Unterirdische Kabel-in-Rohr-Installation: 5 Trends, die Sie berücksichtigen sollten

Die unterirdische Verlegung von Kabeln kann ein langer und kostspieliger Prozess sein. Viele Versorgungsunternehmen haben sich in der Vergangenheit dafür entschieden, ihre Strom- und Kommunikationskabel überirdisch zu verlegen. Allerdings haben die Umstände der letzten Jahrzehnte, ausgelöst durch wiederkehrende extreme Wetterereignisse und andere klimabedingte Herausforderungen, Schwachstellen in Teilen des Stromnetzes und der Kommunikationsnetze aufgedeckt. Diese Herausforderungen, gepaart mit der steigenden Kundennachfrage, haben für viele private und öffentliche Versorgungsunternehmen den Ausschlag für den Wechsel zur unterirdischen Installation gegeben.

Die heutige Machbarkeit der unterirdischen Verlegung wurde von Herstellern verschiedener Fachgebiete und Disziplinen ermöglicht. Durch die Entwicklung innovativer Baumaschinen, intelligenterer Planungs-Tools, verbesserter Installationstechniken, IoT-fähiger Überwachungssysteme und Fortschritte in der Materialwissenschaft ist die unterirdische Installation zu einer nachhaltigeren und erschwinglicheren, langfristigen Investition geworden. In diesem Zusammenhang haben Planungsingenieure die Aufgabe, ihre Projekte so effektiv, effizient und wirtschaftlich wie möglich zu gestalten. Angesichts aller Bestrebungen zur unterirdischen Elektro- und Telekommunikationsinstallation gibt es 5 Trends, die Untergrund-Infrastrukturingenieure für Kabel-in-Rohr-Installationsprojekte berücksichtigen sollten.

1. Der Aufschwung intelligenterer Planungs-Tools

Planung ist ein wesentlicher Prozessbestandteil der unterirdischen Kabelverlegung, und Ingenieure kennen das alte Sprichwort von Ben Franklin nur allzu gut: „Wenn Sie nicht planen, planen Sie, zu scheitern.“ Angesichts der modernen Planungs-Tools, die durch eine Vielzahl von Technologien ermöglicht werden, könnte man den Spruch jedoch ändern auf: „Intelligente Planung nicht zu berücksichtigen, ist eine dumme Angelegenheit.“ Das liegt daran, dass die heute verfügbaren Tools die alten Herausforderungen der unterirdischen Kabelinstallation überholt haben. Hier ist nur eine kleine Auswahl von Plattform-Technologien, die den Planungsprozess zu einer intelligenteren Geschäftsstrategie machen:

Fortschrittliche Bodendurchdringungstechnologien:

In komplexen ländlichen und städtischen Gebieten können im Untergrund verborgene Herausforderungen zu Projektrückschlägen und Verzögerungen führen. Dank der rasanten Weiterentwicklung von Technologien wie dem Bodenradar können Ingenieure nun jedoch detaillierte Informationen über die Bedingungen unter der Oberfläche erhalten. Dies hilft bei der Lokalisierung von Versorgungsleitungen, der Beurteilung der Bodeneigenschaften und der Identifizierung potenzieller Risiken vor dem Aushub und sorgt so für eine sicherere und effizientere Projektdurchführung.

Integration von digitalen Zwillingen und BIM (Building Information Modeling):

Neben den Technologien, die eine bessere Visualisierung der Untergrundbedingungen ermöglichen, wie etwa die Bodendurchdringungstechnologie, besteht auch die Möglichkeit, mithilfe von BIM-Technologien und einem digitalen Zwilling eine virtuelle Nachbildung unterirdischer Infrastrukturen zu erstellen. Ingenieure können verschiedene Szenarien simulieren, Designs optimieren und Wartungs- und Betriebsstrategien verbessern. Die Integration dieser Technologien bietet eine genauere, längerfristige Planung, kostengünstige Lösungen und eine verbesserte Anlagenverwaltung.

Grabendesign-Software:

Die meisten auf dem Markt verfügbaren Grabendesign-Programme ermöglichen es Ingenieuren, einen Grabenquerschnitt zu erstellen und die Machbarkeit des Entwurfs schnell zu testen, wodurch die Planung komplexer Kabelgräben einfacher und effizienter wird. Benutzer erhalten Zugriff auf eine große Bibliothek vordefinierter Kabel und anderer Elemente, die im Graben verlegt werden. Einige Versionen der Grabendesign-Software ermöglichen es Ingenieuren, mehrere Infrastrukturelemente wie Wasser-, Gas-, Abwasser-, Elektro- und Glasfaserkabel innerhalb derselben Kanalbank zu kombinieren. Mit diesen verbesserten Versionen können Benutzer schnell unterschiedliche Designkonfigurationen ausprobieren und Mengenberechnungen für Hinterfüllungen und Kabel exportieren. Einige Softwareversionen bieten die Möglichkeit, erweiterte Finite-Element-Simulationen des thermischen Widerstands und der Magnetfelder des Grabenquerschnitts durchzuführen. Dies trägt dazu bei, potenzielle Leistungsausfälle der eigentlichen Kabelinstallation zu verhindern, die durch bestimmte Umgebungsbedingungen am Ort der Grabenaushebung verursacht werden können.

Kabelanalyse-Tools:

Es gibt eine Reihe von Softwarelösungen auf dem Markt, die eine Kabelanalyse zur Berechnung und Messung von Faktoren wie Kabelstrombelastbarkeit, der Kabeldimensionierung und Berechnung des maximalen Bedarfs ermöglichen. Obwohl es sich hierbei nicht um völlig neue Konzepte handelt, ist die Vielfalt der Funktionen der Anbieter gewachsen. Planungsingenieure können herausfinden, welches Toolset ihren Anforderungen entspricht.

Planungssoftware für Kabelinstallationen:

Die Reibung während der Kabel-in-Rohr-Installation kann mit speziellen Kabelschmiermitteln bewältigt werden. Kabelzug-Planungssoftware ermöglicht es den Ingenieuren jedoch, den Abstand des Kabelzugs sicher zu maximieren und Kabelspleiße zu minimieren oder sogar zu eliminieren. Die Anzahl von Betonschächten und Zugkästen kann reduziert werden, was zu geringeren Projektkosten führt. Die Software analysiert außerdem die Wahrscheinlichkeit einer Verklemmung, schätzt die Endspannung und den Seitenwanddruck und hilft bei der Bestimmung der besten Zugrichtung – all das zur Bestätigung einer sicheren und effizienten Kabelinstallation. Kabelzug-Software kann auch genauere Berechnungen des Reibungskoeffizienten (COF) liefern, wenn Daten vor Ort aufgezeichnet und in der Software zurückgerechnet werden. Die Verwendung dieser Spannungsmessungen zur Rückberechnung des Reibungskoeffizienten hilft Ingenieuren, die angemessenen Sicherheitsfaktoren besser zu verstehen und zukünftige Kabelinstallationen genauer zu planen, bei denen dieselben Rohr-, Kabel- und Schmiermitteloptionen verwendet werden.

Die Implementierung nur eines dieser Tools ist schon beeindruckend, aber die Kombination dieser Technologie-Plattformen hat das Potenzial, die unterirdische Kabel-in-Rohr-Installation in eine völlig neue Ära zu führen – eine Ära, in der die gesamte Kabelverlegung virtuell geplant wird kartiert wird.

2. Fortschritte in der Wissenschaft des Reibungsmanagements

Viele Praktiken, Standards und Benchmarks für eine sichere Kabelinstallation basieren auf den Daten vergangener Jahrzehnte. Deren Grundlage war die damals verfügbaren Technologie und Fähigkeit, sichere Reibungsniveaus und die daraus resultierende Spannung und den Seitenwanddruck zwischen dem Rohr und den Kabeln zu bewältigen. Die Verwendung konservativer Berechnungen für den Reibungskoeffizienten wird weithin als bewährte Methode angesehen, da das Risiko einer Beschädigung des Kabels während der Installation erheblich ist. In manchen Kreisen geht man davon aus, dass die meisten Kabelausfälle auf Schäden am Kabel während der Installation zurückzuführen sind. Es ist besser, auf Nummer sicher zu gehen. Allerdings kann die Verwendung eines konservativen Sicherheitsfaktors das Projektpotenzial einschränken und die Kosten erhöhen.

Unter Berücksichtigung der von Kabelherstellern vorgegebenen maximalen Spannungsgrenzen haben Hersteller spezieller Kabelschmiermittel (wie Polywater) die Leistungsgrenzen dessen, was ein Schmiermittel für die Kabelinstallation leisten kann, erhöht. Dank der einzigartigen Kombination aus Modellierungs-Software (die tatsächliche Kabel- und Felddaten verwendet), zusammen mit der Verwendung leistungsstarker Kabelschmiermittel und innovativer Installationstechniken, können Kabel heute über deutlich größere Entfernungen sicher eingezogen werden – mehr als doppelt so weit wie die Standardentfernungen der vergangenen Jahrzehnte. Eine neuartige Praxis, die zu diesen Leistungsresultaten beiträgt, ist die Vorschmierung von Rohren bei gleichzeitiger Überprüfung der Rohre vor der Kabelinstallation. Bei der Vorschmierung des Rohres können verschiedene Techniken zum Einsatz kommen. Eine Methode ist die Verwendung von Schmiermimttel-Verteilern oder Schwämmen, die ein Kabelschmiermittel in Spezifikationsqualität durch das Rohr befördern. Dadurch werden potenzielle Reibungsoberflächen vorbereitet, die sich weiter unten im Rohr oder an Biegungen befinden, und die mit herkömmlichen Methoden typischerweise schwieriger zu schmieren sind. Fortschritte wie diese haben zu einer höheren Effizienz bei der Installation geführt und Systeme mit verbesserter Zuverlässigkeit eingerichtet.

3. Verbesserte Anwendungspraktiken für Kabelschmiermittel erhöhen die Sicherheit am Installationsort

Die unterirdische Kabelverlegung ist eine ernste Angelegenheit. Gesundheits- und Sicherheitsrichtlinien für Mitarbeiter sind Teil der Industriestandards und -praktiken und ein wichtiger Aspekt des Kabelinstallationsprozesses. Die Mitarbeiter durchlaufen eine umfassende Schulung, um sich mit Sicherheitsverfahren, Gerätebedienung und Notfallprotokollen der Arbeitsumgebung vertraut zu machen. Die Verwendung persönlicher Schutzausrüstung wie Schutzhelme, Warnkleidung, Handschuhe, Sicherheitsschuhe, Schutzbrille und feuerfester Bekleidung gewährleistet die Sicherheit der Mitarbeiter. Gasdetektions-Technologien werden eingesetzt, um die Luftqualität zu überwachen und Mitarbeiter auf das Vorhandensein schädlicher Gase in geschlossenen Räumen wie unterirdischen Schächten aufmerksam zu machen. Es wird viel in die Sicherheit investiert. Selbst die kleinsten Faktoren können einen großen Beitrag zur Verbesserung der Sicherheit in der Arbeitsumgebung leisten – beispielsweise die Techniken zum Auftragen von Kabelschmiermitteln.

Es ist üblich, dass Mitarbeiter Schmiermittel bei der Installation manuell auf das Kabel auftragen. Dies ist sicherlich eine anerkannte Praxis für Mitarbeiter, wenn sie gut sitzende Handschuhe tragen. Es gibt jedoch fortschrittliche Techniken wie das Auftragen des Schmiermittels mit einer mechanischen Pumpe, mit der das Schmiermittel präziser und effizienter auf das Kabel aufgetragen und zugleich Abfälle oder Verschüttungen reduziert werden können. Diese Technik kann eine sauberere Arbeitsumgebung gewährleisten und menschliche Fehlerfaktoren minimieren. Das automatisierte Auftragen von Schmiermitteln sorgt zudem für eine bessere Ergonomie. Mitarbeiter können eine sicherere, aufrechtere Haltung einnehmen, während sie das Schmiermittel über den Pumpenschlauch auf das Kabel leiten, anstatt sich über das Kabel zu beugen und in einen Eimer zu greifen. Darüber hinaus gewährleistet diese Applikationstechnik eine optimale Reibungsreduzierung. Das Schmiermittel kann gleichmäßiger aufgetragen werden, wodurch sichergestellt wird, dass eine ausreichende Menge tief in das Rohr gelangt, wo es am meisten benötigt wird. Das Pumpen von Schmiermittel auf ein Kabel ist sicherer für das Kabel, das Rohrsystem und die Arbeitsumgebung.

4. Die Stärkung des Systems beginnt bei der Installation

Ein wichtiger Teil der Entscheidung für die unterirdische Verlegung von Kabeln ist die daraus resultierende Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Wetterereignissen, steigendem Meeresspiegel und anderen klimabedingten Herausforderungen. Die proaktive Einbeziehung adaptiver Designs, robuster Materialien und innovativer Lösungen zur Risikominderung und Gewährleistung der Langlebigkeit und Funktionalität von Infrastruktursystemen ist von entscheidender Bedeutung. Im Rahmen proaktiver Maßnahmen zur Stärkung des Systems integrieren viele den Einsatz von Rohrdichtungsmitteln in den Kabelinstallationsprozess. Während mehrere Industriestandards und -vorschriften die Verwendung von Rohrdichtungsmitteln vorschreiben, um das Eindringen von Wasser, Gas, Tieren und Insekten zu verhindern, gehen einige über diese Mindestanforderungen hinaus, um Systeme zu schaffen, die den Auswirkungen schwerer Wetterbedingungen, wie etwa hohem Wasserdruck, standhalten. Es gibt eine Vielzahl an Optionen für Rohrdichtungsmittel – von sich ausdehnenden, chemischen Zweikomponenten-Dichtungsmitteln bis hin zu technischen, mechanischen Dichtungen. Die Auswahl sollte zumindest den Mindestleistungsanforderungen genügen. Das Abdichten von Rohren im Zusammenhang mit der neuen Kabel-in-Rohr-Installation erfreut sich immer größerer Beliebtheit. Abhängig vom Umfang des Projekts können Effizienzsteigerungen durch die parallele Installation mit Kabeln erzielt werden.

5. Die Kosten der Geschäftstätigkeit

Viele Probleme mit Lieferketten und Herausforderungen wegen Materialvorlaufzeiten, mit denen die Bauindustrie aufgrund der globalen Pandemie und globalen Konflikte konfrontiert war, nehmen tendenziell ab. Darüber hinaus wird prognostiziert, dass die Kosten nicht so stark schwanken werden wie in den Vorjahren (ein Anstieg um 217 % im Jahr 2022*), sondern im Laufe des Jahres 2024 einen moderaten Anstieg (2–4 %) verzeichnen werden. Für Projekte, die sich in einer Warteschleife befanden, dürfte nun ein geeigneter Zeitpunkt für ihre Fortsetzung sein, da sich die Kosten im Allgemeinen zu stabilisieren scheinen – insbesondere im Vergleich zur jüngsten Vergangenheit. Auch wenn es immer einige Unsicherheiten geben wird, ist es jetzt an der Zeit für unterirdische Installationen.

Alles in allem ist die Praktikabilität der unterirdischen Verlegung eine unmittelbar bevorstehende Realität. Indem sie sich weiterhin informieren und diese innovativen Ansätze in ihre Praktiken integrieren, können Planungs- und Konstruktionsingenieure zu widerstandsfähigen, nachhaltigen und effizienten unterirdischen Elektro- und Telekommunikationsprojekten im Jahr 2024 und darüber hinaus beitragen.

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(*Quelle: ENR)