Aplicaciones de drones a las líneas eléctricas

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Aplicaciones de drones a las líneas eléctricas

Aplicaciones de drones al mantenimiento de líneas eléctricas

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Introducción

En los últimos tiempos se ha desarrollado enormemente la tecnología de los Sistemas Aéreos Remotamente Tripulados (SARP) en el campo de las aplicaciones civiles. este desarrollo será mayor en el futuro, amparado en una legislación estable y en los resultados de los primeros usos industriales.

Red Eléctrica de España (REE), transportista y operadora del sistema eléctrico español, considera que el uso de los SARP puede convertirse en una herramienta muy interesante para la gestión de sus instalaciones. REE gestiona en la actualidad más de 41.200 km de líneas de alta tensión y más de 5.000 posiciones en subestaciones eléctricas, lo que implica una considerable tarea de mantenimiento de instalaciones. La búsqueda de la integración de los SARP en los procesos de mantenimiento se enmarca en REE dentro de la política empresarial de mejora continua de los procesos.

 

Las líneas y subestaciones eléctricas tienen, en general, elementos que se ubican en altura, alejados por seguridad del alcance de las personas. Las líneas eléctricas, además, son infraestructuras lineales que pueden discurrir por entornos de difícil acceso. En este escenario, es muy útil disponer de vehículos aéreos que permitan un acceso directo y cercano a los elementos de las instalaciones. mantenimiento de líneas con vehículos aéreos para REE (y, en general, para el resto de compañías del sector eléctrico) el uso de vehículos aéreos dentro del mantenimiento de líneas eléctricas de alta tensión no es algo nuevo. parece lógico que los vehículos aéreos tripulados remotamente vayan a utilizarse para aplicaciones similares a aquellas en los que se usan vehículos tripulados, por lo que tiene interés conocer cuáles son.

Los helicópteros tripulados se han venido utilizando, sobre todo, para las siguientes tareas:

  1. Inspecciones aéreas intensivas (imagen visual y termografía).
  2. Apoyo en actuaciones de emergencia.
  3. Topografía (mediante sistema LIDAR).
  4. Transporte de cargas en lugares de difícil acceso.
  5. Cambio de elementos con la línea en tensión.
  6. Limpieza de aisladores.

Inspecciones aéreas intensivas (imagen visual y termografía)

Actualmente, las empresas realizan operaciones rutinarias de inspección en las líneas eléctricas, siendo esta una labor muy útil de mantenimiento preventivo.

El propio Reglamento de Líneas establece una periodicidad mínima para hacer la revisión de las instalaciones.

Las inspecciones de las líneas eléctricas se realizan de diferentes maneras, una de ellas mediante el uso de helicópteros tripulados que recorren las líneas y van grabando imágenes visuales y termográficas de las mismas.

Las imágenes visuales sirven para detectar defectos o anomalías en los elementos de las líneas (apoyos, aisladores, conductores, herrajes, balizas, etc.). por otro lado, las imágenes termográficas se utilizan para buscar puntos denominados «calientes», aquellos puntos de un elemento cuya temperatura es mayor y, por tanto, destacan en la imagen térmica o termograma. es normal que el paso de la intensidad eléctrica aumente la temperatura de los elementos por los que circula, pero un «punto caliente» puede estar asociado a un contacto inadecuado o a otro tipo de defecto que conviene analizar y que no es perceptible en la imagen del espectro visible.

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El uso del helicóptero tripulado permite tomar las imágenes desde un punto de vista diferente al del terreno y normalmente más cercano al elemento, así como desplazarse de manera rápida y continua a lo largo de la línea con una autonomía razonable.

Apoyo en actuaciones de emergencia

Se considera actuación de emergencia en una línea eléctrica el conjunto de acciones destinadas a devolver el sistema eléctrico a una situación normal de suministro ante una indisponibilidad no programada de la instalación. En estos casos, hay que tratar de devolver las instalaciones a su condición adecuada en el periodo de tiempo más breve posible. habitualmente, las grandes averías en las líneas eléctricas aéreas están provocadas por fenómenos meteorológicos extraordinarios (tormentas con fuertes vientos, bajas temperaturas, etc.), que provocan la rotura de los conductores o la caída de las torres que los sustentan.

Los helicópteros se usan a veces en estas situaciones de emergencia porque permiten obtener una visión panorámica rápida de la avería, de forma que se puedan organizar lo antes posible los medios para minimizar el impacto de la misma en el sistema eléctrico. en las zonas afectadas por averías es frecuente que las carreteras y los caminos de acceso estén cortados y no sea fácil acceder a las líneas eléctricas. en estas circunstancias, el helicóptero puede ser la forma más rápida de llegar a ellas.

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Topografía (mediante sistema LIDAR)

La topografía de las líneas eléctricas y del terreno circundante es un instrumento habitual para el conocimiento preciso y la gestión de las instalaciones, que conviene realizar periódicamente para disponer de información actualizada. tradicionalmente, la toma de datos topográficos se ha realizado desde la superficie del terreno, con teodolitos o estaciones totales. Sin embargo, desde hace unos años ha surgido la tecnología LIDAR (Light Detection and Ranging o Laser Imaging Detection and Ranging), que permite una toma de datos topográficos desde un medio aéreo.

La topografía que se precisa para las líneas eléctricas requiere normalmente el uso de helicóptero, debido a que éste puede volar con menor altitud y velocidad que un avión y, por tanto, se puede obtener una mayor densidad de puntos. para ello se acopla la cámara LIDAR en el exterior de la aeronave.

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Transporte de cargas en lugares de difícil acceso

En ocasiones, los apoyos de las líneas eléctricas están ubicados en lugares de difícil acceso terrestre (zonas de montaña, apoyos rodeados de agua, etc.). en estos casos, puede resultar económico utilizar helicópteros para el transporte de materiales, ya sea durante la fase de construcción de la línea o para determinadas labores de mantenimiento. Dependiendo del tipo de helicóptero y de su carga de pago, se podrán trasladar desde pequeños volúmenes de hormigón hasta apoyos completos.

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Cambio de elementos con la línea en tensión

Una de las operaciones del mantenimiento de líneas eléctricas son los trabajos en tensión, que son aquellos en los que el operario trabaja, con seguridad, en contacto con los conductores u otros elementos en tensión eléctrica.

Este tipo de trabajos tienen la ventaja de que no necesitan la interrupción del servicio eléctrico (el descargo de la línea) y requieren a su vez de unos requisitos de seguridad específicos.

Los operarios que trabajan en tensión no deben estar en contacto con los apoyos ni con el terreno, mientras están cerca de los conductores. Por este motivo, se puede utilizar un helicóptero para acercar al trabajador a los conductores, de manera que este pueda realizar montajes o desmontajes de elementos en los cables (el helicóptero está suspendido en el aire, que es un buen aislante eléctrico, sin contacto eléctrico con el terreno).

La persona se sitúa con en la parte exterior del helicóptero en una plataforma especial.

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Limpieza de aisladores

Los platos que conforman las cadenas de aisladores pueden cubrirse con el tiempo de polvo, suciedad y contaminantes que disminuyen las propiedades eléctricas de las cadenas aislantes. por este motivo, en las zonas afectadas por esta situación se limpia periódicamente con agua a presión la superficie de estos platos.

Puesto que los aisladores están colocados a una altura considerable del terreno y cercanos a los conductores, una práctica habitual es realizar esta limpieza lanzando chorros de agua desde un helicóptero.

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El helicóptero lleva acoplada una lanza de limpieza y un depósito de agua destilada diseñados especialmente para este uso.

Los SARP como herramienta de mantenimiento de líneas

El uso de vehículos aéreos tripulados remotamente como alternativa al helicóptero se ha planteado en numerosas ocasiones por parte de las empresas eléctricas.

En concreto, en REE se han desarrollado diferentes proyectos de investigación que han buscado integrar vehículos radiocontrolados en las tareas de mantenimiento de líneas. Inicialmente, se desarrolló un modelo de helicóptero con motor de combustión (proyecto PELÍCANO) y, posteriormente, con un proyecto de inspección de líneas eléctricas con SARP eléctricos multirrotores y otro sobre el uso de SARP para cartografía de líneas y subestaciones.

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El desarrollo reciente de los SARP, proveniente en sus inicios de las aplicaciones militares, la reducción de peso y tamaño de los sensores y los componentes electrónicos, unidos a la aparición de un marco legal favorable, van a posibilitar, previsiblemente, el uso cotidiano de estos aparatos en el mantenimiento de líneas eléctricas. para que este uso cotidiano se convierta en realidad, habrá que valorar los aspectos ventajosos y las incertidumbres de esta tecnología.

Ventajas e Incertidumbres de los SARP

En el lado de las ventajas, destacan las siguientes:

Reducción de costes: Parece intuitivo que el uso de aparatos más pequeños, ligeros y baratos que los helicópteros tripulados debería dar como consecuencia una reducción de costes en los procesos en los que se integren. Sin embargo, esta previsible reducción solo se podrá contrastar cuando se trabaje de manera habitual con SARP, haciendo una comparación entre los diferentes procesos, Esto no será siempre inmediato, ya que las características de los trabajos realizados por aparatos diferentes son también distintas. por ejemplo, habría que valorar la autonomía de los sistemas o los problemas de usar una tecnología novedosa.

Reducción de riesgos en los trabajos: Igualmente intuitivo resulta que los riesgos para los trabajadores se reduzcan porque nadie esté presente físicamente en la aeronave. Ante una posible avería del dispositivo, el riesgo se reduce a que haya personas o bienes en el lugar de la caída (un riesgo que también existe en el caso de avería de vehículos tripulados). En todo caso, el dispositivo radiocontrolado es más pequeño y ligero, por lo que el daño sería menor. por este motivo, los SARP están pensados para ser utilizados en trabajos con características desagradables para las personas, lo que se conoce como trabajos 3D: Dull, Dirty or Dangerous (aburrido, sucio o peligroso).

Versatilidad: Como suele suceder cuando aparece una herramienta nueva, inicialmente es utilizada para sustituir o servir de alternativa a otra existente en los procesos de trabajo. Con el tiempo se descubren nuevas aplicaciones o se adaptan las formas de trabajo para aprovechar las características de esta nueva tecnología. Los SARP van a permitir realizar trabajos desde un punto de vista nuevo para el hombre, que no está acostumbrado a volar, y es de prever que irán surgiendo múltiples usos.

Por otra parte, lo novedoso de la tecnología también conlleva que existan incertidumbres, entre las que figuran las siguientes:

Fiabilidad: Está por demostrar que los sistemas sean robustos y fiables. Deberán permitir vuelos estables, sin pérdidas de comunicación con el piloto.

Capacidad: La autonomía de los aparatos tendrá que ser adecuada a los procesos de trabajo. Además, las cargas de pago deberán adaptarse a los SARP para permitir tareas de distinto tipo con calidad suficiente.

Normativa: El marco regulatorio habrá de ser estable y suficientemente flexible para posibilitar el uso de los SARP en aplicaciones civiles e industriales, promoviendo el uso ordenado y organizado de los mismos en condiciones de seguridad, sin que ello suponga tener que hacer frente a trámites burocráticos largos y costosos. En España se ha dado un paso importante en este sentido tras la aprobación en julio de 2014 del real decreto-ley 8/2014, aunque se trate de una normativa transitoria. para las empresas del sector eléctrico sería deseable que se definiera una servidumbre de aeronavegabilidad asociada a las líneas eléctricas, con el fin de simplificar los procedimientos de autorización de trabajos con SARP en el entorno de las mismas. Las compañías aseguradoras desempeñan también un papel importante en la parte normativa, y adaptarán sus productos en función de la fiabilidad y el uso de los SARP.

• Renovación tecnológica: Como todos los dispositivos con componentes electrónicos, se espera que los SARP tengan un continuo desarrollo. Las empresas involucradas deberán estar atentas a los avances tecnológicos y sus impactos en los procesos de trabajo. La expansión de la tecnología deberá ir asociada a un manejo sencillo e intuitivo y un coste de mantenimiento razonable de los sistemas. La continua actualización supondrá un esfuerzo, no solo económico, del que se esperan obtener mejoras como, por ejemplo, la mayor automatización de los trabajos.

Usos potenciales de los SARP en el mantenimiento de líneas eléctricas

Una vez evaluados los aspectos anteriores, los SARP parecen adecuados para determinadas tareas dentro del mantenimiento de líneas eléctricas:

• Inspección intensiva de líneas: es una tarea que se realiza a pie, en la que se inspeccionan visualmente todos los elementos de las líneas. Requiere que el personal se suba a los apoyos. Aunque esta operación se realice en condiciones de seguridad, el uso de los SARP impide el riesgo de caída asociado a los trabajos en altura, y reduce el tiempo de inspección. Además, va a hacer posible la obtención de imágenes desde puntos de vista diferentes. En este caso, la autonomía actual de los dispositivos permite la inspección de uno o dos apoyos, sin cambiar las baterías eléctricas, con pequeños SARP de alas rotativas (multirrotores).

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• Inspección aérea de líneas: Para este trabajo se utiliza un helicóptero tripulado, que recorre la línea inspeccionando los elementos. La sustitución del helicóptero por un SARP para este proceso será viable si se cumplen una serie de condiciones: autonomía suficiente y posibilidad de vuelo fuera de la línea de vista del piloto.

• Topografía: La topografía que hoy en día se hace tomando datos desde un helicóptero es susceptible de cambio. esos datos podrían tomarse desde un SARP si la autonomía y el tramo de línea a topografiar son compatibles. En este caso, es posible que las aeronaves de ala fija muy ligeras den mejores rendimientos, sobre todo para los tramos de línea más largos que requieran vuelo fuera de la línea de vista del piloto. Los sensores LIDAR deberán adaptarse para este nuevo soporte. La topografía tradicional a pie también deberá aprovechar las ventajas de estos aparatos, quizá cambiando la estación base por una estación de control terrestre del SARP.

• Apoyo en caso de emergencia: Se usan helicópteros tripulados en el caso de grandes averías para obtener una visión general de los daños en entornos de difícil acceso. Los SARP son una alternativa interesante para esta tarea, siempre que el dispositivo soporte condiciones climatológicas adversas. La obtención de una autorización de vuelo ágil, quizá a través de las autoridades locales que coordinen las actuaciones relacionadas con la emergencia, será clave para ganar tiempo a la hora de reponer el servicio eléctrico lo antes posible.

• Transporte de cargas: Los SARP actuales pueden servir para el transporte de elementos ligeros a puntos situados en altura. quizá puedan utilizarse para manipular objetos que estén en lugares de difícil acceso, ya sea un SARP aislado o agrupados en un enjambre colaborativo. es posible también que, en el futuro, aparezcan aeronaves especialmente diseñadas para transporte de carga pilotadas remotamente ya que en teoría no existen impedimentos tecnológicos para ello.

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• Tendido de cables: El tendido de los cables de una línea eléctrica se ejecuta habitualmente llevando sobre el terreno un cable piloto desde un apoyo hasta el siguiente. El cable piloto es más ligero que el conductor final y lo bastante resistente como para tirar de él durante el tendido final. para recorrer esta distancia, que se llama vano, en ocasiones hay que superar obstáculos como, por ejemplo, un barranco profundo, una autopista transitada o un río de gran anchura. Se podrían usar SARP para cruzar estos obstáculos llevando al otro extremo del vano un ligero hilo de nylon, que sirva como cable pre-piloto: se usaría este cable de nylon para tender después el cable piloto.

Conclusiones

Los Sistemas Aéreos Remotamente Tripulados (SARP) son una herramienta muy interesante para el desarrollo de determinadas tareas propias del mantenimiento de líneas eléctricas. Sin pretender hacer un análisis exhaustivo ni pormenorizado de las mismas, se han descrito los procesos de trabajo que tradicionalmente se han ejecutado en este sector con la ayuda de vehículos aéreos, así como los usos potenciales que parecen más inmediatos para los SARP.

Los SARP podrán ser una buena alternativa en estos procesos si demuestran una serie de características, sobre todo de fiabilidad y rendimiento. Si, además, el entorno normativo resulta favorable, el futuro inmediato del mantenimiento de líneas eléctricas pasará probablemente por esta nueva tecnología.

Ricardo Reinosa Delgado

Red Eléctrica de España