ISPEZIONE TERMOGRAFICA AEREA GRAZIE A UN DRONE

Droni per la diagnostica delle linee di trasmissione elettrica

di Cristian Randieri

Quando si parla di efficienza energetica dobbiamo riferirci anche e soprattutto all’efficienza delle infrastrutture di trasporto dell’energia. In questo contributo viene presentata una soluzione che prevede l’utilizzo di particolari droni quali nuovi strumenti per la diagnostica delle linee di trasmissione elettrica aeree ad alta e media tensione.

L’efficienza della rete di trasmissione dell’energia elettrica è un requisito fondamentale per lo sviluppo del nostro Paese e per contenere i costi che gravano sulle bollette pagate dai consumatori. La Direttiva 2009/72/ CE al suo interno indica che “Gli Stati membri dovrebbero incoraggiare la modernizzazione delle reti di distribuzione non solo mediante l’introduzione di reti intelligenti (Smart Grids) ma anche mediante dei programmi di ricerca e di innovazione caratterizzati da attività volte allo sviluppo di nuove tecnologie per monitorare, controllare e far funzionare al meglio le reti sia in condizioni normali che di emergenza”. In risposta a questo incoraggiamento, il dipartimento di Ricerca e Sviluppo di Intellisystem Technologies ha messo a punto un nuovo strumento denominato TID (acronimo di Thermal Inspection Drone) per la diagnostica e il monitoraggio delle linee aeree mediante l’utilizzo di particolari droni progettati per un utilizzo a livello industriale.

Il Kit TID (Thermal Inspection Drone) di Intellisystem

La piattaforma

I droni sono dei robot con limitate capacità decisionali comandati a distanza, tipicamente definiti anche con l’acronimo APR (Aeromobili a Pilotaggio Remoto). Il loro primo utilizzo è avvenuto per scopi militari, ma col passare degli anni e grazie alle nuove tecnologie presenti nel mercato hanno iniziato a diffondersi anche nel mercato industriale con svariate applicazioni che permettono di ottenere risultati alla pari delle tecniche che prevedono l’impiego di elicotteri o piccoli aerei caratterizzati da costi di esercizio decisamente maggiori. Di fatto oggi un Drone è meglio definito col termine ‘multi-rotore’, ossia un velivolo radiocomandato che permette di essere utilizzato in svariate applicazioni. Quello che oggi rende questi piccoli velivoli radiocomandati e pilotabili da remoto molto di più di un sofisticato giocattolo per appassionati, è la possibilità di essere equipaggiati con strumentazione molto avanzata che non si limita più alle tradizionali fotocamere, videocamere, strumenti di geo localizzazione. Tant’è vero che oggi sono dei veri e propri strumenti di misura volanti, in grado di librarsi in volo grazie a quattro o più eliche che li rendono del tutto simili a elicotteri in scala ridotta.

Particolare del sistema di ripresa termico

Grazie alle più moderne tecnologie wireless sono grado di raccogliere e trasmettere i dati misurati a terra in modo facile, sicuro ed economico. Parallelamente al mondo dei droni, negli ultimi anni nel settore della manutenzione predittiva degli impianti e delle apparecchiature in genere, si è notevolmente sviluppata la termografia: termine che deriva dalle parole greche ‘thermos’ che significa caldo e ‘gràphen’ che significa disegnare ovvero ‘disegnare il calore’. Partendo dal principio che ogni corpo caldo emette per irraggiamento, in funzione della temperatura che possiede onde elettromagnetiche nel campo dell’infrarosso (invisibili all’occhio umano), la termografia, com’è ben noto, è una tecnica diagnostica non invasiva che permette di individuare valori di temperatura superficiale senza entrare direttamente in contatto con gli oggetti da analizzare attraverso la visualizzazione e la misurazione delle radiazioni termiche emesse dall’oggetto stesso. Queste particolari telecamere producono immagini ad elevata risoluzione, che consentono di ottenere termografie nitide degli oggetti con differenze di temperatura rilevabili con uno scarto di soli 0,2 °C.

Nel caso degli elettrodotti, molto spesso le misure termografiche richiedono ispezioni da postazioni sopraelevate o riprese ravvicinate di oggetti molto alti. Sino ad oggi per fare ciò non rimaneva altro che impiegare una piattaforma aerea o utilizzare potenti teleobiettivi, che nel caso delle apparecchiature termografiche, che montano a bordo lenti al germanio, hanno costi proibitivi. In altri casi, come l’ispezioni di elettrodotti difficilmente accessibili, l’unica soluzione rimaneva quella di utilizzare un elicottero dotato di un’apparecchiatura ancora più sofisticata e costosa. L’avvento dei droni radiocomandati ha aperto una nuova era per le ispezioni termografiche, pur non sostituendo certe operazioni settoriali specialistiche dove aerei ed elicotteri rimangono indispensabili. I droni hanno reso possibile l’ispezione aerea termografica anche negli ambiti più comuni; di fatto l’unione da un lato della tecnologia di questi ultimi e dall’altro quella termografica rappresenta il connubio perfetto tra i due strumenti sofisticati e altamente tecnologici, soluzione vincente per affrontare sopralluoghi e ispezioni in tutta sicurezza e velocità anche negli ambienti più critici.

Grazie al suo team di Ricerca e Sviluppo, Intellisystem Tecnologies ha messo a punto il primo strumento per applicazioni industriali e professionali che permette le ispezioni termografiche a basso costo mediante un drone di ultima generazione che monta a bordo, a seconda del modello, particolari termocamere ultra compatte installate in una piattaforma stabilizzata grazie alla quale è possibile ottenere le massime prestazioni in termini di stabilità delle riprese. Il sistema TID è stato accuratamente testato su diversi campi di utilizzo dimostrando risultati più che positivi che hanno permesso di ottenere foto termiche d’insieme e mappature termiche dall’alto uniche (basti pensare alla semplicità con cui è possibile monitorare un elettrodotto). Grazie ad esso è possibile effettuare ispezioni termografiche su impianti e strutture difficili da esaminare per collocazione o dimensioni, tutto in breve tempo e senza dover allestire ponteggi, utilizzare cestelli o ricorrere a costosi mezzi aerei. La rapidità di accesso, la capacità di avvicinarsi e di spostarsi in tutte le direzioni, di mantenere una posizione per tutto il tempo desiderato ed effettuare riprese da prospettive differenti, tipiche di un drone, consentono di individuare facilmente punti di una struttura in cui risulti necessario un intervento, consentendo una riduzione di costi e tempi in fase di manutenzione.

L’analisi delle linee elettriche

L’ispezione mediante il sistema TID consiste nel filmare la linea ad alta o bassa tensione al fine di individuare la presenza di eventuali punti ‘caldi’ su di essa, quali ad esempio i contatti dei sezionatori, le morsettiere elettriche nei punti di connessione tra linea aerea e quelle in cavo ecc. Tali punti rappresentano ovviamente un’anomalia nel corretto funzionamento del componente oggetto della misura, che in molti dei casi si traduce in una possibile perdita di energia elettrica o peggio ancora in una possibile interruzione di collegamento elettrico, qualora il componente dovesse danneggiarsi ulteriormente. I risultati dell’ispezione vengono in seguito analizzati ed elaborati a terra, consentendo di ottenere i seguenti risultati: analisi della struttura della linea, quali la tipologia degli isolatori, dei pali, armamento, terreno, dispositivi di protezione contro le sovratensioni, condizioni dei trasformatori a palo, condizioni esterne delle cabine ecc.; rilievo delle anomalie georeferenziate (isolatori rotti, strefolature, pali rotti o sbandati, presenza di piante vicino alla linea), per una più rapida individuazione e riparazione delle stesse. L’ispezione delle linee aeree di alta tensione con il sistema TID porta significativi benefici anche in termini di: riduzione dei costi rispetto all’utilizzo dei sistemi convenzionalmente adoperati (elicotteri, arrampicatori industriali ecc.); riduzione dei costi in termini di minor impiego di personale coinvolto nelle operazioni di misura e conseguentemente la relativa riduzione dei tempi di ispezione; maggiore qualità delle immagini grazie ad un approccio visuale ravvicinato; aumento della sicurezza per il personale. Campi di applicazione tipici: controlli periodici di manutenzione predittiva; stima dei danni; analisi dettagliata dei problemi di dispersione della rete, ecc.; analisi della vegetazione cresciuta intorno all’infrastruttura. Il sistema è anche disponibile nella versione a due diverse telecamere, entrambe montate sullo stesso supporto al fine di avere esattamente lo stesso punto di ripresa.

Un esempio di analisi attraverso le immagini termiche

Esempio di ripresa aerea di una linea elettrica

Ciò permette di ottenere un’ispezione visiva a doppia visione, sia normale (nel campo del visibile) sia ad infrarosso. In questo caso la registrazione delle immagini può essere realizzata in duplice modalità ‘split mode’ (entrambi i sistemi visibili divisi su un unico schermo) o in modalità ‘switch’ (che consente il passaggio dalle immagini in modalità daylight a quelle in modalità ad infrarossi). Oltre ad una ripresa a grandangolo e alla possibilità di effettuare degli zoom dettagliati con la telecamera che opera nel campo del visibile, in determinate zone della video ripresa è possibile inserire in sovraimpressione alcuni dati specifici a discrezione del cliente, quali ad esempio: la posizione GPS, l’altezza sul livello del mare, la data e l’orario di ripresa, nonché i principali dati della linea e tutte le altre informazioni ritenute utili. Le potenzialità per le ispezioni offerte dal sistema TID di Intellisystem Technologies sono enormi; l’evoluzione dei sensori e dei droni consentirà in pochi anni di avere macchine quasi autonome affidabili, dotate di sensori termici sempre più performanti e a più alta risoluzione che permetteranno di ottenere una mole considerevole di dati ed immagini sempre più definite. Il futuro dei droni in ambito energetico non si fermerà solo al loro utilizzo legato alla manutenzione predittiva di impianti e reti. Nell’evoluzione delle Smart City questi strumenti potrebbero avere usi diversi, dal controllo del traffico al rilevamento di dati meteorologici utili per calibrare, ad esempio, il fabbisogno di elettricità per l’illuminazione pubblica o per il riscaldamento/raffrescamento di abitazioni e uffici. Attualmente l’unico modo per utilizzare un drone in ambito professionale ed industriale è affidarsi ai pochi che hanno completato il percorso di accreditamento come operatori presso Enac con mezzi omologati. La cosa è tutt’altro che semplice, ma è necessario comprendere che far volare un oggetto radiocomandato non è uno scherzo e i danni che si possono provocare potrebbero essere notevoli.

Articolo pubblicato su Automazione e Strumentazione N. 7 – Ottobre 2016 – Anno LXIV

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