Kaip užtikrinti, kad dešimtis kilometrų besitęsiančios elektros linijos būtų patikimai prižiūrimos, o galimos grėsmės infrastruktūrai pastebimos dar iki joms virtus rimtais gedimais? Atsakymo į šį klausimą ėmėsi ieškoti Kauno technologijos universiteto Technologinių ir fizinių mokslų ekscelencijos centras, kuriame kuriama inovatyvi elektros linijų stebėsenos sistema.
Kaip užtikrinti, kad dešimtis kilometrų besitęsiančios elektros linijos būtų patikimai prižiūrimos, o galimos grėsmės infrastruktūrai pastebimos dar iki joms virtus rimtais gedimais? Atsakymo į šį klausimą ėmėsi ieškoti Kauno technologijos universiteto Technologinių ir fizinių mokslų ekscelencijos centras, kuriame kuriama inovatyvi elektros linijų stebėsenos sistema.
Ši technologija – „TiFEC SmartGrid Sensor“ – leidžia realiu laiku fiksuoti pokyčius, vykstančius pačiose linijose, ir suteikia galimybę tiksliau identifikuoti problemas bei užkirsti kelią jų sukeltiems nuostoliams.
Projekto idėją išgrynino jaunoji mokslininkų karta kartu su patyrusiais tyrėjais, o šiandien jau sukurtas sistemos maketas demonstruoja realias jos pritaikymo galimybes. Tai – ne tik svarbus žingsnis link patikimesnio elektros tinklo Lietuvoje, bet ir globalios problemos sprendimas, galintis turėti reikšmingos įtakos įvairiose šalyse ir klimato zonose.
Poreikis – iš energetikos specialistų praktinės patirties
Kauno technologijos universiteto (KTU) Elektronikos inžinerijos magistrantūros antro kurso studentas ir Technologinių ir fizinių mokslų ekscelencijos centro (TiFEC) jaunasis tyrėjas Eidenis Kasperavičius pasakoja, kad projekto idėja gimė diskusijose su energetikos specialistais.
„Būtent jie atkreipė dėmesį, jog iki šiol nėra sukurta įranga, kuri tiek moksliniams tyrimams, tiek praktiniam darbui leistų tiksliai stebėti procesus, vykstančius ilgose žemos įtampos (10 kV) elektros linijose su izoliuota neutrale“, – sako jis.
Turint tokią įrangą, leidžiančią matyti, kas vyksta linijos viduryje, būtų galima ne tik patikimiau fiksuoti pavojingas situacijas – pavyzdžiui, užvirtusius medžius ar nutrauktas linijas, – bet ir tiksliau modeliuoti tinklo būseną: prognozuoti apkrovas, planuoti plėtrą ir pan.
„Mūsų kuriama sistema susideda iš dviejų dalių. Pirmoji – siųstuvas, montuojamas ant elektros linijos. Jis stebi linijoje vykstančius procesus ir anomalijas – pavyzdžiui, įtampos ar srovės amplitudės bei fazės šuolius, kitų parametrų pokyčius – ir surinktą informaciją nedelsdamas perduoda radijo ryšiu. Antroji dalis – imtuvas, kuris ne tik priima ir kaupia duomenis, bet ir valdo pastotėse esančią įrangą, taip padėdamas sumažinti nenumatytų įvykių keliamą žalą infrastruktūrai“, – dalijasi E. Kasperavičius.
KTU Elektronikos inžinerijos katedros profesorius Vytautas Markevičius teigia, kad „TiFEC SmartGrid Sensor“ technologija skirta infrastruktūros būklės stebėsenai ir apsaugai nuo galimų katastrofiškų padarinių, todėl ji prisideda prie elektros tiekimo sutrikimų prevencijos.
„Pavyzdžiui, jei ant linijos užkrenta medis, pati sistema gedimo nepašalins, tačiau ji užtikrins greitesnį automatinį reagavimą ir leis anksčiau pastebėti lėtai vykstančius pokyčius, kurie pastotėje būtų užfiksuoti jau per vėlai. Tokia stebėsena didina tinklo patikimumą, mažina priežiūros sąnaudas ir, netiesiogiai, visos infrastruktūros kaštus“, – pabrėžia jis.
Pritaikoma įvairiose šalyse ir klimato zonose
Pasak E. Kasperavičiaus, nors sistemos principai aiškūs, praktikoje atsiranda netikėtų kliūčių. Pavyzdžiui, įrenginys tvirtinamas ant elektros perdavimo linijos, tačiau aprūpinti jį reikalinga energija sudėtinga – įprasti komerciniai transformatoriai pritaikyti daug didesnei galiai, nei reikia šiai sistemai.
„Įdomu tai, kad aukštos įtampos, šimtų kilovoltų, linijoms tokia galimybė numatoma dar montuojant pačius elektros kabelius, tačiau žemos įtampos linijoms, kurios taip pat gali driektis dešimtis kilometrų, praktiško sprendimo kol kas nėra. Šiuo metu linijos būsena matuojama pastotėse, tačiau iki jų atėję signalai dažnai būna pakitę ir ne visada tiksliai atspindi realią situaciją linijos viduryje“, – aiškina jis.
Jaunasis KTU TiFEC tyrėjas pastebi, kad „TiFEC SmartGrid Sensor“ taikymo galimybės yra itin plačios, kadangi skirstomojo tinklo ilgis Lietuvoje viršija 120 tūkst. kilometrų.
Dar daugiau – ši inovacija gali būti taikoma įvairiose šalyse ir klimato zonose, nes sprendžia globalią problemą. Tuo tarpu kitose infrastruktūros srityse, pavyzdžiui, vandentiekio ar dujotiekio tinkluose, procesai vyksta lėčiau, todėl tokie sensoriai šiuo metu būtų pernelyg brangūs.
KTU profesorius dalijasi, kad po sistemos testavimo kartu su energetikais KTU tarpdisciplininiame prototipavimo laboratorijų centre „M-Lab“ planuojama kurti specializuotą lustą.
„Projekto idėja glaudžiai siejasi su viena iš TiFEC mokslo krypčių – Elektronikos ir elektros inžinerija. Ši technologija svarbi ne tik praktinei veiklai, bet ir mokslui – surinkti duomenys apie elektros linijose vykstančius procesus galėtų būti analizuojami ir panaudojami tolesniems tyrimams bei plėtrai“, – sako jis.
Sistema pelnė apdovanojimą
„TiFEC SmartGrid Sensor“ sistema šiemet pelnė „Mars Lietuva“ apdovanojimą už indėlį į išmaniųjų infrastruktūrų plėtrą.
„Labai džiaugiamės gavę šį apdovanojimą – jis patvirtino, kad mūsų kuriama technologija yra svarbi ne tik mokslininkams, bet ir plačiajai bendruomenei. Bendraudami su „Mars Lietuva“ atstovais išgirdome, kad sprendžiama problema, kilusi iš energetikos specialistų praktinės patirties, ir jau sukurtas sistemos maketas, demonstruojantis realią elektros linijos stebėseną, buvo svarbiausi argumentai skiriant apdovanojimą“, – dalijasi E. Kasperavičius.
KTU studentas pasakoja, kad mokslinę veiklą pradėjo dar bakalauro studijų metais, prisijungęs prie Elektronikos katedros Interaktyvių elektronikos sistemų mokslo grupės. Čia jis dirbo prie įvairių projektų – nuo grunto tyrimų iki automobilių ralio. Įkūrus TiFEC, studentą pakvietė prisidėti prie elektros linijų stebėsenos sistemos kūrimo, ir jis nusprendė įsitraukti į centro veiklą. Pasirinkimą lėmė nagrinėjamų iššūkių sudėtingumas bei jų aktualumas šiuolaikiniame pasaulyje.
„Šiame projekte prisidėjau prie sistemos projektavimo ir galimybių analizės, atlikau programavimo darbus bei pirminius testus. Dirbdamas prie šios sistemos ne tik pagilinau elektronikos inžinerijos kompetencijas – mikrovaldiklių programavimą, darbą su radijo ryšio įranga ir kt., – bet ir praplėčiau akiratį, įgydamas naujų žinių, pavyzdžiui, apie elektros perdavimo linijas“, – sako jis.
TiFEC suburia patyrusius elektronikos, energetikos ir kitų sričių tyrėjus bei studentus. Pasak E. Kasperavičiaus, pastarųjų įsitraukimas praturtina mokslo grupes naujomis idėjomis ir padeda formuoti ambicingas komandas, pasiryžusias spręsti globalius iššūkius.
Tuo pat metu jauniesiems tyrėjams sudaromos galimybės bendradarbiauti su patyrusiais vadovais, kurie padeda ne tik įveikti iššūkius, bet ir siekti reikšmingų rezultatų mokslo pasaulyje.
