Использование телекоммуникационных технологий в электроэнергетике

       Технология PLC реализует принцип "точка - множество точек". Локальная трансформаторная подстанция будет одновременно поставлять электроэнергию и услуги передачи данных, телефонии и др. Применение режима гибкого управления полосой пропускания гарантирует оптимальное использование пропускной способности канала связи. 
 
      Какими бы оптимистичными не были бы результаты работы экспериментальных PLC-сетей за рубежом, подобная технология в нашей стране сталкивается с рядов трудностей. Технические параметры отечественных электросетей намного отличаются от их аналогов в Западной Европе и США. Проблема состоит в том, что наша электрическая проводка сделана в основном из алюминия, а не из меди, которая используется в большинстве стран мира. Алюминиевые провода обладают худшими электрическими и механическими качествами, а это - худшая электропроводность, что приведет к скорейшему затуханию сигнала. Все это обязательно негативно скажется при использовании PLC технологии в СНГ. Другая проблема заключается в том, что у нас до сих пор не решены основные вопросы нормативно-правового регулирования использования PLC-технологий, а сюда входит и их сертификация, и распределение частот. И, тем не менее, эта технология имеет большой потенциал, и, вероятно, будет развиваться ускоренными темпами.

2.2 Применение решений  на базе PLC-технологий  на рынке  
современных телекоммуникаций для домашних сетей (0,2 - 0,4 кВ)

        Распространение сети Интернет повлекло за собой обострение и особую актуальность решения проблемы "последней мили". "Последняя миля" - это канал связи между пользователем и обслуживающим его сегментом быстрой сетевой магистрали. В области современных коммуникаций данная проблема, пожалуй, одна из самых наболевших. Высокоскоростные оптоволоконные линии передают данные с большой скоростью, но когда дело доходит до непосредственной точки назначения, то есть до конечного пользователя, то сигнал чаще всего должен пройти по низкоскоростным телефонным линиям, прежде чем попасть в дом или офис. Десятки компаний пытались решить эту проблему, вложив сотни миллионов долларов в самые различные технологии, начиная с хDSL, коаксиальных телевизионных кабелей, беспроводного радиодоступа и заканчивая передачей данных через спутник. 
 
       В сегодняшнем мире для передачи энергии и информации применяются прежде всего кабели. И проблема "последней мили" чаще всего сводится к привычному стереотипу - "Как выбрать наиболее дешевый, но при этом быстрый и надежный физический канал передачи информации из имеющегося разнообразия". Все чаще дает себя знать и проблема "последнего дюйма". Количество кабелей, шнуров, проводов, которые буквально оплетают сегодня ПК, музыкальные центры и другие предметы домашней электроники, неудержимо растет (в элитной 150-метровой квартире прокладывается до 3 километров различных кабелей). 
 
       Стоимость реализации технологий "последней мили" в зависимости от их типа можно разделить на стоимость линейной инфраструктуры (примерно 60 - 80% от общей стоимости), стоимость оборудования (20 - 30%) и стоимость проектирования, подготовительных инжиниринговых работ, частотных присвоений и т.д. (10 - 20%). Широкая распространенность электрических сетей 0,2 - 0,4 кВ, отсутствие необходимости проведения дорогостоящих работ, связанных с созданием траншей и колодцев, пробивкой стен и прокладкой кабелей, стимулируют повышенный интерес к ним как среде передачи данных. PLC - технологии открывают энергетическим компаниям прямой путь на новые рынки, так как превращают линии электропередачи в сеть передачи данных. Энергетические и муниципальные компании, используя PLC-технологии для "домашних сетей", имеют возможность постоянного дистанционного мониторинга всех характеристик и параметров потребления электроэнергии, воды, газа, тепла, транзакций по оплате любых видов услуг.

PLC-технологии  для "домашних сетей", как  никакое иное решение, позволяют  решить с максимальной эффективностью (набор и качество услуг при  минимальной стоимости) задачу  реализации концепции "интеллектуального  дома", что позволяет говорить  не только о предоставлении  мультимедийных услуг с применением  PLC-технологий, но и целого ряда  услуг по дистанционному мониторингу,  охране жилища, управлению его  режимами, ресурсами и пр.

2.3 Преимущества и  недостатки PLC-технологии

1. Не требует  дорогостоящих работ, связанных  с прокладкой дополнительного кабеля.
2. Не требует частотного ресурса.
3. Обеспечивает: быстрое развертывание и возможность поэтапного наращивания по мере необходимости; предоставление мультимедийных и всего спектра телекоммуникационных услуг (Интернет, телефония, цифровое телевидение и др.); предоставление энергетических услуг и услуг по управлению "интеллектуальным домом" (автоматическое снятие показаний различных счетчиков, дистанционный мониторинг, сигнализация, биллинг и др.); возможность комплексного предоставления энергетических и телекоммуникационных услуг одним поставщиком, то есть является настоящей альтернативой существующим технологиям "последней мили".
4. Пропускная способность сети по электропроводке делится между всеми ее участниками. Например, если в одной Powerline-сети две пары адаптеров активно обмениваются информацией, то скорость обмена для каждой пары будет составлять примерно по 50 % от общей пропускной способности.
5. Не работает через сетевые фильтры и ИБП.
6. Современные Powerline-адаптеры заметно греются.
7. Нарушается радиоприём, особенно на средних и коротких волнах.
8. На качество связи могут оказывать отрицательное влияние дешевые энергосберегающие лампы, импульсные блоки питания и зарядные устройства (снижение скорости около 5 %).

2.4 Принцип организации  передачи сигналов  связи

       Для передачи информации используется диапазон частот от 1 до 30 МГц. 
      На физическом уровне (Physical layer, 1 уровень OSI) используются системы, реализующие принцип многочастотной модуляции, в большинстве случаев - OFDM (метод ортогонального частотного уплотнения каналов). Для обработки сигналов применяется быстрое преобразование Фурье (FFT) в масштабе реального времени. Практическая реализация этих методов стала возможным в последние годы с появлением высокоскоростных цифровых сигнальных процессоров (DSP-процессоры). На канальном уровне (Data Link, 2 уровень OSI) в основном применяется протокол доступа к среде (MAC layer) CSMA/CA (множественный доступ с детектированием несущей и предупреждением коллизий). Высшие уровни семиуровневой эталонной коммуникационной модели "Взаимодействие Открытых Систем" OSI (Международная организация по стандартизации) аналогичны общепринятым для информационных сетей.

2.5 Стандарты для высокоскоростных PLC-технологий

        В Европе существует общеевропейский стандарт EN50065-1 1999 года, который регламентирует работу низкоскоростных PLC-изделий в полосе частот от 3 до 148,5 кГц. В США Федеральная комиссия по связи (FCC) регламентирует работу "Carrier Current Systems" (Системы тока несущей частоты) в диапазоне от 9 до 490 кГц. В России стандартов для высокоскоростных изделий передачи данных по сетям электропередачи напряжением 0,2 - 0,4 кВ не существует.

2.6 Внедрения PLC-технологий

       Проблемами внедрения PLC-технологий в мире занимаются около 100 организаций - ведущие компании в энергетических, телекоммуникационных и полупроводниковых отраслях промышленности. Они объединены в основном в две международные организации - PLCForum (Швейцария) и HomePlug Alliance (США), которые продвигают PLC-технологии на рынок телекоммуникационных и энергетических услуг и защищают интересы этих компаний в международных регулирующих организациях. 
 
       Ведущими компаниями в производстве полупроводниковых микросхем для PLC-технологий являются: Ascom Powerline Communications AG (Швейцария); Design of Systems on Silicon (DS2) Corporation (Испания); Cogency Semiconductor Inc. (Канада); Enikia Inc. (США); Inari Incorporation (США); Intellon Corporation (США); ITRAN Communication (Израиль); XELine (Ю.Корея).

       Ведущими компаниями в производстве функционально законченных изделий, систем и сетей связи на основе PLC-технологий являются:

Ascom Powerline Communications AG (Швейцария); Design of Systems on Silicon (DS2) Corporation (Испания); Siemens (Германия); RWE Powerline GmbH (Германия); PolyTrax Information Technology AG (Германия); MainNet Communication Ltd (Израиль); NisCom (Израиль); PLCom Corporation Ltd (Ю.Корея ).

На данный момент в России предлагается большой  выбор оборудования для создания локальных сетей по технологии PLC . Например, производства компании PLANET ' s powerline communication , которое работает с PLC стандартом HomePlug1.0 specification, в котором  определена скорость передачи данных до 14 Мб/сек. Продукт носит название PL -401 E и представляет собой мост с одним PLC -портом, и свитч с  четырьмя LAN -портами. Его стоимость  в среднем составляет $82.

Или PLC адаптер, позволяющий соединять от 2 до 16 компьютеров  в единую локальную сеть через  электропроводку 220 Вольт.

Дальность передачи сигнала - до 200 м. (по электропроводке);

Скорость передачи данных - до 14 Mb/сек.;

Защита данных DES 56 bit;

Переключатель PC/HUB;

Не требует  установки дополнительного программного обеспечения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.7 Заключение о технологии  PLC 

Однако, какими бы оптимистичными ни были результаты работы экспериментальных PLC-сетей  за рубежом, в нашей стране эта  технология может столкнуться с  рядом трудностей. Наша электрическая  проводка сделана в основном из алюминия, а не из меди, которая используется в большинстве стран мира. Алюминиевые  провода обладают худшей электропроводностью, что приводит к более быстрому затуханию сигнала. Другая проблема заключается в том, что у нас  до сих пор не решены основные вопросы  нормативно-правового регулирования  использования таких технологий. Впрочем, последняя проблема актуальна  и для Запада. Основным фактором, сдерживающим быстрое развитие высокоскоростных систем PLC, является отсутствие стандартов на широкополосные PLC-системы, и, как  следствие, большой риск несовместимости  с другими службами, использующими  те же или близкие диапазоны частот.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 3. ВОЛС на воздушных  линиях электропередачи. Выбор магистрального кабеля и способа  его прокладки  между зданиями.

     Одним из важнейших компонентов ВОЛС является волоконно-оптический кабель (ВОК). Определяющими  параметрами при производстве ВОК  являются условия эксплуатации и  пропускная способность линии связи. По условиям эксплуатации кабели подразделяют на: монтажные, станционные,  зоновые  и магистральные.

         Первые два типа кабелей предназначены для прокладки внутри зданий и сооружений. Они компактны, легки и, как правило, имеют небольшую строительную длину. Кабели последних двух типов предназначены для прокладки в колодцах кабельных коммуникаций, в грунте, на опорах вдоль ЛЭП, под водой. Эти кабели имеют защиту от внешних воздействий и строительную длину более двух километров. Для обеспечения большой пропускной способности линии связи производятся ВОК, содержащие небольшое число (до 8) одномодовых волокон с малым затуханием, а кабели для распределительных сетей могут содержать до 144 волокон как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от расстояний между сегментами сети. При изготовлении ВОК в основном используются два подхода:  конструкции со свободным перемещением элементов и конструкции с жесткой связью между элементами. Особый класс образуют кабели, встроенные в грозозащитный трос (оптические волокна укладываются в стальные трубки, которые заменяют провод заземления), используемые для подвески на опорах воздушных линий электропередачи. Такие кабели характеризуются способностью выдерживать высокие механические и электрические нагрузки, обладают высокой молниестойкостью и высокой стойкостью к вибрации, и предназначены для соединения электростанций и станций управления, используя действующие высоковольтные линии. 

         Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) на основе ОК (оптических кабелей) в системах связи. Перспективно применение волоконных линий связи ВОЛС, подвешиваемых на опорах воздушных линий (ВЛ) электропередачи высокого напряжения (ВОЛС-ВЛ) (высоковольтные линии). ВОЛС-ВЛ обладают конкурентными преимуществами по сравнению с традиционными способами строительства оптических кабельных линий связи (КЛС) строительства, проектирования и монтажа ВОЛС .

      3.1 Достоинства и  характеристики оптоволокна

      В качестве магистрального кабеля, который  будет прокладываться между корпусами, выбран одномодовый оптический кабель. Оптическое волокно имеет ряд существенных преимуществ, по сравнению с другими, среди которых:

    - широкая полоса частот (до 10¹⁴ Гц) и низкое затухание света в оптоволокне (~0,1-0,2 дБ/км) обеспечивают передачу массивов информации с высокими скоростями и на большие расстояния (до сотен километров без регенерации сигнала);

   - кварцевое стекло как среда  передачи нечувствительно к электромагнитным  полям. Поэтому оптоволокно может прокладываться вместе с силовыми кабелями, без опасности возникновения наведенных помех и ошибок при передаче информации;

   - оптическое волокно пожаровзрывобезопасно, в ВОС (волоконно-оптическая сеть) обеспечивается гальваническая развязка между передающим и приемным оборудованием;

   - оптическое волокно, как канал связи, имеет высокую степень защиты от прослушивания и несанкционированного съема информации;

   - ВОЛС (волоконно-оптические линии связи) имеют значительно меньшие объем и массу в расчете на единицу передаваемой информации, чем любые другие; исходным сырьем для изготовления оптоволокна является кремний, запасы которого на земле практически неограниченны;

   - большая строительная длина (4 – 6км и более);

   - отсутствие необходимости содержания  оптического кабеля под избыточным  воздушным давлением;

   - экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании ВОК. При использовании солитонных систем передачи достигнуты дальности в 4000 км без регенерации (то есть только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах) при скорости передачи выше 10 Гбит/с;