Kasvav energianõudlus, muutuvad julgeolekuriskid ja ilmastikust tingitud häirete suurenev oht muudavad andme- ja elektrivõrkude projekteerimise põhimõtteid. Vajadus vastupidavama taristu järele on suurendanud huvi lahenduste vastu, mis pakuvad paremat vastupidavust ja töökindlust ning lihtsustavad hooldust. Üks selline lahendus on betooni valatud kaablikanalisüsteem (duct banks).
Intervjueerisime nelja maa-aluse elektritaristu eksperti — Marius Engebrethsen, Lars Solbjørg, Kåre Yttervik ja Rob van Hoorn —, et arutada kaablikanalisüsteemi võimalusi ja piiranguid võrreldes alternatiivsete lahendustega ning selgitada, mida peaksid võrguettevõtjad ja töövõtjad nende projekteerimisel ja paigaldamisel arvesse võtma, et optimeerida projekti kulusid saavutamaks parima tulemuse.
Kaablikanalisüsteem on elektri- ja andmeedastustaristu kaablite kaitsmiseks ja korrastamiseks mõeldud lahendus. Tavaliselt paigaldatakse see maa alla ning see koosneb ühest või mitmest betooni valatud kaablikaitsetorust. Betoon tagab parema mehaanilise kaitse, võimaldab kaableid paremini korrastada ning lihtsustab nende vahetamist ja hooldamist.
Maa-aluseid kaablikanalisüsteeme kasutatakse kriitilise taristu kaitsmiseks äärmuslike ilmastikunähtuste ja sabotaaži eest. Üha keerulisemas geopoliitilises ja klimaatilises keskkonnas on elektritaristu kaitsmine muutunud hädavajalikuks, et tagada kodumajapidamiste, tervishoiuasutuste, tööstuse ja riigikaitse usaldusväärne elektrivarustus.
Ligikaudu 80–90% tänapäeva kaabliriketest on põhjustatud välistest mehaanilistest mõjutustest ning betooni valatud kaablikanalisüsteem on vastupidav, selgitab OPI kaablikanalisüsteemi asutaja Lars Solbjørg:
“Meil on olnud juhtumeid, kus meie kaablikanalisüsteemi on mõjutanud hooletud kaevetööd, maalihked ja üleujutused. Iga kord on betoonümbris kaitsnud selle sees olevaid torusid ning taganud katkematu elektrivarustuse.”
Tänapäeva elektrivõrke ei ohusta aga üksnes äärmuslikud sündmused. Õhutemperatuuri järkjärguline tõus ja suvised kuumalained mõjutavad samuti elektritaristu kasutusiga.
Kaablite lubatud koormuse vähendamine ehk derating tekib siis, kui lähestikku paigaldatud jõukaablid tekitavad liigset soojust, mille tõttu väheneb nende lubatud voolukoormus. Mõju võib suureneda, kui kaableid ümbritsev täitepinnas kuivab ja otse pinnasesse paigaldatud kaablite soojuse hajumine halveneb.
Betoon juhib soojust oluliselt paremini kui kuiv liiv, aidates vältida ülekuumenemist, säilitada kaablite läbilaskevõimet ja pikendada nende kasutusiga, selgitab maa-aluste kaablisüsteemide magnetvälja- ja voolutaluvusarvutustele spetsialiseerunud tarkvara Grøft Design tootejuht Marius Engebrethsen.
“Elektrisõidukite laadimisest, andmekeskustest ja kuumalainete ajal kliimaseadmete kasutamisest tingitud elektrinõudluse kasv on suurendanud võimsusvajadust, mis mõnikord ületab algselt kavandatut. Samal ajal vähendavad kõrge temperatuur ja kuiv pinnas kaablite tegelikku koormustaluvust. Seetõttu oleme viimasel ajal näinud kuumusest mõjutatud piirkondades rohkem kaablirikkeid."
Betooni ja täitepinnaste soojustakistus |
|
|---|---|
| Betoon | ~0.6 m.K/W |
| Niiske liiv | ~1.0 m.K/W |
| Kuiv liiv | ~2.5 m.K/W |
| Kruus | ~2.5-5 m.K/W |
Lisaks jääb paljudes linnades maa-alust ruumi järjest vähemaks. Kaablikanalisüsteemid võimaldavad kaableid paremini hallata ja koondada kümneid tehnovõrke ühtseks korrastatud konstruktsiooniks. Tänu betooni headele soojuslikele omadustele saab kaableid paigaldada väiksemate vahekaugustega, säilitades samal ajal ohutu töötemperatuuri.
“Kaablikanalisüsteemi kasutamisel saab kaeviku kogumahtu vähendada 60–75%, sest torude vahekaugus võib olla kõigest 3 cm,“ ütleb Pipelife Norway kaablikaitse projektinsener Kåre Yttervik. „Võrdluseks: Norras on tavapäraste torude minimaalne nõutav vahekaugus 10 cm ja Rootsis 5 cm.”
Elektrifitseerimise kasv tähendab ka seda, et täna rajatav maa-alune elektritaristu peab võimaldama tulevikus võimsust suurendada. Enamik kaablikanalisüsteeme võimaldab kaableid välja tõmmata, vahetada või uuendada ilma korduvate kaevetöödeta, vähendades häiringuid ja saavutades kasutusea jooksul märkimisväärse CO₂-heite kokkuhoiu.
“Kaablikanalisüsteemi paigaldamisel on hea tava kavandada praegusest vajadusest 20–50% suurem läbilaskevõime. Suurema läbimõõduga torude kasutamine või mõne tühja toru lisamine on märksa odavam ja keskkonnasäästlikum kui mõne aasta pärast uuesti kaevetöid teha,“ ütleb Yttervik."
Elektrikaabli vahetamise süsinikujalajälg sõltuvalt paigaldusmeetodist |
||
Otse pinnasesse paigaldatud kaabel (kaabli väljakaevamine) |
Kaablikaitsetorude süsteem (kaabli väljatõmbamine) |
Kaablikanalisüsteem (kaabli väljatõmbamine) |
| ~640 CO2 tonni | ~20 CO2 tonni | ~20 CO2 tonni |
Maa-alused elektripaigaldised asendavad üha enam õhuliine, kuna need pakuvad paremat ohutust, pikemat kasutusiga ja esteetilisemat tulemust. Ka maa-aluse elektritaristu puhul on õige paigaldusmeetodi valimine siiski äärmiselt oluline, sest sellest võivad sõltuda võrgu töökindlus, hooldusvajadus ja kasutusiga. Riiklikud juhised lubavad sageli mitut lahendust ning paljudes riikides kasutatakse nii otse pinnasesse paigaldatud kaableid, kaablikaitsetorusid kui ka kaablikanalisüsteeme.
Andme- ja elektrikaablite otse pinnasesse paigaldamine on suhteliselt lihtsa paigalduse ja väikeste algkulude tõttu kõige levinum maa-alune paigaldusmeetod. Pärast kaeviku rajamist paigaldatakse kaabel otse pinnasesse ja kaetakse pinnasega. Kaeviku põhja paigaldatakse liivakiht ning kaablil puudub täiendav kaitse või kasutatakse üksnes lihtsaid kaablikaitseplaate.
Selline lahendus muudab kaablid kaevetöödest ja pinnase liikumisest põhjustatud kahjustuste suhtes väga haavatavaks ning raskendab nende vahetamist. Kui paigaldusnõudeid ei järgita, võivad kaablid ka üle kuumeneda. Levinud on näiteks vale täitematerjali kasutamine või kaablite soovitusliku vahekauguse eiramine.
Kaablikaitsetorud, jäigad ja painduvad, on maa alla paigaldatavad kaitsetorud, millesse paigutatakse kaablid ja mis kaitsevad neid kahjustuste eest. Torusid kasutatakse nii avatud kaevikuga kui ka kaevikuta paigaldustehnoloogiate puhul. Nende vahele rajatakse ühendus- ja juurdepääsupunktidena kaevud ja kambrid. Kvaliteetsete maa-aluste torusüsteemide kasutusiga on 50–100 aastat ning need võimaldavad vananenud elektrikaableid ilma korduvate kaevetöödeta vahetada ja ringlusse võtta.
Torud pakuvad otse pinnasesse paigaldamisega võrreldes märksa paremat kaitset, kuid neid võivad siiski kahjustada kaevetööd või äärmuslikud ilmastikunähtused. Kui paigaldusjuhiseid ei järgita ja torud paigaldatakse üksteisele liiga lähedale, võib tekkida ülekuumenemine.
Kaablikanalisüsteeme kasutatakse tavaliselt kriitilise taristu objektidel, äärmuslikes keskkonnatingimustes ja tihedalt hoonestatud linnapiirkondades. Kuigi nende alginvesteering on suurem, pakuvad need võrreldes teiste maa-aluste kaablipaigaldusmeetoditega kõige paremat mehaanilist kaitset ja erakordselt pikka kasutusiga. Samuti säästavad need maa-alust ruumi, lihtsustavad kaablite korrastamist ning võimaldavad vananenud kaableid ilma korduvate kaevetöödeta uuendada ja vahetada, mis annab pikaajalise märkimisväärse kulude kokkuhoiu.
Kaablikanalisüsteemi projekteerimine ja paigaldamine nõuab siiski eriteadmisi ning seda peaksid tegema kvalifitseeritud spetsialistid. Pärast betooni kivistumist ei saa konstruktsiooni enam hõlpsasti muuta.
Eelised |
Puudused |
|
Otse pinnasesse paigaldatud kaablid |
• Väikesed materjali- ja paigalduskulud • Suhteliselt lihtne paigaldada |
• Väga vastuvõtlikud kahjustustele • Raske lokaliseerida • Parandamine või vahetamine nõuab kaevetöid |
Kaablikaitsetorud |
• Hea kaitse tavatingimustes • Lihtsam kaablite tõmbamine • Pikk kasutusiga • Kaableid saab ilma korduvate kaevetöödeta vahetada ja uuendada |
• Võivad saada kahjustada taristu uuendamisel või loodusõnnetustes |
Kaablikanalisüsteem |
• Väga hea kaitse ka äärmuslikes tingimustes • Üle 100 aasta kasutusiga • Kaablite vahetamine ja uuendamine ilma korduvate kaevetöödeta • Paremad soojuslikud omadused |
• Suuremad algkulud • Keerukam paigaldus |
Iga kaablikanalisüsteem tuleb kohandada konkreetse projekti nõuetele. Enne kaevetööde alustamist tuleb koostada ehitusjoonised, võttes arvesse:
• Kaabli tüüpi ja võimsust
• Nõutavat koormustaluvust
• Paigaldussügavust
• Ristuvaid tehnovõrke ja muid takistusi
• Pinnase ja täitematerjali tüüpi
• Torude arvu ja mõõtmeid
• Nõutavat drenaažikallet ja painderaadiust
Nende kriteeriumide põhjal koostatakse ehitusjoonised, mille järgi rajatakse kaevik ja teostatakse paigaldus.
“Kaablikanalisüsteemi puhul on enamik meie klientidest teinud arvutused ja koostanud joonised ise,“ ütleb Yttervik.
Pipelife Norra on pakkunud seda teenust ka koos oma partneritega.
Kõige levinum lahendus on kohapeal betooni valatav maa-alune kaablikanalisüsteem, mille rajamine algab kaeviku kaevamisest.
• Kaeviku täpne laius ja sügavus sõltuvad projekti nõuetest ning kohalikest eeskirjadest. Kaevik peaks siiski olema mõlemal küljel vähemalt 100 mm laiem kui kaablikanalisüsteemi välislaius ning sellel peab olema kalle kaevude või kambrite suunas. Sügavad kaevikud tuleb nõuetekohaselt toestada.
• Betooni valatavate maa-aluste kaablikanalisüsteemi alusena võib kasutada olemasolevat pinnast ning tavaliselt piisab jämedast tasandamisest.
• Raketise hoidikud ja vahetükid paigaldatakse vastavalt joonisele ning torud lükatakse oma kohale.
• Kui torusüsteem on paigaldatud ja tugevdatud, suletakse torude otsad ning konstruktsioon valatakse betooni. Torude vahele jäävate õhutaskute eemaldamiseks kasutatakse sageli vibrotihendamist.
• Pärast betooni kivistumist võib raketiseplaadid eemaldada. Seejärel tuleb kontrollida, et betoon poleks kahjustatud ning torud poleks paigast nihkunud ega ummistunud.
• Betooni valatud maa-aluse kaablikanalisüsteem tagasitäiteks võib kasutada väljakaevatud pinnast.
Soojuse juhtimine on kõigi maa-aluste elektripaigaldiste puhul kriitilise tähtsusega ning ideaaljuhul tuleks seda arvesse võtta juba planeerimisetapis, selgitab Engebrethsen. Ebapiisav soojuse hajumine vähendab kaablite lubatud koormust, lühendab nende kasutusiga ning suurendab hooldus- ja remondikulusid.
Kuigi betoonil on väga head soojuslikud omadused ja erinevalt liivast ei ole see vastuvõtlik kuivamisele, nõuab suure hulga kaablite lähestikku paigaldamine keerukaid soojus- ja magnetväljaarvutusi.
“Tavaliselt kasutatavad analüütilised mudelid põhinevad lihtsustustel ega pruugi suuremahuliste või keerukamate kaablikanalisüsteemide puhul olla piisavalt täpsed.”
Grøft Designi tarkvara kasutab COMSOL Multiphysicsit, mis võimaldab teha maa-aluste paigaldiste täiustatud soojus- ja elektromagnetilisi simulatsioone. Arvesse saab võtta mitmesuguseid elektrotehnilisi parameetreid, sealhulgas kaablite tüüpi ja paigutust, torude tüüpi ja asukohta, betooniklassi, paigaldussügavust, pinnase ja täitematerjali omadusi ning ilmastikutingimusi.
“Sageli teeme simulatsioone väga spetsiifiliste tingimuste ja konstruktsioonide jaoks, näiteks kui ühte kaablikanalisüsteemi on paigaldatud eri pingetasemetega kaablid, lisatud alumiiniumkilbid või veega täidetud jahutustorud või kui läheduses asuvad kaugküttetorud,“ lisab Engebrethsen. „Eesmärk on võrrelda erinevaid võimalikke lahendusi ja leida optimaalne variant, mis tagab töökindluse, ohutuse ja nõuetele vastavuse.”
Kuna suurema osa koormusest võtab vastu betoonümbris, võib kaablikanalisüsteemis ohutult kasutada mitmesuguseid torusüsteeme, sealhulgas PVC-U, PP- ja HDPE-torusid. Ytterviki sõnul on plasttorud Euroopas kõige levinum valik tänu väikesele kaalule, sobivusele pikkadeks kaablitõmmeteks ja suurepärasele korrosioonikindlusele.
“Peamine nõue on, et torud oleksid veetihedad. Betooni valatud kaablikanalisüsteemid võimaldavad tegelikult kasutada ka õhema seinaga torusid; meie projektides on minimaalne rõngasjäikusklass SN4.”
“Torude valikul määravad otsuse sageli väljakujunenud tavad,“ lisab Solbjørg. „Näiteks Norras eelistatakse Euroopa standardile EN 50626-2 siledaid torusid, samas kui teistes riikides kasutatakse standardile EN 50626-1 vastavaid topeltseinaga korrugeeritud torusid.”
Euroopas kasutatakse 20–30 cm sügavusele paigaldatavate maa-aluste kaablikanalisüsteemide puhul tavaliselt betooniklassi C20/25. See tagab hea tasakaalu töödeldavuse ja vastupidavuse vahel ning võimaldab raketise eemaldada 24–48 tunni pärast.
Suure koormusega taristus, näiteks lennujaamades või sõjaväekompleksides, samuti maapinnale või maapinnast kõrgemale rajatud konstruktsioonides võib kasutada suurema tugevusega betooniklasse ja/või erisegusid.
“Lihtsate käsitsi valmistatud vahetükkide ja raketiseplaatide kasutamine võib suurendada kaablikanalisüsteemi materjalikulu ning aeglustada paigaldamist. Juba mõni lisasentimeeter ühel küljel või peal tähendab, et konstruktsiooni täitmiseks kulub palju rohkem betooni. Kui aga mõni sentimeeter jääb puudu, võib see halvendada kivistunud konstruktsiooni üldist tugevust,“ ütleb Solbjørg.
Pipelife on teinud OPI-ga koostööd ligi kolm aastakümmet, pakkudes väga töökindlaid ja lihtsalt paigaldatavaid kaablikanalisüsteeme ka kõige keerukamate paigaldusolukordade jaoks. Alates OPI süsteemi leiutamisest 1990. aastal on seda tarnitud enam kui 15 riiki ning süsteemi abil on betooni valatud üle 25 000 km kaablikaitsetorusid.
OPI tootevalikusse kuuluvad korduskasutatavad raketisehoidikud, raketiseplaadid ja enam kui 125 tüüpi vahetükid. Need moodustavad tervikliku lahenduse kaablikanalisüsteemi koostamiseks ja betooni valamiseks nii kontrollitud tootmiskeskkonnas kui ka ehitusplatsil.
Kui enamik maa-aluseid kaablikanalisüsteeme koostatakse käsitsi või suhteliselt lihtsate tugede abil, siis OPI omavahel lukustuv modulaarne vahetükisüsteem on väga hästi kohandatav erinevate projektivajadustega. See kiirendab paigaldamist ja vähendab joondusvigade ohtu.
“Enamik distantsklambrite süsteeme on mõeldud suhteliselt väikestele ja lihtsatele konfiguratsioonidele, kuhu mahub kaks kuni kaheksa, võib-olla kuni 20 toru. Võrdluseks sisaldab seni suurim valmis OPI kaablikanalisüsteem 130 toru ning arendamisel on veelgi suuremad lahendused,“ ütleb Solbjørg.
Lihtne koostamine ja paigaldamine. OPI vahetükid sobivad 32–250 mm läbimõõduga torudele ning võimaldavad lihtsalt ja veakindlalt koostada ka keerukaid ja suuremahulisi kaablikanali süsteeme. Süsteem sobib ka ühislahendusteks, kus samasse plokki paigaldatakse eri pingetasemega elektrikaablid või nii andme- kui ka elektrikaablid.
Kiirem paigaldamine. Tänapäevane vahetükisüsteem lihtsustab ja kiirendab konstruktsiooni koostamist ning võimaldab valada üle 100 meetri kaablikanalisüsteemi päevas.
Lihtne kaablite tõmbamine. OPI kaablikanalisüsteemi täpne konstruktsioon võimaldab pikemaid kaablitõmbeid, vähendades nii paigaldusaega kui ka vajalike kambrite ja kaevude arvu. Ühe tõmbega on paigaldatud üle 2400 meetri pikkuseid kaableid isegi 90-kraadiste kurvidega trassidel.
Ruumisääst. OPI süsteemis saab torud paigutada üksteisest kõigest 3 cm kaugusele, mis võimaldab otse pinnasesse paigaldatud kaablite või tavapäraste kaablikaitsetorudega võrreldes säästa kuni 75% ruumi.
Kulude kokkuhoid. Võrreldes käsitsi ehitatud vineerraketistega aitab OPI vähendada betoonikulu ja kiirendada paigaldamist, optimeerides seeläbi projekti kogukulusid.
Optimeeritud soojusülekanne. Suurema elektrilise koormusega lahendustes saab süsteemi lisada spetsiaalseid jahutustorusid, milles ringlev õhk või vesi parandab soojuse hajumist.
Sobivus elementlahendusteks ja keerukatesse tingimustesse. OPI sobib nii sügavatesse kui ka madalatesse kaevikutesse ning veealusteks ja maapealseteks paigaldusteks. Väga hästi kohandatav vahetükisüsteem sobib ka monteeritavate kaablikanalisüsteemi valmistamiseks, võimaldades eri konfiguratsioone kiiresti ja veakindlalt tehases ette valmistada.
Suurepärane vastupidavus ja kaitse. Pärast betooni kivistumist on OPI kaablikanalisüsteem peaaegu purunematud ning pakuvad kriitilisele taristule usaldusväärset kaitset enam kui 100 aastaks.
Kuna nõudlus usaldusväärse elektri- ja andmeedastuse järele kasvab jätkuvalt, otsivad arendajad, töövõtjad ning võrguettevõtjad üha enam strateegilisi ja kulutõhusaid lahendusi, mis tagaksid tuleviku elektrivõrkude suurema töökindluse ning kohandatavuse.
“Elektrivõrkude pikaajaline töökindlus ja tulevikukindlus on muutumas projekteerimise põhiprintsiipideks,“ võtab Pipelife'i kaablikaitse kategooriajuht Rob van Hoorn teema kokku. „Kaablikanalisüsteem ei ole kiire ajutine lahendus. See on midagi, mille ehitad valmis ja mis jääb kestma, teenides ja kaitstes kogukondi ning tööstust põlvkondade vältel.”
1. Mis on kaablikanali süsteemi eesmärk?
Kaablikanali süsteem on täiustatud maa-aluse elektritaristu lahendus, mida kasutatakse kriitilise tähtsusega elektri-, andme- ja telekommunikatsioonikaablite kaitsmiseks ja korrastamiseks.
Peamised eelised võrreldes otse pinnasesse paigaldatud kaablitega on:
• Parem kaitse
• Tõhusam kaablite korrastamine ja ruumisääst
• Vananenud kaablite lihtsam vahetamine ja uuendamine
• Väiksem keskkonnamõju.
2. Kui sügavale tuleb kaablikanali süsteem paigaldada?
Paigaldusnõuded võivad riigiti erineda, mistõttu tuleb alati kontrollida kohalikke eeskirju.
OPI kaablikanali süsteem paigaldatakse tavaliselt umbes 30 cm sügavusele. Sobivate betooni tehniliste näitajate korral võib süsteemi siiski paigaldada ka vee alla, maapinna tasandile või maapinnast kõrgemale.
3. Kus kaablikanali süsteemi kasutatakse?
Maa-aluseid kaablikanali süsteemi kasutatakse sageli suuremahulistes taristuprojektides, näiteks lennujaamades, raudteedel, logistikakeskustes, elektrijaamades, tervishoiuasutustes, tööstuskompleksides, sõjaväeobjektidel ja andmekeskustes, kus elektri- ja andmeedastuse töökindlus on kriitilise tähtsusega.
Tänapäeval paigaldatakse kaablikanali süsteeme üha enam ka linnapiirkondadesse, sest need säästavad väärtuslikku maa-alust ruumi ning võimaldavad elektrikaableid ilma korduvate kaevetöödeta vahetada ja uuendada.
4. Kas kaablikanali süsteemi on lihtne paigaldada?
Kaablikanali süsteemi peavad alati paigaldama spetsialistid. Paigalduse keerukust saab aga märkimisväärselt vähendada, kasutades tavapäraste vineerraketiste asemel spetsiaalseid raketiseplaate ja vahetükisüsteeme.
5. Milliseid torusid tuleks kaablikanali süsteemides kasutada?
Euroopas kasutatakse kõige sagedamini PP-, HDPE- ja PVC-torusid, kuna need on kerged ja väga korrosioonikindlad. Võrreldes muude alternatiividega on plasttorudel väiksem hõõrdetegur, mis võimaldab teha pikemaid kaablitõmbeid ja vähendada tõmbepunktide arvu.
Euroopa standard EN 50626 on kaablikaitsetorude puhul kõige levinum standard. Standardi 1. osale vastavatel torudel ei pruugi siiski olla veetihedaid ühendusmuhve, mis on kaablikanali süstemi puhul väga olulised. Standardi 2. osas on torudele kehtestatud rangemad kvaliteedinõuded ning see hõlmab ka suure raadiusega fikseeritud nurga all olevaid põlvi. Seetõttu on standardile EN 50626-2 vastavad tooted kaablikanali süsteemi jaoks optimaalne valik.
6. Mis on monteeritavad kaablikanali süsteemid?
Monteeritavaid kaablikanali süsteeme kasutatakse olukordades, kus kohapeal betooni valamine oleks liiga keeruline või võimatu, näiteks järskudel nõlvadel, teede või veekogude all, ebastabiilse pinnasega piirkondades või äärmuslikes ilmastikutingimustes.
Kaablikanali süsteemi elementide valmistamine väljaspool ehitusplatsi võib märkimisväärselt vähendada kohapealset paigaldusaega, võimaldades pärast kaeviku ettevalmistamist konstruktsiooni kiiresti paigaldada.
7. Kas kaablikanali süsteem on kestlik lahendus?
Kaablikanali süsteemid võimaldavad kaableid välja tõmmata ja vananenud elektrikaableid ilma korduvate kaevetöödeta vahetada, vähendades nii keskkonnamõju kui ka kogu elutsükli süsinikujalajälge. Lisaks on kaablikanali süsteemi kasutusiga erakordselt pikk — need on projekteeritud kestma üle 100 aasta.
E-post