Miehittämättömien ilma-alusten käyttö häiriöselvityksissä

Miehittämättömien ilma-alusten käyttö häiriöselvityksissä

Esityksen sisältö 1. Työn lähtökohdat 2. Hankkeen tavoitteet 3. Hankkeen toteutus 4. Verkostohäiriöiden selvittäminen 5. Multikopterien hyödyt verkoston vianpaikannuksessa 6. Pilotointi 7. Pilotoinnin tuloksia 8. Selvityksen johtopäätöksiä 9. Kehittämisehdotuksia 10. Lisätietoa

1 Työn lähtökohdat Sähköyhtiöiden ilma-alusten käyttö ja toimintaympäristö Sähköverkkoyhtiöt käyttävät ilma-aluksia, lähinnä helikoptereita sähköverkoston erilaisissa tarkastus-, kunnossapito- sekä rakennustöissä. Syynä on mm. uuden sähkömarkkinalain myötä tiukentuneet sähkön toimitusvarmuusvaatimukset Vakavissa, esim. säätilasta johtuvissa häiriötilanteissa helikoptereilla saadaan tilannekuva vaurioiden laajuudesta ja nopeutetaan häiriöselvitystyötä paikantamalla vikoja sekä puhdistamalla johtokatujen puustoa mm. tykkylumitilanteissa Helikoptereita hyödynnetään laajasti myös verkoston säännönmukaiseen kunnossapitoon liittyvissä tarkastustehtävissä

1 Työn lähtökohdat jatkoa Harrastuskäyttöön tarkoitetut miehittämättömät ilma-alukset 1) eli lennokit, dronet tai multikopterit ovat kehittyneet viime vuosina vauhdilla. Kuluttajakäyttöön tarkoitetuissa laitteissa on nykyisin ilmakuvauksiin soveltuvat erinomaiset 4K-kamerat ja runsaasti erilaisia lennättämiseen, navigointiin ja kuvaukseen liittyviä lisäominaisuuksia halu selvittää uuden tekniikan soveltuvuutta ja siitä saatavia hyötyjä Voimassa olevassa ilmailulainsäädäntö, ilmatilan rakenne ja varauskäytännöt ovat muovautuneet aikojen saatossa lähes yksinomaan miehitetyn siviili- ja sotilasilmailun lähtökohdista ja tarpeista. Ilmailumääräyksissä ja muussa sääntelyssä joka on samalla ilmailua mahdollistavaa miehittämätön ilmailu on huomioitu vasta muutaman vuoden ajan (esim. Ilmailumääräys OPS M1-32) tarve koeponnistaa säädösympäristöä 1) Ammattilaitteista käytetään myös nimitystä RPA tai UAV (RPA = Remotely Piloted Aircraft ja UAV = Unmanned Aerial Vechicle)

2 Hankkeen tavoitteet Hankkeelle asetetut tärkeimmät tavoitteet: 1. Koota sähköverkkoyhtiöiden tarpeita ja vaatimuksia sähköverkon häiriöselvityksiin ja vianpaikannukseen liittyen 2. Arvioida multikopterien tämän hetkinen soveltuvuus ja hyöty 3. Selvittää laitteiden navigointiin ja ohjaukseen liittyviä teknisiä haasteita erityisesti toimittaessa näköyhteyden ulkopuolella 4. Tarkastella sähkökäyttöisten multikopterien soveltuvuus verkkoympäristön usein haasteellisissa kenttä- ja ilmasto-olosuhteissa 5. Selvittää laitteiden ja niihin liittyvien huolto-, koulutus- ja vakuutuspalvelujen hintaa ja saatavuutta 6. Tarkastella miehittämättömien ilma-alusten käyttöön liittyvää sääntelyä ja lupamenettelyä 7. Verrata multikoptereiden ja miehitettyjen helikoptereiden käyttöä verkoston häiriöselvityksessä ja vianpaikannuksessa 8. Todentaa selvitykset tulokset käytännön pilotoinnein 9. Koota kehitysehdotuksia multikoptereiden käytön edistämiseksi Lähtöoletus oli, että multikopterien laajamittaisella käytöllä voitaisiin suuresti nopeuttaa siirto- ja jakeluverkoston vianpaikannusta ja lyhentää siten sähköjakelun keskeytysaikoja

3 Hankkeen toteutus Selvitysosa 3-8/2017 Selvitysosassa perehdyttiin vianselvitysprosessiin ja vianpaikannukseen sekä kartoitettiin multikoptereiden teknisiä ominaisuuksia, saatavuutta ja soveltuvuutta haasteellisissa olosuhteissa tehtävään vianpaikannukseen. Selvitysosassa tutustuttiin lisäksi miehittämätöntä ilmailua koskeviin säädöksiin ja viranomaisohjeistukseen Työmenetelmänä asiantuntijahaastattelut, laitevalmistajien ja maahantuojien tapaamiset, tietohaut sekä ohjausryhmätyöskentely. Päävastuullisena tekijänä toimi Reneco Pilotointivaihe 8-12/2018 Käytännön kenttäkokeilla testattiin keveiden multikopterien soveltuvuutta erityisesti keskijänniteverkon vianpaikannukseen Varsinaiseen hankkeen pilotointiosaan osallistuivat: Savon Voima Verkko Oy, pilotoijina Voimatel Oy ja Comtiki Oy PKS Sähkönsiirto Oy (yhtiö myös lensi pilotointilennot) Lisäksi laitteita testailivat Eltel Networks Oy, Pohjolan Werkonrakennus Oy sekä Oulun Energia Urakointi Oy

4 Verkostohäiriöiden selvittäminen Ilmasto-olosuhteiden aiheuttamien verkostohäiriöiden selvitys Myrskyt, tykkylumi ja muut ilmastolliset tekijät aiheuttavat laajoja verkostohäiriöitä. Häiriöiden laajuus ja tyyppi vaihtelevat vuosittain suuresti. Huolimatta verkoston saneeraamisesta säävarmaksi jakeluverkonhaltijoilla oli vuonna 2016 ilmajohtoihin perustuvaa verkkoa yhteensä keskimäärin noin: PJ 135 000 km, KJ 113 000 km ja 110 kv lähes 7 000 km *) Odottamattomia keskeytyksiä PJ- ja KJ-verkossa esiintyi yhteensä lähes 26 000 kpl *) (PJ 14 130 kpl ja KJ 11 752 kpl) Ilmajohtoihin kohdistuvia häiriöitä paikannetaan verkostoautomaation ja käytönvalvontajärjestelmän keinoin, mutta vian sijaitessa johto-osuudella sen paikantaminen on pääsääntöisesti tehtävä partioimalla. Odotusarvo partiointia vaativille KJilmaverkon vioille on noin 0,1 vikaa/ilmajohtokilometri/vuosi Vikapartiointi tehdään pienissä häiriöissä jalka-, mönkijä- ja moottorikelkkapartiointina ja suurhäiriötilanteissa käytetään lisäksi apuna miehitettyjä helikoptereita. *) Lähde: Energiaviraston tilastot 2016

5 Multikopterien hyödyt verkoston vianpaikannuksessa Tehdyn selvityksen ja pilotoinnin perusteella multikoptereita voidaan käyttää korvaamaan jalka- ja kelkkapartiointia ilmastoolosuhteiden normalisoiduttua. Vianpaikannuksen nopeutuessa saadaan työaika- ja kustannussäästöjä ja lyhennetään keskeytysaikaa Oheisissa taulukoissa 1 3 on arvioitu multikopterien käytöllä saatavia hyötyjä: 1.Työaikasäästöt vianpaikannuksessa, 2.Vakiokorvaussäästöt ja 3.KAH-hyödyt Multikopterien käytöllä arvioidaan säästettävän vianpaikannuskuluissa noin 6,5 /ilmajohtokilometri/vuosi. Taulukossa 1. työaika-säästöjä on arvioitu eri KJ-ilma-johtoverkon määrillä (määrät 75%, 62,5% ja 50% KJ-ilmajohdoista 2015; työn hinta 80 /h ALV 0%) Taulukko 1. Arvio multikopterien käytöllä saatavista työaikasäästöistä vikapartioinnissa

5 Multikopterien hyödyt verkoston vianpaikannuksessa jatkoa Verkkoyhtiö joutuu maksamaan vakiokorvauksia, kun keskeytysaika ylittää 12 tuntia Multikoptereita käyttämällä keskeytysaika lyhenee ja verkkoyhtiöt säästävät, kun asiakkaille maksetaan vähemmän vakiokorvauksia. Multikopterien käytöllä oletetaan voitavan vähentää maksettavia vakiokorvauksia noin 4,5%. Arvio vakiokorvaussäästöistä taulukossa 2., kun yhden vian korjaussumman oletetaan olevan 3 500 (50 asiakasta x 70 ) Arvio on varovainen, sillä yksinomaan vuodenvaihteen tykkylumivikojen takia vakiokorvauksia maksetaan Energiateollisuus ry:n mukaan noin 4 M :n arvosta Taulukko 2. Arvio vakiokorvaussäästöistä

5 Multikopterien hyödyt verkoston vianpaikannuksessa jatkoa Sähkönjakelun keskeytykset aiheuttavat haittaa sähköverkkoyhtiöiden asiakkaille (KAH-haitta). Multikopterien käytöllä KAHhaitat pienenevät. Taulukossa 3. on arvioitu multikopterien käytöllä saatavia KAH-hyötyjä eri ilmajohtoverkon pituuksilla parametrina kolme erisuuruista KAH-tehoa (25, 50 ja 100 kw) Taulukko 3. Arvio KAH-hyödyistä

5 Multikopterien hyödyt verkoston vianpaikannuksessa jatkoa Multikopterien laajamittaisen käytön kannattavuuden tarkastelemiseksi tehtiin investointilaskelmia nykyarvomenetelmällä. Laskelmia tehtiin erilaisilla laitetyypeillä, lentomenetelmillä sekä kahdella eri laskentakorolla 3% ja 8%. Laskentajakso 10 vuotta ja laitteet uusitaan 5 vuoden jälkeen. Oletusverkkoyhtiöllä 10 000 km KJ-ilmajohtoa, joka oltava tarkastettavissa 2-3 päivässä suurhäiriön jälkeen VLOS VLOS VLOS BVLOS BVLOS Mid end/ K Mid end/ K Mid end/ K High end/ A High end/ A Laitehinta a ALV 0% Laitteiden määrä/kpl 2 000 150 2 000 150 2 000 100 7 500 60 7 500 60 Taulu nro/ Toimintatapa Laiteluokka Lentomenetelmä Kaksisuuntainen Kaksisuuntainen Yksisuunt. ketjutettu Yksisuunt. ketjutettu Yksisuunt. ketjutettu Nykyarvo k /3% Nykyarvo k /8% +1 263 +860 +919 + 590 +1 005 +658 +902 +558 +557 +287 Taulukko 4. Multikopteri-investoinnin kannattavuus VLOS = Lennot näköyhteydellä K = Kuluttajalaite BVLOS = Lennot myös näköyhteyden ulkopuolelle A = Ammattilaite

6 Pilotointi Pilotoinnissa käytettiin seuraavia kaupallisti saatavia, sarjavalmisteisia, sähkökäyttöisiä multikoptereita: DJI Phantom 4 Pro DJI Phantom 4 Pro+ DJI Mavic Pro Kuva 1. DJI Phantom 4 Pro multikopteri ja 4 Pro+ kauko-ohjain

6 Pilotointi jatkoa Pilotointilentoja lennettiin useaan otteeseen Savon Voima Verkko Oy:n ja PKS Sähkönsiirto Oy:n alueilla elokuu joulukuu 2018 aikana. Lentomuotoina testattiin sekä tavanomaisia näköyhteydellä (VLOS) tehtäviä että näköyhteyden ulkopuolelle (BVLOS) ulottuvia lentoja Ohjausmenetelminä käytettiin normaalia käsinohjausta sekä reittipistelentoa autopilotin ohjaamana Reittisuunnittelussa käytettiin erillisiä suunnittelutyökaluja Ohjaajina toimi jo kokemusta omaava sekä aloitteleva pilotti BVLOS-lentoja varten molempien verkkoyhtiöiden toimesta oli haettu ilmatilanvarauksia (Tempo D). Tarvittava varausalue aktivoitiin Comtiki Oy:n suorittamaa BVLOS-lentoa varten Havainnointiin käytettiin ainoastaan multikopterien omia noin 8 megapixelin 4K-vakiokameroita. Havainnointia tehtiin sekä suoraan kauko-ohjaimeen välitetystä videokuvasta että kopterin muistikortille taltioiduista valokuvista ja videoista

7 Pilotoinnin tuloksia Kevyet, sarjavalmisteiset multikopterit soveltuvat hyvin näköyhteydellä lennättämiseen, kun ilmasto-olosuhteet ovat suotuisat: Ei sada, tuuli alle 10 m/s ja lämpötila korkeintaan hieman pakkasella. Laiteita ei voi suositella vaativiin BVLOSlentoihin, vaan niissä suositellaan käytettävän ammattitason multikoptereita Multikopterien vakiokameroiden kuvanlaatu riittää mainiosti vikojen paikannukseen ja linjalla makaavat suuret puut erottuvat jopa kilometrin päästä Vakuutuksien saaminen BVLOS-lentoihin osoittautui hyvin haasteelliseksi Radio-ohjausyhteyksien toimivuus myös iso haaste pitkillä lennoilla, kun halutaan lentää yhtäjaksoisesti 2-5 km:n erotinväli Seuraavissa kuvissa 2. ja 3. on pilotointien aikana multikoptereilla havaittuja puiden aiheuttamia vikoja. Kuvissa 4. ja 5. on kuvattu verkostokomponentteja. Kuvassa 6. on näkymä suoralle johtokadulle, jonka kuvasta on linjan päästä otettu osasuurennos, kuva 7.

7 Pilotoinnin tuloksia jatkoa Kuva 2. Ilmajohtojen päälle kaatunut puu Kuva 3. Puu PJ-johdolla Kuva 4. 110 kv:n eristin, SVV Kuva 5. KJ-Pylväserotin, PKSS

7 Pilotoinnin tuloksia jatkoa Kuva 5. KJ-pylväserotin, PKSS

7 Pilotoinnin tuloksia jatkoa Kuva 6. 20 kv:n johtokatu kuvattuna Phanton 4 Pro multikopterista

7 Pilotoinnin tuloksia jatkoa Kuva 7. Osasuurennos kuvasta 6.

Yleisiä havaintoja 8 Selvityksen johtopäätöksiä Selvityksen keskeinen tulos: multikopterit soveltuvat hyvin sähköverkoston vianpaikannuksiin lennettäessä näköyhteydellä (pieni varaus heikko säänsietokyky) Tehokkaat ja vaativat BVLOS-lennot ovat urakointi- ja verkkoyhtiöille haasteellisia ja vaativat ammattitason laitteita -> tulisi käyttää lentotoimintaan perehtyneitä palvelutuottajia Kustannustehokkuudessa miehitettyjen helikopterien ja multikopterien välillä ei ole suuria eroja, kun miehitetyillä helikoptereilla lennetään hyvin suunnitellusti ja tehokkaasti Multikopterien saatavuus häiriötilanteissa järjestettävissä paremmaksi kuin helikopterien (pienet investointikustannukset) Miehitettyjen helikopterien operointikyky vaikeissa sääolosuhteissa on selvästi multikoptereita parempi eikä ne tarvitse hankalia ilmatilanvarauksia pitkilläkään lennoilla

8 Selvityksen johtopäätöksiä jatkoa Vianpaikannuspalvelujen saatavuus Urakointiyhtiöt ovat keskeisessä roolissa verkostovikojen paikantamisessa ja korjaamisessa. Niille sopisi luontaisesti uuden työkalun, multikoptereiden hyödyntäminen Miehitetyt helikopterit poikkeuksetta ilmailupalveluyritysten omistamia ja operoimia ja yritykset tällä hetkellä ainoita vianpaikannuslentoja tarjoavia tahoja, uusituotealue? Koulutus- ja huoltopalvelujen tarjonta Koulutuspalveluja tarjoaa pari tahoa (mm. Insta ILS Oy) Multikopterien huolto maahantuojien varassa. Kaikki isommat huoltotoimenpiteet tehdään Keski-Euroopassa Vakuutuspalvelujen saatavuus VLOS-toimintaan saatavissa, BVLOS-toimintaa varten hankalaa

8 Selvityksen johtopäätöksiä jatkoa Ilmailusäädökset ja luvat Nykyisen ilmailulainsäädännön ja sen nojalla annettujen määräysten, mm.ops M1-32, todettiin olevan verkostovikojen paikannuksen kannalta kaksijakoisia: 1. Suoralla näköyhteydellä lennättäminen (VLOS) on sangen vapaata ja määräykset asettavat rajoituksia lentotoiminnalle lähinnä asutus-keskuksissa ja lentoasemien läheisyydessä 2. Sääntely suoran näköyhteyden ulkopuolelle ulottuvien lentojen (BVLOS) osalta on varsin rajoittavaa ja kaipaa muutoksia alusten tehokaan ja dynaamisen käytön mahdollistamiseksi. Erityisen hankalaksi koettiin BVLOSlennoilla tarvittavat ilmatilanvaraukset ja varauksiin liittyvä aktivointimenettely sekä monet muut rajoitukset. Tämä siitä huolimatta, että multikoptereilla lennetään käytännössä vain valvomattomassa ilmatilassa alle 150 metrin korkeudella, jossa tavanomainen harrastus- ja liikenneilmailu ei ole sallittua

8 Selvityksen johtopäätöksiä jatkoa Ilmailusäädökset ja luvat Ammattimainen lentotyö miehittämättömillä ilma-aluksilla edellyttää rekisteröintiä Trafille, eikä erityisiä lupavaatimuksia toistaiseksi ole ellei niiksi lasketa vaadittavaa vastuuvakuutusta ja BVLOS-lentojen edellä mainittua ilmatilanvarausmenettelyä Puolustusvoimat ei vaadi vikalennoilta ilmakuvauslupaa, mikäli kuvaustoiminta rajoittuu verkkoyhtiön verkostoon, eikä Puolustusvoimien luvanvaraisia kohteita kuvata Erityisesti ala on huolissaan tulevasta EU-tasoisesta miehittämättömien ilmailun sääntelystä. Siinä nykyinen kansallinen päätäntävalta luovutetaan Euroopan Unionille ja miehittämättömän ilmailun vaatimustaso nousee tuntuvasti. Yhteiskunnan huoltovarmuuskriittisestä infrastruktuurista huolehtivat tahot tarvitsevat laajat oikeudet hyödyntää miehittämättömiä ilma-aluksia toiminnassaan ja tulevassa sääntelyssä tämä on huomioitava

9 Kehittämisehdotuksia Urakoitsijat ja palvelutuottajat Miehittämättömillä ilma-aluksilla ansiolentotoimintaa harjoittavien tahojen (esim. palvelutuottajat, urakoitsijat) on hankittava riittävä tuntemus miehittämättömästä ilmailusta ja sen säädöksistä sekä perusteellinen osaaminen operoida miehittämättömiä ilma-aluksia mm. BVLOS-toiminnassa Miehittämätöntä ilmailua harjoittavien yritysten on tiivistettävä edunvalvontaa ja lisättävä yhteistyötä alan viranomaisten kanssa Yhteiskunta ja lainsäätäjät Yhteiskunnan tulisi panostaa alan tutkimukseen ja koulutusohjelmien luomiseen sekä tukea aloittavia yrityksiä uuden teknologian hyödyntämisessä. Ammattimaisen miehittämättömän ilmailun sääntelyä on vapautettava ja kehitettävä siten, että sujuva lentotoiminta mahdollistuu pelkällä sähköisellä ilmoituksella, ja toimintaa hankaloittavaa ja kustannuksia aiheuttavaa lupamenettelyä puretaan

9 Kehittämisehdotuksia jatkoa Laitevalmistajat ja oheispalvelujen kehittäjät Miehittämättömiä ilma-aluksia suunnittelevien ja valmistavien yritysten on parannettava selvästi sähkökäyttöisten multikopterien suorituskykyä pitkiä BVLOS-lentoja varten. Erityisesti akkujen kapasiteetti/painosuhdetta on parannettava. Myös säänkestoisuutta lisättävä vastaamaan Suomen olosuhteita Kehitettävä ja parannettava näköyhteyden ulkopuolella operoitaessa tarvittavia ohjaus-, navigointi- ja turvajärjestelmiä sekä ohjausyhteyksien ulottuvuutta Parannettava lennonsuunnittelun 3-ulotteisia työkaluja, jotta voitaisiin hyödyntää maasto- ja verkkotietokantoja, esim. Maanmittauslaitoksen laserkeilattu korkeuspistetietokanta Palvelutuottajat ja verkkoyhtiöt Seurattava tiiviisti alan kehitystä, huolehdittava edunvalvonnasta, kehitettävä ja tarkennettava verkostokomponettien geospesifisiä tietoja (mm. paikka- ja korkeustiedot)

10 Lisätietoa Hankkeen raportit Hankkeen kirjalliset raportit on ladattavissa Energiateollisuus ry:n sivuilta: https://energia.fi/ajankohtaista_ja_materiaalipankki/materiaalipankki/miehittamattomat_kaukoohjatut_ilma-alukset_verkostovikojen_paikannuksessa_sahkotutkimuspoolin_julkaisu.html#material-view Katso myös https://www.youtube.com/watch?v=maxpcwnve6w

Reneco Ratkaiseva tekijä jouko.tervo@reneco.fi www.reneco.fi