Узкополосная связь ПЛК — отличный инструмент диагностики
В интеллектуальных сетях связь PLC по высокому напряжению (230 В) относится к доминирующим каналам передачи данных. Площадь обслуживаемой территории часто достигает 1 км2, и существует множество факторов, негативно влияющих на уровень сигнала PLC, включая изменения топологии, паразитный импеданс из-за поведения клиентов или значительно высокие помехи из-за несоблюдения клиентами действующих стандартов ЭМС. К счастью, небольшое количество высоковольтных линий означает отсутствие проблем с собственным импедансом линий на более низких частотах передачи. .
Что касается линий среднего напряжения (до 35 кВ), то ситуация для передачи сигналов ПЛК до 500 кГц благоприятна. Изменение топологии отсутствует, поэтому импеданс линии среднего напряжения остается единственной доминирующей нагрузкой. Радиус действия распределительной сети среднего напряжения составляет до 30 км; эти расстояния в основном покрываются воздушными линиями. С другой стороны, подземные кабельные линии могут достигать 5 км.
Рассмотрим ситуацию в электрической сети. При частоте 50 Гц мы должны учитывать сопротивление линии в пределах нескольких километров. Длина волны сигнала с частотой до 500 кГц (используемого в системах ПЛК) явно короче, чем длина используемой линии.
В этом случае сигнал действует как волна, и поэтому необходимо учитывать полное сопротивление линии. Мы можем сравнить его с интегральным RLC-элементом, образованным паразитными характеристиками, когда на высоких частотах происходит большее затухание.
Несмотря на то, что индуктивность воздушных и кабельных линий электропередачи одинаковая, при достижении максимальной мощности наблюдается существенная разница. Емкость кабельных линий (из-за очень плотного размещения кабеля или экранирования одного провода) достигает сотен нФ на 1 км, в то время как емкость воздушных линий в тысячи раз меньше, что влияет на общее сопротивление. Поэтому воздушные линии имеют значительно меньшее затухание с ростом частоты по сравнению с кабельными.
BPL против PLC на линиях MV: (не)неожиданный победитель
Если сравнить характеристики передачи широкополосной и узкополосной связи по линиям МВ, то можно сделать несколько интересных выводов. Это сравнение проводится на кабельных линиях, при этом в межфазной реализации использовалась емкостная муфта.
Однофазная реализация — с одним полюсом, подключенным к проводу, и вторым, заземленным, — не использовалась из-за высокого уровня помех, возникающих при подключении к земле). Сравнивались несколько линий (самая длинная из них достигала 15 км) в соединении «точка-точка».
BPL-модемы (на данный момент оставим в стороне их проблематичную юридическую привязку) с частотным диапазоном 2-30 МГц могли осуществлять связь на максимальное расстояние 500 м с реальной скоростью передачи 100 кбит/с, в результате неравномерности характеристик канала передачи во всей его полосе.
С другой стороны, узкополосные модемы с частотой связи до 500 кГц, использующие стандарты PRIME и G3-PLC, достигали сопоставимых скоростей даже на расстоянии в 30 раз большем по сравнению с BPL (длина линии составляла всего 15 км), и, кроме того, не использовался ретранслятор, что крайне важно для воздушных линий.
Есть и еще одно удивительное открытие: реальная скорость передачи данных превосходит конкурентные каналы GPRS. При тестировании одиночных линий (кабельных линий MV, питающих электродуговую печь) также было обнаружено, что короткий пакет в диапазоне до 100 кГц надежно преодолевает все помехи, возникающие при работе этой нагрузки, с определенной задержкой.
Этот факт может иметь решающее значение для дистрибьюторов электроэнергии: Связь с MV PLC может быть надежно использована для упорядочивания распределительных сетей. Заказы и управляющие команды не занимают много места с точки зрения объема данных, но при этом требуется определенная задержка.
Дополнительные возможности связи с ПЛК MV: диагностика линии
Еще одна особенность была обнаружена при измерении линейной диагностики (сопровождаемой повышением надежности системы). Необходимо понимать, что коммуникационный PLC-модем — это постоянно подключенный приемник, который оценивает все улавливаемые сигналы. Помимо того, что с его помощью можно обнаружить обрыв линии (например, если на воздушную линию упало дерево), мы можем выявить и другие виды неисправностей.
Наиболее распространенные неисправности, приводящие к деградации линии (как воздушной, так и кабельной), имеют два состояния. Вначале возникает высокоомное состояние, которое со временем переходит в низкоомное, т. е. короткое замыкание. Большое количество неисправностей линий среднего напряжения проявляется в деградации изоляции. На рисунке 1 показано, как происходит сбой и каков его результат.
Емкость C1 показывает емкость газовой полости внутри изоляции. Емкости C2′ и C2» показывают емкость остальной части здоровой изоляции, а емкости C3′ и C3» — емкость отдельного изолятора.
В полости генерируются частичные разряды, которые постепенно разрушают пораженное место. Состояние этого места меняется с высокоомного на низкоомное (см. рис. 2).
UB — напряжение пробоя частичного разряда в полости. Кратковременное зажигание частичных разрядов вызывает импульсы тока. Эти импульсы накладываются на основное напряжение со значительно более высокой частотой, которую можно уловить с помощью приемника модема MV PLC.
Если мы используем относительный метод, то обнаруживаем нарастание возмущения по сравнению с предыдущим состоянием, что и является диагностическим сигналом. На кабельных линиях это явное начало нарушения состояния изоляции. На воздушных линиях также может появиться корона, поскольку она имеет схожие физические характеристики.
На среднем уровне напряжения есть преимущество: низкий градиент напряжения. Это означает, что условия для возникновения короны крайне неблагоприятны (корона связана в основном с линиями сверхвысокого напряжения). На уровне среднего напряжения, особенно в пыльной среде, где пыль вместе с высокой влажностью оседает на изоляторах, могут образовываться проводящие пути, что является началом деградации изоляторов.
Заключение: Да здравствует связь между ПЛК среднего напряжения
Связь MV PLC может надежно конкурировать с радиопередачами. Например, WMBus схож по скорости передачи и объему передаваемых данных, но не имеет такого же радиуса действия. SIGFOX, с другой стороны, имеет аналогичный радиус, но ограничен объемом передаваемых данных.
GSM обладает необходимой скоростью и покрытием, но у него нет определенной задержки, и он зависит от услуг, предлагаемых третьей стороной. Различные радиорелейные соединения должны быть лицензированы в телекоммуникационном офисе, и они имеют только соединения «точка-точка».
По сравнению с радиопередачами, передача по линиям МВ не подвержена преднамеренным помехам и имеет 100-процентное покрытие. Внедрение модемов MV PLC дает новые преимущества в области надежности электроснабжения.
Реальная ситуация позволяет своевременно выявить потенциальные угрозы и упростить поиск неисправностей. Кроме того, открываются возможности для значительно более сложной диагностики с минимальными дополнительными вложениями, так как самая дорогая часть устройства (т.е. блок сопряжения) может использоваться вместе с модемом MV PLC.