Keskeny sávú PLC kommunikáció – kiváló diagnosztikai eszköz
Az intelligens hálózaton belül a nagyfeszültségű (230 V) PLC-kommunikáció a domináns átviteli csatornák közé tartozik. Az üzemeltetett terület gyakran akár 1 km(2) is lehet, és rengeteg olyan tényező van, amely negatívan befolyásolja a PLC jelerősségét, beleértve a topológia változásait, az ügyfelek viselkedéséből eredő parazita impedanciát, vagy a jelentősen magas zavarást, mivel az ügyfelek nem tartják be az érvényes EMC-szabványokat. Szerencsére a nagyfeszültségű vezetékek kis száma azt jelenti, hogy alacsonyabb átviteli frekvenciákon nincs probléma a saját vezeték impedanciájával. .
A középfeszültségű (35 kV-ig) vezetékek esetében a helyzet a PLC jelek 500 kHz-ig történő átvitelére kedvező. A topológia változása hiányzik, így a középfeszültségű vezeték impedanciája marad az egyetlen domináns terhelés. A középfeszültségű elosztóhálózat területe legfeljebb 30 km sugarú; ezeket a távolságokat főként légvezetékek fedik le. A földkábeles vezetékek viszont akár 5 km-es távolságot is elérhetnek.
Nézzük meg a helyzetet a villamosenergia-hálózaton belül. Az 50 Hz-es frekvencián a több kilométeres vezetékhosszon belül figyelembe kell vennünk a vezeték ellenállását. Az akár 500 kHz-es frekvenciájú (PLC-rendszerek által használt) jel hullámhossza egyértelműen rövidebb, mint a használt vezeték.
Ebben az esetben a jel hullámként viselkedik, ezért figyelembe kell venni a vezeték teljes impedanciáját. Összehasonlíthatjuk az integrált RLC elem parazita jellemzői által kialakított RLC elemmel, amikor a magasabb frekvenciák nagyobb csillapítást szenvednek.
Míg az induktivitás hasonló a légvezetékes és a kábeles középfeszültségű vezetékek esetében, a kapacitás elérésekor jelentős különbség van. A kábelvezeték kapacitása (a nagyon szoros kábelelhelyezés vagy az egyhuzalú árnyékolás miatt) 1 km-en eléri a több száz nF-ot, míg a légvezeték kapacitása ezerszer kisebb, ami hatással van a teljes impedanciára. Ezért a légvezetékek a frekvencia növekedésével jelentősen kisebb csillapítással rendelkeznek a kábelvezetékekhez képest.
BPL vs. PLC az MV vonalakon: (nem) meglepő győztes
Van néhány érdekes megállapítás, ha összehasonlítjuk a szélessávú és a keskeny sávú kommunikáció átviteli jellemzőit az MV vonalakon. Ez az összehasonlítás kábelvezetékeken történik, a kapacitáscsatolást egy szakaszok közötti megvalósításban használták.
Az egyfázisú megvalósítást – az egyik pólus a vezetékhez csatlakozik, a másik pedig földelve van – nem alkalmaztuk a földelésből eredő nagyfokú zavarok miatt). Több vezetéket hasonlítottak össze (a leghosszabb elérte a 15 km-t) pont-pont összeköttetésben.
A 2-30 MHz-es frekvenciatartományban működő BPL-modemek (most tekintsünk el a problémás jogi rögzítésüktől) a teljes sávszélességben az átviteli csatorna egyenlőtlen jellemzői miatt legfeljebb 500 m-es távolságig tudtak kommunikálni 100 kbit/s valós átviteli sebességgel.
Másrészt a PRIME és G3-PLC szabványokat használó, legfeljebb 500 kHz-es kommunikációs frekvenciájú keskeny sávú modemek hasonló sebességet értek el, még a BPL-hez képest 30-szor hosszabb távolságon is (a vezeték hossza csak 15 km volt), és ráadásul nem használtak átjátszót, ami különösen a felsővezetékek esetében kulcsfontosságú.
Van egy másik meglepő eredmény is: a valós átviteli sebesség meghaladja a versenyképes GPRS-csatornákét. Az egyes vonalak (egy elektromos ívkemencét ellátó középfeszültségű kábelvezetékek) tesztelése során azt is megállapították, hogy a 100 kHz-ig terjedő sávban a rövid csomag megbízhatóan, meghatározott késleltetéssel legyőzi az e terhelés működéséből eredő összes zavart.
Ez a tény kulcsfontosságú lehet az energiaelosztók számára: Az MV PLC-kommunikáció megbízhatóan használható az elosztóhálózatok megrendeléséhez. A megrendelések és a vezérlőparancsok az adatok szempontjából nem nagyok, de a meghatározott késleltetési időt kérik.
Az MV PLC kommunikáció hozzáadott értéke: vonaldiagnosztika
A vonaldiagnosztika mérése során (a rendszer megbízhatóságának növekedésével együtt) egy másik sajátos jellemzőt is felfedeztek. Tudomásul kell venni, hogy a kommunikációs PLC-modem egy állandóan csatlakoztatott vevő, amely kiértékeli az összes elfogott jelet. Amellett, hogy a vonalszakadást (például ha egy fa rádőlt a felsővezetékre) is felismerhetjük, más típusú meghibásodásokat is azonosíthatunk.
A leggyakoribb meghibásodások, amelyek a vezeték (mind a felsővezeték, mind a kábel) romlásához vezetnek, két állapotúak. Kezdetben van egy magas ohmos állapot, amely idővel átmegy alacsony ohmos állapotba, azaz rövidzárlatba. A középfeszültségű vezetékek meghibásodásai nagy számban válnak nyilvánvalóvá a szigetelés degradációjával. Az 1. ábra mutatja, hogyan zajlik a meghibásodás, és mi a meghibásodás eredménye.
A C1 kapacitás a szigetelésen belüli gázüreg kapacitását mutatja. A C2′ és C2” kapacitások az egészséges szigetelés többi részének kapacitását mutatják, a C3′ és C3” kapacitások pedig az egyetlen szigetelő kapacitását.
Az üregben részleges kisülések keletkeznek, és fokozatosan leépítik az érintett helyet. Ennek a helynek az állapota magas ohmosról alacsony ohmosra változik (lásd a 2. ábrát).
UB az üregben lévő részleges kisülés átütési feszültsége. A részkisülések rövid gyújtása áramimpulzusokat okoz. Ezek az impulzusok az alapfeszültséget lényegesen magasabb frekvenciával szuperponálják, és ezt a frekvenciát egy MV PLC modem vevőjének felhasználásával lehet elkapni.
Ha relatív módszert alkalmazunk, akkor a korábbi állapothoz képest érzékeljük a zavar emelkedését, ami a diagnosztikai jel. A kábelvezetékeknél ez egyértelműen a leválasztási állapot hibás működésének kezdete. A felsővezetékeken is megjelenhet a korona, mivel hasonló fizikai jellemzőkkel rendelkezik.
A középfeszültségi szinten van egy előny: alacsony feszültséggradiens. Ez azt jelenti, hogy a koronaképződés körülményei rendkívül kedvezőtlenek (a korona elsősorban a túl nagyfeszültségű vezetékekhez kapcsolódik). A középfeszültségi szinten, különösen poros környezetben, ahol a por a magas páratartalommal együtt kicsapódik a leválasztókon, vezető útvonalak jöhetnek létre, ami a leválasztó degradációjának kezdete.
Következtetés: Éljen sokáig a középfeszültségű PLC-kommunikáció
Az MV PLC-kommunikáció megbízhatóan felveszi a versenyt a rádiós adásokkal. A WMBus például hasonló a kommunikációs sebesség és az átvitt adatok mennyisége szempontjából, de nem rendelkezik ugyanolyan hatósugárral. A SIGFOX viszont hasonló sugarú, de az átvitt adatok mennyisége korlátozza.
A GSM rendelkezik a szükséges sebességgel és lefedettséggel, de nincs meghatározott késleltetés, és a harmadik féltől származó szolgáltatási ajánlatoktól függ. A különböző rádió-relé kapcsolatokat a távközlési irodán belül kell engedélyeztetni, és csak pont-pont kapcsolatokkal rendelkeznek.
A rádióátvitellel összehasonlítva a középfeszültségű vezetékeken keresztüli átvitel nem érzékeny a szándékos zavarásra, és 100%-os lefedettséggel rendelkezik. A középfeszültségű PLC-modemek alkalmazása új előnyökkel jár az energiaellátás megbízhatóságának területén.
A tényleges helyzet lehetővé teszi a potenciális veszélyek időben történő jelzését, és egyszerűsíti a hibakeresést. Emellett a minimális többletberuházással jelentősen kifinomult diagnosztika számára is megnyílik a tér, mivel a készülék legdrágább része (azaz a kapcsolóegység) egy MV PLC modemmel együtt használható.