Wąskopasmowa komunikacja PLC – doskonałe narzędzie diagnostyczne
W ramach inteligentnych sieci, komunikacja PLC poprzez wysokie napięcie (230 V) należy do dominujących kanałów transmisji. Obszar obsługiwanego terytorium wynosi często do 1 km2 i istnieje wiele czynników mających negatywny wpływ na siłę sygnału PLC, w tym zmiany topologii, impedancja pasożytnicza wynikająca z zachowania klientów lub znacznie wysokie zakłócenia spowodowane nieprzestrzeganiem przez klientów obowiązujących norm EMC. Na szczęście niewielka liczba linii wysokiego napięcia oznacza, że nie ma problemu z impedancją własną linii przy niższych częstotliwościach transmisji .
Jeśli chodzi o linie średniego napięcia (do 35 kV), sytuacja dla transmisji sygnału PLC do 500 kHz jest korzystna. Brak jest zmiany topologii, więc impedancja linii SN pozostaje jedynym dominującym obciążeniem. Obszar sieci dystrybucyjnej SN ma promień do 30 km; odległości te są pokrywane głównie przez linie napowietrzne. Z drugiej strony, podziemne linie kablowe mogą sięgać do 5 km.
Rozważmy sytuację w sieci energetycznej. Przy częstotliwości 50Hz musimy wziąć pod uwagę rezystancję linii na długości kilku kilometrów. Długość fali sygnału o częstotliwości do 500kHz (używanego przez systemy PLC) jest wyraźnie krótsza niż używana linia.
W tym przypadku sygnał działa jak fala, a zatem konieczne jest uwzględnienie całkowitej impedancji linii. Możemy to porównać do zintegrowanego elementu RLC utworzonego przez jego pasożytniczą charakterystykę, gdy wyższe częstotliwości mają większe tłumienie.
Podczas gdy indukcyjność jest podobna zarówno dla napowietrznych, jak i kablowych linii SN, istnieje znacząca różnica w osiąganej pojemności. Pojemność linii kablowej (ze względu na bardzo ciasne ułożenie kabla lub ekranowanie pojedynczego przewodu) osiąga setki nF na 1 km, podczas gdy pojemność linii napowietrznej jest tysiące razy mniejsza, co ma wpływ na całkowitą impedancję. Dlatego też linie napowietrzne mają znacznie niższe tłumienie wraz ze wzrostem częstotliwości w porównaniu do linii kablowych.
BPL vs. PLC na liniach MV: (nie)zaskakujący zwycięzca
Istnieje kilka interesujących wniosków, jeśli porównamy charakterystyki transmisji szerokopasmowej i wąskopasmowej komunikacji na liniach SN. Porównanie to dotyczy linii kablowych, w których zastosowano sprzężenie pojemnościowe w implementacji międzyfazowej.
Pojedyncza implementacja fazowa – z jednym biegunem podłączonym do przewodu, a drugim uziemionym – nie została wykorzystana ze względu na wysoki poziom zakłóceń wynikających z połączenia z uziemieniem). Porównano kilka linii (najdłuższa z nich osiągnęła 15 km) w połączeniu punkt-punkt.
Modemy BPL (pomińmy w tym momencie ich problematyczne umocowanie prawne) o zakresie częstotliwości 2-30 MHz były w stanie komunikować się na maksymalną odległość 500 m z realną prędkością transmisji 100 kbit/s, co wynikało z nierównomiernej charakterystyki kanału transmisyjnego w całym jego paśmie.
Z kolei modemy wąskopasmowe o częstotliwości komunikacji do 500 kHz, wykorzystujące standardy PRIME i G3-PLC, osiągały porównywalne prędkości, nawet przy odległości 30-krotnie większej w porównaniu z BPL (długość linii wynosiła tylko 15 km), a ponadto nie stosowano repeatera, co jest kluczowe zwłaszcza w przypadku linii napowietrznych.
Jest też inne zaskakujące odkrycie: rzeczywista szybkość transmisji przewyższa konkurencyjne kanały GPRS. Podczas testów pojedynczych linii (linie kablowe SN zasilające elektryczny piec łukowy) stwierdzono również, że krótki pakiet w paśmie do 100 kHz niezawodnie pokonuje wszelkie zakłócenia wynikające z pracy tego obciążenia, z określonym opóźnieniem.
Fakt ten może mieć kluczowe znaczenie dla dystrybutorów energii: Komunikacja MV PLC może być niezawodnie wykorzystywana do zamawiania sieci dystrybucyjnych. Zamówienia i polecenia sterujące nie są duże z punktu widzenia danych, ale wymagane jest określone opóźnienie.
Wartość dodana komunikacji MV PLC: diagnostyka linii
Kolejna specyficzna cecha została odkryta podczas pomiaru diagnostyki linii (wraz ze wzrostem niezawodności systemu). Należy zdać sobie sprawę, że modem komunikacyjny PLC jest stale podłączonym odbiornikiem, który ocenia wszystkie sygnały przechwytujące. Oprócz tego, że możliwe jest wykrycie przerwania linii (na przykład, jeśli drzewo spadło na linię napowietrzną), możemy również zidentyfikować inne rodzaje usterek.
Najczęstsze usterki, które prowadzą do degradacji linii (zarówno napowietrznych, jak i kablowych), mają dwa stany. Na początku występuje stan wysokoomowy, który z czasem przechodzi w stan niskoomowy, tj. zwarcie. Duża liczba awarii linii SN staje się widoczna poprzez degradację izolacji. Rysunek 1 pokazuje, jak przebiega awaria i jakie są jej skutki.
Pojemność C1 pokazuje pojemność wnęki gazowej wewnątrz izolacji. Pojemność C2′ i C2” pokazuje pojemność reszty zdrowej izolacji, a pojemność C3′ i C3” to pojemność pojedynczego izolatora.
We wnęce generowane są wyładowania niezupełne, które stopniowo degradują dotknięte miejsce. Stan tego miejsca zmienia się z wysokoomowego na niskoomowy (patrz rysunek 2).
UB to napięcie przebicia wyładowania niezupełnego we wnęce. Krótki zapłon wyładowań niezupełnych powoduje impulsy prądowe. Impulsy te nakładają się na napięcie podstawowe ze znacznie wyższą częstotliwością, a częstotliwość ta jest możliwa do wychwycenia poprzez wykorzystanie odbiornika modemu MV PLC.
Jeśli użyjemy metody względnej, wykryjemy wzrost zakłócenia w porównaniu ze stanem poprzednim, który jest sygnałem diagnostycznym. W przypadku linii kablowych jest to wyraźny początek awarii stanu izolacji. Na liniach napowietrznych może również pojawić się wyładowanie koronowe, ponieważ ma ono podobne właściwości fizyczne.
Na poziomie średniego napięcia występuje zaleta: niski gradient napięcia. Oznacza to, że warunki do powstawania wyładowań koronowych są wyjątkowo niekorzystne (wyładowania koronowe związane są głównie z liniami najwyższych napięć). Na poziomie SN, szczególnie w środowiskach zapylonych, gdzie pył wraz z wysoką wilgotnością wytrąca się na izolatorach, mogą powstawać ścieżki przewodzące, co jest początkiem degradacji izolatora.
Wnioski: Niech żyje komunikacja PLC średniego napięcia
Komunikacja MV PLC może niezawodnie konkurować z transmisjami radiowymi. Na przykład WMBus jest podobny pod względem szybkości komunikacji i ilości przesyłanych danych, ale nie ma takiego samego promienia. Z drugiej strony SIGFOX ma podobny promień, ale jest ograniczony objętością przesyłanych danych.
GSM ma wymaganą szybkość i zasięg, ale nie ma zdefiniowanego opóźnienia i zależy od oferty usług od strony trzeciej. Różne połączenia radiowe muszą być licencjonowane w urzędzie telekomunikacyjnym i mają tylko połączenia punkt-punkt.
W porównaniu z transmisją radiową, transmisja przez linie SN nie jest podatna na celowe zakłócenia i ma 100% zasięg. Wdrożenie modemu MV PLC przynosi nowe korzyści w obszarze niezawodności zasilania.
Rzeczywista sytuacja umożliwia wskazanie potencjalnych zagrożeń na czas i uproszczenie wyszukiwania usterek. Otwarta jest również przestrzeń dla znacznie zaawansowanej diagnostyki przy minimalnych dodatkowych inwestycjach, ponieważ najdroższa część urządzenia (tj. jednostka sprzęgająca) może być używana razem z modemem MV PLC.