DE102016011511A9 - Inspection of overhead lines using autonomous flying drones (or multicopter, surface aircraft, UAV or UAS) - Google Patents
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- H02G1/02—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for overhead lines or cables
Abstract
Aufgabe und Zielsetzung Die Betreiber von Freileitungen sind verpflichtet, in bestimmten Abständen Inspektionen an den Freileitungen durchzuführen. Bei der Inspektion sind verschiedenen Verfahren möglich, begrenzt durch die Höhe der Objekte und durch die erreichbare Höhe der Hebezeuge. Die Kosten für die Hebezeuge sind erheblich. Ziel der Erfindung ist es, eine sensorbasierte Befliegung zur Messgrößenaufnahmen sowie zur zerstörungsfreien Prüfung von Masten, Isolatoren, Seilen und den dazugehörigen Armaturen von Freileitungen auszuführen. Lösung Die erfinderische Tätigkeit betrifft ein neues Verfahren zur Inspektion von Freileitungen der Nieder-, Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsebenen, wobei die Aufnahme von relevanten Messgrössen (siehe Zeichnung 1) durch den Einsatz von akustischen Sensoren, von Sensoren zur Messung elektrischer Felder von optischen Sensoren in verschiedenen Frequenzbändern, von Sensoren zur Messung elektro-magnetischer Felder, verschiedener Fusionen und durch eine automatisierte Befliegung der Freileitung/Objekte in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern erfolgt. Die Inspektion erfolgt kostengünstiger. Anwendungsgebiete Inspektion von Freileitungen der Nieder-, Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsebenen.Task and objectives The operators of overhead lines are obliged to carry out inspections on the overhead lines at certain intervals. Various methods are possible during the inspection, limited by the height of the objects and the achievable height of the hoists. The cost of the hoists is significant. The aim of the invention is to carry out a sensor-based aerial survey for measuring size recordings and for the non-destructive testing of masts, insulators, cables and the associated fittings of overhead lines. Solution The inventive step concerns a new method for the inspection of overhead lines of low, medium, high and extra high voltage levels, where the inclusion of relevant quantities (see drawing 1) by the use of acoustic sensors, sensors for measuring electric fields of optical Sensors in different frequency bands, of sensors for measuring electromagnetic fields, various fusions and by an automated aerial survey of the overhead line / objects in high electric and electromagnetic fields takes place. The inspection is cheaper. Areas of application Inspection of overhead lines of low, medium, high and extra high voltage levels.
Description
Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Inspektion von Freileitungen betreff vorgegebener/nicht vorgegebener Inspektion zur Erkennung von Schäden durch Umwelteinflusse, elektrischer oder mechanischer Abnutzung sowie der Erkennung von notwendigen Sicherheitsabständen der Vegetation. Zum Teil bereits bekannte Verfahren sind dem Dokument „
Aus dem gegebenen Stand der Technik heraus ist es Vorschrift gemäß der Betreiber von Freileitungen in bestimmten zyklischen Abständen eine Inspektion der Objekte durchzuführen. Diese Inspektion im Rahmen der zustandsorientierten Wartung (Condition Based Maintenance) wird von speziell geschulten, sachkundigen Mitarbeitern teilweise unter Zuhilfenahme von Helikoptern und anderen Geräten oder auch durch Begehung/Besteigung durchgeführt. Zur Freileitung gehören die Masten mit Fundament und Tragwerken aus Metall, Holz oder Beton, die Isolatoren (Glas, Keramik, Polymere), die Leiterseile (Stahl, Aluminium, Kupfer), sowie die Armaturen (Abstandshalter, Verbindungsmuffen, Warnkugeln, Fittings, Schwingungsdämpfer, Korona-Ringe, Funkenstrecken), Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
Dabei sind folgende Verfahren möglich: für die Inspektion an Freileitungsmasten erfolgt in der Regel eine direkte Besteigung anhand von vorhandenen Steighilfen. Es werden aber auch Kräne oder Hebebühnen mit Personalkorb eingesetzt. Dieser Methode werden vor allem in den Hoch- und Höchstspannungsebenen durch die Höhe der Objekte und durch die erreichbare Höhe der Hebezeuge Grenzen gesetzt. Die Kosten für die Hebezeuge sind erheblich. Für die Inspektion der Leiterseile sind Begehungen oder Befahrungen am Boden üblich mit bloßem Auge oder mit Hilfe von Ferngläsern und Teleobjektiven. Hierbei ist der Nachteil gegeben, dass durch die hohe Brennweite der Objektive eine Unschärfe und Verwackelungen bei der Handhabung auftreten und eine eingeschränkte Perspektive vom Boden aus gegeben ist. In unwegsamen Geländen (Bergregionen, Sümpfe, Wälder) ist diese Methode sehr schwierig und zeitaufwendig. Des Weiteren ist eine Untersuchung der gesamten Freileitung mittels Helikopter oder Flächenflugzeugen möglich. Die Kosten für diese bemannten Fluggeräte sind erheblich. In urbanen Räumen kommt die Lärmbelastung hinzu. Für die Befliegung sind zudem Sondergenehmigungen erforderlich und die Piloten müssen eine spezielle Schulung erhalten. Relativ neu sind Roboter, die auf den Phasen- oder Erdseilen von Hochspannungsleitungen fahren und dort Inspektionen und z. T. auch Reparaturen durchführen können Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
Sämtliche Verfahren zur Inspektion der Freileitung haben den wesentlichen Nachteil dahingehend, dass sie hohe Kosten und Zeitaufwände verursachen Die Nachteile sind bereits zum Teil bekannt, siehe
Ziel der Erfindung ist es, eine sensorbasierte Befliegung zur Inspektion sowie zur zerstörungsfreien Prüfung von Masten, Isolatoren, Seilen und den dazugehörigen Armaturen von Freileitungen auszuführen Die Ausführungen sind bereits bekannt, siehe
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Inspektion von Freileitungen zu beschreiben, welches mit einem geringen Aufwand an Kosten und Zeit ein optimales, sensorgesteuertes Monitoring und eine Inspektion gewährleistet Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Hautpanspruch 1 mit seinen Unteransprüchen realisiert wird.The object is achieved in that the
Dabei wird ein Verfahren zur Inspektion von Freileitungen so ausgeführt,
- – dass eine Inspektion mit Hilfe einer sensorgestützen Flugdrohne bekannter Bauart ausgeführt wird und dabei in einem geringen Abstand die Objekte optisch erfasst werden und mit einer Datenübertragung zwischen Flugdrohne und einer Basis Station die Auswertung stattfinden kann. Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
DE 601 24 224 T2 - – dass der Abstand der Flugdrohne zum Objekt zwischen 1–20 Meter ausgeführt wird,
- – dass bei der Realzeitauswertung der notwendige Abstand zur optischen Erfassung der Schäden zur besseren Erkenntnis so verändert wird, dass eine optimale Auswertung stattfinden kann Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
DE 601 24 224 T2 - – dass die Flugdrohne mit Video-/Fotokameras und/oder sowie einem oder mehreren Sensoren ausgerüstet wird. Die Ausführung sind bereits zum Teil bekannt, siehe
DE 601 24 224 T2 - – dass die Flugdrohne mit einer Kombination aus satellitengesteuerter und bildgesteuerter Navigation autonom fliegt, mit der Möglichkeit eines manuellen Eingriffs in die Steuerung. Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
DE 601 24 224 T2 - – dass Sensoren verwendet werden, die eine invasive, zerstörungsfreie Prüfung der Materialien und Komponenten einer Freileitung ermöglichen.
- – Diese Sensoren arbeiten im elektromagnetischen, akustischen und multispektralen optischen Bereich.
- - That an inspection is carried out using a sensor-supported aircraft drone known type and thereby the objects are optically detected at a small distance and the evaluation can take place with a data transfer between drone and a base station. The versions are already partially known, see
DE 601 24 224 T2 - - that the distance of the flight drone to the object is between 1-20 meters,
- - That in the real-time evaluation of the necessary distance to the optical detection of damage for better knowledge is changed so that an optimal evaluation can take place The versions are already partially known, see
DE 601 24 224 T2 - - That the aerial drone is equipped with video / photo cameras and / or one or more sensors. The execution is already partly known, see
DE 601 24 224 T2 - - That the flying drone autonomously flies with a combination of satellite-controlled and image-controlled navigation, with the possibility of manual intervention in the control. The versions are already partially known, see
DE 601 24 224 T2 - - that sensors are used that enable invasive, nondestructive testing of overhead line materials and components.
- - These sensors operate in the electromagnetic, acoustic and multispectral optical range.
Das Verfahren wird erfindungsgemäß so ausgeführt, dass die Inspektion von Freileitungen im Abstand von 1–20 Metern mit Flugdrohnen durchgeführt wird, die mit optischen Erfassungsgeräten und anderen Sensoren ausgerüstet sind. Die Ausführung ist bereits bekannt, siehe
Es ist vorteilhafterweise sinnvoll, eine direkte Bildfernübertragung von der Flugdrohne während des Fluges über einen Bildschirm oder eine Videobrille auszuführen und somit das Objekt vor Ort direkt zu inspizieren. Die Ausführung ist bereits bekannt, siehe
Bei Detektion einer Schadensstelle wird eine detailliertere Analyse eingeleitet. Dabei wird der Abstand zwischen der Flugdrohne und dem Objekt zur besten Aufnahmemöglichkeit in ihrer Entfernung zueinander optimal verändert oder die Fokussierung der optischen Instrumente und anderen Sensoren vergrößert.Upon detection of a damaged area, a more detailed analysis is initiated. In this case, the distance between the flying drone and the object to best recording option in their distance from each other optimally changed or increases the focus of the optical instruments and other sensors.
Die Flugdrohne ist eine Trägerplattform in der Größe eines Modellfluggerätes bekannter Bauart, mit Flugeigenschaften wie Steig- und Sinkflug, Vorwärts-, Rückwarts- und Seitwärtsflug sowie Schwebeflug und Streckenflug (long distance flights). Für eine vertikale Befliegung, wie sie z. B. an den Strommasten erforderlich ist, ist eine Drohne mit mehreren Rotoren geeignet (Multikopter). Für die horizontale Befliegung ist eine Drohne mit Tragflächen unter Umständen besser geeignet. Es sind aber auch hybride Lösungen bekannt, die eine Kombination der geschilderten Befliegungen darstellen. Die Ausführung ist bereits bekannt, siehe
Die Vorteile des Verfahrens liegen darin begründet, dass die Inspektion kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand durchführbar ist. Durch die sensorbasierte Inspektion der Objekte ist es möglich, den Zustand des jeweiligen Objektes bezüglich Alterung, Abnutzungsgrad ... etc. zu treffen. Es ist weiterhin möglich, ohne großen finanziellen und zeitlichen Aufwand eine erste Einschätzung zum Zustand des Objektes (Gefährdung) sowie eine erste Klassifizierung zu erstellen und über mögliche Maßnahmen (Reparatur, Austausch) zu entscheiden. Die Ausführung ist bereits bekannt, siehe
- – die höhere Qualität der Inspektion, da Bereiche optisch erfassbar sind, die von der Bodenperspektive verborgen bleiben,
- – die höhere optische Auflösung durch den geringeren Abstand zu den Objekten, gegenüber der Boden oder Helikoptersicht.
- – die erweiterten Analysemöglichkeiten durch spezielle Sensoren, die erst durch die unmittelbare Nähe zur Schadensstelle wirksam werden [0014]. Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Inspektion von Freileitungen, von denen Verfahrensteile – insbesondere die Aufnahme von Bildern – bereits bekannt sind und auf welche oberhalb verwiesen wurde. Das neuartige Verfahren beschäftigt sich mit der Aufnahme von Messdaten an Freileitungen in der Neuartigkeit, dass die Datenaufnahmen (siehe
1 Ausprägung ➀), welche in der ursprünglichen Anmeldung enthalten sind, wie unterhalb beschrieben erfolgen, insbesondere - – durch den Einsatz von akustischen Sensoren,
- – durch den Einsatz von Sensoren zur Messung elektrischer Felder,
- – durch den Einsatz von optischen Sensoren in verschiedenen Frequenzbändern,
- – durch den Einsatz von Sensoren zur Messung elektro-magnetischer Felder
- – durch den Einsatz verschiedener Fusionen, insbesondere Informations-, Daten- und Sensorfusionen
- – durch eine automatisierte Befliegung der Freileitung/Objekte in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern (siehe
Zeichnung 1 Ausprägung ➁) basierend auf einer Kombination aus satellitengesteuerter und bildgesteuerter Navigation.
- - the higher quality of the inspection, as areas are optically detectable, which remain hidden from the ground perspective,
- - The higher optical resolution due to the smaller distance to the objects, compared to the ground or helicopter view.
- - The extended analysis options by special sensors, which only become effective through the immediate proximity to the point of damage [0014]. The present invention relates to a novel method for the inspection of overhead lines, of which process parts - in particular the recording of images - are already known and to which reference was made above. The novel method deals with the recording of measurement data on overhead lines in the novelty that the data recordings (see
1 Expression ➀), which are included in the original application, as described below, in particular - - through the use of acoustic sensors,
- - through the use of sensors to measure electric fields,
- - through the use of optical sensors in different frequency bands,
- - through the use of sensors for the measurement of electromagnetic fields
- - through the use of various mergers, in particular information, data and sensor mergers
- - by an automated aerial survey of the overhead line / objects in high electrical and electromagnetic fields (see drawing
1 Expression ➁) based on a combination of satellite-controlled and image-controlled navigation.
Durch die Datenaufnahme unter Einsatz von optischen Sensoren in verschiedenen Frequenzbändern und deren Auswertung erfolgt die Identifizierung und Ortung von Fehlstellen und Fremdkörpern an der Freileitung. Die erfinderische Tätigkeit liegt in der Korrelation von verschiedenen Sensoren und der autonomen Erkennung/Lokalisierung von Fehlstellen in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern (siehe
Durch die Datenaufnahme unter Einsatz von akustischen Sensoren und deren Auswertung erfolgt die Identifizierung und Ortung von Fehlstellen insbesondere durch elektrische Teilentladungen. Die erfinderische Tätigkeit liegt in der Korrelation von verschiedenen Sensoren und der autonomen Erkennung von Fehlstellen in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern (siehe Zeichnung
Durch die Datenaufnahme unter Einsatz von Sensoren zur Aufnahme elektrischer Felder und deren Auswertung erfolgt die Identifizierung und Ortung von Fehlstellen inbesondere durch nichtlineare Spannungsverteilung. Die erfinderische Tätigkeit liegt in der Korrelation von verschiedenen Sensoren und der autonomen Erkennung von Fehlstellen in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern (siehe
Durch die Datenaufnahme unter Einsatz von Sensoren zur Aufnahme elektro-magnetischer Impuls-Felder erfolgt die Identifizierung und Ortung von äußeren und inneren Fehlstellen des Isolators. Die erfinderische Tätigkeit liegt in der Korrelation von verschiedenen Sensoren und der autonomen Erkennung von Fehlstellen in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern (siehe
Die Abfolge der einzelnen Funktionen innerhalb des Geschäftsprozesses ist dem Dokument „Geschäftsprozessbeschreibung” zu entnehmen.The sequence of the individual functions within the business process can be found in the document "Business Process Description".
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 202013010593 U1 [0001] DE 202013010593 U1 [0001]
- DE 60225614 T2 [0002, 0003, 0004, 0005, 0006, 0012, 0013] DE 60225614 T2 [0002, 0003, 0004, 0005, 0006, 0012, 0013]
- DE 60124224 T2 [0008, 0008, 0008, 0008, 0009, 0010, 0012] DE 60124224 T2 [0008, 0008, 0008, 0008, 0009, 0010, 0012]
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