Využívání silnoproudých vedení a sítí pro přenos zpráv

Využívání silnoproudých
vedení a sítí pro přenos zpráv
Jaroslav Svoboda
Autor: Jaroslav Svoboda
Název díla: Využívání silnoproudých vedení a sítí pro přenos zpráv
Zpracoval(a): České vysoké učení technické v Praze
Fakulta elektrotechnická
Kontaktní adresa: Technická 2, Praha 6
Inovace předmětů a studijních materiálů pro
e-learningovou výuku v prezenční a kombinované
formě studia
Evropský sociální fond
Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
VYSVĚTLIVKY
Definice
Zajímavost
Poznámka
Příklad
Shrnutí
Výhody
Nevýhody
ANOTACE
Snaha pro využívání vybudovaných silnoproudých vedení a sítí i pro sdělovací účely se
projevovala již od samotného vzniku energetických sítí. V průběhu historického vývoje se
postupně používaly různé systémy v závislosti na tehdy dostupných technologiích. Modul
popisuje jednotlivé telekomunikační systémy a jejich aplikace.
CÍLE
Výklad je zaměřen na přehledné seznámení s jednotlivými sdělovacími principy a systémy,
které využívají jako přenosovou cestu elektroenergetická vedení a elektroenergetické sítě.
Student se přehledně seznámí s problematikou jednotlivých přenosových systémů. Bude
rovněž seznámen s aplikačními možnostmi a návaznostmi na další telekomunikační
technologie.
LITERATURA
[1]
SVOBODA, J. a kolektiv: Telekomunikační technika (III.díl) – Telekomunikační služby
a sítě. Odborné nakladatelství Hüthig&Beneš Praha, 1999. 136 stran. ISBN 80-9019367-6
[2]
SVOBODA, J. Telematické služby a datové sítě, In Škop, M. a kol.: Digitální
telekomunikační technika XI. díl, Praha, TTC Marconi 1996
[3]
SVOBODA, J. - ŠIMÁK, B. – ZEMAN, T. Základy teleinformatiky, Praha, ČVUT
1998
[4]
SVOBODA, J. Přenosové systémy pro energetiku, kapitola vysokoškolské učebnice
Sobotka a kol. Přenosové systémy, Praha: SNTL, 1989
[5]
SVOBODA, J. Hromadné dálkové ovládání, 1. vyd. Praha : ČVUT Praha, skriptum, 107
s., 1974
[6]
SVOBODA, J.- VACULÍKOVÁ, P. – VONDRÁK, M. – ZEMAN, T. Základy
elektromagnetické kompatibility, Skriptum, Praha: ČVUT 1993
[7]
SVOBODA, J. Využívání silnoproudých vedení a sítí pro přenos zpráv, Nakladatelství
ČVUT v Praze, prosinec 2012
Obsah
1 Využívání silnoproudých vedení a sítí pro přenos zpráv ................................................. 7
1.1
Úvod ........................................................................................................................... 7
1.2
Konvergence telekomunikačních technologií ............................................................ 8
1.3
Budování širokopásmových přístupových sítí ........................................................... 9
1.4
Prostředky pro realizaci širokopásmových přístupových sítí ................................... 10
1.5
Historie přenosu zpráv po energetických sítích – 1 ................................................. 12
1.6
Historie přenosu zpráv po energetických sítích – 2 ................................................. 13
1.7
Historie přenosu zpráv po energetických sítích – 3 ................................................. 14
1.8
Historie přenosu zpráv po energetických sítích – 4 ................................................. 15
1.9
PLC telekomunikační služby.................................................................................... 16
1.10
PLC přenosová pásma .............................................................................................. 17
1.11
Základní způsoby využití vedení vvn a vn pro přenos zpráv ................................... 18
1.12
a vn
Koncepce výstavby vf telekomunikačních kanálů po fázových vodičích vedení vvn
.................................................................................................................................. 19
1.13
Uspořádání vf přenosového zařízení ........................................................................ 20
1.14
Způsoby vazby telekomunikačních zařízení na silnoproudá vedení vvn a vn ......... 21
1.15
Kapacitní vazba na silnoproudá vedení vvn a vn ..................................................... 22
1.16
Typická mezifázová kapacitní vazba ....................................................................... 23
1.17
Rozvoj a zánik klasické „vf elektrárenské telefonie“ v ČR ..................................... 24
1.18 Optimalizační procesy v zařízeních vf elektrárenské telefonie po vvn pro přechodné
období .................................................................................................................................. 25
1.19
Přenosové systémy s optickými kabely v zemních lanech vedení vvn a vn ............ 26
1.20
Konstrukce kombinovaných zemních lan a jejich parametry .................................. 27
1.21
Aplikační možnosti systémů KZL a situace v ČR ................................................... 29
1.22
Úzkopásmové PLC systémy pro lokální telematiku ................................................ 30
1.23
Teleinformatické služby úzkopásmových PLC systémů – 1.................................... 31
1.24
Teleinformatické služby úzkopásmových PLC systémů – 2.................................... 32
1.25
Příklad uspořádání jednoduchého lokálního PLC systému ...................................... 33
1.26
Nové metody a přístupy měřicí infrastruktury ......................................................... 34
1.27
Příklad rozsáhlého měřicího systému s užitím PLC přenosu ................................... 35
1.28
Příklad pokročilého elektroměru české firmy MODEMTEC .................................. 36
1.29
Příklad měřicího systému české firmy ZPA.cz Trutnov .......................................... 37
1.30
Hodnocení úzkopásmových lokálních PLC systémů ............................................... 38
1.31 Širokopásmové přenosové systémy PLC/BPL po distribučních elektroenergetických
vedeních ............................................................................................................................... 39
1.32
Historický vývoj – 1 ................................................................................................. 40
1.33
Historický vývoj – 2 ................................................................................................. 41
1.34
Historický vývoj – 3 ................................................................................................. 42
1.35
Základní principy technického řešení systémů BPL ................................................ 43
1.36
Jednostupňové uspořádání systému BPL ................................................................. 44
1.37
Vícestupňové uspořádání systému BPL ................................................................... 45
1.38
Příklad uspořádání dvoustupňového systému PDSL................................................ 46
1.39
Modulační metody BPL systémů ............................................................................. 47
1.40
Zabezpečení BPL systémů ....................................................................................... 48
1.41
Dosah signálů BPL systémů ..................................................................................... 49
1.42
Způsoby vazeb BPL zařízení .................................................................................... 50
1.43
Normalizace BPL systémů ....................................................................................... 51
1.44
Další rozvoj systémů BPL - 1................................................................................... 52
1.45
Další rozvoj systémů BPL - 2................................................................................... 53
1.46
Závěrečné zhodnocení PLC/BPL systémů ............................................................... 54
2 Test ...................................................................................................................................... 55
2.1
Test ........................................................................................................................... 55
1 Využívání silnoproudých vedení a sítí pro
přenos zpráv
1.1 Úvod
Další vývojová etapa rozvoje lidských společenství je nejčastěji popisována
filosofickým termínem „Informační společnost“. Pro dosažení této etapy je však
třeba nejen zvládnout nelehký úkol převýchovy lidí, ale zejména vytvořit potřebné
technické prostředí.
Je třeba si uvědomit, že kromě matematického teoretického základu je praktická
informatika závislá na aplikaci fyzikálních zákonů a elektronických technologií.
Informatika, tak jak ji dnes vnímáme, by např. nemohla existovat nejen bez
elektrických zdrojů, elektronických součástek, teorie elektrických obvodů,
telekomunikačních metalických a optických vedení, radiové komunikace, ale i bez
moderního
managementu
elektrotechnické
výroby,
elektroenergetiky
a telekomunikačních sítí. Celou tuto oblast by tedy bylo vhodnější nazývat
teleinformatikou. Takovéto pojetí u nás v současné době přijala celá řada
elektrotechnických průmyslovek a zejména pak elektrotechnických vysokých
škol, na kterých existuje těsná symbióza mezi elektrotechnikou, elektronikou
a výpočetní technikou.
Jestliže 19. století bylo historicky označováno za „Století páry“ a 20. století pak
jako „Století elektřiny“, tak 21. století bude pravděpodobně historicky označováno
jako „Století informací“ nebo „Století nových technologií a nových přístupů
k životu“.
1.2 Konvergence telekomunikačních technologií
Při vytváření technické infrastruktury pro tvorbu, výměnu, přenos, záznam
i uchovávání informací je však nutné postupovat tak, aby se dařilo využít
výdobytků dlouhodobého výzkumu i technologických zkušeností lidstva s co
největší efektivitou. Z toho pak plyne, že je třeba nejen zvyšovat technické
parametry současných infrastrukturních prvků a vynalézat prvky nové.
Je totiž velmi důležité, abychom uměli propojovat výhody těchto jednotlivých
prvků a systémů za účelem vytváření technicky nejoptimálnějších a ekonomicky
nejvýhodnějších variant. Tento obecný trend jistým způsobem vysvětluje i důvod,
proč je i dnes třeba, v situaci s mnoha rozvinutými telekomunikačními službami
a sítěmi, věnovat se tématice využívání silnoproudých vedení a sítí pomocí
telekomunikačních systémů PLC (Power Line Communications) jakožto dalšího
přenosového média pro realizaci transportních i přístupových telekomunikačních
sítí.
Ale pozor! Na tomto místě je třeba připomenout, že zkratka PLC (zde Power Line
Communications) se zároveň používá i pro označování zcela jiných systémů či
procesů:
Programmable Logic Controller = Programovatelný logický automat (oblast
průmyslové automatizace)
Product life cycle = Životní cyklus produktu (oblast Ekonomie)
8
1.3 Budování širokopásmových přístupových sítí
Spojení teorie informace, výpočetní techniky a telekomunikační techniky do
společné platformy teleinformatických systémů vytvořilo velmi široké portfolio
možností kombinace těchto jednotlivých systémů pro realizaci výkonných
a efektivních celků, splňujících požadavky nových informačních přístupů.
Postupně však vznikal problém, jak zejména širokopásmové signály, přenášené po
moderních transportních sítích, dovést až ke koncovým telekomunikačním
zařízením. A tak snaha uspokojit potenciální zákazníky širokým portfoliem
teleinformatických služeb (telefon, data, audio a videosignály) vedla k velkému
zájmu operátorů o budování širokopásmových přístupových sítí. V důsledku toho
se původní masové přístupové sítě doplňovaly o nové distribuční technologie
a připojovaly se i další nové přístupové aplikace.
Postupným vývojem se původní telefonní síť, realizovaná jen na metalických
vedeních, proměnila v mohutný a efektivní teleinformační komplex zahrnující
dále optická vedení, rádiové pozemní a satelitní přenosové systémy i datové sítě.
Na druhé straně je nutno vzít v úvahu, že původní síť se potýkala pouze
s poruchami, které byly zapříčiněny jen zvýšením útlumu vedení nebo jeho
přerušením. Zato současné moderní telefonní sítě jsou vystaveny širokému
spektru dalších možných poruch, vznikajících v důsledku různých příčin,
zhoršujících podmínky její komplexní elektromagnetické kompatibility. Na
ošetření těchto jevů však existují prostředky a proto nemohou takováto negativa
převážit její komplexní efektivitu i spolehlivost. Podobně je třeba přistupovat i k
dalším službám a sítím, ať už slouží jen pro zvýšení osobního komfortu nebo jsou
potřebné pro další rozvoj technické infrastruktury.
9
1.4 Prostředky pro realizaci širokopásmových
přístupových sítí
Stručný přehled možných typů širokopásmových přístupových prostředků ukazuje
obrázek.
Širokopásmové prostředky přístupových sítí
Z obrázku je vidět, že se pro distribuci širokopásmových signálů může použít jak
metalických, tak i optických vedení. Je však zřejmé, že u masově rozšiřovaných
distribučních sítí je velmi důležitým aspektem i ekonomická stránka. Takže
přenosově výhodné optické rozvody, nejsou z hlediska jejich ceny zatím tím
nejpoužívanějším prostředkem. Bezdrátové přenosové prostředky pozemských sítí
(mobilní telefonní sítě, WiFi, WiMax, mikrovlnné sítě) jsou velmi významnou
současnou distribuční složkou, která může být dále doplněna jak satelitními spoji,
tak i optickými laserovými systémy FSO (Free Space Optics).
Do popředí úvah se též dostávají i sítě LTE (Long Term Evolution). Jde o novou
technologickou generaci mobilních rádiových služeb, která v sobě zahrnuje
dlouhodobý vývoj toho, co dnes nazýváme prostředí 3G a je do ní možno
implantovat prakticky všechny telekomunikační služby provozované dnes v sítích
IP (data, video, VoIP), ale v budoucnu i další služby jako videokonference či
videostreaming.
10
Důležitým aspektem pro aplikaci PLC (Power Line Communication) nebo též
PLT (Power Line Telecommunication) prostředků je i možnost vytvářet
kombinace s dalšími teleinformatickými technologiemi. Tyto zkratky se obecně
používají pro všechny úzkopásmové i širokopásmové systémy využívající
k přenosu silnoproudá vedení.
Přitom systémy PLC mohou zajišťovat nejen úsek „poslední míle“, ale i přístup
k této koncové distribuci.
11
1.5 Historie přenosu zpráv po energetických
sítích – 1
Již v dobách užívání stejnosměrných energetických rozvodů vznikla myšlenka
použít vybudované elektroenergetické sítě i pro přenos informací, které by
sloužily pro řízení a kontrolu jejího provozu. Ke stejnosměrné složce se přikládala
střídavá napětí, která po jejich indikaci na vzdáleném místě umožnila vytvořit
jednoduchý signalizační systém. K tomu musela být vyřešena vazba slaboproudé
ovládací části na silnoproudou stejnosměrnou síť včetně bezpečnosti zařízení
i obsluhy.
V r. 1897 pánové Joseph Routin a C.E.L. Brown patentovali ve Velké Britanii
signalizační systém využívající pro přenos střídavých signálů stejnosměrná
energetická vedení. V r. 1905 pak např. patentoval pan Chester Thoradson
v Chicagu přídavný systém na dálkový odečet elektroměrů pomocí přenosu po
energetickém vedení.
Přenos informace ve střídavé elektroenergetické síti mohl pak být naopak
v lokální úrovni nn (nízké napětí) realizován pomocí impulsů stejnosměrného
proudu. Tyto aplikace však vyžadovaly přídavné stejnosměrné zdroje a byly velmi
těžkopádné i z hlediska vazby zařízení a vedení. Proto byly brzo nahrazeny
systémy s přenosem signálů střídavých proudů o frekvencích vyšších než byla
nominální frekvence sítě. Při řešení vazby bylo nejčastěji použito obvodů typu
horní propust nebo pásmová propust a musela být opět zajištěna napěťová
bezpečnost zařízení a obsluhy. Šlo nejprve znovu o jednoduchou signalizaci
sloužící pro řízení provozu těchto sítí. Později pak vznikaly i jednoduché systémy
pro dálkové ovládání např. síťových úsekových odpojovačů. Vždy se jednalo buď
o adresní dálkovou signalizaci stavu určitého objektu, nebo o adresní ovládání
vybraného jediného objektu ze vzdáleného povelového místa, popř. o obousměrné
spřažení těchto systémů. Pro tyto účely se nejčastěji využívalo sítí nn, výjimečně
i sítí vn (vysoké napětí).
12
1.6 Historie přenosu zpráv po energetických
sítích – 2
Současně s tím se však, zhruba od 30. let minulého století, v energetice začaly
zavádět i systémy hromadného dálkového ovládání (HDO), které z jediného
centrálního místa vysílaly signál do rozvětvené silnoproudé sítě, na který pak
reagovaly celé skupiny dálkově ovládaných zařízení, vyvolávající buď smluvený
signál, nebo spínací funkci. Zařízení hromadného dálkového ovládání prošla
historickým vývojem od prvních „stejnosměrných systémů“ až k současným
střídavým systémům využívajících moderní způsoby generování ovládacích
signálů a elektronické přijímače. Injektování signálu se nejprve provádělo na
sekundární straně transformátorů vn/nn, později pak i transformátorů vn/vn
a vvn/vn. Signál se šíří přes transformátory až do sítě nn, kde jsou instalovány
přijímače HDO.
Reálné počátky systémů HDO probíhaly ve Francii (Actadis 1923) a Německu (
firma Siemens systém TELENERG r. 1933 - Potsdam, dále firma AEG systém
Transkomandosystem roku 1937 - Magdeburg a Stuttgart). I když první pokusy
s HDO byly v ČR už před 2. světovou válkou, tak skutečné nasazení proběhlo až
v r. 1961.
Podrobnosti o systémech HDO jsou obsaženy v samostatném modulu „Hromadné
dálkové ovládání“.
13
1.7 Historie přenosu zpráv po energetických
sítích – 3
Výstavba robustních a mechanicky náročných dálkových silnoproudých vedení vn
a vvn (velmi vysoké napětí) lákala hned na počátku rozvoje energetiky k myšlence
využít je i pro přenos telefonních signálů.
K rozvinutí této myšlenky významně přispěly první pokusy s vysokofrekvenčním
přenosem po venkovních slaboproudých vedeních (1908 -1911, Ruhmer –
Německo a Squier – USA), které se později odrazily v rozšíření známé
technologie označované jako „mnohonásobná vf nosná telefonie“ na principu
frekvenčního multiplexu. To odstartovalo i první pokusy využít tohoto principu
i u silnoproudých vedení ve formě tzv. vf elektrárenské telefonie.
První zmínky o realizaci tzv. ultraakustického (tj. vysokofrekvenčního) přenosu
telefonního signálu na vysokonapěťových vedeních se však objevily v japonském
elektrotechnickém časopise již v roce 1919. Byl zde popsán pokusný projekt
přenosu vf signálu pomocí vn vedení 60 kV o délce 19 mil, zahájený v r. 1918
v Japonsku. V Evropě byl obdobný projekt realizován v Německu r. 1920, při
použití tzv. anténní vazby.
Intenzivnější rozvoj této technologie však začal až tehdy, když byla zvládnuta
výroba vysokonapěťových kondenzátorů pro realizaci tzv. kapacitní vazby.
Zhruba v polovině dvacátých let minulého století se tato technologie začala
souběžně rozvíjet v USA, Japonsku, Francii, Itálii a Německu.
V ČR začala výroba těchto zařízení již před druhou světovou válkou v podniku
Telegrafia Praha (předchůdce závodu Tesla Strašnice). Po válce výroba těchto
zařízení pokračovala a Tesla Strašnice byla monopolním dodavatelem těchto
zařízení pro státy sdružené v bývalé RVHP a exportovala je i do dalších zemí.
Jejich výroba u nás pak skončila se zánikem podniku Tesla Strašnice v 90. letech
minulého století.
14
1.8 Historie přenosu zpráv po energetických
sítích – 4
V současné době však stále více narůstá podíl vzdušných trojfázových vedení vvn,
u kterých je do ochranného metalického lana vestavěn speciální optický kabel,
pomocí kterého je možno takovýmto vedením přenést relativně velké datové toky,
které jsou obvyklé v klasických telekomunikačních sítích s optickými kabely. To
vytváří možnost nejen pro pokrytí služebních potřeb energetiky, ale i pro nabídku
transportních služeb v rámci veřejné telekomunikační služby.
Další vývoj telekomunikační techniky pak umožnil aplikace, využívající i nn
distribučních částí energetických sítí pro vytváření úzkopásmových systémů,
sloužících pro účely lokálního ovládání, signalizace a dálkového měření (např.
odečety stavů elektroměrů). Pokročilé přenosové technologie, vyvinuté zejména
pro přenos telekomunikačních signálů v rádiových prostředích s vysokou hladinou
rušení (technika rozprostřeného spektra, OFDM, CDMA ), však umožnily
i realizaci širokopásmových datových systémů s vysokými přenosovými
rychlostmi v relativně velmi nepříznivém elektromagnetickém prostředí
distribučních elektroenergetických sítí.
Takovéto přenosové systémy se, kromě obecné zkratky PLC, nejčastěji označují
termíny jako BPL (Broadband Power Line), DBPL (Digital Broadband Power
Line) nebo též PDSL (Power Digital Subscriber Line).
Tyto systémy umožňují přenos digitálních signálů v rámci distribuční nn sítě na
vzdálenosti řádově desítek až stovek metrů při přenosových rychlostech řádově
jednotek, desítek, ale i stovek Mbit/s. Jde nejen o vytvoření přístupové sítě až
k jednotlivému spotřebiteli elektrické energie, ale i o vytváření speciálních služeb
v rámci skupiny budov, jedné budovy nebo dokonce jednoho bytu.
15
1.9 PLC telekomunikační služby
Jeden
z možných
současných
klasifikačních
pohledů
na
soubor
telekomunikačních služeb přenášených pomocí silnoproudých sítí ukazuje
následující schéma:
Služby v systémech PLC
16
1.10 PLC přenosová pásma
Silnoproudá energetická síť, původně projektovaná jen pro přenos technického
kmitočtu 50 Hz, je dnes tedy využívána i pro přenosy signálů mnohem vyšších
frekvencí. Přitom jednotlivé napěťové úrovně jsou využívány v různých
frekvenčních pásmech a pro různé sdělovací účely. Jeden z možných
klasifikačních přístupů z hlediska typických frekvenčních pásem uvádí následující
tabulka.
Typická kmitočtová pásma pro přenos sdělovacích signálů v systémech PLC
Název
pásma
Rozsah
pásma
Užití
Příklady
užívaných
kmitočtů
a pásem
Podhovorové
Hovorové
f < 300 Hz
f =300 Hz
– 4 kHz
HDO
HDO
0 Hz, 50 Hz
166 Hz, 217
Hz
300 Hz –
2500 Hz
300 Hz –
3400 Hz
316 Hz,
425 Hz
1050 Hz
17
Středofre
kvenční
f = 4 –150
kHz
DS, DO,
DM
Telefonní
služby
Úzkopásm
ové datové
služby
3 – 95
kHz
9 – 95
kHz
95 – 148,5
kH
Vysokofrekvenční
f > 150 kHz
Telefonní služby
Širokopásmové
datové služby
40 kHz – 750 kHz
1 MHz – 30 MHz
1.11 Základní způsoby využití vedení vvn a vn
pro přenos zpráv
Výstavba robustních a mechanicky náročných dálkových silnoproudých vedení vn
a vvn lákala hned na počátku rozvoje energetiky k myšlence využít je i pro přenos
zpráv.
Stožárová konstrukce vedení vn a vvn umožňuje několik přístupů k jeho využití
pro sdělovací účely. První možností bylo zavěšení přídavného sdělovacího
vedení pod fázovými vodiči trasy vysokého napětí. Nejdříve bylo používáno
dvou neizolovaných vodičů, později pak závěsného kabelu a toto uspořádání se
obvykle označovalo termínem „provozní telefon“. Telefonní přístroje
v koncových bodech, pracující v základním pásmu, byly však zvláštní konstrukce,
protože musely být z hlediska ochrany obsluhy technologicky odolné vůči
vysokému napětí. Zejména pro možnost rušení vyvolaného korónou se však pro
tento účel nemohla využívat také vedení vvn.
Druhou možností byla realizace telekomunikačního kanálu s použitím tzv.
ochranného či zemního lana. Ochranné lano, instalované především z důvodů
ochrany vedení před účinky blesku, je umístěno na vrcholu stožárové konstrukce
a je obvykle na každém stožáru uzemněno. Po speciálních úpravách je však
možno pro sdělování použít vf telekomunikační kanál v soustavě „ochranné
lano – zem“. Princip je založen na tom, že jedno ochranné lano, které má
omezovat přepěťové atmosférické vlivy, není na každém stožáru uzemněno
přímo, nýbrž přes speciální tlumivky. Přenosový kanál se pak vytváří mezi
ochranným lanem a zemí. Tento přenosový systém má pak některé výhody oproti
systému užívajícímu pro přenos fázové vodiče. Vazební zařízení je mnohem méně
technologicky náročné, je možné využívat i pásma od 10 Hz, a také rušení
koronou je menší. Ovšem provozní útlum takovéhoto kanálu je vyšší než
u systému přenosu po fázových vodičích. Kromě toho však takováto vedení musí
mít celkem dvě ochranná lana a lano použité pro přenos by nemělo být jen
z ocelových vláken, nýbrž v kombinaci s hliníkovými. Experimentální nasazení
těchto systémů probíhalo od r. 1957 v USA (stát Alabama) a následně v Evropě
ve Francii, bývalé NDR, a od r. 1961 také u nás. Nikde však tento způsob
nedoznal většího rozšíření.
Třetí a nejrozšířenější možností bylo vytváření vf telekomunikačního kanálu za
použití fázových vodičů. To sice vyžadovalo poměrně drahé vazební zařízení, ale
provozní útlumy takovýchto kanálů byly mnohem menší. Zcela novým
přenosovým prostředkem se však později stalo ochranné lano se zabudovanými
optickými kabely.
18
1.12 Koncepce výstavby vf telekomunikačních
kanálů po fázových vodičích vedení vvn
a vn
Přenosová zařízení byla vytvořena na principu známého z vf nosných telefonních
systémů. Používala se amplitudové modulace s předmodulací nebo též frekvenční
modulace. Tento prostředek byl vytvářen na základě evropské normy IEC EN
60495 – „ Koncová vf přenosová zařízení s jedním postranním pásmem pro
přenos signálů po vedeních nad 1000V“. Tuzemská norma ČSN 33 4640
umožňovala, na základě výjimky z Telekomunikačního zákona, realizovat
služební přenosy pro účely energetiky v pásmu 30 – 750 kHz a šířkou
jednotlivých kanálů 2,5 kHz či 4 kHz. Zároveň definovala parametry vazebního
zařízení a bezpečnostní požadavky. V tuzemských podmínkách byla později jejich
výstavba a provoz regulována státní normou ČSN 38 2520 a jejími pozdějšími
novelizacemi. V energetice se tyto systémy slangově nazývaly „vf elektrárenská
telefonie“.
Telefonní kanály v základním pásmu mohly být dále děleny na subkanály
sloužících k přenosu např. šestnácti dálnopisných či telemetrických signálů.
Jednotlivé kanály byly pak na principu zařízení nosné telefonie modulovány
pomocí amplitudové modulace s jedním postranním pásmem a potlačenou nosnou
do vf pásma 30 - 750 kHz. To umožnilo vytvořit řádově stovky
telekomunikačních kanálů, které byly párovány do vf různopásmových okruhů.
Přidělování kmitočtů pro jednotlivé trasy bylo ústředně řízeno státním
energetickým dispečinkem, a to s ohledem na elektromagnetickou kompatibilitu
s dlouhovlnnými rozhlasovými vysílači.
19
1.13 Uspořádání vf přenosového zařízení
Vlastní přenosové zařízení umožňovalo obvykle různopásmový přenos pouze
jednoho dopředného a jednoho zpětného kanálu s odstupem 10 kHz a vysílání vf
signálu až do výkonu 40 W. Systém automatické regulace úrovně s pilotním
kmitočtem byl koncipován, s ohledem na značné změny útlumu vedení vlivem
meteorologických podmínek tak, že umožňoval regulaci vysílací úrovně v rozsahu
26 dB a přijímací úrovně až 52 dB. Principiální blokové schéma ukazuje obrázek.
Blokové schéma vysokofrekvenčního přenosového zařízení VPZ Tesla Strašnice
20
1.14 Způsoby vazby telekomunikačních zařízení
na silnoproudá vedení vvn a vn
Vazební zařízení pro připojení sdělovacího zařízení na silnoproudá vedení musí
zajišťovat několik základních parametrů. Především musí mít velký útlum pro
technický kmitočet energetické sítě 50 Hz a co nejmenší útlum pro pásmo
telekomunikačního signálu. Dále musí v sobě obsahovat prvky, které zajišťují
bezpečnost obsluhy i zařízení, a to nejen před nominálním napětím fází, ale i před
možnými přepěťovými jevy, resp. i před nominálními a zkratovými proudy. Často
též musí obsahovat prvky pro směrování signálu (např. velký útlum pro směr
k silnoproudému transformátoru a malý útlum ve směru k vedení). Během vývoje
vznikla tak celá řada druhů vazebních zařízení.
Historicky nejstarší je anténní vazba, která je realizována drátovou anténou
umístěnou souběžně se silnoproudým venkovním vedením v místech koncových
telekomunikačních zařízení, napájenou signálem vysílače v pásmu dlouhých vln.
Účinnost této vazby však byla velmi malá (max. do 10%), takže její použití bylo
postupně redukováno jen na speciální aplikace (např. mobilní spojení údržbových
čet na dlouhých trasách).
Induktivní vazba realizovaná pomocí vazebních transformátorů představuje jistý
konstrukční problém. Transformátor musí být dimenzován na vysoké izolační
napětí a značné proudy a přitom se pro síťový kmitočet má chovat jako proudový
měnič s nepatrnou indukčností, ale pro ovládací frekvenci by měl být navržen
jakožto výkonový sdělovací transformátor. Příslušný kompromis mezi těmito
požadavky způsobuje nízkou účinnost takovéto vazby, takže se v praxi nepoužívá.
Nejčastěji se v praxi používá kapacitní vazba.
21
1.15 Kapacitní vazba na silnoproudá vedení vvn
a vn
Po zvládnutí výrobní technologie vysokonapěťových kondenzátorů se nejčastěji
začalo užívat vazby kapacitní, u které se dá dosáhnout účinnosti až přes 90%.
Principiální uspořádání pěti nejznámějších způsobů kapacitní vazby ukazuje
obrázek.
Principiální zapojení různých druhů kapacitní vazby na silnoproudé třífázové vedení ve vztahu
vůči zdroji telekomunikačního signálu
(a – jednofázová, b – dvoufázová, c – mezifázová, d – mezisystémová, e – trojfázová)
Nejčastější aplikací byla vazba jednofázová a mezifázová. Vazby mezifázové či
mezisystémové mají v daném pásmu nejvýhodnější přenosové vlastnosti.
Vazba trojfázová se užívá jen pro hromadné dálkové ovládání.
22
1.16 Typická mezifázová kapacitní vazba
Vazební uspořádání pro připojení vf sdělovacího zařízení na energetické vedení vvn
Vazební kondenzátory venkovního provedení VK1 a VK2 (řádově nF) jsou
připojeny na vazební filtr VAF a tvoří s ním pásmovou propust laděnou na pásmo
telekomunikačního signálu.. Vazební filtr přizpůsobuje impedanci těchto
vazebních prvků na impedanci vf symetrického kabelu VFK, který je přiveden až
k vlastnímu přenosovému zařízení PZ.
Směrování signálu směrem na dálkové vedení vvn resp. z vedení na přenosové
zařízení zajišťují vysokofrekvenční pásmové zádrže VFZ1 a VFZ2. Tyto zádrže
(slangově zvané „tlumivky“) jsou laděny na přenášené vf pásmo v okolí nosné
a tedy zamezují ztrátám signálu v transformátoru rozvodny a omezují přeslechy
do jiných vedení. Technologicky nejnáročnější částí zádrže je silová tlumivka,
která musí být dimenzována až na zkratový proud dané fáze jež činí řádově až
stovky ampérů. Bezpečnostní funkce vazby zajišťují při provozu přepěťové
svaděče (bleskojistky) PS1, PS2 reagující i při poruše vazebních kondenzátorů.
Při manipulaci na vazebním zařízení zabezpečují pracovní podmínky sepnuté
zemní nože ZN1 a ZN2.
23
1.17 Rozvoj a zánik klasické „vf elektrárenské
telefonie“ v ČR
I když realizace úzkopásmových vf systémů tzv. elektrárenské telefonie byla
velmi náročná z hlediska technologického i ekonomického, bylo jejich nasazení
velmi účelné. Jednotlivé vf trasy na našem území byly postupně propojovány do
rozsáhlé robustní sítě, sloužící pro dispečerské řízení provozu energetické
soustavy i pro spojení se sousedním zahraničními energetickými podniky. Vf
systémy se však nepoužívaly jen pro telefonii, ale také pro přenos dat, dálnopis
a telemetrii. Je třeba připomenout, že spojení v této síti bylo velmi spolehlivé
zejména proto, že zařízení, z důvodů měnících se přenosových parametrů vvn
vedení, byla konstruována s velmi širokým rozsahem automatické regulace
úrovně. Přenos tedy mohl být uskutečněn i za zhoršených meteorologických
podmínek, při energetickém výpadku trasy a dokonce i v případech, kdy mezi
několika málo stožáry bylo silnoproudé vedení přerušeno a leželo na zemi.
Avšak s nástupem optických telekomunikačních systémů v devadesátých letech
minulého století se začaly objevovat nové možnosti, které vedly k tomu, že
postupně význam této technologie klesal. V ČR se tato technologie plně nahradila
prostřednictvím optických kabelů zabudovaných v zemních lanech.
24
1.18 Optimalizační procesy v zařízeních vf
elektrárenské telefonie po vvn pro
přechodné období
Zatímco v ČR byla tedy již prakticky všechna klasická zařízení vf elektrárenské
telefonie zlikvidována a nahrazena přenosovými technologiemi, užívajícími
kombinovaná zemní lana s vestavěnými optickými kabely, je tato změna v zemích
s rozsáhlými energetickými sítěmi, zejména z důvodů ekonomických, otázkou
postupného řešení. V těchto sítích se tedy předpokládá několikaleté „přechodné
období“ k zavedení optických přenosových systémů.
Proto je v těchto zemích (Např. Ruská federace, Ukrajina, Čína, Indie aj.)
aktuálním problémem optimalizace klasických vf přenosových zařízení směrem
k digitalizaci vf přenosových kanálů, která přináší zvýšení přenosové
propustnosti, efektivnější využití kmitočtových pásem i jednodušší údržbu.
PLC systémy pracující s digitálním přenosem tedy na jedné straně šetří
kmitočtová pásma, na druhé straně jejich „univerzalita“ snižuje jejich bezpečnost
a spolehlivost, zejména pro přenosy povelů. Tyto nevýhody do jisté míry
vyrovnává vyšší spolehlivost součástkové základny, vyplývající z vyššího stupně
integrace, sofistikovaný dohledový systém a adaptivní metody pro korekci
přenosových charakteristik. V současné době se již začínají vyrábět systémy
3. generace, používající časové rozdělení kanálů (TDM) pro přenosy různých
informačních typů. Pro přenosy hovorových signálů se používají A/D převodníky
(kodeky) s vysokou úrovní komprese (od 64 kbit/s do 2,4 kbit/s). Podle šířky
pásma vyhrazeného pro přenos je rychlost skupinového signálu těchto systémů
např. v rozmezí 6,9 – 320 kbit/s.
Podle ekonomických možností se však počítá s postupným přechodem na optické
systémy i v těchto zemích.
25
1.19 Přenosové systémy s optickými kabely
v zemních lanech vedení vvn a vn
Nový prvek dálkových venkovních energetických sítí – optický kabel
technologicky zabudovaný do zemního (ochranného) ocelového lana venkovních
tras vvn a vn, vytvořil technicky a ekonomicky výhodnou přenosovou cestu
s obrovskými širokopásmovými přenosovými možnostmi.
Jedná se tedy o náhradu původních metalických zemních lan (Re, AlFe)
speciálními tzv. kombinovanými zemními lany (KZL), ve kterých jsou do kostry
z vodivých lanek vpleteny optické telekomunikační kabely, sloužící k realizaci
širokopásmových telekomunikačních kanálů na běžných principech užívaných
v dálkové telekomunikační přenosové technice.
Tyto aplikace nastartovaly v 90. letech minulého století jako logické pokračování
techniky podzemních optických kabelů a příslušných optických koncových
zařízení užívanými v dálkových telekomunikačních sítích. Avšak v provozních
podmínkách mění kovová část zemního lana svoji délku i průvěs v závislosti na
teplotních změnách a tak u prvních typů KZL docházelo ke změnám přenosových
parametrů či dokonce k přetržením optických vláken. Kromě toho měly na
technologickou funkčnost KZL i další atmosférické vlivy (bleskové výboje,
vichřice), nedodržování předepsaných technologických postupů při montáži, ale
také náhodné zásahy lan kulovými zbraněmi při mysliveckých honech či
vojenských cvičeních. Došlo dokonce i ke krádežím lan v době budování vvn tras.
V průběhu vývoje se též měnili dodavatelé, normy i vlastní instalační postupy.
V další etapě byly vyvinuty KZL, ve kterých byla vlastní optická vlákna uložena
do speciálních trubiček, které zlepšily jejich ochranu při extrémních
mechanických namáháních KZL. Po překonání „dětských nemocí“ této nové
technologie došlo však postupně k jejich významnému rozšíření.
26
1.20 Konstrukce kombinovaných zemních lan
a jejich parametry
Příklad konstrukce KZL ukazuje obrázek. Jednotlivé aplikace se liší pouze
v konkrétních typech použitého optického vlákna (a z toho vyplývající
překlenutelné vzdálenosti a rozmístění opakovačů) a jejich počtu v jediném
zemním laně. V tuzemských podmínkách [VF10] se nejčastěji do jednoho lana
vkládá svazek 12 či 24 jednovidových optických vláken typu G652. Existují však
i KZL, které obsahují 48 či 96 optických vláken v jednom laně.
Příklad zemního lana vvn se zabudovanými optickými kabely
V současné době se nejvíce používají jednovidová vlákna dle doporučení IEC
60793, ITU-T G.655, která umožňují využívat standardní telekomunikační
přenosová zařízení (např. SDH STM/TMN 16) a standardní datová zařízení. Trasy
jsou obvykle budovány mezi dvěma rozvodnami. Koncové zařízení je napojeno
přes optický rozvaděč v budově, dále pak optickým zemním kabelem až na
venkovní portál rozvodny, kde ve speciální spojkovací skřínce jsou vlákna
podzemního přívodního optického kabelu svařena s optickými vlákny KZL.
Podobné propojení nastává i při propojování jednotlivých výrobních délek KZL.
Tyto propojovací body samozřejmě zvyšují celkový útlum optické trasy.
27
Přenosová kapacita optické sítě pak závisí na použitých typech optických vláken
a vzdálenostech mezi optickými koncovými body. Přenosová kapacita by se dala
samozřejmě dále zvětšit případným nasazením zařízení DWDM.
28
1.21 Aplikační možnosti systémů KZL a situace
v ČR
Firma ČEZnet a.s. se opírá o páteřní síť sestávající se převážně právě z těchto,
výše popsaných prostředků. Celková délka optické páteřní sítě po včlenění sítí
regionálních energetických společností přesahuje 7 000 km a propojuje všechny
české regiony, takže se jedná o jednu z největších optických sítí v České
republice. Síť disponuje s technologiemi PDH, SDH, DWDM a v části sítě
i ATM. Základem přenosového systému jsou páteřní trakty STM 4 v zajištěné
kruhové konfiguraci. Nedílnou součástí přenosového systému je stálý dohled
a management sítě na platformách TMN pro technologie SDH. Síť má
mezinárodní optické propojení se Spolkovou republikou Německo, Polskou
republikou, Rakouskou republikou, Slovenskou republikou a pobaltskými státy
(sdružení BON). Prostřednictvím uvedených partnerů je dostupné spojení i s
dalšími státy.
Optická síť se pro vlastní účely energetických rozvodných závodů užívá např. pro
provozní dispečerský telefon, přenos dat pro dispečerské řízení, přenosy pro účely
ochran vedení, dálkové ovládání objektů bez trvalé obsluhy, účely Intranetové
sítě, přenosy od kamerových systémů, interní videokonference i mezinárodní
dispečerská spojení.
ČEZnet v současné době, kromě těchto interních služeb, nabízí řadu externích
aplikací, například v oblasti služeb virtuálních privátních sítí, videokonferencí
a traffic engineeringu, umožňujícího řízení provozu podle aktuální propustnosti
používaných tras. Tyto služby a skutečnost, že je síť propojena s jinými
alternativními operátory vytvářejí dobré předpoklady jejího dalšího rozvoje ve
smyslu obecné konvergence sítí a služeb.
29
1.22 Úzkopásmové PLC systémy pro lokální
telematiku
Potřeba účinně kontrolovat a řídit i na straně odběru elektrické energie vyvolala
vznik nových středofrekvenčních sdělovacích systémů provozovaných po nn
elektrorozvodných vedeních.
Pro oblast úzkopásmových systémů PLC byla v ČR převzata norma EN 50065-1
platná od r. 1991. Název této normy je „Signalizace v instalacích nízkého napětí
v kmitočtovém rozsahu od 3 kHz do 148,5 kHz“. Norma stanovuje kmitočtová
pásma a meze koncového výstupního napětí (viz obrázek), a také meze pro rušení
šířené vedením a vyzařováním u elektronických zařízení pracujících v tomto
kmitočtovém rozsahu v sítích nízkého napětí.
Frekvenční pásma a amplitudové meze signálu dle normy EN 50065-1
K jednotlivým frekvenčním dělícím bodům lze z obrázku vyčíst pro příslušné
kmitočty amplitudové meze, vyjádřené jednak absolutní úrovní napětí v dBµ,
a jednak napětím ve V.
Jednotlivé části pásma jsou určena pro různé potřeby dodavatele i odběratele.
30
1.23 Teleinformatické služby úzkopásmových
PLC systémů – 1
Služby lze rozdělit do tří skupin a to na hovorové, rozhlasové a nehovorové.
Hovorové služby představují analogový přenos služební či standardní telefonie.
Během rozvoje PLC aplikací byla prováděna řada experimentů s PLC hovorovými
i audio službami. Přenos telefonních hovorů či rozhlasových pořadů s pomocí
amplitudové modulace do dlouhovlnného nebo středofrekvenčního pásma pro
lokální potřeby větších objektů (např. studentských kolejí) byl závislý zejména na
„čistotě energetické sítě“, tj. na úrovni rušení v použitém pásmu. Vzhledem
k nedostatečné pozornosti k otázkám odrušování spotřebičů však většinou zůstalo
jen u dočasných experimentů.
Mnohem větší byla životnost služebních telefonních přenosů, realizovaných
prostřednictvím trakčních energetických vedení. Nejčastější aplikace se
provozovaly po elektrických trakčních vedeních v hlubinných uhelných dolech.
Takovéto systémy se experimentálně nasazovaly i na trakčních vedeních drážních
systémů pro spojení drážních dispečerů s osádkou lokomotiv. V obou případech
byl však přenos omezován rušením, způsobovaným pohybem trolejových
napáječů elektrických hnacích vozidel po trakčním vedení (jiskření na spojovacích
přechodech).
Daleko většího uplatnění však
dálkové měření, dálkové ovládání
objevily i aplikace pro dálkový
požadavek na implantaci těchto
systémů.
dosáhly PLC nehovorové služby, zahrnující
a dálkovou signalizaci. V poslední době se pak
odečet bytových měřičů. Někdy též vznikl
přenosů i do infrastruktury zabezpečovacích
31
1.24 Teleinformatické služby úzkopásmových
PLC systémů – 2
V současné době se objevuje stále více aplikací, které využívají úzkopásmových
PLC kanálů v nn síti pro lokální účely. Jde především o systémy dálkového sběru
dat zejména z měřičů různých distribuovaných médií (el.energie, voda, plyn, teplá
voda, chlad atd.). Tyto systémy poskytují přesné a spolehlivé informace bez
nutnosti osobní návštěvy měřícího místa. Tím se omezují lidské chyby odečtu
a snižují se osobní náklady. Kromě elektroenergetických podniků tedy mohou
využívat tyto možnosti i distributoři dalších médií.
Zásadní význam má PLC komunikace při přenosu dat ve velmi rozlehlých
objektech, jejichž systém nevyžaduje přenos velkého množství dat. V této
souvislosti se jedná především o průmyslové využití, např. při lokálním měření
různých analogových veličin (teplota, vlhkost atd.) a přenášení těchto veličin po
metalickém vedení do vzdálených řídících uzlů (řídících automatů nebo na
kontrolní operátorská stanoviště).
Úzkopásmové PLC systémy lze tedy použít např. pro tyto účely:
•
odečítání stavu elektroměrů, plynoměrů, vodoměrů a měřičů tepla v domech
•
centrální sběr dat ze vzdálených snímačů
•
propojení domácích spotřebičů a jejich jednoduché centrální ovládání
•
alarm, přenos dat a zpětné řízení bezpečnostních kamer
•
přenos dat v rámci domácnosti (např. domácí interkom)
•
a další funkce.
32
1.25 Příklad uspořádání jednoduchého lokálního
PLC systému
Vzhledem k nastupujícím trendům automatizace měřicích systémů však počet
možných aplikací přibývá, a dochází ke kombinacím s klasickými
telekomunikačními systémy. Příklad jedné realizace lokálního úzkopásmového
PLC systému ukazuje obrázek.
Příklad zjednodušené typické sestavy lokálního PLC úzkopásmového systému
Na obrázku je naznačena jednoduchá sestava systému pro odečet údajů
elektroměru a jejich přenos do účtovacího střediska. Elektroměr vysílá měřenou
hodnotu na vstup PLC modemu, který je s ním kompaktně propojen a přes
vazební prvek je připojen na nn silový rozvod. PLC signál je pak přenášen
k centrálnímu PLC modemu zabudovanému v koncentrátoru, který je zapojen na
sekundární straně transformátoru vn/nn. Modem přeměňuje PLC signál na formu
vhodnou pro zpracování v koncentrátoru dat. Pro skupinu elektroměrů je též
možno vytvořit sběrnici, která je napojena na sběrný PLC modem, který příslušné
signály přenáší opět do centrálního PLC modemu a dále do koncentrátoru.
Koncentrátor, napojený na modem sítě GSM/GPRS předává pak měřený údaj
rádiovou cestou až do místa účtovacího střediska, které zpracovává příslušné
faktury za odběr.
33
1.26 Nové metody a přístupy měřicí
infrastruktury
V současné době nabývají velkého významu nové metody a přístupy, které mohou
umožnit snížení provozních nákladů distribučním organizacím. Prvotní
technologie se označuje zkratkou AMR – Automated Meter Reading a představuje
klasický dálkový odečet měřičů energie prostřednictvím systémů dálkového
měření, ale bez dalších procesních řetězců.
Základní funkce technologie AMR se dále rozšiřuje do technologie se zkratkou
AMM – Automated Meter Management. AMM je reprezentováno novými
technologiemi měření, které jsou schopny obousměrné komunikace mezi
zákazníkem a dodavatelem elektrické energie. Kromě přenosu měřených hodnot
jednotlivých elektroměrů se může např. zajišťovat i dálkové odpojení neplatičů,
a také vyvozovat závěry z okamžité spotřeby pro účely regulace, změnu sazeb
i obchodování s elektřinou.
Dalším krokem je podpora fungování obou těchto technologií AMR i AMM, která
zároveň připravuje i tzv. „inteligentní infrastrukturu energetické sítě“. Ta se
obvykle označuje zkratkou AMI (Advanced Metering Infrastructure)
a principiálně směřuje k otevřenému systémovému řešení, využívání
mezinárodních standardů a možnostem obousměrného přenosu mezi
elementárními prvky sítě. Tato infrastruktura by měla umožnit informační dostup
ke všem významným prvkům energetické sítě, jejich dálkové monitorování,
odpojování, řízení i diagnostiku, a také umožnit sledování výpadků i jakosti
dodávané energie. V rámci systémů AMI probíhají nepřetržitá diagnostická
měření parametrů, která mohou předcházet vzniku provozních poruch (např.
průběžné sledování hodnot proudu, napětí a výkonu v síti, indikace rušivých jevů
aj.) a procesy okamžité detekce již vzniklých poruch. To pak v souhrnu obecně
představuje zvýšení spolehlivosti dodávky elektřiny.
34
1.27 Příklad rozsáhlého měřicího systému
s užitím PLC přenosu
Společnost Archnetco Taiwan zaujímá relativně významnou pozici na asijském
i celosvětovém trhu měřicích zařízení. Zjednodušené schéma jedné její aplikace
ukazuje obrázek.
Dálkový měřicí systém s úzkopásmovým PLC přenosem
Obrázek zahrnuje kompletní centralizované hierarchizované řešení, které se
skládá z centrálního serveru, sběrače dat a příslušných rozhraní pro měřicí
přístroje. Každá z těchto částí může být dále rozšířena a přizpůsobena podle
zadaných požadavků. Sběrné datové zařízení může být obecně napojeno na různé
typy měřících přístrojů. Měřicí přístroje je možno připojovat buď přímo na
silnoproudou síť, nebo přes multikanálové jednotky.
35
1.28 Příklad pokročilého elektroměru české
firmy MODEMTEC
Tato firma se již řadu let zabývá vývojem a výrobou úzkopásmových PLC
zařízení pro komunikaci po nn energetických rozvodech. Technologie PLC
modemů je založena na hradlových polích (PLDs) společnosti ALTERA. Tato
technologie umožňuje volitelně nastavovat výpočetní výkon hradlových polí
a díky tomu je možné integrovat kompletní koncovou aplikaci a její logiku při
zanedbatelném navýšení koncové ceny.
Elektroměr se zabudovanou PLC komunikační jednotkou ModemTec MT5 QD
Nástupem nových hradlových polích s vyšší hustotou elementů je realizován nový
jednočipový koncept elektroměru s integrovanou komunikační jednotkou, které
splňuje parametrové požadavky očekávané v projektech typu Smart Grids. Nové
zařízení MT5 QD představuje trojfázový elektroměr s měřícím rozsahem do 100.
harmonické, vícekvadrantní, se zabudovanou komunikační jednotkou s podporou
multiutilitního měření.
36
1.29 Příklad měřicího systému české firmy
ZPA.cz Trutnov
Principiální schéma sběrného a řídicího systému fy ZPA cz Trutnov
Přístupová část sítě využívá přenosu po energetických vedeních s pomocí
kompletního systému LonWorks firmy Echelon V tomto případě umožňují prvky
tohoto systému dálkově snímat nejen měřené hodnoty elektroměrů, ale i dalších
energoměřičů plynu, tepla, a vody, a to prostřednictvím sběrného modulu Lonet.
Kromě toho mohou zprostředkovávat i přenos hodnot čidel – např. teploty, tlaku,
pH aj. pomocí sběrného modulu SLX PL. Data mohou být vyhodnocována rovnou
v místě sběru nebo přenášena transportní nadřazenou sítí. Celá přístupová síť má
též vlastní systémový management (SLTA-2, SLX FT, SLX PL, převodník
LON/DALI, Lonet Jumbo), který řídí komunikaci, indikuje poruchy a dohlíží na
návazné procesy. Přístupová síť je propojena s transportní sítí pomocí datových
přenosů po metalických přenosových cestách (ILON 100 – PLC / TCP IP) nebo
po rádiových cestách (PLC / GSM-GPRS) směrem k centrální databázi.
37
1.30 Hodnocení úzkopásmových lokálních PLC
systémů
Úzkopásmová komunikace po elektroenergetických vedeních má své rychlostní
limity, nicméně je schopna překonávat velmi nepříznivé podmínky panující na
energetické síti (vysoká míra rušení, změna topologie sítě, změny zátěží
a impedancí). Řadí se tedy ke komunikačním technologiím, které mohou být
s výhodou použity jak pro jednotlivá spojení, tak i v přístupových sítích.
Kromě použití pro řídicí a měřicí účely v elektroenergetické síti našla tato
technologie uplatnění i např. v oblastech:
•
měření teplot skladovaných potravin v areálu potravinářského výrobního
závodu
•
komunikace mezi montážními vozíky při montáži palubních desek
v automobilce (dosažená vzdálenost mezi dvěma komunikujícími jednotkami
– 6 000 metrů)
•
komunikace s důlním kombajnem po úrovni napětí 6 kV
•
odečety patních vodoměrů a měřičů tepla v distribučních rozvodech tepla
v systémech CZT
•
přenos parametrů pro řízení technologických celků velké čistírny odpadních
vod
•
dálkové řízení čerpání vody pro chemickou výrobu
•
sledování fyzické přítomnosti energetických rozvodů
•
sledování zatížení mlýnů kamene v kamenolomech
•
technologický prvek při budování Smart Grids
38
1.31 Širokopásmové přenosové systémy
PLC/BPL po distribučních
elektroenergetických vedeních
Podobně jako v klasické telekomunikační technice vzrostla poptávka po
širokopásmových kanálech a okruzích v přístupových sítích, projevil se tento
trend i v přenosových prostředcích využívajících jako přenosovou cestu
distribuční silnoproudá vedení.
Snahy o využití rozvětvených distribučních silnoproudých vedení nn i pro jiné
účely než pro řízení a telematiku, se projevovala již od poloviny minulého století.
Nejčastější pokusy byly směrovány do oblasti přenosu hovoru. Tyto přenosy byly
realizovány nejen po nn domovních rozvodech (bytový interkom), ale i např. po
důlních trakčních elektrických sítích či drážních elektrických sítích. Byly však
zaznamenány i pokusy s přenosem rozhlasových pořadů ve formě vf drátového
rozhlasu (modulace signálu do pásem řádově desítek až stovek kHz) ve větších
areálech, jakými byly např. studentské koleje. Tyto pokusy však byly ojedinělé
a všechny byly limitovány především hladinou provozních rušení v dané síti.
Základní trend budování moderních telekomunikačních sítí vede k požadavku
vytvořit bohatě dimenzovanou páteřní síť, která by navazovala na soustavu
různých přístupových sítí. Silnoproudá distribuční síť však také představuje
infrastrukturu, která je z hlediska možné přenosové kapacity velmi málo využita.
Přitom představuje přístupovou síť přivedenou až k jednotlivému spotřebiteli
elektrické energie a umožňující přenos digitálních signálů o přenosové rychlosti
řádově jednotek až stovek Mbit/s. Poslední desetiletí minulého století proto
přineslo požadavek na využití částí silnoproudých sítí i pro přenos
širokopásmových vysokorychlostních datových signálů. Tento požadavek byl
vyvolán zejména masovým rozšíření sítě Internet a vznikla myšlenka použít
energetické vedení i pro přístup k této informační technologii.
39
1.32 Historický vývoj – 1
Mezi prvními průkopníky ve vývoji širokopásmových modemů pracující
s technologií PLC/PBL byla společnost NorWeb. Ta byla společným podnikem
amerického Nortelu (výrobce telekomunikačních technologií) a United Utilities
(sdružení dvanácti britských elektroenergetických distribučních společností). Tyto
firmy vyvinuly technologii s názvem Digital Power Line (DPL) které předcházely
výzkumné a vývojové práce pod vedením profesora Paula Browna v létech 1991 –
1993 v Manchesteru. Tam byl též realizován v roce 1996 velký pilotní projekt
a nasazení technologie v praxi.
Systém typu DPL 1000 byl provozován mezi sekundární stranou transformátoru
vn/nn a domovními skříněmi jednotlivých odběratelů. Skládal se ze čtyř
základních komponent:
Mainstation – router připojený na intranetovou či internetovou síť
Basestation – přístupový uzel PLC/BPL na sekundární straně transformátoru
vn/nn
Coupling unit – klientská PLC/BPL vstupní jednotka v domovní skříni
Communications module – PLC/BPL modem připojený na zásuvkový rozvod.
Bylo dosahováno přenosové rychlosti cca 1 Mbit/s na vzdálenost cca 300 m.
Prvním informačním zdrojem se stalo internetové vydání manchesterského
deníku Sunday Times. Koncem r. 1997 pak byla připojena síť 12 počítačů
Seymour Park Primary School v Traffordu.
40
1.33 Historický vývoj – 2
První novinářské zprávy, které se v tomto smyslu objevily, však
telekomunikačním odborníkům i těm kteří byli seznámeni s fungováním systémů
HDO, připadaly jako aprílový žert. Např. v r. 1998 vyšel i u nás novinový článek
s názvem „Internet z elektrické zásuvky?“ I když se to v této době podobalo
„novinářské kachně“, během několika let se ukázalo, že podobné systémy mohou
reálně existovat, i když za jiných předpokladů a značně omezujících podmínek.
Pak následovala řada dalších pilotních projektů NorWeb i u dalších energetických
společností ((AEM, EnBW, Stockholm Energi, Sydkraft, Vattenfall, Edon).
Majitelé společného podniku NorWeb však, z důvodů pochybnosti o rentabilitě
tohoto záměru, v září r. 1999 rozhodli o ukončení činnosti firmy. V pilotních
projektech pak pokračovala firma Ascom a společnost RWE.
Evropské podniky a instituce zabývající se technologií PLC pak vytvořily asociaci
PLC Forum. Tato asociace se postupně rozrostla až na několik desítek členů, mezi
něž patří např. firmy ALCATEL, ASCOM, DS2, EasyPlug, EDF, ELCON,
ILEVO AB, Intellon, Mitsubishi Electric Corp., NEC Electronic, Motorola, RWE
Powerline, dále pak řada technických univerzit jako např. Dresden, Karlsruhe,
Paderborn, Firenze, Thessaloniki či Lausanne.
A tak došlo k tomu, že v roce 2000 na výstavě CeBIT vystavilo více než 20 firem
z celého světa produkty z oblasti PLC/BPL. Mezi země s aplikací této technologie
patřilo tehdy Německo, Španělsko, Island, Švédsko a Rakousko.
Pro tyto systémy se začalo používat termínů Power Line Communication se
zkratkou PLC , Power Line Telecommunication (PLT) nebo Power Line (PL) –
ty však v sobě zahrnují jak širokopásmové, tak i úzkopásmové telekomunikační
systémy na energetických vedeních. Jako přesnější pro širokopásmové systémy se
začaly používat termíny Broadband Power Lines se zkratkou BPL nebo též
Broadband Power Telecommunications (BPT). Někdy se však užívá i termínu
Power Digital Subscriber Line se zkratkou PDSL, odvozenou od skupiny
telekomunikačních systémů x-DSL.
41
1.34 Historický vývoj – 3
Významnými výrobci modemů BPL v Evropě se však nestaly výrobní giganty,
nýbrž relativně menší firmy. Byly to např. firmy Ascom, Corinex a DefiDev.
Většina modemů výše uvedených firem pracuje na čipech španělské firmy DS2
(Design of Systems on Silicon), které znamenaly revoluci v oblasti BPL systémů.
Nejdůležitější charakteristiky (Čip DSS420):
Koncepce: Duplexní provoz, přístup Master/Slave - vhodný pro paketově
orientovaný přenos
Frekvenční pásmo: mezi 1 MHz – 38 MHz
Modulace: OFDM s 1280 nosnými a efektivitou 7,25bit.s-1/ Hz,
Přenosové rychlosti: až 200 Mbit/s – adaptivní přenosová rychlost dle hlukových
poměrů
Dosah: až stovky metrů
Stálé monitorování hlukových hladin, detekce chyb.
Tyto čipy jsou tedy schopné z hlediska přenosové rychlosti konkurovat ostatním
technologiím pro přístupové sítě (např. xDSL, WiFi, atd.).
Je však třeba zdůraznit, že takovýchto přenosových rychlostí lze dosáhnout pouze
za téměř ideálních podmínek z hlediska přenosu signálu i elektromagnetické
kompatibility s obklopujícím prostředím.
42
1.35 Základní principy technického řešení
systémů BPL
Původní zpráva, předávaná z telekomunikační sítě nebo účastnického terminálu, je
na straně vysílacího BPL modemu modulována (nejčastěji do vf pásma 1 až 30
MHz) a přes vazební zařízení injektována do energetického vedení. Na přijímací
straně musí být tento signál vazebním zařízením oddělen, BPL modemem
demodulován a pak přenesen do příslušného účastnického terminálu. Přenosy
v této distribuční síti se v praxi obvykle rozdělují na dva typy BPL systémů.
Vnější (outdoor nebo access) BPL systémy používají buď vn vedení nebo nn
vedení od transformátoru k napájeným objektům, tj. veřejných částí energetické
sítě. Vnitřní (indoor nebo in-house) BPL systémy pak užívají vnitřních rozvodů
budov, které jsou obvykle v soukromém majetku. Přitom pro aplikace outdoor se
používá nejčastěji pásmo 1 – 18 MHz a pro aplikace in-door pak pásmo 18 – 30
MHz. Přímý dosah signálu je však relativně velmi malý, a podle způsobu vazby
a konfigurace distribuční sítě činí nejčastěji řádově desítky až stovky metrů
a dosahované rychlosti se většinou pohybují v jednotkách až stovkách Mbit/s.
Uspořádání systémů BPL může být v zásadě jednostupňové, dvoustupňové
a někdy i trojstupňové. U jednostupňového uspořádání je BPL signál šířen jen
v jedné, nejčastěji nn, napěťové úrovni.
43
1.36 Jednostupňové uspořádání systému BPL
Principiální uspořádání jednostupňového systému BPL
Řídicí BPL modem (modem master), který je pomocí klasických
telekomunikačních prostředků napojen na telekomunikační sítě (WAN, MAN,
Internet, VoIP), injektuje BPL signál do energetické sítě obvykle na sekundární
straně transformátoru vn/nn. Signál BPL se šíří po energetické síti v napěťové
úrovni nn až k vazebním zařízením dalších BPL modemů (modem slave), které
jsou propojeny s účastnickými terminály (PC, VoIP, resp. síťový server). BPL
modemy jsou připojeny přes vazební zařízení k síti přímo, nebo přes opakovač
a komunikace mezi nimi je obousměrná.
Z aplikačního hlediska je pro nasazení BPL systémů velmi důležitá konkrétní
koncepce distribuční energetické sítě. Z tohoto hlediska jsou mnohdy značně
rozdílné přístupy užívané v některých amerických státech a přístupy užívané
v evropských zemích.
44
1.37 Vícestupňové uspořádání systému BPL
Z hlediska přístupových telekomunikačních sítí tyto BPL systémy však nejčastěji
pokrývají oblast tzv. „poslední míle“, což v praxi představuje část energetické
distribuční sítě od transformátoru vn/nn ke koncovým uživatelům Jeden
transformátor poskytuje výkon např. až do 630 kVA, což stačí na napájení
několika set domácností. Tímto vzniká typická evropská stromová struktura
distribuční elektrorozvodné sítě.
V závislosti na aplikaci a konfiguraci distribuční sítě však je i v evropských
podmínkách někdy potřebná i vícestupňová sestava BPL systému. V tom případě
obvykle dochází ke konverzi vnějšího BPL signálu (Out Door ) v pásmu 1 – 18
MHz na vnitřní BPL signál (In Door) v pásmu 18 – 30 MHz.
V evropských podmínkách se širokopásmové přenosy v napěťové úrovni vn
nasazují většinou na vn městská kabelová vedení a slouží obvykle k propojení
dvou významných objektů ve městech, které se nacházejí na společné vn napájecí
síti, a mezi kterými by budování dalšího vedení bylo obtížné či nemožné.
45
1.38 Příklad uspořádání dvoustupňového
systému PDSL
V průběhu vývoje PDSL (BPL) se objevilo několik základních topologických
struktur. Obrázek ukazuje jeden z možných příkladů uspořádání širokopásmového
přenosu, kde jsou naznačeny možnosti přenosu v síti vn i v síti nn.
Principiální pohled na typickou topologickou strukturu PDSL systémů
Jde jednak o dvoubodové spojení v napěťové úrovni vn (např. spojení dvou
malých digitálních pobočkových ústředen nacházejících se v místech
transformačních stanic) prostřednictvím vysokonapěťově dimenzovaných
vazebních zařízení a modemů (STVN/TZ). Nebo je pomocí vn vedení propojen
objekt s návazností na Internet přes vazební zařízení a modem (FáVN/TZ) se
vzdálenou budovou. Mnohem častější je však vytváření struktur bod – multibod.
Na sekundární straně transformátoru vn/nn dojde pomocí PDSL modemu (SM
PDSL) k propojení telekomunikační centrály (TELC) s energetickou sítí v úrovni
nn, ve které se pak BPL signál o frekvenci Fod (Out Door) šíří řádově stovky
metrů až ke vstupu stavebního objektu, kde je pomocí objektového PDSL
modemu (OM PDSL) převeden na jinou frekvenci Fid (In Door) a pak dále veden
až k zásuvkám silového rozvodu v objektech. Zde je pak zpracován účastnickým
PDSL modemem (TM PDSL) a poskytnut koncovému zařízení KZ. Kromě tohoto
dvoustupňového BPL systému může být použit i jednostupňový BPL systém
s telekomunikační centrálou přímo v objektu. Popsané struktury mohou sloužit
i pro vytváření speciálních služeb v rámci skupiny budov, jedné budovy nebo
dokonce jednoho bytu.
46
1.39 Modulační metody BPL systémů
Silnoproudá vedení jsou z hlediska elektromagnetické kompatibility velice
agresivním přenosovým prostředím. Kromě toho je mechanizmus šíření
sdělovacího signálu po silnoproudých vedeních tím složitější a nepřehlednější,
čím je signálová frekvence vyšší, a tedy k ní příslušná délka vlny je srovnatelnější
s geometrickými délkami dílčích úseků (např. odboček). Dochází zde totiž často
ke vzniku paralelních a sériových rezonancí. Dále je pak, kromě nehomogenity
dílčích úseků, nutno uvažovat změny přenosových parametrů vyvolaných
změnami konfigurace a okamžitými změnami zátěží a samozřejmě relativně
vysokou hladinu hluků vytvářenou různorodými zdroji rušení. K tomu je nutné
uvažovat i přenosové vlastnosti potřebných vazebních členů.
Modulace nejčastěji používané v PDSL systémech musí být tedy schopny
uvedené negativní vlastnosti silnoproudých vedení překonat. Přehled
nejužívanějších modulací a zjednodušený průběh jejich spekter ukazuje obrázek.
Relativně nejstarší a nejjednodušší, ale také nejméně výhodná, je modulace
GMSK. Moderní systémy však používají modulaci s rozprostřeným spektrem
(Spread Spektrum) nebo častěji modulaci OFDM.
Zjednodušený pohled na průběh spekter modulovaných signálů nejčastěji užívaných v systémech
BPL
OFDM patří do skupiny modulací s více nosnými, tzn. že datový tok je rozdělen
do mnoha paralelních datových toků a každý z nich je modulován samostatně na
vlastní nosnou frekvenci – tvoří tzv. subkanál. Lze předpokládat, že útlum
a skupinové zpoždění je v rámci subkanálu konstantní. Každý subkanál se tedy
může přizpůsobit odpovídajícím přenosovým vlastnostem. Na úkor zmenšení
přenosové rychlosti signálu mohou být vybraná subpásma vyjmuta, za účelem
zlepšení elektromagnetické kompatibility.
47
1.40 Zabezpečení BPL systémů
Z hlediska přenosu BPL signálu nás zajímají dva hlavní parametry – přenosová
rychlost a chybovost. Jak již bylo uvedeno, představuje elektrická rozvodná síť,
jakožto přenosové médium, velmi obtížné prostředí z hlediska elektromagnetické
kompatibility. Navíc se podmínky pro přenos v energetické síti mění každým
okamžikem (vlivem provozních manipulací i připojováním různorodých
spotřebičů). Proto je třeba pro BPL systémy pečlivě volit nejen modulační
metody, ale též způsoby kódování a metody detekce a korekce chyb. Tím se však
zvyšuje potřebný počet služebních bitů, čímž vlastně klesá efektivní přenosová
rychlost vlastních uživatelských dat.
Obecně se dá říci, že čím větší přenosová rychlost, tím větší náchylnost na chyby,
a tím více přenosové kapacity musí být vyhrazeno na detekci a korekci chyb.
V případě systémů s menšími přenosovými rychlostmi je poměr mezi užitečnými
a redundantními daty asi 1:1. U systémů s přenosovou rychlostí 200 Mbit/s je
tento poměr až 1:3 (tedy pouze asi 30 % z přenosové kapacity připadá na užitečná
data).
Pro opravu chyb se často používá tzv. dopředná oprava chyb FEC (Forward Error
Correction), která minimalizuje pravděpodobnost opětovného vysílání rámců a je
relativně efektivní metodou obrany proti impulsnímu rušení.
V BPL systémech je však též nutné zajistit zabezpečení přenášených dat i z
hlediska jejich snímání nežádoucími objekty, protože kdokoliv se připojí na
stejnou fázi v dosažitelné vzdálenosti, by mohl data číst. Proto se obvykle veškerá
komunikace šifruje. Dále se pak používá i metoda virtuálních privátních sítí
(VLAN) pro oddělení skupin uživatelů.
48
1.41 Dosah signálů BPL systémů
Maximální dosažitelná vzdálenost mezi dvěma BPL modemy závisí hlavně na
výstupním výkonu BPL signálu, jeho útlumu a též na úrovni rušení na přijímací
straně. Závislost útlumu na vzdálenosti a frekvenci je zobrazena na obrázku.
Příklad typické závislosti útlumu signálu BPL na vzdálenosti v typickém veřejném úseku nn
napěťové úrovně
Bez opakovačů může tato vzdálenost dosahovat řádově stovek metrů, ale jen ve
veřejných elektrických sítích s venkovními nebo podzemními vodiči. Pro vnitřní
část sítě s množstvím různých interferenčních zdrojů a spotřebičů neposkytuje
jakákoliv průměrná hodnota překlenutelné vzdálenosti užitečnou informaci,
protože různé typy instalací ovlivňují přenosovou vzdálenost o desítky metrů
oběma směry. Ve vnitřních systémech se obvykle uvažuje o dosažitelné
vzdálenosti okolo 100 m.
49
1.42 Způsoby vazeb BPL zařízení
BPL modem může být navázán do energetické sítě buď přímo, nebo induktivně,
jak ukazuje obrázek.
Základní možnosti připojení BPL modemů na energetickou síť (přímé vodivé připojení –
Conductive coupling, nepřímé induktivní připojení – Inductive coupling)
Přímé vodivé připojení BPL modemu výstupním připojovacím kabelem
samozřejmě předpokládá, že kapacitní vazba umožňující připojení modemu na
vedení 230 V, je přímo jeho vnitřní součástí. V jiných případech je nutné použít
externího vazebního zařízení. Nevýhodami této vazby jsou však jednak vysoké
ztráty v bodech připojení s nízkou impedancí (<20 Ω), a také skutečnost, že při
instalaci BPL modemu musí být síť zpravidla vypnuta. Přesto bývá tento způsob
připojení v praxi nejčastější.
Při induktivní vazbě BPL modemu jsou do obvodu protékaného signálovým
proudem zapojeny dvě vazební cívky, navinuté na dva, obvykle rozevíratelné,
feritové vazební kroužky. Tyto se pak umístí tak, aby jimi procházely dva síťové
vodiče lokálního nn rozvodu (obvykle fázový a nulový vodič). V tomto případě je
BPL datová část a energetická síť galvanicky oddělena. Induktivní vazba je
efektivnější tam, kde impedance energetické sítě v místě injektování signálu je
relativně nízká. Toto je typické v případech, kdy se injektování provádí v místě
uzlu, do kterého ústí několik rozvodných vedení a jejich paralelní spojení vytváří
nízkou celkovou impedanci. Induktivní metoda je tedy výhodná např. pro
rozvodnice větších objektů. Induktivní vazba je dále výhodná z hlediska
jednoduché instalace bez nutnosti vypínání sítě a možnosti částečného směrování
signálu (viz kondenzátor na obr.) i obvykle nižší vyzařovací úrovni BPL signálu.
50
1.43 Normalizace BPL systémů
Zatímco pro úzkopásmové PLC systémy jsou vytvořeny jednoznačné mezinárodní
normy, je normalizace pro širokopásmové BPL systémy dosud mezinárodně
nedořešená. Pro širokopásmové systémy se na světově uznávaných specifických
normách tedy zatím stále pracuje, a proto by v tuzemských podmínkách mělo
každé BPL zařízení splňovat platné normy, jako každé jiné zařízení informační
techniky. Z pohledu BPL systémů jakožto zdroje rušení, by tedy např. tato
zařízení měla odpovídat požadavkům normy ČSN EN55022.
Ovšem tento pohled je nutno zároveň doplnit jinými aspekty, které by se měly
v současné době brát v úvahu. V první řadě je nutné připomenout, že BPL
systémy patří do skupiny širokopásmových telekomunikačních systémů
přenášených po vedeních, které ve své podstatě vytvářejí podmínky pro nežádoucí
vyzařování těchto přenášených signálů, podobně je tomu např. i u
telekomunikačních systémů ADSL či VDSL. V druhé řadě je nutné si uvědomit,
že při rozvoji BPL systémů různé firmy používaly různorodé a někdy velmi
odlišné realizační přístupy, které se u moderních BPL systémů již nepoužívají.
Jednalo se např. o různé modulace nebo o způsoby využívání elektrorozvodné
infrastruktury v závislosti na místních podmínkách.
Na sjednocení normalizačních přístupů se stále pracuje. V tomto směru byl
významný evropský projekt OPERA (Open PLC European Research Alliance).
51
1.44 Další rozvoj systémů BPL - 1
Širokopásmový přenos dat po energetické síti se stále rozvíjí, ruku v ruce s jeho
standardizací. Na základě předchozího stručného přehledu je vidět, že téměř
všechny současné BPL systémy pracují na velice podobných principech. Rozdíly
nejčastěji bývají v různých metodách přístupu k médiu, různých způsobech
a robustnosti šifrování dat, ale z pohledu frekvenčních pásem, používaných
modulací, možností navázání datového signálu do energetické sítě jsou všechny
specifikace téměř shodné. Z přehledu též vyplývá i snaha různých asociací,
zabývajících se BPL technologiemi, vzájemně spolupracovat na sjednocení
standardizace, což by usnadnilo a zlevnilo rozšíření BPL systémů.
Problematika rušivého vyzařování v pásmech vyhrazených rádiovým službám
není typická jen pro technologie BPL, ale jak se ukazuje, týká se i dalších nových
technologií, např. xDSL či UWB. Je třeba si uvědomit, že historický vývoj
v oblasti standardů EMC reagoval na tehdejší největší hrozby, jako bylo např.
rušení rozhlasu a později televize. Nemohl tedy v minulosti do standardů zahrnout
vyzařování i citlivosti nových technologií i hustou koncentraci a různorodost
nových telekomunikačních, výpočetních, řídicích i napájecích systémů
v dopravních prostředcích a v provozních i obytných budovách.
V převážné většině BPL aplikací se jedná o přenos dat, i když se obecně
nevylučují i přenosy hovoru či obrazu. BPL systémy tedy, kromě běžných
datových přenosů a přístupu k internetu, mohou nabízet i telefonní služby, často
označované jako Voice over PLC (VoPLC), možnost odesílání faxů a dokonce
i video služby (videokonference, přenos videorelací) apod. Proto mohou být
obecně použity i pro některé další služby, užívané v oblasti širokopásmových
přístupových sítí.
52
1.45 Další rozvoj systémů BPL - 2
V současné době tedy mohou být BPL systémy komerčně nabízeny např. pro
průmyslové komunikační sítě menšího rozsahu, internetová připojení účastníků,
výstavbu datových sítí v oblastech omezené výstavby či přestavby – např.
historické budovy, muzea a galerie, přístupové sítě kombinované s použitím
dalších telekomunikačních systémů (pevné telefonní a datové sítě, rádiové sítě
GSM, GPRS, WiFI aj.), realizaci domovních sítí LAN bez nutnosti nové
kabelizace, doplnění informačních přístupů v zemích s méně rozvinutou
komunikační infrastrukturou v Asii, Africe a Jižní Americe.
Důležitý je i budoucí přístup k problematice jejich nasazování do
elektromagnetického prostředí nových inteligentních budov i moderních systémů
řízení, zejména pak do soustav inteligentních energetických sítí Smart Grids.
Z dosavadního vývoje systémů BPL je zřejmé, že se tyto již zařadily do
používaných prostředků širokopásmových přístupových telekomunikačních sítí,
a že jejich další rozvoj souvisí s problematikou jejich standardizace, z níž vyplývá
snižování jejich ceny v důsledku větších výrobních sérií, a tedy zvyšování
efektivity jejich nasazení.
53
1.46 Závěrečné zhodnocení PLC/BPL systémů
Historický vývoj systémů PLC/BPL z celosvětového pohledu potvrzuje, že je
nutno na ně nahlížet jako na jeden z prostředků, který má své místo v procesu
konvergence telekomunikačních sítí a služeb. Využití těchto systémů v případech,
kdy je to účelné napomáhá základnímu současnému trendu - zvyšování efektivity
teleinformatických služeb.
Problémy s elektromagnetickou kompatibilitou úzkopásmových PLC systémů se
v průběhu let podařilo vyřešit a dá se očekávat vyřešení technických
a legislativních překážek i u širokopásmových BPL systémů. Tyto otázky je však
nutno řešit nikoliv jen na základě již mnohaletých EMC doporučení, ale
s ohledem na nová reálná teleinformatická prostředí, která vyžadují jiný přístup ke
stanovení parametrů
elektromagnetické
interference
a elektromagnetické
odolnosti a zejména k hodnocení celkového elektromagnetického prostředí
s ohledem na problematiku EMC pevných instalací.
BPL technologie na bázi čipu 3. generace DS2 je již reálně dostupná a použitelná.
Z našich zkušeností i aplikací vyplývá, že některé vize a očekávání spojené se
vznikem těchto zařízení se splnily, některé na svůj čas ještě čekají. Můžeme též
konstatovat, že instalace PLC v rámci areálů a budov (indoor) jsou dnes, prakticky
bez větších problémů technicky použitelné a v mnoha případech, díky rychlosti
nasazování, ceně lidské práce a některým netechnickým aspektům, i ekonomicky
výhodné.
Největší šanci však systémy PLC/BPL určitě dostanou v rámci budování
inteligentních energetických sítí Smart Grids, které jsou pro rozvoj budoucích
energetických sítí nezbytné. To potvrzují i současné avantgardní aplikace v řadě
zemí.
Zdůrazněme však, že PLC/BPL není všespasitelná nová technologie, ale že se
jedná o prostředek pro výhodné efektivní propojení s dalšími moderními
přenosovými technologiemi.
Neměli bychom tedy dopustit, aby při současných aplikačních zkušenostech
s PLC/BPL technologií, jsme ji blokovali někdy zbytečnými legislativními
překážkami, nebo dokonce ji zcela zavrhli.
54
2 Test
2.1 Test
1. Telekomunikační systémy využívající pro přenos silnoproudé sítě zkratka?
a) PCM
b) PCL
c) ETS
d) PLC
správné řešení: d
2. Systémy hromadného dálkového ovládání - vlastnosti
a) Signál stovky Hz, obousměrný provoz
b) Signál stovky kHz, jednosměrný provoz
c) Signál stovky Hz, jednosměrný provoz
d) Signál v rozmezí 25 Hz - 100 Hz, jednosměrný provoz
správné řešení: c
3. Systémy tzv. Elektrárenské telefonie - vlastnosti
a) Přenosové pásmo 1 - 10 MHz, vzdušná vedení vn
b) Přenosové pásmo 30 - 750 kHz, vzdušná vedení vvn a vn
c) Přenosové pásmo 12 - 148,5 kHz, vzdušná vedení vn
d) Přenosové pásmo 300 Hz - 3400 Hz, kabelová vedení vn
správné řešení: b
4. Širokopásmové telekomunikační
silnoproudé sítě - zkratka?
systémy
využívající
pro
přenos
a) VFPLC
b) BPL
c) PCM
d) BSPL
správné řešení: žádná odpověď
55
5. Frekvenční pásmo pro úzkopásmové PLC systémy dle EN
a) 9 kHz - 148,5 kHz
b) 12 - 124 kHz
c) 40 - 750 kHz
d) 9 kHz - 256 kHz
správné řešení: a
6. Klasický dálkový odečet elektroměrů se označuje zkratkou
a) DOE
b) AMI
c) AMR
d) AMM
správné řešení: c
7. Pro systémy BPL se nejčastěji užívá přenosového pásma
a) desítky až stovky kHz
b) 1 - 30 MHz
c) 42, 5 - 82,5 MHz
d) 10 - 144 kHz
správné řešení: b
8. Současné systémy BPL dosahují přenosové rychlosti až
a) 200 Mbit/s
b) 650 kbit/s
c) 1,2 Mbit/s
d) 328 Mbbit/s
správné řešení: a
56
9. BPL systémy se nejčastěji nasazují do napěťové úrovně
a) nn
b) vvn
c) vn
d) vvn, vn, nn
správné řešení: a
10. BPL systémy mají nejčastěji dosah
a) do jednotek až desítek km
b) Do jednotek až desítek metrů
c) Do desítek až stovek metrů
d) jen v rámci elektroinstalace budovy
správné řešení: c
11. Pro vnitřní ( In Door) aplikace BPL se nejčastěji užívá frekvenční pásmo
a) 1 - 18 MHz
b) 750 kHz - 1,5 MHz
c) 20 - 35 MHz
d) 1,2 - 3,6 MHz
správné řešení: a
12. Současná nejvíce používaná modulace u systémů BPL je
a) GMSK
b) ASK
c) OFDM
d) DPCM
správné řešení: c
57
13. Nejvýznamnější evropský projekt pro vývoj a normalizaci BPL systémů
má zkratku
a) PULSERS
b) ENIKA
c) OPERA
d) UWBS
správné řešení: c
14. Současný nejužívanější čip pro BPL technologii, umožňující přenosovou
rychlost až 200 Mbit/s vyrábí fy
a) SIEMENS
b) ALCATEL
c) DS2
d) ASCOM
správné řešení: c
15. BPL systémy umožňují přenosy těchto druhů zpráv
a) jen telefonní a datové služby
b) jen datové služby
c) služby datové, telefonní, video, internetové
d) jen služby Internetu a dálkového měření
správné řešení: c
58