Ultra Yüksek Gerilim Hat Bakımında Drone Tabanlı Yerine Koyma Teknolojileri Üzerine Araştırma ve Analiz

Bir bölgede, süper yüksek gerilim (SÜY) hatlarının bakımından sonra aşağıdaki sorunlar ortaya çıktı: mevcut dronların, SÜY hatlarının geniş ölçekli ve kapsamlı inceleme ve bakım taleplerini karşılamak için yeterli performansa sahip olmadığı. Pratik işlemlerde, dronlar yetersiz dayanıklılık, sınırlı görüntü alma yeteneği ve zayıf elektromanyetik interferans (EMI) direnci gösteriyor, bu da incelemenin etkinliğini olumsuz etki ediyor ve SÜY hattı arızalarının doğru tanımlanmasını engelliyor.

SÜY hatlarının büyük uzunluğu ve yerel doğal çevrelerin etkisi nedeniyle, algılama cihazları ile donatılmış dronlar uzun süreli uçuşu sürdüremez, bu da inceleme etkinliğini azaltır. Belirtilen örnekte, hatta yağ-elektrik hibrit dronlar bile 3 saatten az bir uçuş süresi elde edebildi, bu da incelemeler sırasında sık pil değişimi gerektirdi. Ayrıca, şu anki dron tabanlı inceleme sistemleri işlevsel tamamlığı eksik—çok boyutlu, çok işlevli inceleme yeteneklerini desteklemez—bu da inceleme doğruluğunun yetersiz kalmasına neden olur. Bu, hat arızalarının veya diğer arızaların tespit ve işleminin gecikebilmesine yol açabilir, bu da normal elektrik iletimini doğrudan etkiler.

Bu zorlukları aşmak için, şirketimiz bölgedeki belirli SÜY altyapısına ve hat bakımı için mevcut dron uygulama performansına dayalı olarak, drona monte edilmiş bir robot kol ile entegre edilmiş yeni bir SÜY hat inceleme teknolojisi geliştirdi. Bu çözüm, yukarıda belirtilen sorunları çözmeyi amaçlarken, düşük enerji tüketimi, uzun dayanıklılık, düşük maliyet, yüksek yük taşıma kapasitesi ve güçlü çevresel algılama gibi temel gereksinimleri karşılamayı hedefler.

1.Teknik Çözüm: SÜY Hat Bakımı için Drona Monte Edilmiş Robot Kol
1.1 Tasarım Kavramı
Bu teknoloji için kritik dikkate alınacak noktalar, yalıtım tasarımı, robot kol hareket kontrolü ve destekleyici alt sistemlerdir. Mevcut SÜY bakım sorunlarını etkili bir şekilde çözmek ve uygulama engellerini aşmak için makul bir teknik tasarım sağlanması önemlidir.

Şirketimiz, SÜY bakım ortamının robot kol üzerindeki yalıtım gereksinimlerini kapsamlı bir şekilde değerlendirdi. Buna dayanarak, kolu, rotörleri, çerçeveyi ve gövdeyi canlı iletkenlerden çeşitli mesafelerde deneyimleyen maksimum elektrik alan şiddeti ve voltaj değişimlerini hesapladık. Ardından, teknik çözümün sonraki iyileştirmeleri için hedeflenen performans testleri tasarlandı.

Temsilci SÜY bakım senaryolarını seçerek standart operasyon prosedürleri ve güvenlik protokolleri tanımlandı. Robot kolun çok serbestlik dereceli yapısı, en uyumlu dron-manipülatör yapılandırmasını belirlemek için optimize edildi. Benzersiz işletim ortamı göz önünde bulundurularak, gerçek zamanlı görüntü kalitesini artırmak için orijinal görüntü alma donanımı ve veri iletim yazılım/donanımının güncellenmesi önerildi.

1.2 Elektromanyetik Interferans (EMI) Azaltma Önlemleri
Örnekteki SÜY hatları, uzun açıklar ve geçişler içerir, bu da karmaşık ve dinamik bir elektromanyetik ortam oluşturur. Hatların etrafındaki güçlü manyetik alanlar ve yakındaki iletişim baz istasyonlarından gelen yoğun sinyaller, dron-manipülatör sisteminin iletişimlerini ciddi şekilde bozabilir. Ayrıca, manipülatör işlemleri sırasında uzun mesafe veri iletimi, çapraz konuşma nedeniyle operasyon güvenliğini tehlikeye atabilir.

Buna karşılık, şirketimiz aşağıdaki EMI koruma önlemlerini öneriyor:

• SÜY hatlarının yakınındaki yüksek yoğunluklu manyetik alanların dronun iç devrelerine potansiyel zararlarının analizi.

• Kabın yüzeyine, sinyal kablolarına ve tüm kaplama kenarlarına ekranlama uygulamaları.

• Dronun dışına belirlenen kalınlıkta iletken bir kaplama püskürtülerek elektromanyetik interferans azaltılması. Kaplama için uygun olmayan bileşenler için bakır tel bağlama kullanılarak eşdeğer ekranlama etkinliği sağlanır.

1.3 Robot Kol Yapısal Tasarımı
Şekil 1'de gösterildiği gibi, robot kol şunları içerir:
(1) Kavrama cihazı; (2) Servo koruma kutusu; (3) Sıfır değer dedektörü adaptörü; (4) Yüksek gerilim test adaptörü; (5) yalıtım çubuğu; (6) Sınırlayıcı çubuk; (7) Epoksi reçine yalıtım katmanı; (8) Yaw özel yatak dairesi; (9) Bağlantı çubuğu; (10) Roll özel yatak dairesi.

SÜY ortamlarında yalıtım gereksinimleri göz önünde bulundurularak, şirketimiz dronun alt kısmıyla iniş takımları arasında yalıtım vidaları kurulumunu önermektedir. Yalıtım katmanının alt tarafı, metal bir yatak dışarıdan sabitlenmiş olan yaw özel yatak dairesine bir çelik çerçeve ile bağlanır. Yaw servo motoru, yatağın sağ tarafına monte edilerek, robot kolun yukarı-aşağı hareketini sağlar.

Hatların etrafındaki uzaydaki yüksek yoğunluklu manyetik alanların neden olduğu interferans göz önünde bulundurularak, şirketimiz yalıtım çubuğunun içinde servo motor sürücü hatlarının kurulumunu ve servoya özel bir yalıtkan koruma kasası ile donatmayı önermektedir. Bu, servoyu dışardaki yüksek gerilim ortamından kaynaklanan elektromanyetik ani yükselişlerden etkili bir şekilde izole eder. Ayrıca, servonun etrafındaki boşluklara bakır tel bağlama uygulanarak ekipotansiyel bağlanma sağlanarak, servonun iç devrelerinde elektromanyetik dalga nedeniyle oluşabilecek arızaların riski azaltılmıştır.

2.Drona Monte Edilmiş Robot Kol ile SÜY Hat Incelemesi Simülasyon Deneyi
2.1 Simülasyon Tasarımı
Örnekteki SÜY hatlarının bakım kayıtlarına dayanarak, aşağıdaki yapısal parametreler elde edildi: düz çizgi kulelerinin toplam yüksekliği 3200 mm; büyük şed yarıçapı 2400 mm; orta şed yarıçapı 3200 mm; küçük şed yarıçapı 2700 mm; ve iletken çapı 17,48 mm, Şekil 2'de gösterildiği gibi.

Simülasyon deneyinde, dron sistemi pervaneler, çerçeve ve gövde için karbon fiber malzemeler seçerek genel performansını artırmak için bu tercihi yaptı.

Çevresel uzay elektrik alanının ultra yüksek gerilim (UHG) hatlarının dron tabanlı bakım operasyonlarına etkisini göz önünde bulundurarak, şirketimiz ilk olarak dron monte robot kol inceleme sistemine ait bir simülasyon modeli geliştirdi. Sonlu eleman analizi kullanılarak, UHG hattı çevresindeki elektrik alanının dron bakım operasyonlarına olan belirli etkisi belirlendi. Ayrıca, robot kolu, gövde, pervane ve gövdenin farklı mesafelerde sol tarafındaki robot kolu ile iletken arasındaki maksimum elektrik alan gücü ve gerilim değişiklikleri analiz edildi. Bu, yakın mesafe inceleme görevlerinde potansiyel güvenlik tehlikelerinin varlığını değerlendirmemize olanak sağladı.

2.2 Simülasyon Süreci
2.2.1 UHG Hatından 0.84 m Mesafedeki İnceleme Sistemi Performansı
Şirketimiz, dron monte robot kol inceleme sisteminin işleyiş durumunu ve iletken yakınındaki uzay elektrik alanı dağılımını daha fazla analiz etmek amacıyla, UHG hatından 0.84 m mesafede bulunan sistem üzerinde simülasyon deneyleri gerçekleştirdi.

Simülasyon sonuçları, bu çalışma koşulu altında, genel inceleme sisteminde önemli olumsuz elektrik alan etkileri gözlemlenmediğini gösterdi. Ancak, robot kolun sol tarafında hafif bir elektrik alan yoğunluğu artışı tespit edildi. Genel olarak, eğer yerel elektrik alan gücü havanın dielektrik bozulma gücünü (30 kV/cm) aşarsa, bileşenlerin bozulma riski artar ve bu da sistem istikrarını ve güvenliğini tehlikeye atar.

Daha sonra, sistem bileşenlerindeki potansiyel (gerilim) dağılımını incelerken, dron monte inceleme sistemi ile UHG hattı arasındaki mesafenin arttıkça tüm bileşenlerin elektrik potansiyelinin de azaldığını bulduk. Bu potansiyel değişikliklere dayanarak, bakım ortamında her bir bileşenin yaşadığı gerilim seviyelerini ve maksimum elektrik alan güçlerini belirledik.

Tablo 1'de gösterildiği gibi, inceleme sistemi UHG hatından 0.84 m uzaklıktayken, robot kol 3712 V/m elektrik alan gücü ve 2069 V gerilim yaşar. Sol ve sağ pervane arasında yapılan karşılaştırma, sol pervanenin sağ pervaneden daha yüksek elektrik alan gücü ve gerilim yaşadığını gösterdi. Tüm veriler, 0.84 m çalışma mesafesinde elektrik alanın havanın bozulma eşiğinin çok altında kaldığını, elektrik salınım riskinin olmadığını ve dron monte robot kol inceleme sisteminin güvenli bir şekilde çalışabileceğini gösteriyor.

2.2.2 UHG Hatından 0.34 m Mesafedeki İnceleme Sistemi Performansı
Şirketimiz ayrıca, dron monte robot kol inceleme sisteminin işleyiş durumunu ve iletken yakınındaki uzay elektrik alanı dağılımını analiz etmek için, UHG hatından sadece 0.34 m uzaklıktaki sistem üzerinde de simülasyon deneyleri gerçekleştirdi.

Tablo 1: Dron Monte Robot Kol İnceleme Sisteminin Her Bileşeni İçin Maksimum Elektrik Alan Gücü ve Gerilim Değerleri

Simülasyon sonuçları, bu ayırma mesafesi koruma koşulu altında, robot kolun sol tarafındaki iletim hattı etrafındaki uzaysal elektrik alan dağılımının değiştiğini gösterdi. Çok yüksek gerilim (UHV) iletim hatlarının benzersiz ortamı nedeniyle, yüksek gerilimli elektrik alanları, arçlama ve yüzey yanma sorunlarına oldukça yatkındır.

Aynı zamanda, sistemin çeşitli bileşenlerindeki potansiyel değişimlerin analiz edilmesi sonucunda, drone monte robot kol incelemesistemi ile UHV iletim hattı arasındaki mesafenin arttıkça, tüm bileşenlerin elektrik potansiyelinin de karşılıklı olarak azaldığı tespit edildi.

Tablo 2'deki verilere göre, inceleme sistemi UHV iletim hattından 0,34 m uzakta konumlandığında, sistemin herhangi bir bileşeni tarafından deneyimlenen maksimum elektrik alan gücü hava dielektrik kırılma gücünü aşmamaktadır. Bu nedenle, bakım operasyonu sırasında herhangi bir kırılma riskinin meydana gelmeyeceğine karar verilmiştir, bu da drone monte robot kol inceleme sisteminin pratik uygulamalardaki güvenilirliğini ve güvenliğini sağlar.

Tablo 2: Drone Monteli Robot Kol İnceleme Sisteminin Her Bileşeni İçin Maksimum Elektrik Alan Gücü ve Gerilim Değerleri

2.3 İletim Hatı Bakımında İha Takılı Robot Kolu için Enkapsülme Performans Testleri

İha enkapsülme performans testi için, test ekipmanı iletken boya ile kaplanmış bir iha ve bir multimeter içeriyordu. İha yüzeyine 0,05 mm'yi aşmayacak şekilde düzgün bir şekilde iletken boya püskürtüldü. Normal çevre koşullarında, ihanın yüzeyindeki iki nokta arasındaki iç direnç ölçülerek; bu değer 1 Ω'dan küçük olduğunda belirlenen standartlara uygun olmaktadır.

Görüntü bozulması testi: İha takılı robot kolu teknolojisi kullanılarak hat incelemesi yaparken, jib kamerasının doğal doğruluğu ve montaj kalitesi gibi faktörler nedeniyle görüntü bozulması meydana gelebilir. Bu tür bozulma, yakalanan görüntü ile gerçek sahne arasında farklılıklar oluşturarak, UHV (Ultra Yüksek Gerilim) iletim hatlarında arızaları veya kusurları doğru bir şekilde tanımlama yeteneğini tehlikeye atabilir.

Bu sorunu çözmek için, teknik ekibimiz jib kamerasının bozulma karakteristiklerine dayalı bir görüntü bozulması düzeltme modeli geliştirdi. Bu model aşağıdaki formül ile ifade edilir:

Formülde:
x,y, görüntü sisteminde teğetsel bozulma noktasının orijinal koordinatlarıdır;
x′,y′, bozulma düzeltmesinden sonra noktasının yeni koordinatlarıdır;
p1,p2, teğetsel bozulma parametreleridir;
r, görüntü merkezine olan radial uzaklıktır.

Kamera lens bozulması genel olarak ikiye ayrılır: teğet ve radial bozulma. Teğet bozulma, lens unsurlarının ve kamera görüntüsü düzleminin mükemmel bir şekilde paralel olmadığından kaynaklanır. Radial bozulma ise, lensin optik merkezinden daha uzak konumlarda ışık ışınlarının daha fazla eğildiği nedeniyle oluşur, bu da lensin radial yönünde dağılmış bozulmaya neden olur. Radial bozulma aşağıdaki formül ile ifade edilebilir:

Formülde:
x,y, görüntü sisteminde radial olarak bozulmuş noktanın orijinal koordinatlarıdır;
x′,y′, bozulma düzeltmesinden sonra noktasının yeni koordinatlarıdır;
k1,k2,k3, radial bozulma parametreleridir;
r, görüntü merkezine olan radial uzaklıktır.

Bunun üzerine, şirketimiz Zhang'in kalibrasyon yöntemini kullanarak, görüntü oluşturmaya en çok etki eden radial bozulma bileşenlerini belirlemeyi ve model parametrelerini yeniden oluşturmayı önermektedir. Bu, belirlenen dünya koordinat sistemindeki nesne koordinatlarını ve görüntü düzlemindeki piksel koordinatları arasında karşılıklı eşlemeyi sağlayarak, jib kamerasının kalibrasyonunu tamamlamaktadır. Bu yaklaşım, lens üretim toleransları ve montaj süreçlerinin görüntü doğruluğuna olan etkisini azaltır, görüntü açıklığını artırır ve UHV (Ultra Yüksek Gerilim) iletim hatlarının yüksek çözünürlükteki görüntülerinin gecikmesiz olarak sistemine geri iletilmesini sağlar. Bu, bakım personeli için hat üzerindeki arızaların veya kusurların varlığını doğru bir şekilde değerlendirebilmeleri için güvenilir görsel veriler sağlar.

Sonuç olarak, bu makalede önerilen iha takılı robot kolu inceleme teknolojisi, düşük enerji tüketimi, uzun süre dayanıklılık, düşük maliyet, yüksek yük taşıma kapasitesi ve güçlü çevresel algılama gibi mevcut UHV iletim hatı bakımı gereksinimlerini karşılamaktadır. Geleneksel el ile inceleme yöntemlerini iha ile değiştirme konusundaki ana teknik engelleri aşarak, bakım işlemlerinin genel seviyesini yükseltir ve güç aktarım ve tedarikin güvenliğini ve güvenilirliğini güçlendirir.