_{normaal}$
Hierin is f de wrijvingscoëfficiënt. Deze is afhankelijk van de twee materialen die langs elkaar wrijven. Zie voor voorbeelden de tabel in figuur 4.
c) Geef met behulp van figuren 1, 2 en 4 twee redenen waarom met de Watucab methode langere kabels getrokken kunnen worden dan met de methode met een trekkabel.
Uit figuur 1 en 2 volgt dat er met de trekkabel-methode meer materiaal door de buis wordt getrokken. Niet alleen de kabel schuurt door de mantelbuis, maar ook de trekkabel veroorzaakt wrijving. Bij de watucab methode is er geen trekkabel die wrijving ondervindt. Uit figuur 4 volgt dat het water werkt als smeermiddel tussen kabel en buis; de wrijvingscoëfficiënt en dus wrijvingskracht wordt lager als de oppervlakken nat zijn.
