Testes no terreno de Veículos Aéreos Não Tripulados em Redes de Transmissão

Testes no terreno de Veículos Aéreos Não Tripulados em Redes de Transmissão

por J. Gomes-Motaa, R. Oliveiraa, S. Antunes,a,b

aAlbatroz Engineering, bUniversidade da Beira Interior, Portugal

aceite para publicação na International Conference on Condition Monitoring, Diagnosis and Maintenance - CMDM 2015, 5-8 de Outubro, 2015, Bucareste, Roménia, cmdm2015.org

Resumo

Os autores utilizam a sua experiência na concepção de equipamentos para helicópteros dedicados a inspecções de linhas aéreas, aeronáutica e operações de campo, para implementar veículos aéreos não tripulados (UAV), geralmente chamados de drones, para inspecionar linhas eléctricas, com o intuito de manter as mesmas funções e expandir capacidades presentes sempre que possível. O foco é mantido no payload, nos sistemas, nas funções de inspecção, na operação e no controlo da missão; o desenvolvimento do UAV e o controlo em tempo-real está para além do âmbito deste artigo. Os autores também se pronunciam sobre problemas encontrados durante ensaios de campo, que comprovaram ser importante quando se projectam procedimentos de inspecção novos ou de transição de operação com helicóptero.

O artigo começa com uma visão geral sobre aeronavigabilidade, sendo o ponto central o quadro regulamentar europeu e a discussão sobre as possibilidades de utilizar multicopteros para as inspecções locais e utilizar pequenas aeronaves para além da linha de visão da operação. Seguindo-se uma descrição do UAV como um componente de um sistema, incluindo estação de controlo terrestre, vetores, payloads, operadores, funções de inspecção e de como a missão e as suas restrições moldam o desenvolvimento da solução. Posteriormente, é apresentado um ensaio de campo com UAV de asa fixa e asa rotativa; trata-se principalmente de uma inspecção visual; não obstante de que também são introduzidos o LiDAR e os infra-vermelhos.

A seção final discute o roteiro para introduzir UAV no mercado de inspeção, quer substitua ou complemente os outros métodos de inspecção; operação em segurança para o equipamento do UAV e para os humanos; ligações sem fios, controlo em tempo-real e interfaces de usuários.

 

Palavras-chave:

Veículos aéreos não tripulados, Sistemas para aeronaves pilotadas remotamente, Drones, Linhas eléctricas aéreas, inspecção, segurança, aeronavigabilidade.

UAV

"Ponto de vista" do UAV durante inspecção

Inspecção Estrutural Não Destrutiva de Cabos de Linhas Aéreas de Transmissão

Inspecção Estrutural Não Destrutiva de Cabos de Linhas Aéreas de Transmissão

 

por V. Almeida, J. Gomes-Mota, S. Matias

Albatroz Engenharia, Portugal

 

aceite para publicação na International Conference on Condition Monitoring, Diagnosis and Maintenance - CMDM 2015, 5-8 de Outubro, 2015, Bucareste, Roménia, cmdm2015.org

 

Resumo 

Os cabos das linhas aéreas operam em condições severas, sujeitando-se a diversos factores ambientais e operacionais, tais como: vento, humidade, esforços de tensão, variações de corrente e temperatura e imperfeições estruturais. Além disso, ao longo da sua vida útil de várias décadas, reparações e renovações levam a cortes nos cabos, emendas e alterações de esforços. As concessionárias procuram um método para realizar inspecções de forma autónoma, sem desligarem a corrente eléctrica e com tantas funções quanto possível para melhorar a condição estimada. As inspecções periódicas são feitas maioritariamente através de helicópteros ou pelo solo com equipas muito experientes, consumindo geralmente muito tempo e esforço devido à falta de acessibilidade. Contudo, existem algumas condições críticas, como a corrosão interna, que deverá ser inspeccionada junto aos cabos, estando para além do alcance de um helicóptero ou de um UAV. Como técnica de ensaios não destrutivos, é proposta uma solução de testes por ultra-sons de longo alcance (Long Range Ultrasonic Testing [LRUT]). O LRUT pode ser utilizado para detectar a presença e a localização de defeitos no interior do cabo.

O protótipo desenvolvido no projecto CHAPLIN, um projecto de investigação e desenvolvimento patrocinado pelo 7º Programa Quadro Comunitário da União Europeia (FP7), consegue detectar defeitos até 50 metros da posição do sensor no cabo. Uma vez que o comprimento médio do vão em linhas de transmissão varia de 300 a 500 metros, será vantajoso melhorar a detecção para inspecionar a maioria dos vãos a partir de apenas uma ou duas posições. O protótipo deverá prender-se automaticamente aos condutores e no futuro poderá a vir a ser colocado nos cabos com a ajuda de um UAV por exemplo. A comunicação wireless e o circuito de recolha de energia são apresentados como as tecnologias auxiliares para alavancar a operação deste protótipo. Considerações sobre como trazer o protótipo para o nível operacional, bem como as necessidades percebidas pelas concessionárias de energia irão ser discutidas sobre como conduzir novos desenvolvimentos.

 

Palavras-chave:

Monitorização e manutenção das linhas eléctricas; Fiabilidade das linhas eléctricas aéreas, Estrutura dos cabos das linhas de transmissão, Inspecções com testes não destrutivos, Ultra-sons de longo alcance           

CMDM Chaplin

Diagrama CHAPLIN proposto

Visualização multi-camada e correlação espacio temporal para gestão de activos baseada em risco.

Visualização multi-camada e correlação espacio temporal para gestão de activos baseada em risco.

por F. AZEVEDO1, J. GOMES-MOTA2, S. CORDEIRO2, J. CASACA3, L. CAMPOS PINTO3

1 Universidade Nova de Lisboa, 2 Albatroz Engenharia, 3 REN - Rede Eléctrica Nacional.

apresentado na Conferência da ERIAC - Encuentro Regional Iberoamericano de Cigré, Argentina, 17-21 Maio 2015, ERIAC 

 

Resumo

Na sequência do trabalho de identificação dos fatores ambientais de impacto na fiabilidade e tempo de vida restante das linhas elétricas de transmissão [1-6], os autores apresentam uma ferramenta de visualização que permite combinar dados de incidentes de rede com distribuições espaciotemporais de fatores de risco, possibilitando cálculos de índices de risco espaciotemporais (ou outras heurísticas equivalentes) associados aos circuitos elétricos. Esta ferramenta é uma parte integrante do projeto designado por “Grid Intelligence & Optimisation”, resultante duma colaboração nacional entre 3 entidades distintas: 1) um Departamento de Informática universitário; 2) o operador nacional de rede elétrica (transmissão); e 3) uma empresa privada de I&D trabalhando em processamento de sinal.
A ferramenta evidencia a correlação entre as causas observadas no terreno ou nos registos do despacho, os indicadores de risco que se pretende modelem os fatores de risco e os fenómenos e descrições de ativos que caracterizam a rede de transmissão e o ecossistema em que ela opera.
São apresentados casos práticos para fatores ambientais como fogos florestais, cegonhas e outra avifauna, lavagem de isoladores, coberto florestal e ocupação do solo, taxas de crescimento de vegetação, cadastro agrícola, descargas atmosféricas.
Porém, correlação não implica causalidade e é preciso validar as possíveis relações entre causas e consequências, sendo que muitos dos dados correlacionados traduzem realidades físicas ou fenómenos dependentes (fogos florestais dependem da temperatura, lavagens de isoladores dependem do tipo de isoladores e da poluição existente, cegonhas dependem das bacias hidrográficas e da ocupação do solo, etc.).
O artigo inicia-se com a introdução aos diversos fatores a considerar para fiabilidade e tempo de vida restante das linhas e aos modelos que estão por trás da criação dos índices de risco. Segue-se uma descrição das ferramentas de correlação e da relação com a infraestrutura de bases de dados de referenciação espaciotemporal que é a infraestrutura que se liga ao sistema de informação geográfica e ao sistema de gestão de ativos. Depois apresenta-se a interface com o utilizador e as formas de visualização dos dados guardados.
A discussão da ferramenta é ilustrada com a descrição de exemplos do terreno, começando pelas correlações evidentes e fáceis de interpretar (e que inspiram a passagem da correlação à causalidade) até aos casos em que há correlações múltiplas de fenómenos aparentemente independentes e que requerem uma melhor análise para reduzir o espaço de ambiguidade e eventualmente encontrar outros fenómenos que sejam causas primordiais ou diferentes daquelas que já estão representadas na base de dados.
Termina-se com uma discussão das limitações encontradas – sobretudo no reporte e modelação espaciotemporal dos dados - e com propostas de extensão a outras redes e outras causas de análise e com referência ao impacto que esta metodologia teve na interpretação por parte da REN dos fatores que afetam a fiabilidade e o tempo de vida restante da sua rede de linhas aéreas.

 

Palavras chave:

Gestão de Ativos Baseada em Risco – Causas Ambientais – Sistemas de Informação Geográfica – Correlação – Causalidade – Índice de Risco – Fiabilidade – Indicadores de Qualidade de Energia – Visualização – Interface Homem-Máquina

 

 

 

 

 

Implementação de sistemas de inspeção de linhas alternativos ao helicóptero

Implementação de sistemas de inspeção de linhas alternativos ao helicóptero

por J. Gomes-Mota, R. Oliveira, S. Antunes,

Albatroz Engenharia

 

apresentado na Conferência da ERIAC - Encuentro Regional Iberoamericano de Cigré, Argentina, 17-21 Maio 2015, ERIAC .

Distinguida como "melhor contribuição técnica" no Comité de Estudos B2 - Linhas Aéreas, a partir de um conjunto de 21 Contribuições Técnicas oriundas de 5 países.

 

Resumo

Este artigo surge na senda de dois artigos dedicados à conceção de sistemas de inspeção de linhas elétricas apresentados no XII ERIAC (2007, Brasil) e no XIV ERIAC (2011, Paraguai). Em 2015, os autores apresentam as primeiras implementações de sistemas de inspeção alternativos aos helicópteros que permanecem como a ferramenta de referência para inspeção de linhas de transmissão.
O desenho dos novos sistemas obedeceu a três exigências fundamentais: 1) continuidade de interpretação entre os diferentes métodos de inspeção; 2) manutenção das características de integração, flexibilidade e dados em tempo real herdados dos sistemas heli-transportados e 3) complementaridade de métodos de inspeção.
O sistema de inspeções terrestres a partir de um veículo terrestre foi introduzido em 2011 e melhorado: na modalidade atual, dispõe de registo vídeo 2MPixel e um mini-LiDAR com cerca de 50m de alcance na deteção de cabos, associado a GPS e sensor de orientação. Este sistema foi declinado numa versão portátil que pode ser transportada e usada em locais de difícil acesso.
Os sistemas baseados em veículos aéreos não tripulados [VANT] de asa rotativa desenvolveram-se muito desde 2011, sobretudo os do tipo "multicopter" com um arranjo simétrico de hélices. E se, por um lado, esta expansão e banalização lançou no mercado as primeiras soluções "práticas" para inspeção de infraestruturas, nomeadamente torres de linhas elétricas, torres eólicas e chaminés de centrais térmicas, por outro, evidenciou as limitações de eficiência operacional resultantes de limites regulatórios ao vôo, das características físicas dos sistemas e do desempenho dos operadores. A solução tem sido limitar as inspeções às modalidades visuais, tirando partido da leveza e qualidade dos sistemas de imagem digital e da enorme melhoria entretanto registada na largura de banda e cobertura das redes sem fios.
Também os VANT de asa fixa foram usados para inspeções de linha experimentais ou de I&D. Neste caso, a ajuda de pilotos automáticos permite estender o alcance e tempo de trabalho dos sistemas enquanto reduz a fadiga do piloto que exerce apenas a função de supervisor, guardando-se para as fases especiais do vôo: a descolagem, calibração de sensores e aterragem e a resolução de exceções.
A exigência de compatibilidade dos produtos de inspeção pode contribuir para limitar alguns desenvolvimentos de sistemas mas pode servir também para reforçar a complementaridade entre modos de inspeção. Neste caso, o que se pretende é que os produtos ou métodos de análise de cada modo de inspeção sejam complementares aos outros para assim ver a linha sob um novo ponto de vista. Além da complementaridade nos modos de inspeção (incluindo variação de veículos, sensores e procedimentos) pode também ser útil introduzir heterogeneidade nas frequências e modos de inspeção, adaptando os ritmos a cada um dos fenómenos a observar. A simplificação ou supressão de modos de inspeção pode contribuir significativamente para o aumento da eficiência económica da inspeção e, por vezes, até para o aumento da sua eficácia técnica pela redução de restrições ou incompatibilidades entre modos de inspeção.

Palavras chave:

Inspeção – Helicóptero – VANT - Todo-o-terreno - Processamento em tempo real - Interface homem-máquina – Ergonomia – Autonomia – Aeronavegabilidade.

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Inspecção com vídeo visível

Inspecção com câmara de infra-vermelhos

Exemplos de dados recolhidos com sistemas de pequeno porte alternativos ao helicóptero

Análise de dados de inspecções com LiDAR para calcular a taxa de aproximação da vegetação às linhas aéreas

Análise de dados de inspecções com LiDAR para calcular a taxa de aproximação da vegetação às Linhas Aéreas

por Rita Lopes1, Sandra Cordeiro1, Francisco Azevedo2, João Gomes Mota1

1 Albatroz Engenharia, Portugal, 2 NOVA Laboratory for Computer Science and Informatics, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Portugal

apresentado no simpósio IT4Energy, Lisboa, Abril 2015.

 

Resumo

Os factores ambientais são responsáveis pela maioria dos problemas das linhas eléctricas aéreas, estando uma parte significativa relacionados com a vegetação, maioritariamente na rede de distribuição. A manutenção é a chave para reduzir as ocorrências de acontecimentos relacionados com a vegetação, tem no entanto um impacto significativo no custo da gestão de activos da rede eléctrica e portanto deve ser optimizada. Este trabalho propõe um método para calcular as taxas de aproximação da vegetação, baseado nos dados LiDAR adquiridos durante as inspecções aéreas, com o intuito de optimizar os processos de manutenção e reduzir o impacto desta actividade na biodiversidade local.

Palavras chave:

Manutenção; Linhas eléctricas aéreas; Inspecção; LiDAR; Gestão da vegetação

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