Comunicación PLC de banda estrecha: una excelente herramienta
Dentro de la red inteligente, la comunicación PLC a través de alta tensión (230 V) pertenece a los canales de transmisión dominantes. El área del territorio operado es a menudo de hasta 1 km2 , y hay un montón de factores con influencias negativas en la intensidad de la señal PLC, incluidos los cambios de topología, la impedancia parásita del comportamiento del cliente, o perturbaciones significativamente altas porque los clientes no respetan las normas CEM válidas. Afortunadamente, el reducido número de líneas de alta tensión significa que no hay problemas con la impedancia propia de la línea a frecuencias de transmisión más bajas .
En cuanto a las líneas de media tensión (hasta 35 kV), la situación para la transmisión de señales PLC hasta 500 kHz es favorable. No hay cambio de topología, por lo que la impedancia de la línea de MT sigue siendo la única carga dominante. El área de la red de distribución de MT tiene un radio de hasta 30 km; estas distancias están cubiertas principalmente por líneas aéreas. Por otro lado, las líneas de cables subterráneos pueden alcanzar hasta 5 km.
Consideremos la situación dentro de la red eléctrica. A una frecuencia de 50 Hz, hay que tener en cuenta la resistencia de la línea en una longitud de varios kilómetros. La longitud de onda de una señal con una frecuencia de hasta 500 kHz (utilizada por los sistemas PLC) es claramente inferior a la de la línea utilizada.
En este caso, la señal actúa como una onda, por lo que es necesario tener en cuenta la impedancia total de la línea. Podemos compararlo con el elemento RLC integrado formado por sus características parasitarias, cuando las frecuencias más altas sufren mayor atenuación.
Aunque la inductancia es similar en las líneas de MT aéreas y de cable, existe una diferencia significativa cuando se alcanza la capacidad. La capacidad de las líneas de cable (debido a la colocación de cables muy apretados o al apantallamiento de un solo hilo) alcanza cientos de nF en 1 km, mientras que la capacidad de las líneas aéreas es miles de veces inferior, lo que influye en la impedancia total. Por lo tanto, las líneas aéreas tienen una atenuación significativamente menor con el aumento de la frecuencia en comparación con las líneas de cable.
BPL vs. PLC en las líneas MV: ganador (no) sorprendente
Si comparamos las características de transmisión de las comunicaciones de banda ancha y banda estrecha a través de líneas de media tensión, obtenemos un par de resultados interesantes. Esta comparación se produce en las líneas de cable, el acoplamiento de capacidad se utilizó en una implementación entre fases.
No se utilizó una implementación monofásica -con un polo conectado al cable y el segundo conectado a tierra- debido al alto nivel de perturbación derivado de la conexión a tierra). Se compararon varias líneas (la más larga de ellas alcanzó los 15 km) en una conexión punto a punto.
Los módems BPL (de momento dejemos a un lado su problemático anclaje legal) con el rango de frecuencias de 2-30 MHz eran capaces de comunicar hasta la distancia máxima de 500 m con la velocidad de transmisión real de 100 kbit/s, como resultado de las desiguales características del canal de transmisión en todo su ancho de banda.
Por otra parte, los módems de banda estrecha con una frecuencia de comunicación de hasta 500 kHz que utilizaban las normas PRIME y G3-PLC, alcanzaron velocidades comparables, incluso a una distancia 30 veces mayor en comparación con la BPL (la longitud de la línea era de sólo 15 km) y, además, no se utilizó ningún repetidor, lo que es crucial sobre todo para las líneas aéreas.
También hay otro hallazgo sorprendente: la velocidad de transmisión real supera a la de los canales GPRS de la competencia. Durante las pruebas de líneas individuales (líneas de cable de MT que abastecen a un horno de arco eléctrico), también se comprobó que el paquete corto en la banda de hasta 100 kHz supera con fiabilidad todas las perturbaciones derivadas del funcionamiento de esta carga, con una latencia definida.
Este hecho puede ser crucial para los distribuidores de energía: La comunicación MV PLC puede utilizarse de forma fiable para ordenar las redes de distribución. Las órdenes y comandos de control no son grandes desde el punto de vista de los datos, pero se solicita la latencia definida.
Valor añadido de la comunicación PLC de MT: diagnóstico de línea
Otra característica específica se descubrió durante la medición del diagnóstico de la línea (acompañada de un aumento de la fiabilidad del sistema). Hay que darse cuenta de que un módem PLC de comunicación es un receptor conectado permanentemente que evalúa todas las señales de captación. Además de que es posible detectar una interrupción de la línea (por ejemplo, si un árbol ha caído sobre una línea aérea), también podemos identificar otros tipos de averías.
Las averías más comunes que provocan la degradación de las líneas (tanto aéreas como por cable) tienen dos estados. Al principio, hay un estado de alto ohmio que, con el tiempo, pasa a un estado de bajo ohmio, es decir, cortocircuito. Un elevado número de averías en las líneas de MT se están poniendo de manifiesto por la degradación del aislamiento. La figura 1 muestra cómo se produce la avería y cuál es su resultado.
La capacidad C1 muestra la capacidad de la cavidad de gas dentro del aislamiento. Las capacidades C2′ y C2» muestran la capacidad del resto del aislamiento sano, y la capacidad C3′ y C3» es la capacidad del aislante único.
En la cavidad se generan descargas parciales que, poco a poco, degradan el lugar afectado. El estado de este lugar cambia de alto ohmio a bajo ohmio (véase la figura 2).
UB es la tensión de ruptura de una descarga parcial en la cavidad. El encendido breve de las descargas parciales provoca impulsos de corriente. Estos impulsos se superponen a la tensión básica con una frecuencia significativamente más alta, y esta frecuencia es posible captarla utilizando el receptor de un módem MV PLC.
Si utilizamos un método relativo, detectamos el aumento de una perturbación en comparación con el estado anterior, que es la señal de diagnóstico. En las líneas de cable, se trata de un claro principio de mal funcionamiento del estado de aislamiento. En las líneas aéreas, también puede aparecer una corona, ya que tiene características físicas similares.
Existe una ventaja en el nivel de media tensión: el bajo gradiente de tensión. Esto significa que las circunstancias para la creación de la corona son extraordinariamente desfavorables (la corona está relacionada principalmente con las líneas de muy alta tensión). En el nivel de MT, especialmente en entornos polvorientos donde el polvo junto con la alta humedad se precipita sobre los aisladores, se pueden crear rutas conductoras que son el principio de la degradación de los aisladores.
Conclusiones: Larga vida a la comunicación PLC de media tensión
La comunicación MV PLC puede competir de forma fiable con las transmisiones por radio. Por ejemplo, WMBus es similar desde el punto de vista de la velocidad de comunicación y el volumen de datos transferidos, pero no tiene el mismo radio. SIGFOX, por su parte, tiene un radio similar, pero está limitado por el volumen de datos transferidos.
GSM tiene la velocidad y la cobertura necesarias, pero no tiene una latencia definida y depende de la oferta de servicios de terceros. Varias conexiones de radioenlaces deben tener licencia en la oficina de telecomunicaciones y sólo tienen conexiones punto a punto.
En comparación con las transmisiones por radio, la transmisión a través de líneas de MT no es susceptible de perturbaciones intencionadas y tiene una cobertura del 100%. El despliegue de módems PLC de MT aporta nuevas ventajas al ámbito de la fiabilidad del suministro eléctrico.
La situación real permite indicar a tiempo posibles amenazas y simplificar la búsqueda de averías. Además, se abre el espacio para diagnósticos significativamente sofisticados con un mínimo de inversiones adicionales, ya que la parte más cara del dispositivo (es decir, la unidad de acoplamiento) puede utilizarse junto con un módem PLC de MT.