La communication CPL à bande étroite – excellent outil diagnostic
Dans le cadre du réseau intelligent, la communication CPL sur haute tension (230 V) fait partie des canaux de transmission dominants. La zone du territoire exploité atteint souvent 1 km2 , et il existe de nombreux facteurs ayant une influence négative sur la force du signal CPL, notamment les changements de topologie, l’impédance parasite due au comportement des clients, ou des perturbations significativement élevées parce que les clients ne respectent pas les normes CEM en vigueur. Heureusement, le petit nombre de lignes à haute tension signifie qu’il n’y a pas de problème d’impédance de ligne propre à des fréquences de transmission plus basses .
En ce qui concerne les lignes à moyenne tension (jusqu’à 35 kV), la situation est favorable à la transmission de signaux PLC jusqu’à 500 kHz. Il n’y a pas de changement de topologie, de sorte que l’impédance de la ligne MT reste la seule charge dominante. La zone du réseau de distribution MT a un rayon allant jusqu’à 30 km ; ces distances sont principalement couvertes par des lignes aériennes. D’autre part, les lignes de câbles souterraines peuvent atteindre jusqu’à 5 km.
Considérons la situation au sein du réseau électrique. À la fréquence de 50 Hz, nous devons tenir compte de la résistance de la ligne sur une longueur de plusieurs kilomètres. La longueur d’onde d’un signal d’une fréquence allant jusqu’à 500 kHz (utilisé par les systèmes PLC) est nettement plus courte que la ligne utilisée.
Dans ce cas, le signal se comporte comme une onde, et il est donc nécessaire de tenir compte de l’impédance totale de la ligne. Nous pouvons la comparer à l’élément RLC intégré formé par ses caractéristiques parasites, lorsque les fréquences les plus élevées subissent une atténuation plus importante.
Bien que l’inductance soit similaire pour les lignes MT aériennes et câblées, il existe une différence significative au niveau de la capacité atteinte. La capacité des lignes câblées (en raison du placement très serré des câbles ou du blindage d’un seul fil) atteint des centaines de nF sur 1 km, alors que la capacité des lignes aériennes est des milliers de fois inférieure, ce qui a une influence sur l’impédance totale. Par conséquent, les lignes aériennes présentent une atténuation nettement plus faible que les lignes câblées lorsque la fréquence augmente.
BPL vs CPL sur les lignes MV : un vainqueur (sans) surprise
La comparaison des caractéristiques de transmission des communications à large bande et à bande étroite sur les lignes MT aboutit à quelques résultats intéressants. Cette comparaison s’effectue sur des lignes câblées, le couplage de capacité a été utilisé dans une mise en œuvre en plusieurs phases.
Une mise en œuvre à phase unique – avec un pôle connecté au fil et le second mis à la terre – n’a pas été utilisée en raison du niveau élevé de perturbation résultant de la connexion à la terre). Plusieurs lignes ont été comparées (la plus longue atteignant 15 km) dans une connexion point à point.
Les modems BPL (pour l’instant, laissons de côté leur ancrage juridique problématique) dans la gamme de fréquences de 2 à 30 MHz ont pu communiquer jusqu’à une distance maximale de 500 m avec un taux de transmission réel de 100 kbit/s, en raison des caractéristiques inégales du canal de transmission sur l’ensemble de sa bande passante.
D’autre part, les modems à bande étroite avec une fréquence de communication allant jusqu’à 500 kHz et utilisant les normes PRIME et G3-PLC ont atteint des taux comparables, même à une distance 30 fois plus longue par rapport à la BPL (la longueur de la ligne était de 15 km seulement), et, en outre, aucun répéteur n’a été utilisé, ce qui est crucial, en particulier pour les lignes aériennes.
Autre constatation surprenante : le taux de transmission réel dépasse celui des canaux GPRS concurrents. Lors de l’essai de lignes individuelles (lignes de câbles MT alimentant un four à arc électrique), il a également été constaté que le paquet court dans la bande jusqu’à 100 kHz surmonte de manière fiable toutes les perturbations résultant du fonctionnement de cette charge, avec un temps de latence défini.
Ce fait peut être crucial pour les distributeurs d’énergie : La communication API MT peut être utilisée de manière fiable pour commander les réseaux de distribution. Les ordres et les commandes de contrôle ne sont pas volumineux du point de vue des données, mais la latence définie est requise.
Valeur ajoutée de la communication CPL MT : diagnostic de ligne
Une autre caractéristique spécifique a été découverte lors de la mesure des diagnostics de ligne (accompagnée d’une augmentation de la fiabilité du système). Il faut savoir qu’un modem CPL de communication est un récepteur connecté en permanence qui évalue tous les signaux de capture. Outre le fait qu’il est possible de détecter une interruption de ligne (par exemple si un arbre est tombé sur une ligne aérienne), nous pouvons également identifier d’autres types de dysfonctionnements.
Les dysfonctionnements les plus courants qui entraînent la dégradation des lignes (aériennes et câblées) présentent deux états. Au début, il y a un état de haute résistance qui, avec le temps, passe à un état de basse résistance, c’est-à-dire un court-circuit. Un grand nombre de dysfonctionnements des lignes MT sont mis en évidence par la dégradation de l’isolement. La figure 1 montre comment le dysfonctionnement se déroule et quel en est le résultat.
La capacité C1 indique la capacité de la cavité de gaz à l’intérieur de l’isolation. Les capacités C2′ et C2 » indiquent la capacité du reste de l’isolation saine, et les capacités C3′ et C3 » représentent la capacité de l’isolateur unique.
Dans la cavité, des décharges partielles sont générées et dégradent progressivement l’endroit affecté. L’état de ce lieu passe de haut-ohm à bas-ohm (voir figure 2).
UB est la tension de claquage d’une décharge partielle dans la cavité. L’allumage bref des décharges partielles provoque des impulsions de courant. Ces impulsions se superposent à la tension de base avec une fréquence nettement plus élevée, qu’il est possible de capter en utilisant le récepteur d’un modem CPL MT.
Si nous utilisons une méthode relative, nous détectons l’augmentation d’une perturbation par rapport à l’état précédent, ce qui constitue le signal de diagnostic. Sur les lignes de câbles, il s’agit d’un début évident de dysfonctionnement de l’état d’isolement. Sur les lignes aériennes, une couronne peut également apparaître, car elle présente des caractéristiques physiques similaires.
Il y a un avantage au niveau de la moyenne tension : le faible gradient de tension. Cela signifie que les circonstances pour la création d’une couronne sont extraordinairement défavorables (la couronne est principalement liée aux lignes à très haute tension). Au niveau MT, en particulier dans les environnements poussiéreux où la poussière et l’humidité élevée se déposent sur les isolateurs, des routes conductrices peuvent être créées, ce qui constitue le début de la dégradation de l’isolateur.
Conclusion : Longue vie à la communication CPL moyenne tension
La communication CPL MT peut rivaliser de manière fiable avec les transmissions radio. Par exemple, le WMBus est similaire du point de vue du débit de communication et du volume de données transférées, mais il n’a pas le même rayon d’action. SIGFOX, quant à lui, a un rayon d’action similaire, mais est limité par le volume des données transférées.
Le GSM a le débit et la couverture nécessaires, mais il n’a pas de temps de latence défini et il dépend des offres de services d’un tiers. Diverses connexions par faisceaux hertziens doivent faire l’objet d’une licence au sein de l’office des télécommunications et elles n’ont que des connexions point à point.
Par rapport aux transmissions radio, la transmission sur les lignes MT n’est pas susceptible de subir des perturbations intentionnelles, et sa couverture est de 100 %. Le déploiement de modems CPL MT apporte de nouveaux avantages dans le domaine de la fiabilité de l’alimentation électrique.
La situation réelle permet d’indiquer à temps les menaces potentielles et de simplifier la recherche des dysfonctionnements. En outre, il est possible de réaliser des diagnostics très sophistiqués avec un minimum d’investissements supplémentaires, car la partie la plus coûteuse du dispositif (c’est-à-dire l’unité de couplage) peut être utilisée avec un modem CPL MT.