ISPEZIONI TERMOGRAFICHE MEDIANTE DRONI

ISPEZIONI TERMOGRAFICHE MEDIANTE DRONI

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ISPEZIONE

VIADOTTI

Negli Stati Uniti ci sono più di 600mila ponti, molti dei quali  – il 10 per cento – sono classificati come obsoleti e da tenere sotto controllo costante. In Italia i numeri sono più bassi, ma una tecnologia come questa potrebbe comunque intensificare il monitoraggio, abbassare i costi e consentire interventi più tempestivi. Anche per evitare il ripetersi di tragedie come quella di Genova.

Il recente crollo del ponte Morandi, nella sua gravità, ha evidenziato un problema già noto da tempo relativo al monitoraggio ed alla manutenzione delle opere civili italiane.
La questione non riguarda solo i ponti o la rete autostradale ma tutte le opere civili rilevanti per la sicurezza e l’economia. Sicuramente gli enti preposti provvederanno a migliorare il monitoraggio dello stato delle opere civili ad esempio istituendo banche dati relative ai ponti che evidenzino eventuali deficit-strutturali come già avviene negli USA: https://www.artbabridgereport.org

Le attività di monitoraggio avvengono con diverse modalità; dai controlli visivi a quelli strumentali. In base alle risultanze, i tecnici possono individuare eventuali criticità che richiedono ulteriori controlli al fine di determinare gli interventi necessari.

Un valido supporto alle varie attività di monitoraggio sono i droni.
Le pratiche esistenti devono sfruttare l’opportunità offerta dalla tecnologia dei droni e mettere a rischio gli operatori solo quando tutte le altre opzioni sono state esaurite.
Un vantaggio dell’impiego dei droni riguarda i controlli visivi, che possono essere eseguiti con maggiore frequenza e tempestività, a costi minori, evitando che i tecnici debbano operare in ambienti intrinsecamente pericolosi impiegando complesse strutture per giungere in prossimità dei vari elementi strutturali.

Utilizzo di droni in ambienti critici
I droni possono essere impiegati anche in ambienti che presentano criticità dovute ad interferenze elettromagnetiche o alla limitata accessibilità dei luoghi.
I droni di ultima generazione sono muniti di:

  • Sistemi elettronici ridondanti per volo e posizionamento in sicurezza
  • Schermature per evitare interferenze dovuti a campi elettro-magnetici
  • Sistemi di posizionamento preciso con doppia antenna a bordo, radiofaro a terra e doppio sistema satellitare
  • Presenza di transponder a bordo per non interferire il volo con altri aeromobili

STRUTTURE

In un rapporto del 2016 intitolato Colmare le lacune nelle infrastrutture globali, il McKinsey Global Institute ha stimato un divario globale di $ 350 miliardi tra gli investimenti annuali nelle infrastrutture e ciò che è necessario per supportare i tassi di crescita previsti. A meno che le società non possano colmare questa lacuna, le comunità saranno colpite da sistemi di trasporto pericolosi e congestionati, reti di telecomunicazione inefficienti e una rete energetica costosa e inaffidabile. L’attuale modello per affrontare questo problema è fare pressione sui governi affinché possano colmare da soli la differenza o creare leggi che incoraggino ulteriormente gli investimenti privati. Sebbene questo modello debba essere perseguito, le aziende del settore dovrebbero rivolgersi a nuove tecnologie per ridurre il divario attraverso miglioramenti dell’efficienza.

Considerando questo divario negli investimenti e il potenziale per migliorare i nostri ambienti urbani attraverso una manutenzione e una costruzione delle infrastrutture più intelligenti, DJI ha applicato la sua tecnologia drone per soddisfare le esigenze del settore. Questa nuova linea di droni aziendali, è stata costruita da zero per assistere in infrastrutture critiche e progetti energetici. Per coloro che non hanno familiarità con l’applicazione della tecnologia dei droni, si concentra sulla cattura di dati georeferenziati da una vasta gamma di sensori che non solo guidano i guadagni di efficienza nei metodi attuali, ma consentono anche lo sviluppo di nuove metodologie ad alta intensità di dati. Inoltre, molte ispezioni richiedono agli ingegneri di ridimensionare le strutture alte. Tali metodi non richiedono solo tempo a causa dei necessari preparativi per la sicurezza, ma sono anche intrinsecamente pericolosi. Le pratiche esistenti devono sfruttare le opportunità offerte dalla tecnologia dei droni e mettere i lavoratori a rischio solo quando tutte le altre opzioni sono state esaurite.

Con un design completamente ripensato, questo modello è la piattaforma più robusta e adattabile sul mercato. Con il nuovo software di pianificazione dei voli e di gestione delle operazioni gli utenti possono ora visualizzare con precisione i progetti più velocemente che mai. La piattaforma completamente integrata consente ai team di concentrarsi sulla gestione del progetto anziché sullo strumento.

Mantenimento di reti infrastrutturali obsolete

Negli Stati Uniti, come in molte altre economie sviluppate, le comunità hanno fatto importanti investimenti infrastrutturali decenni fa e ora queste reti stanno invecchiando rapidamente. Ciò può causare inefficienze economiche e persino rischiare la vita quando i ponti falliscono. L’American Road & Transportation Builders Association, nel Bridge Report 2017, ha scoperto che “ci sono 185 milioni di attraversamenti giornalieri su quasi 56.000 ponti statunitensi strutturalmente carenti”. Con questi numeri solo per aumentare, i team hanno bisogno di un modo per dare priorità alla manutenzione e aumentare l’efficienza con le squadre che hanno.

Con questo modello, i piloti possono configurare una telecamera zoom come Zenmuse Z30 sopra o sotto il drone per visualizzare completamente un ponte, consentendo agli ingegneri civili di capire rapidamente dove il ponte è strutturalmente debole e pianificare ulteriormente la manutenzione. Senza un modello come questo pilota per scovare costantemente i problemi, le comunità pagano notevolmente di più per un’ispezione meno frequente e dettagliata. Inoltre, poiché gli attuali metodi faticano a documentare il sito da tutti gli angoli, gli addetti alla manutenzione chiamati dopo l’ispezione spesso potrebbero non avere il quadro completo, portando a ripetute visite per risolvere completamente tutte le richieste di manutenzione.

Oltre ad assistere con le ispezioni del ponte, possiamo anche mantenere le strutture energetiche al massimo dell’efficienza attraverso ispezioni più dettagliate. Gli ispettori possono configurare il drone per acquisire informazioni visive e termiche in tandem, consentendo ai team di ispezione di coprire più terreno in un solo giorno. Le opzioni di payload sono anche sufficientemente potenti, con la capacità di raggiungere una risoluzione inferiore al millimetro a distanze fino a 50 metri e la sensibilità termica a mezzo grado.
Questa tecnologia è particolarmente importante per le risorse di energia rinnovabile e le reti di telecomunicazione, dove le aziende posizionano spesso turbine eoliche, pannelli solari e torri cellulari in aree remote. Con il portale operativo online DJI FlightHub, i piloti possono immediatamente trasmettere le ispezioni a un team di ingegneri fuori sede, consentendo ai team di collaborare in remoto quando si affrontano le aree di interesse. Ciò consente agli operatori di gestire in modo più efficiente le risorse infrastrutturali esistenti e di concentrarsi sugli investimenti in nuovi progetti.

Riduzione dei costi di manutenzione e costruzione per i nuovi progetti

Il summenzionato rapporto del McKinsey Global Institute ha rilevato che le economie emergenti rappresentano il 60% dell’investimento annuale necessario in infrastrutture, il che rappresenta un’opportunità unica per integrare la tecnologia all’inizio. Poiché i processi BIM e VDC stanno diventando una pratica comune nei progetti di costruzione a lungo termine, i droni sono una componente fondamentale per la realizzazione del pieno potenziale dei flussi di lavoro digitali poiché forniscono dati su richiesta per confrontare i progressi con i piani. I dati acquisiti dai droni amplificano i guadagni di efficienza durante l’intero ciclo di vita del progetto, dalla progettazione alla manutenzione decenni dopo. Ad esempio, con una videocamera X4S è possibile fornire dati giornalieri per generare rapidamente un ortomosaico georeferenziato del progetto che può essere tenuto per tenere traccia dei progressi e verificare il lavoro svolto dagli appaltatori. Questo funziona per risolvere rapidamente eventuali conflitti tra i subappaltatori e consente ai gestori di tenere facilmente traccia delle tempistiche del progetto riducendo al minimo il tempo necessario per rispondere alle RFI.

Mentre le economie continuano a svilupparsi, assistiamo a forti aumenti del consumo di energia pro capite. Ciò significa che i paesi devono stare al passo con la crescente domanda investendo in nuove strutture energetiche e reti di linee elettriche per garantire energia stabile e conveniente. Siamo in grado di aumentare l’efficienza e il tasso di rendimento in questi siti riducendo significativamente i costi di manutenzione, aumentando efficacemente l’offerta di investimenti per questi progetti. Ad esempio, le versioni precedenti di droni per tecnologia aerea erano in grado di ridurre i tempi di raccolta dei dati per le ispezioni dei pannelli solari visivi e termici in 8 siti da 4 giorni a 1 e mezzo. Con questa nuova tecnologia, i tempi di volo sarebbero stati dimezzati poiché i piloti avrebbero potuto montare sia una telecamera visiva che termica. Inoltre, i responsabili del sito interessati potrebbero aver immediatamente rivisto ed elaborato i dati da questo sito e molti altri, se distribuiti su larga scala, con FlightHub, semplificando l’attuale flusso di lavoro di ispezione.

Un ulteriore limite alla crescita per i paesi emergenti è la capacità di mantenere e integrare correttamente le reti elettriche che sono state erette decenni prima. Molte di queste reti erano scarsamente documentate, lasciando vuoti nei registri di manutenzione. Con questo design migliorato e robusto, le aziende energetiche possono inviare ispettori per valutare l’integrità strutturale degli isolanti e misurare le temperature dei cavi per identificare le linee danneggiate con poca preoccupazione per le condizioni meteorologiche che in precedenza potevano ritardare un progetto di giorni o addirittura settimane. Con una visione dettagliata di queste reti estese, le società di servizi pubblici possono pianificare correttamente come aggiornare queste reti e mantenere in modo efficiente quelle che non possono aggiornare immediatamente.

LINEE ELETTRICHE

Le linee elettriche per la distribuzione dell’energia elettrica su elettrodotti ad alta tensione, costituite da cavi e tralicci, non sono esente da problematiche relative alla manutenzione e da quelle causate dal deterioramento dei materiali. In particolare per assicurare la continuità del servizio è essenziale conoscere lo stato dei conduttori, dei sostegni, degli isolatori, dei trasformatori su palo e di altre componenti.

Svolgere l’attività di ispezione in questo ambito può essere pericoloso per le persone che solitamente si devono recare in prossimità delle linee. inoltre i costi possono essere rilevanti e spesso è necessario interrompere l’erogazione di energia elettrica nel tratto interessato per evidenti motivi di sicurezza.

Per ovviare e mitigare gran parte di questi problemi risulta interessante l’utilizzo di APR (Aeromobile a Pilotaggio Remoto) industriali adibiti alle ispezioni degli elettrodotti.

1) Mitigare il rischio per il personale addetto ai controlli, che solitamente si reca in prossimità delle linee ad alta tensione
2) Mitigare i costi di ispezione preventiva, programmata o straordinaria
3) Mitigare il tempo necessario all’identificazione del problema
4) Fornire in tempo reale feedback riguardanti lo stato di manutenzione e condizioni d’uso dei tralicci e dei relativi componenti critici
5) Controlli con dettaglio elevato ogni singola parte elettrica, giunzioni, isolatori, stato dei materiali, vegetazione infestante o altre situazioni indesiderate
6) Mantenersi a distanza di sicurezza operando con zoom ottico 30x stabilizzato, fornendo video completamente stabili ed in alta definizione, da cui ricavarne anche dei singoli fotogrammi
7) Verificare lo stato di manutenzione dei conduttori, dei sostegni, degli isolatori e dei trasformatori su traliccio
8) Garantire la continuità del servizio elettrico fornito

Questa tipologia di controllo avviene con linee elettriche in tensione, ovvero senza ricorrere ad alcuna interruzione del servizio e quindi senza alcun disagio alla clientela.

DOPPIA TELECAMERA

Una termocamera al fine di individuare la presenza di eventuali punti “caldi”, 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.

Una telecamera con zoom 30x ottico e 6x digitale (180x complessivo) per un’analisi della stato della linea, quali il deterioramento degli isolatori, pali, armamento, terreno, dispositivi di protezione contro le sovratensioni come anche le condizioni dei trasformatori a palo, condizioni esterne delle cabine, presenza di piante vicino alla linea.

Ai clienti e ai tecnici professionisti del Fornitore di Energia Elettrica vengono fornite fotogafie geolocalizzate relative ai dettagli sia conformi che non oltre alle analisi termografiche certificate che, tramite valutazioni e stime, possono programmare gli eventuali interventi da mettere in atto.

L’ELETTRODOTO: CENNI STORICI

L’elettrodotto in ingegneria elettrica è un’infrastruttura di rete destinata al trasporto di energia elettrica ad alta tensione. Hanno delle caratteristiche fortemente variabili, in funzione della tensione di esercizio e se la corrente trasmessa è in continua o in alternata.

Gli elettrodotti aerei sono costituiti da sostegni a traliccio o tubolari realizzati in metallo, progettati in modo da mantenere il conduttore in tensione (le corde metalliche) a un’altezza dal terreno sufficientemente elevata da assicurare isolamento elettrico e rispetto dei valori limite dei campi elettromagnetici al suolo.

L’altezza del traliccio dipende dalla tensione di esercizio, gli elettrodotti in media tensione solitamente presentano sostegni più leggeri e di altezza ridotta.

Un elettrodotto in linea aerea è composto da una serie di elementi che possono essere globalmente suddivisi in “sostegni”, “conduttori” ed “equipaggiamenti” (isolatori, morsetteria, corna e/o anelli spinterometrici, dispositivi antivibranti), che sono costantemente sollecitati, motivo per cui è importante conoscerne sempre lo stato per garantire una continuità di servizio.

I SOSTEGNI

Per linee a bassa e media tensione i sostegni consistono in semplici pali in legno, acciaio o cemento armato centrifugato. Nelle linee ad alta e altissima tensione vengono utilizzati i “tralicci” .

I tralicci sono strutture reticolari realizzate con profilati di acciaio zincato con sezioni a L o a T. Questo tipo di strutture permettono di ridurre al minimo la quantità di metallo utilizzato, offrire una bassa resistenza al vento e ridurre l’impatto visivo della struttura.

Si definisce “campata” la parte di conduttore di energia compresa tra due sostegni.

Ogni sostegno è formato da:

  • fondazioni: parte interrata in acciaio e calcestruzzo;
  • tronco o fusto: parte verticale;
  • mensole: parti del sostegno che sporgono in direzione trasversale rispetto al fusto, alle quali vengono connessi i conduttori (mediante interposizione degli isolatori);
  • cimino (o cimini): sporgenze verticali superiori, realizzate per connettere al sostegno la fune di guardia sufficientemente in alto da schermare i conduttori dalla fulminazione diretta.

IL CONDUTTORE

Il conduttore è quella corda metallica presente tra un sostegno/traliccio e l’altro. Maggiore è la corrente da essere trasportata e maggiore è la sezione del conduttore, motivo per cui viene utilizzato come materiale l’alluminio che, sebbene presenti una conducibilità elettrica inferiore al rame, è caratterizzato anche da densità e costo inferiori.

Inoltre, un minor peso garantirebbe uno sforzo minore all’isolatore e al sostegno stesso.

Il peso delle campate (i tratti di conduttore sospesi a catenaria tra due sostegni successivi), generalmente comprese tra i 200 e i 1.000 metri, dà origine a tiri di diverse tonnellate nei conduttori, pertanto i conduttori sono quasi sempre realizzati in corde bimetalliche composte da fili di acciaio. L’impiego di una fune bimetallica permette di godere dell’alta conducibilità dell’alluminio e dell’alta resistenza meccanica dell’acciaio.

LE FUNI DI GUARDIA

Le funi di guardia fungono da parafulmini per i sottostanti conduttori di energia e sono collegate meccanicamente ed elettricamente ai sostegni, che sono a loro volta singolarmente messi a terra. Le funi di guardia quindi, oltre a costituire una protezione diretta dalla fulminazione, mettono in parallelo elettrico i sostegni dell’elettrodotto, riducendo la resistenza di terra globale della linea.

LA NOSTRA ESPERIENZA PASSATA

Più di 25 anni nell’impiego di sensori industriali e recentemente (ultimi 5 anni) sensoristiche montate sul drone, in collaborazione con il RINA.

Molte delle linee elettriche da ispezionare possono essere piuttosto semplici, grazie alla possibilità di avvicinarsi in prossimità del traliccio e decollare senza alcuna difficoltà dal terreno ma molto dipende dal contesto della misssione (difficoltà di raggiungere o avvicinarsi all’area delle operazioni) e dall’esigenza di richiedere eventuali NOTAM.

LA NOSTRA  ESPERIENZA ATTUALE

Recentemente utilizziamo UAV DJI Matrice 210 RTK per le possibilità che questo mezzo durante le ispezioni dei tralicci. Grazie alla facile integrazione di payload multipli, come termocamera e camera ottica con zoom entrambe stabilizzate, è possibile ottenere un immagine in alta definizione pur mantenendo una distanza di sicurezza di 15 metri dal traliccio. La sua compattezza permette di essere trasportato in una valigia pratica, con al suo interno tutto il necessario (Radiocomando, Batterie, Camere ecc..)

Inoltre, grazie ai vari sensori di prossimità e alla precisione dei dati telemetrici sarà impossibile impattare contro qualunque ostacolo.

COME EFFETTUIAMO LE OPERAZIONI

Il decollo avviene solitamente presso un area libera da ostacoli per poter raggiungere il traliccio che si deve trovare ad una distanza massima di 500 metrI. Posizionare il drone in hovering con la prua diagonale al traliccio in modo che tutte le componentistiche si possano vedere in dettaglio sul cielo e senza che il pilone disturbi troppo l’immagine e possa confondere eventuali anomalie. Dopo di che, con la camera termica si verifica la presenza di eventuali punti caldi che mi indicassero un eventuale anomalia agli isolatori. Con l’utilizzo dell’ottica con zoom si effettua poi un ispezione visiva di eventuali arrugginimenti, rotture, ecc. di ogni ogni singolo componente, come bullonerie, stato del materiale del pilone, eventuali nidi ,ecc.

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