Elektrikerblatt 2019.1-2. Energiesysteme und Luftthermografie II.

Eric Rahne, Dipl.-Ing. Elektrotechnik, akkreditierter Thermografie-Experte der Stufe 3 (PIM GmbH)

Dieser Artikel wurde aufgrund eines Fehlers der Redaktion nicht in der oben genannten Ausgabe veröffentlicht!

Unsere Artikelserie über Thermografie soll einen Einblick in die erstaunliche Vielseitigkeit und die theoretischen sowie praktischen Grenzen der Thermografie geben, basierend auf Rahne Erics 650-seitigem Fachbuch "THERMOGRAFIE - Theorie und praktische Messtechnik". Dieser Teil ist die Fortsetzung des vorherigen Artikels "Energiesysteme und Luftthermografie".

Zustandsüberwachung von Stromleitungen mit Luftthermografie

Bei der Überwachung von Stromleitungen ist neben den Einschränkungen für Außenmessungen auch die geometrische Auflösung aus messtechnischer Sicht kritisch. Zur Erfassung von Überlastungen und vorübergehenden Widerstandserhöhungen von Leitungen, die sich in einer Höhe von 30 m befinden und möglicherweise nur einen Durchmesser von 18 mm haben, ist eine geometrische Auflösung von 0,2 mrad oder besser erforderlich, also ein großes "optisches Zoom"-Teleobjektiv. Selbst bei einer geringeren geometrischen Auflösung als dieser sind einige Isolationsfehler noch erkennbar. Die folgenden Wärmebilder sind aufgrund der Messzeit und der sichtbaren geometrischen Auflösung nicht für thermografische Auswertungen geeignet, unabhängig davon, ob sie vom Boden aus oder aus der Luft (mit einem Hubschrauber, Flugzeug oder Drohne) aufgenommen wurden. (Leider sind diese Beispiele charakteristisch für die meisten derzeit durchgeführten Stromleitungsuntersuchungen, kaum eine korrekte Messung ist in Publikationen und Werbebroschüren zu finden!) Thermografie-Beispielaufnahmen von Stromleitungen, die nicht ausgewertet werden können:

Korrekte Thermografie-Beispielaufnahmen von Fehlern an Stromleitungen:

Thermografische Überwachung großer Solaranlagen mit Drohnen

Die Art der in der Einleitung aufgeführten Messungen, die Anzahl der damit verbundenen Aufnahmen sowie die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Sichtfeld und dem Sichtwinkel machen die Luftthermografie besonders geeignet. Typisch ist die thermografische Überwachung aus einem Flugzeug oder Hubschrauber im Umweltschutz, der Umweltüberwachung (z. B. für die Wasserwirtschaft, Landwirtschaft oder Wildtierzählung), bei großflächigen archäologischen und geologischen Untersuchungen. Immer häufiger wird auch die Luftüberwachung von Solaranlagen, insbesondere von großflächigen, mehrere Hektar großen Photovoltaikanlagen, mit immer leistungsfähigeren und leichter einsetzbaren, sogar automatisierbaren Drohnen möglich. (Natürlich sollten wir dabei nicht vergessen, dass für den Einsatz von Drohnen strenge Vorschriften und gesetzliche Regelungen gelten, über die hinaus weitere technische und rechtliche Risiken entstehen können.) Der größte Vorteil von Luftaufnahmen besteht darin, dass relativ schnell große Flächen bei optimaler Betrachtungsperspektive untersucht werden können, praktisch ohne Schattenrisiko. Dennoch ist auch diese Technologie nicht problemlos. Um gestochen scharfe, korrekt fokussierte Wärmebilder zu erhalten, muss der Abstand zu den gemessenen Solarfeldern und Modulen genau eingehalten werden. Die möglicherweise motorisierte Fokussierung hochleistungsfähiger Wärmebildkameras ist energieintensiv, daher wird ein großer Akku für die Wärmebildkamera benötigt. Aufgrund der relativ geringen Tiefenschärfe der Wärmebildkameras ist es ratsam, wenn der Sonnenstrahlungswinkel dies zulässt, die Modultafeln möglichst senkrecht zu betrachten, damit jedes Bildteil scharf ist. Auch die Aufnahme aus der Bewegung heraus bereitet Schwierigkeiten. Anhand der durch die Integrationszeit der verwendeten Wärmebildkamera verursachten Pixelverlängerung muss die maximale Fluggeschwindigkeit und damit die Messdistanz und Aufnahmefrequenz in Abhängigkeit von der kleinsten zu erkennenden Fehlerstelle ermittelt werden. Da diese Parameter voneinander abhängig sind, ist es sinnvoll, eine auf einem einfachen Gleichungssystem basierende Entscheidungs- und Missionsplanungstabelle anzuwenden, die auf der nächsten Seite vorgestellt wird. Dabei sollten die Fluggeschwindigkeitsparameter so lange angepasst werden, bis eine akzeptable, optimale Flugzeit und Aufnahmemenge erreicht werden. Dabei muss auch die Breite des gemessenen Wärmebildes senkrecht zur Flugrichtung des Objekts berücksichtigt werden. Wenn dies sicherlich breiter als die Breite einer Solarzelle ist, reicht es aus, die Reihen einmal abzufliegen. Andernfalls vervielfacht sich die erforderliche Zeit und Anzahl der Aufnahmen mit jedem weiteren Überflug.

Die obige Tabelle wurde unter Verwendung der Parameter einer relativ kleinen Wärmebildkamera berechnet, die auch mit einer elektrischen Drohne transportiert werden kann. Mit einer leistungsstärkeren, höher auflösenden und schneller integrierenden Wärmebildkamera können die 72.000 Module auf der strukturierten 31-Hektar-Fläche wesentlich schneller und möglicherweise mit der Hälfte oder einem Drittel der Aufnahmen vermessen werden. Die in der Tabelle verwendeten Gleichungen sind in den entsprechenden theoretischen Teilen des Buches enthalten, daher werden sie hier nicht wiederholt. Der nächste Schritt ist die Erstellung des Flugplans, d. h. die Planung der einzelnen Missionen. In der Regel bereitet nicht der Speicher der Wärmebildkamera Probleme, sondern die Flugzeit und Reichweite der eingesetzten Drohne. Zur Vorabklärung dieses Problems ist es ratsam, basierend auf der Anordnung der Modulreihen und der Struktur des gesamten Feldes die optimalen Routen im Voraus zu planen. Dabei ist es äußerst hilfreich, wenn wir über die korrekten GPS-Koordinaten, kartografischen Daten und Höhenprofile des zu prüfenden Solarzellenparks verfügen und die Drohne entsprechend missionsspezifisch und automatisiert steuern können.

Quelle für den (gekürzten) Text, Abbildungen und Wärmebilder: Rahne Eric: THERMOGRAPHIE - Theorie und praktische Messtechnik 656 Seiten (A4, farbig), 303 Abbildungen, 452 Bilder, 754 Wärmebilder, 50 Tabellen ISBN 978-963-87401-6-8 (gedrucktes Buch, keine elektronische Ausgabe) Weitere Informationen: www.thermalkamera.hu in dem oben genannten Werk verwendete (einzeln gekennzeichnete) Quellen:

H51	www.infratec-infrared.com/uploads/tx_templavoila/Airborne-thermography-VarioCAM_InfraTec-HD_03.jpg
H53	http://thermal-imaging-camera.irpod.net/wp-content/uploads/2012/01/Wire_Animation.gif
H54	www.workswell-thermal-camera.com/wp-content/uploads/2016/07/vysoke_napeti.png
K265	Rotors & Cams GmbH und PIM GmbH

Rahne Eric (PIM GmbH) pim-gmbh.hu, thermalkamera.hu

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