Un sensor en la red eléctrica detecta una señal extraña en la corriente o el voltaje.¿Qué está pasando? ¿Causará una interrupción?Por lo general, un trabajador de servicios públicos debe viajar en persona para realizar la verificación.Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía han desarrollado un nuevo sistema automatizado de inspección con drones que puede responder rápidamente al comportamiento inusual de la red eléctrica, especialmente en áreas remotas a las que es difícil llegar para un trabajador.

ORNL demostró el nuevo enfoque en un centro de capacitación para trabajadores de líneas eléctricas propiedad del socio de servicios públicos EPB de Chattanooga en Tennessee.Una grabación de estallidos, como los producidos por un arco de electricidad sobrecalentada, inició el ejercicio.En unos momentos, un dron se elevó en el aire, siguiendo las coordenadas del GPS para verificar si había problemas.

Flotando cerca de líneas eléctricas, el dron filmó el equipo con una cámara diminuta y luego llamó a otros drones que portaban imágenes de alta resolución.sensores acusticos, sensores de radiofrecuencia u otros equipos especializados.Los drones transmitieron en vivo su inspección al centro de comando de la EPB y al Laboratorio de Análisis y Operaciones de Red vinculado a ORNL en Knoxville.Los sensores montados en drones pueden recopilar suficiente información para que la empresa decida si envía un camión con plataforma para mantenimiento urgente y evitar un corte de energía.

La demostración demostró que los humanos no tienen que estar directamente involucrados con este nivel de monitoreo de la red, dijo el investigador principal Peter Fuhr, quien también dirige el grupo de Comunicaciones y Sensación de Red en ORNL.Los sensores basados ​​en drones podrían detectar problemas más rápidamente.

EPB está interesada en implementar este enfoque porque el reconocimiento temprano y preciso de fallas en las líneas eléctricas puede evitar cortes y ahorrar dinero.

"La mayor oportunidad es identificar fallas inminentes en los equipos", dijo Jim Glass, vicepresidente asistente de Operaciones de Redes Inteligentes de EPB."Al igual que con su salud, si detecta los problemas a tiempo, puede corregirlos con menos gastos y dificultades. Abordar los problemas de forma proactiva antes de que los clientes experimenten interrupciones proporciona un enorme beneficio".

La inspección automatizada con drones y su tecnología son parte de un proyecto colaborativo llamado Sistemas y sensores de medición inteligentes autónomos, o AIMS.Los investigadores de ORNL desarrollaron el sistema para utilizar comunicaciones de máquina a máquina para detectar automáticamente problemas, generar órdenes de trabajo y coordinar la inspección de equipos de transmisión eléctrica con drones en varias etapas.El proyecto también apoya el procesamiento de datos e imágenes de drones para que sean útiles en la toma rápida de decisiones.

AIMS personaliza drones, sensores y software disponibles en el mercado junto con nueva tecnología, algoritmos y protocolos automatizados desarrollados por ORNL.El uso de tecnología comercial cuando sea posible hace que el enfoque sea práctico y asequible para los proveedores de electricidad.

"Esto es completamente nuevo para el mundo de los servicios públicos", dijo Fuhr."Nadie había creado esto como un sistema holístico antes. Tomamos estos componentes y los operamos de una manera muy diferente, adaptando las matemáticas, el hardware y el software a las necesidades de las empresas de servicios públicos".

En los casos en que los productos disponibles comercialmente no eran asequibles para su uso en un sistema de servicios públicos, el equipo de ORNL diseñó una nueva tecnología.Por ejemplo, las cámaras ultravioleta para los drones tenían un precio de 25.000 dólares y pesaban 10 libras.Los investigadores de ORNL inventaron una combinación de sensor de luz visual/ultravioleta/invisible que cuesta menos del 1% del costo y pesa menos de una libra, dijo Fuhr.

Así es como funciona el proceso de inspección: sensores montados en líneas eléctricas y transformadores en toda la red activan el proceso cuando recopilan información.El sistema de gestión centralizado de la empresa de servicios públicos puede comparar automáticamente estas lecturas de corriente y voltaje con formas de onda en la Biblioteca de firmas de eventos de red, un vasto repositorio DOE de datos de la red mantenido por ORNL.

Cuando se identifica una actividad irregular, se puede ordenar automáticamente a una unidad de control terrestre que envíe un dron explorador desde una subestación eléctrica.El sistema puede decidir qué dron está más cerca con el alcance y la carga de batería adecuados.

El dron explorador utiliza coordenadas de posicionamiento global para localizar y comprobar el área con un sensor de radiofrecuencia, cámaras visuales e infrarrojas y un simple detector de sonido.El dron puede monitorear su propia batería, esquivar obstáculos como árboles y líneas eléctricas, registrar lecturas y transmitirlas en tiempo real mediante conexión inalámbrica oredes celularesâo en el caso de la demostración, a través de la red de fibra óptica de EPB.

Según la información recopilada por el dron explorador, el sistema de control terrestre puede enviar otros drones equipados con capacidades de inspección más especializadas.Fuhr compara el dron explorador con una enfermera de clasificación de urgencias.

"Te presentas en la sala de emergencias, donde una persona evalúa tu condición y decide si necesitas un especialista", dijo."Esto funciona igual. El explorador decide qué tipo de medición se necesita en función de si hay un arco eléctrico, un fusible roto o una derivación en una línea eléctrica".

Los datos de los sensores de los drones, así como su ubicación y estado operativo, podrían transmitirse al sistema de control central en tiempo real.Los investigadores están trabajando en formas de que este procesamiento ocurra cerca del dron, como en una subestación, reduciendo el consumo de la batería y el riesgo de interrupción de las comunicaciones.La comunicación basada en cuántica generará claves aleatorias que cifrarán el acceso a los datos del sensor y protegerán los controles de los drones, añadió Fuhr.

Aunque este método de inspección está diseñado para funcionar independientemente de la intervención humana, una función de anulación incorporada permite a una persona aterrizar inmediatamente los drones o enviarlos de regreso a sus cargadores.

La investigadora de ORNL Elizabeth Piersall adaptó los componentes del sensor y desarrolló un software de control para el dron y las cámaras.También creó algoritmos para reconocer los peligros de los equipos eléctricos que son visibles en el video.

"Queremos entender cómo utilizar estos sensores para identificar con precisión los arcos activos, incluso cuando se trata de resolución potencialmente pobre y vibración del motor de sensores y drones asequibles", dijo.Para entrenar estos modelos, Piersall ha podido utilizar un gran tesoro dezumbidoVideo tomado durante inspecciones de rutina de líneas eléctricas a través de una asociación anterior de EPB con la Universidad de Tennessee en Chattanooga.Fuhr imagina una flota de drones, cada uno equipado con una capacidad de detección diferente, en espera en cargadores inalámbricos en subestaciones.

EPB tiene alrededor de 100 subestaciones que cubren 600 millas cuadradas de área de servicio, pero Glass dijo que prevé equipar primero las 20 subestaciones más grandes y luego agregar más según sea necesario.Equipar las subestaciones con los drones asequibles que ORNL identificó sería mucho más económico que el costo de enviar trabajadores de línea capacitados en un camión con plataforma para revisar líneas y equipos eléctricos remotos.

Glass dijo que EPB tiene el mismo interés en utilizar drones para inspecciones de líneas de rutina y de emergencia después de tormentas."El primer paso en los esfuerzos de restauración después de un evento climático importante es evaluar dónde se encuentran los daños más graves, y los drones podrían ser una gran ventaja en eso".

Piersall señaló que aunque las empresas de servicios públicos tienen miles de sensores estacionarios en la red, estos no ofrecen una manera fácil de ver de cerca los equipos elevados mientras están en funcionamiento."Esto proporciona una perspectiva sobre la información que los especialistas de servicios públicos tal vez no tendrían de otra manera", afirmó."No sólo estamos encontrando una mejor manera de hacer algo que ya se puede hacer. Estamos brindando una nueva capacidad".

Los investigadores de ORNL Gary Hahn, Ali Ekti, Bill Monday, Jason K. Richards y Ozgur Alaca y las estudiantes de la Universidad de Tennessee Emma Foley y Stephanie Tomasik también contribuyeron a la investigación.