Print

Inspekce prvků soustavy zásobování teplem pomocí letecké termografie

-- 21.06.2018

Příspěvek se věnuje možnosti inspekce nadzemních i podzemních produktovodů za použití termokamer umístěných na bezpilotních leteckých prostředcích. Diskutovány jsou jak technické aspekty, tak také v krátkosti legislativa a z ní vyplývající terminologie, dále omezení provozu a nutnost získání příslušných povolení. Vzhledem k rostoucí dostupnosti bezpilotních letadel i přístrojového a softwarového vybavení lze očekávat, že jsme teprve na začátku trendu nasazení těchto prostředků v oblasti technické diagnostiky, precizního zemědělství i v dalších oborech. 

Úvod do problematiky

Přestože je obor bezpilotních systémů stále poměrně mladý a jejich komerční nasazení je na trhu obvyklejší teprve od roku 2015 [1], začínají se tyto prostředky stále častěji etablovat v oblasti technické diagnostiky. S vhodnou senzorikou jsou používány k inspekcím rozsáhlých nebo těžce dostupných technologických a jiných celků. Mezi běžně dosažitelnou senzoriku pro bezpilotní letadla dnes již vedle klasické RGB kamery patří i LWIR, a dokonce MWIR termokamery, výjimkou ale nejsou ani SWIR nebo multispektrální systémy. Při jejich nasazení nejde jen o možnost měření na špatně dostupných objektech. Použití termokamery spolu s bezpilotními letadly přináší do oboru technické diagnostiky především nadhled, který je pro mnoho diagnostických problémů nezbytný.

Decentralizované i centralizované soustavy zásobování teplem (SZT) zahrnují vzájemně propojené zdroje tepla, tepelné sítě, případně předávací stanice a spotřebitelská zařízení. Jak název SZT napovídá, jedná se o vytápění a zásobování teplou užitkovou vodou (TUV) pro potřeby domů a průmyslových podniků. Zařízení určená pro dopravu tepla od zdroje k odběrateli zahrnují také předávací stanice, kde se nosiče tepelné energie upravují na hodnoty, které jsou požadovány spotřebitelskými zařízeními (snížení tlaku atp.). Teplo a TUV se přenášejí parovody (maximálně 240 °C a tlak dosahuje až 1,8 MPa), horkovody (tlak vody dosahuje až 2,5 MPa, voda je ohřívána maximálně na 180 °C) a teplovody (voda v teplovodech dosahuje max. 110 °C a tlaku 1,6 MPa) či předávacími stanicemi (v těchto zařízeních je voda ohřívána v samostatném okruhu a koluje mezi předávací stanicí a spotřebitelem). [2]

Při letecké inspekci prvků SZT lze těžit z obou výhod letecké termografie: nadzemní prvky jsou často vzhledem k umístění v terénu fyzicky těžce dostupné, dále je pak pro lokalizaci podzemních prvků SZT (případně pro lokalizaci úniku média z těchto prvků) zcela nezbytný nadhled v podobě leteckých snímků. Teplotní změny mohou být totiž příliš malé, než aby bylo možné při pozemním průzkumu vysledovat charakteristické teplotní zvraty. Situaci dobře dokumentuje obr. 1, kde je zachycen únik teplé vody z podzemního teplovodu. Teplotní změny na povrchu půdy svými rozměry zdaleka přesahují rozměry člověka (v červeném kroužku) a závadu je tak prakticky nemožné identifikovat.

Technická specifika letecké termografie

Problematika letecké termografie s sebou přináší určitá specifika a technická omezení.

Prvním omezením je, že zdaleka ne každé bezpilotní letadlo je vhodné k užití s termokamerou. Malá bezpilotní letadla, například ikonický model v této kategorii DJI Phantom, s nedostatečnou nosností nejsou pro termokameru vůbec vhodná. Je třeba volit větší stroje s větší vzletovou nosností a s možností použití odpovídajícího gimbálu. Letová doba těchto strojů se pohybuje v intervalu 20 až cca 35 minut v závislosti na váze termokamery, stavu baterií, povětrnostních podmínkách apod. Pro rozsáhlejší letecké práce je tedy třeba počítat s větším množstvím baterií, které je nutno průběžně střídat a případně i dobíjet.

Druhé omezení se týká termokamery. Termokamera je velmi dobře známým zařízením [4, 5, 6], které je v rámci provozu a údržby průmyslového podniku hojně využíváno. Obvykle se jedná buď o ruční termokamery, které jsou používány v rámci preventivní i prediktivní údržby, nebo o stacionární systémy, jež jsou nasazovány například jako senzory v rámci systému kontroly kvality výroby nebo například ve výzkumných aplikacích. V oblasti letecké termografie je ale nutno počítat se skutečností, že v současné době (alespoň při srovnání s širokou nabídkou ručních a stacionárních přístrojů) je poměrně omezená nabídka termokamer, které by byly kompatibilní s některými z komerčně nabízených bezpilotních letadel a se softwarem pro zpracování leteckých dat.

I když jde konstrukčně stále o klasické termokamery s mikrobolometrickými senzory, musejí být termokamery pro bezpilotní letadla vybaveny odpovídajícím rozhraním, tak aby bylo možné přístroj vzdáleně ovládat pomocí rozhraní bezpilotního letadla (sběrnice PWM, S-Bus, CAN) a ukládat záznamy, zaznamenávat k pořízeným radiometrickým snímkům GPS souřadnice apod. A to samozřejmě v ideálním případě i pomocí stejného RC ovladače, který je operátorem používán k ovládání bezpilotního letadla.

Pokud je termokamera vybavena odpovídající sběrnicí (S-Bus nebo CAN), lze například plánovat (spouštět) snímkování podle GPS souřadnice, výšky letu apod. Vhodnou funkčností je spuštění záznamu radiometrického videa a následný automatický export snímků dle GPS souřadnic. S touto funkcí pak lze z radiometrického videa automaticky vybrat snímky z dané trajektorie letu s definovaným rozestupem.

Samozřejmostí je pak možnost nastavení jednotlivých parametrů, teplotního rozsahu a dalších funkcí během letu.

Pro ilustraci technických prostředků je na obr. 2 příklad bezpilotního letadla v podobě stroje DJI M600 s termokamerou Workswell WIRIS 2nd gen. s rozlišením 640 × 512 px, objektivem 13 mm a teplotní citlivostí 30 mK. 

Inspekce nadzemních i podzemních prvků soustavy zásobování teplem

V případě inspekce nadzemních i podzemních prvků SZT je využití termografie zřejmé. Pára nebo voda o vysoké teplotě jsou dálkově přenášeny jednotlivými prvky SZT. Médium je tepelně izolováno od okolí, aby nedošlo k poklesu teploty a tlaku v systému. Ovšem vlivem poškození tepelné izolace dochází k intenzivnímu nárůstu povrchové teploty, tj. ke vzniku tzv. tepelných mostů. Může pak docházet k nezanedbatelným tepelným ztrátám. Na obr. 3 můžeme vidět větší množství tepelných mostů na horkovodech, parovodech i teplovodech. Podobné nálezy nejsou na starších konstrukcích žádnou výjimkou a dochází k nim především vlivem stárnutí izolace (degradace materiálu, sesunutí vlivem navlhnutí, prověšení apod.) či špatným provedením izolace již při výstavbě.

Bezpilotní letoun lze také efektivně využít k lokalizaci prvků SZT uložených pod povrchem terénu. Je překvapivé, že i dobře izolované teplovody jsou na povrchu terénu při leteckém snímkování velmi dobře viditelné. Musejí však být splněny určité podmínky: nízká teplota vzduchu a půdy či absence silnějšího slunečního záření. Takovou situaci zachycuje termogram na obr. 4, kdy byla lokalizace úspěšná. 

V případě podzemních teplovodů je letecké snímkování nezastupitelné ručním užitím termokamery. Teplotní změny pozorované ruční termokamerou na povrchu země bez dostatečné perspektivy nejsou obvykle uspokojivé, aby došlo ke správnému vyhodnocení situace.

Správnou otázkou v případě inspekce podzemních prvků SZT je maximální hloubka, v níž jsou jednotlivé prvky tepelné rozvodové sítě lokalizovatelné, případně je zjistitelný únik média z těchto prvků. Na tuto otázku bohužel není jednoduchá odpověď, neboť záleží na množství vlivů od velikosti úniku přes teplotu média až po teplotu půdy, vliv slunce apod. Běžně se pohybujeme v hloubkách 1 až 2 m. 

Legislativa spojená s provozem bezpilotních letadel

Článek by nemohl být úplný, pokud bychom se nezmínili o legislativě a z ní vyplývajících omezeních. Kapitola je zpracována dle platné legislativy [3].

Dohled nad provozem, certifikaci bezpilotních prostředků a licencování pilotů vykonává v České republice Úřad pro civilní letectví (ÚCL). Provoz bezpilotních prostředků spadá do kategorie civilního leteckého provozu, a proto i pro něj platí závazná legislativní pravidla (zákon č. 49/97 Sb., o civilním letectví a jeho prováděcí vyhláška 108/97 Sb.). Pro bezpilotní systémy je určující Doplněk X leteckého předpisu L2, který mimo jiné stanovuje, že lety lze provádět pouze na vzdálenost omezenou přímým vizuálním kontaktem pilota s bezpilotním prostředkem (bez pomoci vizuálních pomůcek se jedná o vzdálenosti 200–500 m), a to tak, aby pilot mohl správně vyhodnocovat dohlednost, překážky a také okolní letecký provoz. Let s bezpilotním letounem smí být prováděn jen takovým způsobem, aby nedošlo k ohrožení bezpečnosti létání ve vzdušném prostoru, osob a majetku na zemi a životního prostředí. Let bezpilotním letadlem není možné provádět kdekoli. Obecně lze říci, že lety nelze provádět nad hustě osídlenými oblastmi (města, obce), nad osobami bez jejich souhlasu, nad komunikacemi, železnicí či v blízkosti letišť. Společnostem, které mají oprávnění k leteckým pracím, může ÚCL poskytnout výjimku z těchto pravidel.

Let bezpilotního letadla může být zajišťován dvojím způsobem: formou služby za úplatu nebo leteckou činností pro vlastní potřebu. V obou případech je nutno letadlo i piloty registrovat u ÚCL, složit teoretické a praktické zkoušky a získat patřičná povolení. 

Závěr

Navzdory legislativním i technickým omezením je letecká termografie perspektivním oborem, a to i v oblasti inspekce prvků soustavy zásobování teplem. Při jejím nasazení nejde jen o možnost měření na špatně dostupných objektech. Tyto systémy přinášejí do oboru technické diagnostiky především nadhled, který je pro mnoho situací nezbytný. Vzhledem k rostoucí dostupnosti jak bezpilotních letadel, tak přístrojového a softwarového vybavení lze očekávat, že jsme teprve na začátku trendu nasazení těchto prostředků v oblasti technické diagnostiky.

Použitá literatura

[1] The Third Wave of the Drone Industry. Dostupné na https://uavcoach.com/3dr-third-wave/, on-line

[2] Teplárenství – Dodávka energie. Dostupné na http://www.mojeenergie.cz/cz/teplarenstvi-dodavka-energie, on-line

[3] ÚCL, 2017: Informace související s provozem bezpilotních letadel a modelů letadel. Dostupné na www.caa.cz/letadla-bez-pilota-na-palube/informace-souvisejici-s-provozem-bezpilotnich-letadel-a-1

[4] SOVA, Jan. Bezdotykové měření teplotních polí I. Aldebaran bulletin [on-line]. Praha: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze, 2017

[5] SOVA, Jan. Bezdotykové měření teplotních polí II. Aldebaran bulletin [on-line]. Praha: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze, 2017

[6] SOVA, Jan a Jan KOVÁŘ. Termokamery a pyrometry. Automa: časopis pro automatizační techniku

Recenzent: Ing. Jan Blata, Ph.D., VŠB-TU Ostrava, FS; osoba certifikovaná na funkci Technik diagnostik termografie – kategorie I

Autor: Jan Sova, Adam Švestka, Workswell


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

SCADA PROMOTIC a vzdialené dáta cez cloudovú platformu Talk2M (eWON)
2018-11-22 - 2018-11-22
Místo: Holiday Inn, Žilina
Automatizace a modernizace pivovarů 2019
2019-01-24 - 2019-01-24
Místo: Hotel Luční bouda, Pec pod Sněžkou
DIAGO 2019
2019-01-29 - 2019-01-30
Místo: Orea Resort Devět Skal ***, Sněžné - Milovy
Roboty 2019
2019-01-30 - 2019-02-01
Místo: Brno, hotel Avanti
AMPER 2019
2019-03-19 - 2019-03-22
Místo: Výstaviště Brno

Katalog

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Štětkova 1638/18
14000 Praha 4
tel. +420739552216

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2018 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI