211service.com
Robo Crawler bewaakt ondergrondse stroomkabels
Vaak voordat een stroomkabel gaat, geeft deze een paar subtiele tekenen van nood af. Helaas zijn veel kritieke distributiekabels ondergronds, waardoor ze moeilijk toegankelijk en te controleren zijn voor mensen. Maar nu zou een nieuwe kabelkruiprobot, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Washington (UW), Seattle, het broodnodige inzicht kunnen bieden in de gezondheid van ondergrondse energiesystemen.
De afbeelding toont een deel van een robot die is ontworpen om autonoom ondergrondse stroomkabels te doorkruisen, met behulp van sensoren aan boord om schade te detecteren. Door een slechte kabel op te sporen voordat deze uitvalt, kan de robot energiebedrijven tijd en geld besparen bij onderhoud en reparatie van het elektriciteitsnet.
Het monitoren van kabelsystemen is een van de heilige gralen van de elektriciteitsindustrie, zegt Don Von Dollen, programmamanager voor het IntelliGrid-programma bij de Onderzoeksinstituut voor elektrische energie (EPRI), in Palo Alto, Californië. Wanneer u een kabelstoring krijgt, is het erg lastig om het te vinden, op te graven en te repareren. Het bedenken van goede diagnostiek is al heel lang een uitdaging en het is een harde noot om te kraken.
Al tientallen jaren werken onderzoekers en nutsbedrijven aan verschillende manieren om elektriciteitsnetten te monitoren. Een traditionele methode, die al 50 jaar wordt gebruikt, wordt een high-potential-test genoemd, zegt Von Dollen. Je koppelt in feite de kabel los en stuurt er een grote spanningspiek over, zegt hij. Als er problemen zijn, zal dit ertoe leiden dat de kabel faalt. Het is een brute-force-methode, zegt hij, maar als de kabel uitvalt, is hij in ieder geval in een gecontroleerde omgeving. Meer recentelijk hebben mensen radar gebruikt om storingen op te sporen.
Maar deze methoden vereisen behoorlijk wat menselijke interactie. De UW-onderzoekers gingen de uitdaging aan door een robot te ontwerpen die autonoom ondergrondse kabels kan doorkruisen die zijn begraven in leidingen en tunnels. De robot, die voortrolt op kleine neopreen wielen en wordt aangedreven door een batterijpakket, omhelst de kabel stevig terwijl de drie ingebouwde sensoren scannen op tekenen van slijtage. Slechts ongeveer 10 procent van de ondergrondse kabels bevindt zich in leidingen of tunnels (de rest wordt direct in de grond begraven). Maar deze kabels zijn vaak degenen die onverwachte omstandigheden ervaren, zoals waterdruppels, zegt Alexander Mamishev , hoogleraar elektrotechniek aan de UW en projectleider, waardoor ze storingsgevoeliger zijn.
Het monitoren van deze ondergrondse energiesystemen is een tweeledig probleem, zegt Mamishev. Ten eerste is het terrein moeilijk voor een robot om autonoom te navigeren. Kilometers aan kabels bestaan uit kronkels, bochten, beugels en uitsteeksels die de voortgang kunnen belemmeren. Deze overwegingen waren een integraal onderdeel van het ontwerp, zegt hij. De robot heeft een gyroscoop om zijn evenwicht te bewaren en stabiliserende armen om hem recht te helpen als hij van de baan glijdt. De robot is in segmenten gebouwd, een beetje zoals een trein met meerdere auto's, en hij zit drie centimeter boven een kabel. Het ene segment is gewijd aan de robotbesturing en het andere bevat de sensoren en gegevensverwerkingseenheden.
De tweede uitdaging bij het bewaken van stroomkabels betreft het type sensor dat wordt gebruikt. Mamishev vermoedt dat een combinatie van sensoren problemen in kabels beter kan vinden dan één enkele methode. Daarom bevat de robot van zijn team een thermische sensor om hotspots te lokaliseren; een akoestische sensor om het geruis, geknetter en gepluk van vonken van een gedeeltelijke elektrische ontlading te lokaliseren; en een diëlektrische sensor om de aanwezigheid van vocht te meten dat in de isolatie is gesijpeld. Daarnaast heeft de robot een videocamera zodat de voortgang op afstand kan worden gevolgd.
Mamishev en zijn team hebben de robot onlangs naar New Orleans gebracht om hem te testen in de Michoud NASA Assembly Facility van Lockheed Martin. Het doel was om schade te vinden die veroorzaakt zou kunnen zijn door de orkaan Katrina, aangezien zout water van de overstromingen in kabelisolatie kan sijpelen. Ze vonden geen schade in de draden van de faciliteit. Deze eerste veldtest was echter een goede proof of concept, zegt Mamishev, en de robot navigeerde met succes drie mijl kabel.
De technologie van de onderzoekers ziet er erg spannend en veelbelovend uit, zegt Dave Hawkins, projectmanager voor de integratie van hernieuwbare hulpbronnen bij de Californië onafhankelijke systeembeheerder , een non-profitorganisatie die het grootste deel van het hoogspanningsnet van de staat beheert. De robot zou de elektrische betrouwbaarheid kunnen verbeteren door kabels te identificeren die het einde van hun levensduur hebben bereikt, zegt hij. Door mogelijke storingen te voorspellen, kunnen kabels op een geplande manier uit dienst worden genomen, wat tijd en geld bespaart.
EPRI's Von Dollen zegt dat het onderzoek op de goede weg is om een deel van het kabelbewakingsprobleem van de industrie aan te pakken. Het is een interessante benadering, zegt hij. Omdat de robot echter een paar centimeter langer is dan de leidingen, kan het moeilijk zijn om door de krappe ruimtes in de leidingen en leidingen te navigeren waar sommige kabels zijn ondergebracht.
Mamishev zegt dat de robot het potentieel heeft om te krimpen tot een hoogte van ongeveer 2,5 cm, maar niet dunner. Maar zelfs op drie centimeter kan het nog steeds ongehinderd langs een aantal ondergrondse kabelsystemen kruipen, zegt hij.
In de komende maanden zijn de onderzoekers van plan om de huidige starre stabilisatoren te vervangen door nieuwe die flexibel en aanpasbaar zijn. Als de robot dan een krappe ruimte tegenkomt, kunnen de armen uit de weg buigen; als het kantelt, kunnen de armen de robot nauwkeuriger richten. Daarnaast zal Mamishev meer batterijen toevoegen, misschien door meer segmenten aan de robottrein toe te voegen.
De robots hebben het potentieel om relatief snel gecommercialiseerd te worden, zegt hij. De tijdlijn zou echter volledig afhangen van de interesse van commerciële partners. Als we goede partners hadden, zegt hij, zouden we over een jaar een kabelcontroledienst kunnen aanbieden.