Tecnologia IoT detecta problemas em linha de energia elétrica

Solução LoRaWAN da Digita e Digital Matter vem sendo testada pela concessionária Caruna para alertar sobre problemas em uma linha de energia, mesmo em locais remotos

Claire Swedberg

Fornecedor de eletricidade finlandês Caruna estava entre um grupo de empresas de serviços públicos que passaram o inverno passado avaliando uma solução de Internet das Coisas (IoT) para rastrear as condições climáticas e seu impacto nas linhas de serviços públicos em redes que cobrem áreas remotas e montanhosas. Com sensores sem fio detectando um possível arrasto nas linhas devido ao acúmulo de gelo ou neve, a tecnologia foi projetada para detectar um possível problema para que o problema possa ser resolvido rapidamente, antes que ocorra uma quebra de linha de energia. A Caruna planeja desenvolver a tecnologia em uma porcentagem maior de sua rede para a próxima temporada de inverno.

A empresa de tecnologia LoRaWAN Digita Oy lançou a solução IoT, desenvolvida sob medida pela Digital Matter, para monitorar a segurança da linha de serviços públicos detectando não apenas os efeitos lentos do acúmulo de gelo ou neve nos cabos, mas também o impacto repentino de uma árvore caindo sobre um deles, diz Ari Kuukka, vice-presidente de IoT da Digita Oy. O dispositivo, conhecido como Industrial Guppy, é projetado e fabricado pela Digital Matter, com sensores que incluem um rádio LoRaWAN integrado para transmitir dados do sensor. A Digita está vendendo a tecnologia junto com sua rede LoRaWAN e pode fornecer gerenciamento de dados se os clientes solicitarem.

Várias empresas de distribuição elétrica finlandesas estão agora expandindo seus pilotos do sistema ou estão preparando implantações permanentes. A Digita planeja expandir a solução para outras partes do mundo e atualmente busca parcerias com provedores de soluções ou operadoras de rede nos Estados Unidos e no exterior.

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Digital Guppy

Cada Guppy Industrial vem com um sensor de inclinação embutido, um acelerômetro e um sensor de temperatura. O sistema emprega seu rádio LoRaWAN para transmitir informações relacionadas a níveis perigosos de cargas de neve e gelo nas linhas, com base nas medições do sensor. A solução pode detectar uma árvore caída em uma linha, momento em que enviaria um alerta em tempo real para a empresa de energia sobre uma possível quebra.

A Digita chama o sistema de “uma solução para um problema de um milhão de euros”. As linhas de energia estão sujeitas a condições meteorológicas perigosas, pois o acúmulo de neve ou gelo pode pressionar as linhas. O problema ocorre ao longo do tempo, muitas vezes com uma ligeira queda da linha no início, e gradualmente coloca mais tensão que pode levar a uma ruptura.

As concessionárias de energia elétrica têm uma falta de percepção dessas condições em tempo real. Uma grande porcentagem da infraestrutura elétrica aérea não é monitorada, ou apenas periodicamente, quando os indivíduos podem dirigir perto ou sobrevoar as linhas. “Obviamente, é muito caro pilotar um helicóptero por toda a sua rede”, aponta Kuukka. Os drones são soluções irreais, diz ele, já que não podem cobrir os milhares ou dezenas de milhares de quilômetros ou milhas de linhas de energia pelas quais uma empresa pode ser responsável.

As empresas precisavam de uma solução acessível e começaram a trabalhar com a Digita. A empresa está no ramo de transmissão e conectividade há um século, fornecendo primeiro rádio e depois redes de transmissão de TV. Cerca de seis anos atrás, a Digita começou a explorar a tecnologia IoT, construindo uma rede nacional de gateways LoRaWAN na Finlândia. Mais recentemente, começou a oferecer soluções completas baseadas em IoT, diz Kuukka. “Foi uma evolução natural oferecer essas soluções”, afirma. “Estávamos bem posicionados para explorar IoT e LoRaWAN.”

Um setor que a empresa atende é o de empresas de serviços públicos, pois fornece conectividade sem fio para medidores. Milhares de medidores de água inteligentes em toda a Finlândia usam a rede Digita, e a empresa fornece soluções de cidades inteligentes, como monitoramento da qualidade do ar. Para o Guppy Industrial, diz Kuukka, o desafio era fornecer um dispositivo acessível que oferecesse transmissão de dados precisa e de longo alcance e uma bateria de longa duração.

Para atingir esse objetivo, Kuukka relata: “Estamos trabalhando há alguns anos com empresas de distribuição de eletricidade aqui na Finlândia, construindo uma compreensão de quais são as áreas mais críticas em que elas se beneficiariam dos sensores IoT. soluções existentes, mas são muito caras, então a empresa de distribuição não pode implantá-las em toda a rede.”

As linhas de energia geralmente se enquadram em três categorias: linhas de alta tensão que transmitem por longas distâncias, linhas aéreas regionais de distribuição de média tensão para transmissão de 20 quilovolts e linhas de distribuição de baixa tensão que fornecem eletricidade para residências e empresas. O principal interesse das distribuidoras, diz Kuukka, está nas linhas de média e alta tensão. Estes tendem a cobrir terras vastas, muitas vezes remotas, e o impacto de uma quebra é significativo para os clientes.

A empresa construiu o Guppy Industrial para monitorar afundamentos ou quebras com o inclinômetro e o acelerômetro e para vincular os dados coletados com as temperaturas. As informações são encaminhadas para gateways que as enviam para um servidor. O Industrial Guppy pode ser configurado para transmitir uma ou duas vezes por dia, quando uma alteração for detectada, ou em outros intervalos predefinidos.

Como a transmissão é de baixa potência, a bateria pode durar de 10 a 15 anos, o que era um requisito exigido pelas concessionárias, diz Kuukka. As mudanças de ângulo geralmente ocorrem muito lentamente, explica ele, para que o dispositivo possa ser configurado para transmitir assim que um limite específico for atingido. Se uma tempestade causar ventos fortes que sopram a linha para frente e para trás, esse movimento pode ser filtrado pelo software baseado em nuvem.

O sistema também pode detectar o impacto repentino de uma árvore em uma linha. Embora a tecnologia não possa evitar quebras de linha, ela pode identificar onde ocorreu, levando as equipes de emergência a irem rapidamente ao local. “Esses dados podem garantir uma resposta mais rápida a um incidente desse tipo”, afirma Kuukka. “Você não precisa enviar seu pessoal de campo para percorrer toda a extensão da linha ou tentar encontrar esse lugar – eles sabem exatamente para onde ir, então isso ajuda as empresas a concentrarem o pessoal de serviço de campo com mais eficiência.”

Até agora, os pilotos provaram que a tecnologia pode detectar eventos de acúmulo de gelo. Como resultado, diz Kuukka, várias empresas estão expandindo seus pilotos. “Estamos desenvolvendo isso há cerca de um ano”, afirma. “Nós não somos uma empresa de hardware, então é por isso que estamos fazendo parceria com a Digital Matter.”

Existem várias maneiras pelas quais as empresas podem implantar a solução, mas a infraestrutura de rede primeiro precisa estar instalada. Embora a Finlândia tenha cobertura completa fornecida pela Digita, outras empresas de distribuição de eletricidade poderiam construir sua própria infraestrutura de rede e alavancar uma solução de rede privada para gerenciar os dados do Industrial Guppy. Há também opções quando se trata de instalação.

Os sensores podem ser fixados às linhas a partir do solo usando bastões longos dedicados à manutenção da linha, ou podem ser instalados de cima por meio de helicóptero. Para acomodar isso, a Digita oferece vários tipos de adaptadores para fixar o sensor na linha. Estes incluem uma peça adaptadora de metal que é parafusada no lugar com um poste, bem como um adaptador de mola para serviço pesado que funciona bem em cima. Helicópteros poderiam suspender o dispositivo sobre a linha e encaixá-lo na posição.

O sensor pode ser instalado em uma linha viva, para que as concessionárias não precisem agendar uma interrupção de manutenção na linha de energia. Este é um recurso crítico quando se trata de instalar o sistema, diz Kuukka. “Não é algo trivial fazer uma interrupção nas linhas de transmissão de alta tensão”, afirma. “Pode levar anos para conseguir isso.”

As empresas de serviços públicos normalmente realizam a instalação por conta própria. Os sensores não precisam ser implantados entre cada conjunto de postes, diz Kuukka. O acúmulo de gelo geralmente ocorre em uma área ampla, portanto, uma única leitura do sensor pode ser indicativa de um problema em um quilômetro ou mais de área. No caso de um impacto de árvore caída, os sensores provavelmente detectarão esse evento ainda mais abaixo em uma linha de energia. Quando uma árvore causa impacto com uma linha, ele diz: “É um evento bastante dramático”.

Enquanto os pilotos estão em andamento na Finlândia, a Digita pretende vender a solução em todo o mundo a longo prazo. “Está claro que as empresas distribuidoras têm esses problemas em todo o mundo”, diz Kuukka. “Você pode não ter gelo ou clima de inverno em algumas áreas, mas ainda tem tempestades, deslizamentos de terra e queda de árvores”, bem como incêndios florestais, que exigem resposta das empresas de serviços públicos. Para expandir a tecnologia em todo o mundo, ele acrescenta: “Estamos procurando parceiros em outros países – fornecedores de soluções que já trabalham com o setor elétrico”. Além disso, a Digita está desenvolvendo seu próprio serviço em nuvem para armazenar e analisar os dados do sensor.

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