Solution to the problem of street lighting

By using modern technologies

D.V. Chernyshov, Y. Abdullahi

 

Abstract. The article analyzes the experience of using led light sources in street lighting. The use of LEDs leads to a significant reduction in electricity consumption for lighting and makes rational use of solar and wind energy as a source of power for these systems. This allows you to make their use of autonomous, which is especially important when creating a network of lighting country roads.

Keywords: led lights, led street lighting, solar panels.

Об авторах:

Чернышов Дмитрий Вадимович – кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения и электротехники ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет». E-mail: [email protected]

абдуллахи Юсуф – магистр кафедры электроснабжения и электротехники ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет». E-mail: [email protected]

Chernyshov Dmitry Vadimovich – associate professor, candidate of Technical Sciences of Department of Power Supply and Electrical Engineering of Tver State Technical University. E-mail: [email protected]

ABDULLAHI Yusuf – master’s student of the Department of Power Supply and Electrical Engineering of Tver State Technical University. E-mail: [email protected]

УДК 621.31:657.28

 

Российский опыт аэродиагностики

Воздушных линий электропередачи

Д.А. Щербаков, Л.С. Араратьян, А.В. Крупнов

Аннотация. В статье проанализированы способы диагностики воздушных линий электропередачи, существующие на данный момент. Особое внимание уделено развивающимся методам диагностирования с использованием беспилотных летательных аппаратов, а также их видам, характеристикам и новым техническим решениям.

Ключевые слова: диагностика, воздушные линии электропередачи, аэродиагностика, вертолет, лазерное сканирование, летающая лабо-ратория, беспилотный летательный аппарат, навигация.

Сегодня в России существует ряд проблем, связанных с эксплуатацией и контролем за состоянием воздушных линий (ВЛ), начиная с линий низких и заканчивая линиями ультравысоких классов напряжений.

Проблемы могут возникать по ряду причин [1]:

из-за отсутствия налаженного подхода к обслуживанию, контролю, оценке состояния, планированию и производству ремонтов ВЛ;

недостатка качественных и полных баз данных, включающих в себя техническую, ремонтно-эксплуатационную и другую информацию;

недостаточного уровня квалификации персонала, отвечающего за состояние закрепленных за ними участков ВЛ;

труднодоступности участков ВЛ.

Все это свидетельствует о том, что необходимы новые комплексные системы диагностики ВЛ, позволяющие выявить и предотвратить различные проблемы, связанные с их техническим состоянием. Сегодня диагностика ВЛ зачастую осуществляется посредством пеших обходов, но данный метод малопродуктивен, не всегда возможен из-за удаленности ВЛ, иногда даже опасен. Аэродиагностика с применением пилотируемых летательных аппаратов (ЛА), например вертолетов Ми-8 или Ми-2, позволяет уменьшить риск для жизни и увеличить продуктивность процесса, но члены бригады, проводящие осмотр линии на скорости                    130–150 км/ч и высоте 150 м, могут выявить только крупные дефекты.

Прогресс в диагностике ВЛ был достигнут, когда появились системы лазерного сканирования местности ALTM. С их помощью удается узнать точные координаты опор ЛЭП, для того чтобы в дальнейшем занести их на цифровую карту, а также картину расположения опор, проводов и состояние просеки, но эти системы позволяют получить только основные параметры ВЛ [2]. Перспективным направлением в решении данной проблемы является разработка так называемой «летающей лаборатории». Она располагается в гиростабилизированной подвеске на вертолете и включает в себя такие виды диагностики, как регистрация электро-магнитных излучений разрядных процессов, регистрация оптических излучений разрядных процессов, тепловизионный контроль, фото- и видеосъемка [2].

Методы обследования ВЛ с использованием пилотируемых ЛА требует определенной квалификации персонала, а также значительно увеличивают стоимость процесса самой диагностики (например, стоимость вертолето-часа Ми-8 составляет 80–100 тыс. рублей), поэтому перспективным направлением в аэродиагностике является использование «летающей лаборатории» на базе беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), имеющих более низкую стоимость летного часа.

Преимуществами диагностики с помощью БПЛА являются:

безопасность для персонала, так как человек управляет ими дистанционно с земли;

отсутствие при обследовании ВЛ необходимости ее отключения;

возможность получения высокого разрешения картинки;

меньшая зависимость от погодных условий (по сравнению с пилотируемыми ЛА);

высокая мобильность.

В настоящее время производством БПЛА занимаются 52 страны в мире, Россия также входит в их число [3]. На сегодняшний день БПЛА можно разделить на БПЛА вертолетного типа (мультикоптеры) и самолетного. Первые, в свою очередь, делятся на категории в зависимости от продолжительности полета [4]: 1) до 30 мин.; 2) от 30 мин. до 1 ч; 3) свыше 1 ч.

К первой категории можно отнести массовые квадрокоптеры заводского производства для большого круга потребителей. Они не подлежат модернизации и идут в комплекте с заводским оборудованием. В качестве полезной нагрузки в них используются видеокамеры различных разрешений. Примерами таких ЛА могут служить квадрокоптеры DJIPhantom 2, SymaX5C, HubsanX4 H107L и др.

Во вторую категорию входят специализированные решения, применяющиеся в промышленности: Matrice компании DJI; «Геоскан 401»; SupercamX8M; ZALA 421-21 и т. д. На них можно установить различное съемочное, навигационное, а также нестандартное оборудование.

К третьей категории относятся развивающиеся виды мульти-коптеров, использующие в том числе и альтернативные источники энергии. Сюда можно отнести разработку «Гиперкоптер D-800». В ней используются водородные топливные элементы, обеспечивающие около 3 ч полета [4].

Беспилотные летательные аппараты самолетного типа делятся на категории по дальности полета: 1) до 100 км; 2) 100–400 км; 3) 400 км и более.

К первой категории относятся такие БПЛА, как eBee (Швейцария), TrimbleUX 5 (Бельгия). Установка различного оборудования на такие ЛА ограничена, их взлетная масса, как правило, составляет около 5 кг.

Ко второй категории относятся такие БПЛА, как «Геоскан 201» (Россия), SupercamS350 (Россия); ZALA 421-04M (Россия). Летательные этой категории, как правило, имеют взлетную массу от 5 до 15 кг и возможность установки различного съемочного оборудования, а также оборудования навигации.

Представителями третьей категории являются такие БПЛА, как «Птеро-G» и «Орлан-10» (Россия). Имеют взлетную массу от 15 до 30 кг с возможностью различной компоновки оборудования. Такие БПЛА применяют для обследования удаленных участков линии из-за их дальности полета и высокой крейсерской скорости [4].

Сравнение эксплуатационных и тактико-технических характеристик БПЛА вертолетного и самолетного типов дано в табл. 1 [3].

Примерное сравнение затрат на диагностику ВЛ наземным методом и с использованием БПЛА «Геоскан 201» представлено в табл. 2 [5].

Для увеличения времени работы и уменьшения воздействия погодных условий на БПЛА вертолетного типа Уральским федеральным университетом была предложена разработка, в которой мультикоптер производит диагностику линии с грозозащитного троса (рисунок) [6].

 

Таблица 1. Сравнение характеристик БПЛА

Характеристики	Беспилотные летательные аппараты
	вертолетного типа	самолетного типа
Эксплуатационные
Количество операторов, чел	1	2
Время развертывания, мин.	5	30
Время подготовки к повторному пуску, мин.	5	30
Метод запуска	Вертикальный	С катапульты
Метод посадки	Вертикальный	Автоматический с парашютом, автоматический на шасси
Площадь площадки запуска/посадки, кв. м	5 х 5	70 х 70
Тактико-технические
Максимальная масса полезной нагрузки, кг	3	4
Диапазон скоростей полета, км/ч	0–54	65–120
Максимальная продолжительность полета, мин.	90	480
Тип двигателя	Электрический	Электрический, ДВС
Навигационная система	ГЛОНАСС/GPS	ГЛОНАСС/GPS

Таблица 2. Затраты на диагностику ВЛ наземным методом

и с использованием БПЛА Геоскан 201

Наименование параметра	Наземные методы	Беспилотная авиационная система Геоскан 201
Количество исполнителей в рабочей группе	3	2
Заработная плата, руб.
сотрудника в месяц	30000	45000
группы в день	3913	3913
Количество рабочих часов в день	8	5
Скорость обследования:
км/ч	2	85
км/день	16	191
Заработная плата сотрудника на обследование 1 км ЛЭП, руб.	245	20
Стоимость, руб.	–	1500000
Стоимость эксплуатации, руб.
500 влетов/посадок	–	500000
в течение одного дня	–	4000
при обследовании 1 км линий электропередачи	–	21
Общая стоимость обследования 1 км линий электропередач, руб.	245	41
Время обследования 1 тыс. км линий электропередачи, дней	63	5
Стоимость обследования 1 тыс. км линий электропередачи, руб.	244565	41375

 

е

д

г

в

б

а

Действие комплекса диагностирования воздушных линий:

взлет мультикоптера (а); размещение над линией (б); посадка

на грозотрос (в); переворот мультикоптера (г); перемещение мультикоптера и диагностика линий (д); возврат                                                     в исходное положение и взлет (е)

Все представленные на рисунке операции требуют четкого позиционирования БПЛА над ВЛ. Но современные навигационные системы, например GPS и ГЛОНАСС, в условиях электрических помех линии могут работать некорректно, точность навигации снижается. Новосибирским государственным техническим университетом был предложен новый способ навигации [7]. Он заключается в том, что навигация происходит за счет электрического поля линии. На крыльях БПЛА устанавливают датчики, измеряющие изменение электрического поля. Информация с этих датчиков обрабатывается бортовым компьютером и поступает на рули, корректирующие курс беспилотника вдоль проводов линии. К сожалению, применение данного метода на данный момент затруднено, так как пока что не существует датчиков, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к аппаратуре, располагающейся на БПЛА. Существующие на сегодняшний день датчики ПЗ-70 и ИЭП-05 неприменимы на борту БПЛА главным образом из-за большой массы (около 2 кг).

Имея массу плюсов и лучшую экономичность (см. табл. 2) по сравнению с морально устаревшими способами диагностики ВЛ, БПЛА имеют и недостатки: малую продолжительность полета (у мульти-коптеров), малую массу полезной нагрузки, большое влияние метеоусловий вблизи линий электропередачи, необходимость постоянного наличия человека в зонах посадки и работы для предотвращения хищения и др. Поэтому у беспилотников есть направление, в котором они могут развиваться и улучшать свои полетные характеристики, и возможно в скором будущем БПЛА станут неотъемлемым и основным методом диагностики воздушных линий электропередачи.

 

Библиографический список

1. РД 153-34.3-20.524-00. Положение об экспертной системе контроля и оценки состояния и условий эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше. М., РАО ЕЭС Россия, 2000. 35 с.

2. Арбузов, Р.С. Современные методы диагностики воздушных линий электропередачи / Р.С. Арбузов, А.Г. Овсянников. Новосибирск: Наука, 2009. 137 с.

3. Дикой, В.П. Мониторинг состояния воздушных линий электропередачи с использованием беспилотного летательного аппарата / В.П. Дикой, А.А. Левандовский, Р.С. Арбузов, А.Г. Овсянников, В.В. Старцев // Энергия единой сети. 2014. № 2 (13). С. 16–25.

4. Грядунов, Д.А. О выборе беспилотных авиационных систем для аэродиагностики воздушных ЛЭП / Д.А. Грядунов, Р.Р. Барков // Вести в электроэнергетике. 2017. № 5 (91). С. 64–73.

5. Барбасов, В.К. Возможности применения беспилотных авиационных систем для мониторинга воздушных ЛЭП // Российские беспилотники. URL: https://russiandrone.ru/ (дата обращения: 11.01.2019).

6. Хальясмаа, А.И. Диагностический комплекс для оценки состояния воздушных линий электропередачи / А.И. Хальясмаа, Д.И. Близнюк, А.М. Романов // Вестник Южно-Уральского государственного универ-ситета. Серия «Энергетика». 2015. С. 46–53.

7. Лебедев, Д.Е. Методы аэродиагностики воздушных линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжений / Д.Е. Лебедев, В.Е. Качесов. URL: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2012/thesis/s006/s006-065.pdf (дата обращения: 12.01.2019).