Comunicação PLC de banda estreita – uma excelente ferramenta
Dentro da rede inteligente, a comunicação PLC em alta tensão (230 V) pertence aos canais de transmissão dominantes. A área do território operado costuma ser de até 1 km2 , e há muitos fatores que influenciam negativamente a intensidade do sinal do PLC, incluindo mudanças na topologia, impedância parasita do comportamento do cliente ou distúrbios significativamente altos porque os clientes não respeitam os padrões válidos de EMC. Felizmente, o pequeno número de linhas de alta tensão significa que não há problema com a impedância da própria linha em frequências de transmissão mais baixas .
Quanto às linhas de média tensão (até 35 kV), a situação para a transmissão de sinais PLC de até 500 kHz é favorável. Não há mudança de topologia, de modo que a impedância da linha de média tensão continua sendo a única carga dominante. A área da rede de distribuição de média tensão tem um raio de até 30 km; essas distâncias são cobertas principalmente por linhas aéreas. Por outro lado, as linhas de cabos subterrâneos podem chegar a até 5 km.
Vamos considerar a situação dentro da rede elétrica. Na frequência de 50 Hz, temos de levar em conta a resistência da linha dentro do comprimento da linha de vários quilômetros. O comprimento de onda de um sinal com frequência de até 500kHz (usado por sistemas PLC) é claramente menor do que a linha usada.
Nesse caso, o sinal age como uma onda e, portanto, é necessário levar em conta a impedância total da linha. Podemos compará-la ao elemento RLC integrado formado por suas características parasitas, quando as frequências mais altas sofrem maior atenuação.
Embora a indutância seja semelhante para as linhas de média tensão aéreas e a cabo, há uma diferença significativa na capacidade atingida. A capacidade da linha de cabo (devido à colocação de cabos muito apertados ou à blindagem de fio único) atinge centenas de nF em 1 km, enquanto a capacidade da linha aérea é milhares de vezes menor, o que influencia a impedância total. Portanto, as linhas aéreas têm atenuação significativamente menor com o aumento da frequência em comparação com as linhas a cabo.
BPL vs. PLC em linhas MV: vencedor (não) surpreendente
Há algumas descobertas interessantes se compararmos as características de transmissão de comunicações de banda larga e de banda estreita em linhas de MT. Essa comparação ocorre em linhas de cabo, o acoplamento de capacidade foi usado em uma implementação entre fases.
Uma implementação de fase única – com um polo conectado ao fio e o segundo aterrado – não foi usada devido ao alto nível de perturbação decorrente da conexão de aterramento.) Várias linhas foram comparadas (a mais longa delas atingiu 15 km) em uma conexão ponto a ponto.
Os modems BPL (no momento, vamos deixar de lado sua problemática ancoragem legal) com a faixa de frequência de 2 a 30 MHz conseguiram se comunicar a uma distância máxima de 500 m com a taxa de transmissão real de 100 kbit/s, como resultado das características desiguais do canal de transmissão em toda a sua largura de banda.
Por outro lado, os modems de banda estreita com frequência de comunicação de até 500 kHz que usavam os padrões PRIME e G3-PLC alcançaram taxas comparáveis, mesmo a uma distância 30 vezes maior em comparação com a BPL (o comprimento da linha era de apenas 15 km) e, além disso, nenhum repetidor foi usado, o que é crucial especialmente para linhas aéreas.
Há também outra descoberta surpreendente: a taxa de transmissão real excede os canais GPRS concorrentes. Durante o teste de linhas individuais (linhas de cabos MV que abastecem um forno elétrico a arco), também foi constatado que o pacote curto na banda de até 100 kHz supera de forma confiável todos os distúrbios decorrentes da operação dessa carga, com latência definida.
Esse fato pode ser crucial para os distribuidores de energia: A comunicação MV PLC pode ser usada de forma confiável para ordenar as redes de distribuição. Os pedidos e comandos de controle não são grandes do ponto de vista dos dados, mas a latência definida é necessária.
Valor agregado da comunicação MV PLC: diagnóstico de linha
Outra característica específica foi descoberta durante a medição dos diagnósticos de linha (acompanhada de aumentos na confiabilidade do sistema). É necessário entender que um modem PLC de comunicação é um receptor permanentemente conectado que avalia todos os sinais de captura. Além do fato de que é possível detectar uma interrupção de linha (por exemplo, se uma árvore caiu em uma linha aérea), também podemos identificar outros tipos de mau funcionamento.
As falhas de funcionamento mais comuns que levam à degradação da linha (aérea e de cabo) têm dois estados. No início, há um estado de alto ohm que, com o tempo, passa para um estado de baixo ohm, ou seja, curto-circuito. Um grande número de avarias em linhas de média tensão está se tornando evidente pela degradação do isolamento. A Figura 1 mostra como o mau funcionamento se processa e qual é o resultado do mau funcionamento.
A capacidade C1 mostra a capacidade da cavidade de gás dentro do isolamento. As capacidades C2′ e C2” mostram a capacidade do restante do isolamento saudável, e a capacidade C3′ e C3” é a capacidade do isolador único.
Na cavidade, descargas parciais são geradas e, gradualmente, degradam o local afetado. O estado desse local muda de alto-ohm para baixo-ohm (veja a Figura 2).
UB é a tensão de ruptura de uma descarga parcial na cavidade. A ignição curta de descargas parciais causa impulsos de corrente. Esses impulsos são sobrepostos à tensão básica com uma frequência significativamente maior, e é possível capturar essa frequência utilizando o receptor de um modem MV PLC.
Se usarmos um método relativo, detectaremos o aumento de um distúrbio em comparação com o estado anterior, que é o sinal de diagnóstico. Nas linhas de cabos, esse é um início claro de mau funcionamento do estado de isolamento. Nas linhas aéreas, também pode aparecer um corona, pois ele tem características físicas semelhantes.
Há uma vantagem no nível de média tensão: baixo gradiente de tensão. Isso significa que as circunstâncias para a criação de corona são extraordinariamente desfavoráveis (o corona está ligado principalmente a linhas de tensão extra-alta). No nível de média tensão, especialmente em ambientes empoeirados, onde a poeira e a alta umidade se precipitam sobre os isoladores, podem ser criadas rotas condutoras, o que é o início da degradação do isolador.
Conclusão: Vida longa à comunicação PLC de média tensão
A comunicação MV PLC pode competir de forma confiável com as transmissões de rádio. Por exemplo, o WMBus é semelhante do ponto de vista da taxa de comunicação e do volume de dados transferidos, mas não tem o mesmo raio. O SIGFOX, por outro lado, tem um raio semelhante, mas é limitado pelo volume de dados transferidos.
O GSM tem a taxa e a cobertura necessárias, mas não tem latência definida e depende de ofertas de serviços de terceiros. Várias conexões de rádio-relé devem ser licenciadas dentro do escritório de telecomunicações e elas só têm conexões ponto a ponto.
Em comparação com as transmissões de rádio, a transmissão por linhas de MT não é suscetível a distúrbios intencionais e tem 100% de cobertura. A implantação do modem MV PLC traz novos benefícios para a área de confiabilidade do fornecimento de energia.
A situação real permite a indicação de possíveis ameaças a tempo e simplifica as pesquisas de mau funcionamento. Além disso, o espaço para diagnósticos significativamente sofisticados com o mínimo de investimentos adicionais está aberto, pois a parte mais cara do dispositivo (ou seja, a unidade de acoplamento) pode ser usada junto com um modem MV PLC.