Komunikacja poprzez linie energetyczne. Jak szyfrowano komunikację: technologie ochrony podczas wojny

Cyfrowy system komunikacji HF MC04-PLC przeznaczony jest do organizacji kanałów telemechaniki (TM), transmisji danych (TD) i kanałów telefonicznych (TF) wzdłuż linii elektroenergetycznych wysokiego napięcia (PTL) sieci dystrybucyjnej 35/110 kV. Urządzenie zapewnia transmisję danych kanałem komunikacyjnym wysokiej częstotliwości (HF) w paśmie 4/8/12 kHz w zakresie częstotliwości 16-1000 kHz. Podłączenie do sieci elektroenergetycznej odbywa się zgodnie z obwodem faza-masa poprzez kondensator sprzęgający i filtr przyłączeniowy. Podłączenie strony RF urządzenia do filtra przyłączeniowego jest asymetryczne i odbywa się za pomocą jednego kabla koncentrycznego.

Sprzęt jest produkowany z rozmieszczonymi w odstępach i przylegającymi do siebie pasmami przepustowymi w kierunkach odbioru i nadawania.

Funkcjonalność:

Liczba kanałów HF o szerokości 4 kHz - do 3;
tryb kanałowy: analogowy (podział częstotliwości) i cyfrowy (podział czasu);
modulacja strumienia cyfrowego niskiej częstotliwości - QAM z podziałem na 88 podnośnych OFDM;
modulacja widma HF - amplituda z transmisją jednostronnego pasma częstotliwości AM OBP;
dostosowywanie przepływności strumienia cyfrowego (CPU) do zmieniającego się stosunku sygnału do szumu;
interfejsy telefoniczne: 4-przewodowe 4W, 2-przewodowe FXS/FXO;
liczba kanałów telefonicznych w każdym kanale HF - do 3;
konwersja sygnalizacji ADASE na sygnalizację abonencką FXS/FXO;
połączenie dyspozytorskie i abonenckie przy wykorzystaniu protokołu ADASE poprzez jeden kanał TF;
interfejsy cyfrowe TM i transmisja danych: RS232, RS485, Ethernet;
interfejs sterujący i monitorujący - Ethernet;
wbudowany analizator poziomów nadawania/odbioru toru RF, miernik błędów, temperatury.
rejestracja usterek i alarmów w pamięci nieulotnej;
reodbiór cyfrowy - tranzyt kanałów w podstacjach pośrednich bez utraty jakości;
monitorowanie ‒ MC04‒Program monitora: konfiguracja, konfiguracja, diagnostyka;
zdalne monitorowanie i konfiguracja poprzez wbudowany kanał serwisowy RF;
obsługa SNMP - w przypadku wyposażenia w moduł sieciowy S-port;
radialne i drzewiaste schematy monitorowania odległych półsetów;
zasilanie: sieciowe ~220 V/50 Hz lub napięcie stałe 48/60 V.

Ustawienia główne
Zakres częstotliwości roboczej 16 – 1000 kHz
Pasmo robocze 4/8/12 kHz
Nominalna moc szczytowa obwiedni sygnału RF 20/40 W
Maksymalna przepływność procesora w paśmie 4 kHz (adaptacyjna) 23,3 kb/s
Głębokość regulacji AGC przy poziomie błędu nie większym niż 10–6 wynosi nie mniej niż 40 dB.
Dopuszczalne tłumienie linii (łącznie z zakłóceniami) 50 dB

Pobór mocy z zasilacza 220 V lub 48 V nie przekracza 100 W.
Wymiary gabarytowe bloku: 485*135*215mm.
Waga nie większa niż 5 kg.

Warunki korzystania:

− temperatura otoczenia od +1 do + 45°C;
− wilgotność względna powietrza do 80% przy temperaturze plus 25°C;
− ciśnienie atmosferyczne nie niższe niż 60 kPa (450 mm Hg).

Projekt i skład sprzętu:

Cyfrowy trójkanałowy system komunikacji RF MC04-PLC składa się z dwóch 19-calowych bloków 3U, w których zainstalowane są następujące jednostki funkcjonalno-konstrukcyjne (płytki):
IP01− zasilanie, wejście sieciowe 220V/50Hz, wyjście +48V,−48V,+12V;
IP02− zasilanie, wejście 36…72V, wyjście +48V,−48V,+12V;
MP02− multiplekser kanałów TM, PD, TF, kodek G.729, cyfrowy tłumik echa;
MD02− modulacja/demodulacja procesora na sygnał analogowy RF, monitorowanie i sterowanie;
FPRM - transformator liniowy, tłumik i filtr 4-obwodowy PRM, wzmacniacz PRM;
FPRD – filtr 1/2-torowy PRD, wysokooporowa impedancja poza pasmem PRD;
UM02− wzmacniacz mocy, cyfrowa sygnalizacja poziomów PRD, sygnalizacja alarmów.
TP01 – tranzyt zawartości kanału HF pomiędzy blokami, instalowany w miejsce płytek MP02.

Informacje dotyczące zamawiania

Liczba płytek MP02 odpowiada liczbie podstawowych kanałów HF o szerokości pasma 4 kHz, skonfigurowanych na płycie MD02 – od 1 do 3. W przypadku tranzytu jednego z kanałów HF pomiędzy blokami w podstacji pośredniej, TP01 karta tranzytowa instalowana jest w miejscu płytki MP02, zapewniając odbiór/transmisję kanału treści HF bez konwersji do postaci analogowej.
Blok ma dwie główne wersje oparte na mocy szczytowej obwiedni sygnału RF:
1P – zainstalowany jest jeden wzmacniacz UM02 i jeden filtr FPRD, moc sygnału RF wynosi 20 W;
2P - zainstalowane są dwa wzmacniacze UM02 i dwa filtry FPRD, moc sygnału RF wynosi 40 W.

Oznaczenie bloku obejmuje:
– liczba zaangażowanych kanałów HF 1/2/3;
– wersja w zależności od mocy szczytowej obwiedni sygnału RF: 1P – 20 W lub 2P – 40 W;
– rodzaje interfejsów użytkownika dla każdego z 3 kanałów RF / płyt MP-02 lub płytki TP01;
– napięcie zasilania urządzenia – napięcie sieciowe ~220 V lub napięcie stałe 48 V.
Domyślnie płyta MP-02 posiada interfejsy cyfrowe RS232 i Ethernet, które nie są wskazane w oznaczeniu urządzenia .

Komunikacja za pośrednictwem linii energetycznych ponownie stała się tematem gorącej debaty na różnych poziomach naukowych i w prasie. Technologia ta przeszła w ciągu ostatnich kilku lat wiele wzlotów i upadków. W specjalnych periodykach ukazało się wiele artykułów o sprzecznych poglądach (wnioskach). Niektórzy eksperci nazywają transmisję danych w sieciach elektrycznych technologią wymierającą, inni zaś przewidują świetlaną przyszłość w sieciach średniego i niskiego napięcia, na przykład w biurach i domach.

Technologia, którą dziś nazywa się komunikacją HF przez linie energetyczne, w rzeczywistości obejmuje kilka różnych i niezależnych obszarów i zastosowań. Jest to z jednej strony wąskopasmowa transmisja typu punkt-punkt po liniach napowietrznych wysokiego napięcia (35-750 kV), a z drugiej szerokopasmowa szerokopasmowa transmisja danych w całej sieci (BPL Szerokopasmowa Linia Energetyczna), w średnich i niskich sieci napięciowe (0,4-35 kV ).

Siemens jest pionierem w obu kierunkach. Pierwsze systemy HF na liniach wysokiego napięcia firmy Siemens zostały wdrożone już w 1926 roku w Irlandii.

Atrakcyjność tej technologii dla operatorów sieci elektroenergetycznych polega na tym, że do przesyłania sygnałów informacyjnych wykorzystują oni własną infrastrukturę sieci elektroenergetycznej. Dzięki temu technologia jest nie tylko bardzo ekonomiczna – nie pociąga za sobą bieżących kosztów utrzymania kanałów komunikacyjnych, ale pozwala także przedsiębiorstwom dostarczającym energię na uniezależnienie się od dostawców usług komunikacyjnych, co jest szczególnie ważne w sytuacjach awaryjnych, a nawet jest wymagane na poziomie legislacyjnym w wielu krajach. Komunikacja HF jest uniwersalna rozwiązanie technologiczne zarówno dla przedsiębiorstw zajmujących się przesyłaniem i dystrybucją energii elektrycznej, jak i dla firm skupionych na świadczeniu usług dla ludności.

Komunikacja HF w sieciach wysokiego napięcia (35-750 kV)

W okresie szybkiego rozwoju Technologie informacyjne(lata 90.) Przedsiębiorstwa energetyczne w krajach uprzemysłowionych poczyniły znaczne inwestycje w instalację optycznych linii komunikacyjnych (FOCL) w liniach napowietrznych wysokiego napięcia w nadziei zapewnienia lukratywnego udziału w przegrzanym rynku telekomunikacyjnym. W tym czasie stara, dobra technologia HF została ponownie pogrzebana. Wtedy pękła nadmuchana bańka informatyczna i w wielu regionach nastąpiło otrzeźwienie. I to właśnie w sieciach energetycznych ze względów ekonomicznych zawieszono instalację linii optycznych, a technologia komunikacji HF po liniach napowietrznych nabrała nowego znaczenia.

W wyniku zastosowania technologii cyfrowych w sieciach wysokiego napięcia pojawiły się nowe wymagania stawiane systemom HF.

Obecnie transmisja danych i mowy odbywa się szybkimi kanałami cyfrowymi, a sygnały i dane systemów zabezpieczeń przesyłane są jednocześnie (równolegle) liniami HF i kanałami cyfrowymi (liniami światłowodowymi), tworząc niezawodną redundancję (patrz kolejny rozdział).

Na odgałęzieniach sieci i długich odcinkach linii elektroenergetycznych zastosowanie linii światłowodowych jest nieekonomiczne. W tym przypadku technologia HF stanowi opłacalną alternatywę dla przesyłania mowy, danych i sygnałów poleceń w systemach zabezpieczeń przekaźnikowych i systemach sterowania awaryjnego (zabezpieczenia przekaźników ochronnych, automatyka awaryjna sprzętu sterującego) Rysunek 1.

W związku z szybkim rozwojem systemów automatyki elektroenergetycznej oraz cyfrowych sieci szerokopasmowych na liniach miejskich zmieniły się wymagania stawiane nowoczesnym systemom komunikacji HF.

Obecnie odgałęźniki sieciowe HF są postrzegane jako system, który niezawodnie przesyła dane systemu zabezpieczeń i zapewnia przejrzysty, przyjazny dla użytkownika interfejs dla danych i głosu z szerokopasmowych sieci cyfrowych do konsumenta końcowego przy znacznie wyższej przepustowości niż konwencjonalne systemy analogowe. Z współczesnego punktu widzenia wysoką przepustowość można osiągnąć jedynie poprzez zwiększenie pasma częstotliwości. To, co w przeszłości było niemożliwe ze względu na brak wolnych częstotliwości, obecnie jest realizowane dzięki powszechnemu wykorzystaniu linii optycznych. Dlatego systemy HF są intensywnie używane tylko w odgałęzieniach sieci. Istnieją również możliwości połączenia poszczególnych odcinków sieci liniami światłowodowymi, co pozwala na znacznie częstsze wykorzystanie tych samych częstotliwości pracy niż w przypadku zintegrowanych systemów łączności HF.

W nowoczesnych cyfrowych systemach RF gęstość informacji przy zastosowaniu szybkich procesorów sygnałowych i metod modulacji cyfrowej można zwiększyć w porównaniu z systemami analogowymi z 0,3 do 8 bitów/sek./Hz. Zatem dla pasma częstotliwości 8 kHz w każdym kierunku (odbiór i transmisja) można osiągnąć prędkość 64 kbit/s.

W 2005 roku Siemens wprowadził na rynek nowy cyfrowy sprzęt komunikacyjny RF „PowerLink”, potwierdzając swoją wiodącą pozycję w tej dziedzinie. Sprzęt PowerLink jest również certyfikowany do użytku w Rosji. Dzięki PowerLink firma Siemens stworzyła wielousługową platformę odpowiednią do zastosowań analogowych i cyfrowych. Rysunek 2.

Poniżej znajdują się unikalne cechy tego systemu

Optymalne wykorzystanie przydzielonej częstotliwości: Najlepszy sprzęt do komunikacji RF umożliwia transmisję danych z szybkością 64 kb/s lub mniejszą, natomiast PowerLink ma szybkość 76,8 kb/s i zajmuje szerokość pasma 8 kHz.

Więcej kanałów głosowych: Kolejną innowacją Siemensa zaimplementowaną w systemie PowerLink jest możliwość transmisji 3 analogowych kanałów głosowych w paśmie 8 kHz zamiast 2 kanałów w konwencjonalnym sprzęcie.

CCTV: PowerLink pierwszy system komunikacji RF umożliwiający transmisję sygnału monitoringu wizyjnego.

AXC (automatyczna eliminacja przesłuchów) Automatyczna eliminacja przesłuchów: Wcześniej bliskie pasma nadawania i odbioru wymagały złożonego strojenia częstotliwości radiowej, aby zminimalizować wpływ nadajnika na odbiornik. Opatentowana jednostka AXC zastępuje złożoną konfigurację hybrydową i powiązany moduł, co poprawia jakość transmisji i odbioru.

OSA (Optimized Subchannel Allocation) Optymalna dystrybucja podkanałów: Kolejne opatentowane rozwiązanie firmy Siemens gwarantuje optymalną alokację zasobów podczas konfiguracji usług (mowa, dane, sygnalizacja bezpieczeństwa) w przydzielonym paśmie częstotliwości. W rezultacie ostateczna zdolność nadawcza wzrasta do 50%.

Większa elastyczność: Aby zapewnić bezpieczeństwo inwestycji i przyszłe użytkowanie, Siemens wdrożył funkcję „easy-up!”. dla prostych i niezawodnych aktualizacji.

Sprzęt wielofunkcyjny: Realizując projekt w oparciu o kombinowany sprzęt PowerLink, można zapomnieć o ograniczeniach, jakie przy planowaniu częstotliwości miały konwencjonalne terminale. Dzięki PowerLink możesz zaprojektować system komunikacji RF z pełnym zakresem usług (głos, dane, sygnały PA i PA) w dostępnej przepustowości. Jeden zestaw PowerLink może zastąpić trzy (3) konwencjonalne systemy analogowe. Rysunek 3.

Przesyłanie danych z systemów bezpieczeństwa

Technologia komunikacji RF w dalszym ciągu odgrywa ważną rolę w dziedzinie transmisji danych w systemach zabezpieczeń. Na liniach głównych i wysokiego napięcia o napięciu powyżej 330 kV z reguły stosuje się podwójne systemy zabezpieczeń z różne sposoby pomiary (np. zabezpieczenie różnicowe i zabezpieczenie odległościowe). Systemy bezpieczeństwa wykorzystują także różne metody transmisji, aby zapewnić pełną redundancję, łącznie z kanałami komunikacyjnymi. Typowe kanały komunikacyjne w tym przypadku stanowią kombinację kanałów cyfrowych za pośrednictwem linii optycznych dla danych zabezpieczeń różnicowych i analogowych kanałów RF do przesyłania sygnałów sterujących zabezpieczeniem odległościowym. Do transmisji sygnałów ochronnych najbardziej niezawodnym kanałem jest technologia HF. Komunikacja RF jest bardziej niezawodnym kanałem transmisji danych niż inne, nawet linie optyczne nie są w stanie zapewnić takiej jakości przez dłuższy czas. Poza głównymi liniami i na końcach sieci komunikacja HF często staje się jedynym kanałem przesyłania danych systemu zabezpieczeń.

Sprawdzony system Siemens SWT 3000 (rys. 4) jest innowacyjnym rozwiązaniem do przesyłania poleceń PA z wymaganą maksymalną niezawodnością i jednocześnie minimalnym czasem przekazywania poleceń w analogowych i cyfrowych sieciach komunikacyjnych.

Wieloletnie doświadczenie w dziedzinie transmisji sygnałów ochronnych pozwoliło nam stworzyć unikalny system. Dzięki złożonemu połączeniu filtrów cyfrowych i układów cyfrowego przetwarzania sygnału udało się stłumić wpływ szumu impulsowego – najsilniejszych zakłóceń w analogowych kanałach komunikacyjnych – do tego stopnia, że ​​nawet w trudnych warunkach rzeczywistych niezawodna transmisja RP i PA polecenia zostały osiągnięte. Obsługiwane są wszystkie znane tryby pracy z wyzwalaniem bezpośrednim lub zezwoleniem z indywidualnymi timerami i skoordynowaną lub nieskoordynowaną transmisją. Wybór trybów pracy odbywa się za pomocą oprogramowanie. Funkcje sterowania awaryjnego specyficzne dla rosyjskich sieci elektroenergetycznych można wdrożyć na tej samej platformie sprzętowej SWT 3000.

W przypadku korzystania z interfejsów cyfrowych identyfikacja urządzenia odbywa się na podstawie adresu. W ten sposób można zapobiec przypadkowemu połączeniu innych urządzeń za pośrednictwem sieci cyfrowych.

Elastyczna koncepcja „dwa w jednym” umożliwia wykorzystanie SWT 3000 we wszystkich dostępnych kanałach komunikacyjnych – kablach miedzianych, liniach wysokiego napięcia, liniach optycznych lub cyfrowych w dowolnej kombinacji. Rysunek 5:

• cyfrowy + analogowy na jednej platformie;
• 2 redundantne kanały w 1 systemie;
• zdublowane zasilanie w 1 systemie;
• 2 systemy w 1 środowisku.

Jako bardzo ekonomiczne rozwiązanie, SWT 3000 można zintegrować z systemem PowerLink RF. Taka konfiguracja zapewnia możliwość podwójnej transmisji: analogowej w technologii HF oraz cyfrowej np. poprzez SDH.

Komunikacja HF w sieciach średniego i niskiego napięcia (sieci dystrybucyjne)

W przeciwieństwie do komunikacji HF za pośrednictwem linii elektroenergetycznych wysokiego napięcia, w sieciach średniego i niskiego napięcia systemy HF są przeznaczone do pracy w trybach punkt-wielopunkt. Systemy te różnią się także szybkością przesyłania danych.

Systemy wąskopasmowe(cyfrowe kanały komunikacyjne DLC) od dawna stosowane są w sieciach elektroenergetycznych do lokalizacji uszkodzeń, zdalnej automatyzacji i transmisji danych pomiarowych. Szybkość transmisji w zależności od aplikacji od 1,2 kbit/s do< 100 кбит/с. Передача сигналов в линиях среднего напряжения осуществляется емкостным способом по экрану кабеля среднего напряжения.

Od 2000 roku Siemens z sukcesem oferuje na rynku systemów komunikacji cyfrowy system komunikacji DCS3000. Ciągłe zmiany stanu sieci elektroenergetycznej, spowodowane częstym przełączaniem lub podłączaniem różnych urządzeń odbiorczych, wymagają realizacji złożonego zadania technologicznego - zintegrowanego, produktywnego systemu przetwarzania sygnału, co stało się możliwe dopiero dzisiaj.

DCS3000 wykorzystuje wysokiej jakości technologię transmisji danych OFDM z multipleksowaniem z ortogonalnym podziałem częstotliwości. Niezawodna technologia zapewnia automatyczne dostosowywanie się do zmian w sieci przesyłowej. W tym przypadku przesyłana informacja w określonym zakresie jest optymalnie modulowana na kilku odrębnych nośnych i transmitowana w znormalizowanym dla sieci elektrycznych zakresie CENELEC (od 9 do 148 kHz). Przy zachowaniu dopuszczalnego zakresu częstotliwości i mocy przesyłowej należy przezwyciężyć zmiany w konfiguracji sieci elektroenergetycznej oraz typowe zakłócenia sieci elektroenergetycznej, takie jak szum szerokopasmowy, szum impulsowy i hałas wąskopasmowy. Dodatkowo niezawodną obsługę transmisji danych przy użyciu standardowych protokołów zapewnia powtarzanie pakietów danych w przypadku awarii. System DCS3000 został zaprojektowany z myślą o niskiej prędkości transmisji danych związanych z usługami elektrycznymi w zakresie od 4 kHz do 24 kHz.

Sieci średniego napięcia zazwyczaj pracują w układzie otwartym, zapewniającym dwukierunkowy dostęp do każdej stacji transformatorowej.

System DCS3000 składa się z modemu, jednostki bazowej (BU) oraz indukcyjnych lub pojemnościowych modułów komunikacyjnych. Komunikacja odbywa się na zasadzie master-slave (master-slave). Główna jednostka bazowa DCS3000 w stacji transformatorowej poprzez jednostki bazowe slave DCS3000 okresowo odpytuje dane z podłączonych urządzeń telemetrycznych i przekazuje je dalej do centrali. Rysunek 6. Pakiety danych mogą być przesyłane do centrali oraz do urządzeń telemetrycznych zgodnie z standard IEC61870-5-101 lub DNP3.

Wejście i wyjście sygnału informacyjnego realizowane jest przed lub za urządzeniami dystrybucyjnymi, ponieważ ekran kabla jest uziemiony tylko na końcach wejściowych za pomocą prostych połączeń indukcyjnych (CDI). Rozdzielne rdzenie ferrytowe można zamontować na ekranie kabla lub na kablu. W zależności od konkretnych warunków. Podczas instalacji nie ma konieczności odłączania linii średniego napięcia.

W przypadku innych kabli lub linii napowietrznych wejście odbywa się poprzez przewody fazowe wykorzystujące połączenia pojemnościowe (CDC). Dla różnych poziomów napięcia Siemens oferuje różne połączenia dla systemów dystrybucyjnych kablowych, napowietrznych i izolowanych gazem.

Sieć dystrybucyjną można utworzyć w innej topologii. DCS3000 idealnie nadaje się do sieci średniego napięcia o topologii liniowej, drzewiastej lub gwiazdy. Jeżeli między dwiema stacjami transformatorowymi znajduje się linia ekranowana z transformatorem ochronnym, można ją podłączyć bezpośrednio do DCS3000. Aby zapewnić stały dostęp do kanału, pożądane jest utworzenie pierścienia logicznego. Jeżeli ze względu na topologię sieci nie jest to możliwe, można połączyć obie linie w pierścień logiczny za pomocą wbudowanego modemu.

System DCS3000 opracowany przez firmę Siemens jest jedynym pomyślnie wdrożonym systemem komunikacji w sieci dystrybucyjnej. Siemens stworzył między innymi systemy komunikacyjne w Singapurze dla Singapore Power Grid oraz w Makau dla CEM Macao. Argumentem za realizacją tych projektów była możliwość uniknięcia dużych kosztów budowy nowej infrastruktury linii komunikacyjnych. Od 25 lat Siemens dostarcza Singapore PG rozwiązania komunikacyjne do transmisji danych kablami ekranowanymi. W 2000 roku Siemens otrzymał zamówienie na dostawę 1100 systemów DCS3000, które wykorzystywane są przez Singapore PG w sieci dystrybucyjnej 6 kV do automatyzacji i lokalizacji uszkodzeń. Sieć dystrybucyjna zbudowana jest głównie w układzie pierścieniowym.

CEM Macao obsługuje swoją sieć dystrybucji energii elektrycznej tylko na jednym poziomie napięcia. Dlatego przedstawione tutaj wymagania są podobne do wymagań dla sieci wysokiego napięcia. Szczególne wymagania stawiane są niezawodności tworzonego systemu komunikacji. Dlatego też system DCS3000 został rozbudowany o redundantne jednostki bazowe i redundantne wejścia centrali alarmowej. Sieć średniego napięcia zbudowana jest w formie pierścienia i zapewnia transmisję danych w dwóch kierunkach. Na przestrzeni wielu lat ponad 1000 systemów DCS3000 zapewniło niezawodne działanie utworzonej sieci komunikacyjnej i stanowiło dowód jej efektywności.

W Egipcie stacje transformatorowe nie były wyposażone w kanały wejściowe zdalnej konserwacji. Tworzenie nowych połączeń było kosztowne. W zasadzie możliwe było stosowanie radiomodemów, jednak liczba dostępnych częstotliwości dla poszczególnych stacji transformatorowych była ograniczona i nie dało się uniknąć znacznych dodatkowych kosztów eksploatacyjnych. Alternatywnym rozwiązaniem był system DCS3000. Dane ze zdalnych terminali telemechaniki przesyłane były do ​​stacji transformatorowej. Zaawansowany system telemechaniki zbierał dane i przesyłał je drogą radiową do koncentratorów danych, skąd były one z kolei przesyłane istniejącymi liniami zdalnego sterowania do centrum sterowania. W ramach obu projektów Siemens dostarczył ponad 850 systemów DCS3000 firmom MEEDCO (10 kV) i DELTA (6 kV).

Systemy szerokopasmowe(Szerokopasmowa Linia Energetyczna BPL) Po wielu latach instalacji pilotażowych na całym świecie i licznych projektach komercyjnych, technologia BPL drugiej generacji dojrzała do tego stopnia, że ​​stała się atrakcyjną alternatywą dla innych szerokopasmowych sieci dostępowych.

W sieciach niskiego napięcia BPL daje dostawcy możliwość wdrożenia szerokopasmowego dostępu do usług „triple play” na „ostatniej mili”:

• szybki dostęp do Internetu;
• telefonia IP;
• wideo.

Użytkownicy mogą korzystać z oferowanych usług, podłączając się do dowolnego gniazdka elektrycznego. Możliwa jest także organizacja w domu lokalna sieć do łączenia komputerów i urządzeń peryferyjnych bez konieczności układania dodatkowych kabli.

W przypadku mediów BPL nie jest obecnie brany pod uwagę. Jedyna obecnie stosowana usługa, czyli zdalny odczyt liczników, wykorzystuje oszczędne rozwiązania, takie jak systemy GSM czy powolne DLC. Jednak w połączeniu z usługami szerokopasmowymi, BPL staje się atrakcyjny również dla odczytu liczników. W ten sposób „gra potrójna” zamienia się w „grę poczwórną” (rysunek 8).

W sieci średniego napięcia BPL służy do świadczenia usług szerokopasmowych jako połączenie transportowe do punktu dostępu najbliższego dostawcy. Dla mediów obecnie wystarczający jest zdalny odczyt liczników urządzeń ASKUE w systemach wąskopasmowych pracujących w zakresie przydzielonym przez CENELEC dla mediów od 9 do 148 kHz. Oczywiście systemy BPL średniego napięcia z usługami mieszanymi („kanał współdzielony”) mogą być wykorzystywane zarówno przez dostawcę, jak i przedsiębiorstwo użyteczności publicznej.

Rośnie znaczenie BPL, o czym świadczy wzrost inwestycji w tego typu komunikację ze strony mediów, dostawców i przemysłu. W przeszłości głównymi graczami na rynku BPL były przeważnie małe przedsiębiorstwa specjalizujące się wyłącznie w tej technologii, dziś jednak na ten rynek wkraczają duże koncerny, np. Schneider Electric, Misubishi Electric, Motorola czy Siemens. To kolejny sygnał rosnącego znaczenia tej technologii. Jednak znaczący przełom nie nastąpił jeszcze z dwóch kluczowych powodów:

1. Brak standaryzacji

BPL wykorzystuje zakres częstotliwości od 2 do 40 MHz (w USA do 80 MHz), w którym działają różne służby krótkofalowe, agencje rządowe i radioamatorzy. To radioamatorzy rozpoczęli w niektórych krajach Europy kampanię przeciwko BPL i temat ten jest aktywnie dyskutowany. Międzynarodowe instytuty normalizacyjne np. ETSI, CENELEC, IEEE w specjalnych grupach roboczych opracowują normę regulującą stosowanie BPL w sieciach średniego i niskiego napięcia oraz sieciach dystrybucyjnych
w budynkach i gwarantujących współistnienie z innymi usługami.

2. Koszt i model biznesowy

Koszt infrastruktury Powerline obejmującej modemy, sprzęt połączeniowy i wzmacniacze jest nadal wysoki w porównaniu na przykład z technologią DSL. Wysoki koszt z jednej strony tłumaczy się niewielkimi wielkościami produkcji, z drugiej wczesnym etapem rozwoju tej technologii. Korzystając z usług szerokopasmowych, technologia BPL musi być konkurencyjna w stosunku do DSL zarówno pod względem wydajności, jak i kosztów.

Jeśli chodzi o model biznesowy, rola przedsiębiorstw użyteczności publicznej w tworzeniu wartości może być bardzo zróżnicowana, od sprzedaży praw użytkowania po świadczenie pełnych usług dostawcy usług. Główną różnicą pomiędzy różnymi modelami jest udział mediów.

Trendy w rozwoju technologii komunikacyjnych

Obecnie w publicznych sieciach telekomunikacyjnych ponad 90% ruchu danych przechodzi przez SDH/SONET. Takie obwody o stałym przełączaniu stają się obecnie nieekonomiczne, ponieważ działają nawet wtedy, gdy nie są używane. Ponadto rozwój rynku wyraźnie przesunął się z aplikacji głosowych (TDM) na komunikację danych (zorientowaną pakietowo). Przejście z odrębnych sieci mobilnych i przewodowych, LAN i WAN do jednej zintegrowanej sieci IP odbywa się w kilku etapach, z uwzględnieniem istniejącej sieci. W pierwszym etapie ruch danych zorientowany pakietowo jest przesyłany w wirtualnych pakietach istniejącej sieci SDH. Nazywa się to PoS (Packet over SDH) lub EoS (Ethernet over SDH) i charakteryzuje się zmniejszoną modułowością, a co za tym idzie niższą wydajnością przepustowości. Kolejne przejście z TDM na IP oferują dzisiejsze systemy NG SDH (Next Generation SDH) z platformą wielousługową, która jest już zoptymalizowana pod kątem aplikacji zorientowanych pakietowo GFP (ogólna procedura synchronizacji), LCAS (schemat kontroli przepustowości łącza), RPR (elastyczne pierścienie pakietów) i inne zastosowania w środowisku SDH.

Ta ewolucja technologii komunikacyjnych wpłynęła również na strukturę zarządzania sieciami elektroenergetycznymi. Tradycyjnie komunikacja pomiędzy centrami sterowania a podstacjami systemów nadzoru i akwizycji danych opierała się na protokołach szeregowych i dedykowanych kanałach, które zapewniają szybki czas transmisji sygnału i są zawsze w stanie gotowości. Oczywiście dedykowane obwody nie zapewniają elastyczności wymaganej do obsługi nowoczesnej sieci energetycznej. Dlatego z pomocą przyszła tendencja do stosowania protokołu TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Głównymi czynnikami powodującymi przejście z protokołu szeregowego na protokół IP w systemach kontroli nadzorczej i akwizycji danych są:

• rozprzestrzenianie się systemów optycznych zapewnia zwiększoną szerokość pasma i odporność na zakłócenia elektryczne;
• protokół TCP/IP i powiązane technologie stały się de facto standardem dla sieci danych;
• pojawienie się standaryzowanych technologii zapewniających wymaganą jakość funkcjonowania sieci z protokołem TCP/IP (jakość usług QoS).

Technologie te mogą rozwiązać problemy techniczne dotyczące niezawodności i możliwości zapewnienia szybkiego czasu reakcji w zastosowaniach związanych z kontrolą nadzorczą i gromadzeniem danych.

To przejście do sieci TCP/IP umożliwia zintegrowanie zarządzania siecią w zakresie kontroli nadzorczej i gromadzenia danych z ogólnym zarządzaniem siecią.

Zmiany konfiguracyjne w tym przypadku można przeprowadzić poprzez pobranie z centralnej jednostki sterującej, zamiast czasochłonnej aktualizacji oprogramowania odpowiednich podstacji. Standardy protokołów opartych na protokole IP dla systemów telemechanicznych są opracowywane przez społeczność globalną i zostały już wydane dla komunikacji podstacyjnej (IEC61850) Rysunek 10.

Standardy komunikacji pomiędzy podstacjami a centrum sterowania oraz pomiędzy samymi podstacjami są wciąż w fazie opracowywania. Równolegle nastąpi przejście aplikacji głosowych z TDM na VoIP, co znacznie uprości połączenia kablowe w podstacjach, ponieważ wszystkie urządzenia i telefonia IP korzystają z tej samej sieci lokalnej.

W starszych sieciach elektroenergetycznych rzadko instalowano przyłącza komunikacyjne ze względu na niski stopień automatyzacji i rzadko zbierano dane licznikowe. Ewolucja sieci energetycznych w przyszłości będzie wymagała kanałów komunikacji na tym poziomie. Stale rosnące zużycie w megamiastach, niedobór surowców, rosnący udział odnawialnych źródeł energii, wytwarzanie energii elektrycznej w bliskiej odległości od konsumenta („generacja rozproszona”) oraz niezawodna dystrybucja energii elektrycznej przy niskich stratach to główne czynniki determinujące zarządzanie sieci jutra. Komunikacja w ASKUE będzie w przyszłości wykorzystywana nie tylko do odczytu danych o zużyciu, ale także jako dwukierunkowy kanał komunikacji umożliwiający elastyczne kształtowanie taryf, przyłączanie systemów zaopatrzenia w gaz, wodę i ciepło, przekazywanie rachunków oraz świadczenie usług dodatkowych, na przykład alarmy bezpieczeństwa. Powszechne zapewnienie łączności Ethernet i wystarczająca przepustowość od kontroli do konsumenta są niezbędne do zarządzania działaniem przyszłych sieci.

Wniosek

Integracja usług telekomunikacyjnych w sieciach elektroenergetycznych będzie wymagała ścisłej integracji różnych technologii. W jednej sieci elektroenergetycznej, w zależności od topologii i wymagań, zastosowanych zostanie kilka rodzajów komunikacji.

Rozwiązaniem tych problemów mogą być systemy komunikacji HF za pośrednictwem linii energetycznych. Rozwój obsługi protokołów IP, szczególnie dla HF w liniach wysokiego napięcia, zapewnia znaczny wzrost przepustowości. Siemens również przyczynia się do tego rozwoju: opracowywane są już technologie mające na celu zwiększenie przepustowości, a tym samym prędkości transmisji do 256 kbit/s. Technologia BPL to doskonała platforma umożliwiająca komunikację w przyszłych sieciach średniego i niskiego napięcia w celu zapewnienia konsumentowi wszelkich nowych usług. Przyszłe systemy BPL firmy Siemens oferują pojedynczą platformę sprzętową do zastosowań wąskopasmowych (CENELEC) i szerokopasmowych. Komunikacja radiowa będzie miała mocne miejsce w sieciach energetycznych nowej generacji i będzie idealnym uzupełnieniem optycznych i bezprzewodowych systemów szerokopasmowych.

Siemens podąża za tym trendem i jest jednym z niewielu światowych producentów sieci radiowych i komunikacyjnych, którzy oferują jedno, zintegrowane rozwiązanie.

Literatura:

1. Energie Spektrum, 04.2005: S. Schlattmann, R. Stoklasek; Digital-Revival firmy PowerLine.
2. PEI, 01.2004: S. Green; Innowacja komunikacyjna. Asian Electricity 02/2004: Przewoźnik linii energetycznej dla sieci wysokiego napięcia.
3. Elektryczność na Bliskim Wschodzie, luty. 2003: J. Buerger: Transmisja możliwa.
4. Die Welt, kwiecień 2001; J. Buerger: Daten vom Netz ubers Netz.
5. VDI Nachrichten 41; Październik; 2000 M. Wohlgenannt: Stromnetz ubertrugt Daten zur eigenen Steuerung. Elektrie Berlin 54 (2000) 5-6; J. Buerger, G. Kling, S. Schlattmann: Power Line Communication-Datenubertragung auf dem Stromverteilnetz.
6. Raport EV, marzec 2000: J. Buerger, G. Kling, S. Schlattmann: Kommunikationsruckrat für Verteilnetze.
7. ETZ 5/2000; G. Kling: Technika komunikacji linii energetycznych fur den deregulierten Markt.

Karl Dietrich, Siemens AG,
Katedra Przesyłu i Dystrybucji Energii PTD,
dywizja EA4 CS.
Tłumaczenie: E. A. MALYUTIN.

Podział pionowo zintegrowanej struktury poradzieckiej elektroenergetyki, komplikacja systemu zarządzania, wzrost udziału drobnej produkcji energii elektrycznej, nowe zasady przyłączania odbiorców (skrócenie czasu i kosztu przyłączenia), natomiast rosnące wymagania dotyczące niezawodności dostaw energii pociągają za sobą priorytetowe podejście do rozwoju systemów telekomunikacyjnych.

W energetyce wykorzystuje się wiele rodzajów komunikacji (ok. 20) różniących się:

• zamiar,
• medium transmisyjne,
• fizyczny zasady działania,
• rodzaj przesyłanych danych,
• technologie transmisji.

Wśród całej tej różnorodności wyróżnia się komunikacja HF za pośrednictwem linii przesyłowych wysokiego napięcia (VL), która w odróżnieniu od innych typów została stworzona przez specjalistów ds. Energii na potrzeby samej elektroenergetyki. Sprzęt do innych rodzajów łączności, pierwotnie stworzony dla publicznych systemów łączności, jest w mniejszym lub większym stopniu dostosowany do potrzeb przedsiębiorstw energetycznych.

Sam pomysł wykorzystania linii napowietrznych do dystrybucji sygnałów informacyjnych zrodził się już podczas projektowania i budowy pierwszych linii wysokiego napięcia (ponieważ budowa równoległej infrastruktury dla systemów komunikacyjnych wiązała się ze znacznym wzrostem kosztów), odpowiednio już na początku XX wieku ubiegłego wieku oddano do użytku pierwsze komercyjne systemy łączności HF.

Pierwsza generacja komunikacji HF przypominała bardziej komunikację radiową. Połączenie nadajnika i odbiornika sygnałów wysokiej częstotliwości przeprowadzono za pomocą anteny o długości do 100 m, zawieszonej na wspornikach równolegle do przewodu zasilającego. Linia napowietrzna sama w sobie była przewodnikiem dla sygnału HF – wówczas dla transmisji mowy. Złącze antenowe od dawna wykorzystywane jest do organizowania komunikacji pomiędzy załogami ratowniczymi oraz w transporcie kolejowym.

Dalsza ewolucja komunikacji HF doprowadziła do stworzenia sprzętu połączeniowego HF:

• kondensatory sprzęgające i filtry przyłączeniowe, które umożliwiły poszerzenie pasma częstotliwości nadawanych i odbieranych,
• Bariery RF (filtry barierowe), które pozwoliły ograniczyć wpływ urządzeń podstacji i niejednorodności linii napowietrznych na charakterystykę sygnału RF do akceptowalnego poziomu, a tym samym poprawić parametry toru RF.

Kolejne generacje urządzeń do tworzenia kanałów zaczęły przesyłać nie tylko mowę, ale także sygnały telekontroli, polecenia ochronne dla ochrony przekaźników, automatyzację awaryjną i umożliwiły organizację transmisji danych.

Jako odrębny rodzaj komunikacji HF powstał w latach 40. i 50. ubiegłego wieku. Opracowano normy międzynarodowe (IEC), aby kierować projektowaniem, rozwojem i produkcją sprzętu. W latach 70. w ZSRR, dzięki staraniom takich specjalistów jak Shkarin Yu.P., Skitaltsev V.S. opracowano metody matematyczne i zalecenia dotyczące obliczania parametrów torów HF, co znacznie uprościło pracę organizacji projektowych przy projektowaniu kanałów HF i doborze częstotliwości, zwiększyło specyfikacje wejściowe kanały HF.

Do 2014 roku łączność HF była oficjalnie głównym rodzajem łączności dla sektora elektroenergetycznego w Federacji Rosyjskiej.

Pojawienie się i wdrożenie światłowodowych kanałów komunikacyjnych, w kontekście powszechnej komunikacji HF, stało się czynnikiem uzupełniającym nowoczesną koncepcję rozwoju sieci komunikacyjnych w elektroenergetyce. Obecnie znaczenie łączności HF utrzymuje się na tym samym poziomie, a intensywny rozwój i znaczące inwestycje w infrastrukturę optyczną przyczyniają się do rozwoju i powstawania nowych obszarów zastosowań łączności HF.

Niezaprzeczalne zalety oraz obecność ogromnych pozytywnych doświadczeń w wykorzystaniu łączności HF (prawie 100 lat) dają podstawy sądzić, że kierunek HF będzie istotny zarówno w bliższej, jak i dłuższej perspektywie, a rozwój tego rodzaju łączności sprawi, że możliwe jest rozwiązanie zarówno bieżących problemów, jak i przyczynienie się do rozwoju całej branży elektroenergetycznej.

Trzeci

Drugi

Pierwszy

Obwód ochronny transformatora, w którym występuje zabezpieczenie różnicowe i gazowe (DZ), które reagują na wyłączenie transformatora z obu stron, oraz zabezpieczenie maksymalnego prądu (MC), które powinno wyłączać tylko z jednej strony.

Podczas sporządzania schematu zabezpieczenia przekaźnika w postaci złożonej połączenie elektryczne obwodów wyłączających dwóch przełączników może nie zostać wykryte. Z rozwiniętego schematu (Schemat 1) wynika, że ​​przy takim połączeniu (łańcuch poprzeczny) fałszywy łańcuch jest nieunikniony. Do przekaźników ochronnych potrzebne są dwa styki operacyjne (Schemat 2), działające na dwa wyłączniki lub przekaźnik pośredni separujący (Schemat 3).

Ryż. – Obwód zabezpieczający transformator: 1 – nieprawidłowy; 2.3 – poprawnie

Niepodzielne obwody wysokiego i niskiego napięcia transformator.

Z rysunku (1) jasno wynika, że ​​niemożliwe jest niezależne wyłączenie jednej strony transformatora bez wyłączenia drugiej.

Sytuację tę koryguje się poprzez włączenie przekaźnika pośredniego KL.

Ryż. – Obwody zabezpieczające transformator: 1 – nieprawidłowe; 2 – poprawne

Ochrona agregatu prądotwórczego i transformatorowego w elektrowni działa w razie potrzeby, odłączając wyłącznik i maszynę gaśniczą poprzez oddzielające przekaźniki pośrednie KL1 i KL2, ale przekaźniki są podłączone do różnych sekcji szyn zasilających, tj. przez różne bezpieczniki.

Fałszywy obwód pokazany strzałkami powstał poprzez lampkę kontrolną bezpiecznika HL w wyniku przepalenia bezpiecznika FU2.

Ryż. – Tworzenie się fałszywego obwodu w przypadku przepalenia bezpiecznika

1, 2, 3 – styki przekaźnika roboczego

Obwody z zasilaniem wtórnych obwodów przyłączeniowych pracującym prądem stałym i przemiennym

Jeżeli bieguny źródła zasilania są dobrze odizolowane od masy, zwarcie do masy w jednym punkcie obwodu przyłącza wtórnego zwykle nie powoduje szkodliwych konsekwencji. Jednakże drugie zwarcie doziemne może spowodować fałszywe włączenie lub wyłączenie, nieprawidłową sygnalizację itp. Środki zapobiegawcze w tym przypadku mogą obejmować:

a) sygnalizacja pierwszego zwarcia doziemnego na jednym z biegunów; b) bipolarna (dwustronna) separacja elementów obwodu sterującego - praktycznie nie stosowana ze względu na złożoność.

Z izolowanymi biegunami (rys.), uziemienie w punkcie A z otwartymi stykami zamykającymi 1 nie spowoduje jeszcze fałszywego działania cewki korpusu sterującego K, ale gdy tylko w rozgałęzionej sieci bieguna dodatniego pojawi się drugie uszkodzenie izolacji do masy, fałszywe działanie urządzenia jest nieuniknione, ponieważ styk 1 okazuje się, że jest przesunięty. Dlatego też w obwodach eksploatacyjnych, a przede wszystkim na biegunach źródła prądu konieczna jest sygnalizacja zwarcia doziemnego.

Ryż. – Błędne działanie urządzenia podczas drugiego zwarcia doziemnego

Jednakże w skomplikowanych obwodach z dużą liczbą styków roboczych połączonych szeregowo taki alarm może nie wykryć wystąpienia zwarcia doziemnego (rys.).

Ryż. – Nieskuteczność monitorowania izolacji w skomplikowanych obwodach

Gdy pomiędzy stykami w jednym punkcie pojawi się uziemienie A sygnalizacja nie jest możliwa.

W praktyce instalacje automatyczne przy urządzeniach niskoprądowych (do 60 V) czasami uciekają się do celowego uziemienia jednego z biegunów, np. dodatniego (jest bardziej zakurzony i podatny na zjawiska elektrolityczne, tj. ma już osłabioną izolację). Ułatwia to wykrycie i wyeliminowanie źródła awaryjnego. W takim przypadku zaleca się podłączenie cewki obwodu sterującego jednym końcem do uziemionego bieguna.

Wszystko, co zostało powiedziane na temat zasilania obwodów za pomocą stałego prądu roboczego, można również zastosować do zasilania prądem przemiennym z obwodami zasilanymi napięciem liniowym. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę możliwość fałszywego działania (ze względu na prądy pojemnościowe) i zjawiska rezonansowe. Ponieważ w tym przypadku trudno zapewnić warunki niezawodnej pracy, czasami stosuje się pomocnicze transformatory pośrednie separacyjne z uziemieniem jednego z zacisków po stronie wtórnej.

Jak widać na schemacie, w tym przypadku, jeśli izolacja do masy zostanie uszkodzona w punkcie 2, przepali się bezpiecznik FU1, a zwarcie do masy w punkcie 1 nie powoduje fałszywego załączenia stycznika K.

Schemat podłączenia kondensatorów z diodami izolacyjnymi

Komunikacja wysokiej częstotliwości (HF) za pośrednictwem linii wysokiego napięcia stała się powszechna we wszystkich krajach. Na Ukrainie ten rodzaj komunikacji jest szeroko stosowany w systemach energetycznych do przesyłania różnego rodzaju informacji. Kanały wysokiej częstotliwości służą do przesyłania sygnałów do przekaźnikowych zabezpieczeń linii, teleprzełączania wyłączników, telesygnalizacji, telesterowania, teleregulacji i telemetrii, do telefonicznej łączności dyspozytorskiej i administracyjnej, a także do transmisji danych. przenoszenie.

Kanały komunikacyjne za pośrednictwem linii elektroenergetycznych są tańsze i bardziej niezawodne niż kanały za pośrednictwem specjalnych linii przewodowych, ponieważ na budowę i eksploatację samej linii komunikacyjnej nie są wydawane żadne środki, a niezawodność linii energetycznej jest znacznie wyższa niż niezawodność konwencjonalnych linii przewodowych . Implementacja komunikacji wysokiej częstotliwości za pośrednictwem linii elektroenergetycznych obejmuje funkcje, których nie można znaleźć w komunikacji przewodowej.

Aby podłączyć sprzęt komunikacyjny do przewodów linii elektroenergetycznych, wymagane są specjalne urządzenia przetwarzające i łączące, które oddzielają sprzęt wysokiego napięcia od sprzętu niskoprądowego i tworzą ścieżkę do transmisji sygnałów RF (ryc. 1).

Ryż. – Podłączenie sprzętu komunikacyjnego wysokiej częstotliwości do linii wysokiego napięcia

Jednym z głównych elementów obwodu do podłączenia sprzętu komunikacyjnego do linii elektroenergetycznych jest kondensator sprzęgający wysokiego napięcia. Kondensator sprzęgający, włączony przy pełnym napięciu sieciowym, musi mieć wystarczającą wytrzymałość elektryczną. Aby lepiej dopasować impedancję wejściową linii i urządzenia łączącego, pojemność kondensatora musi być odpowiednio duża. Obecnie produkowane kondensatory sprzęgające umożliwiają uzyskanie pojemności przyłączeniowej na liniach dowolnej klasy napięcia co najmniej 3000 pF, co pozwala uzyskać urządzenia przyłączeniowe o zadowalających parametrach. Kondensator sprzęgający jest podłączony do filtra przyłączeniowego, który uziemia dolną płytkę tego kondensatora dla prądów o częstotliwości sieciowej. W przypadku prądów wysokiej częstotliwości filtr przyłączeniowy wraz z kondensatorem sprzęgającym dopasowuje rezystancję kabla wysokiej częstotliwości do rezystancji wejściowej linii energetycznej i tworzy filtr do przesyłania prądów wysokiej częstotliwości z kabla HF do linii z niewielkimi stratami. W większości przypadków filtr połączeniowy z kondensatorem sprzęgającym tworzy obwód filtra środkowoprzepustowego, który przepuszcza określone pasmo częstotliwości.

Prąd wysokiej częstotliwości, przepływający przez kondensator sprzęgający przez uzwojenie pierwotne filtra przyłącza uziemiającego, indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym L2, które poprzez kondensator C1 i linię łączącą dociera do wejścia sprzętu komunikacyjnego. Prąd o częstotliwości przemysłowej przepływający przez kondensator sprzęgający jest niewielki (dziesiątki do setek miliamperów), a spadek napięcia na uzwojeniu filtra przyłączeniowego nie przekracza kilku woltów. Jeżeli w obwodzie filtra przyłączeniowego nastąpi przerwa lub słaby styk, może on znajdować się pod pełnym napięciem sieciowym, dlatego też ze względów bezpieczeństwa wszelkie prace przy filtrze przeprowadza się poprzez uziemienie dolnej płytki kondensatora specjalnym nożem uziemiającym .

Dopasowując impedancję wejściową sprzętu komunikacyjnego RF i linii, osiąga się minimalne straty energii sygnału RF. Dopasowanie do linii napowietrznej (OHL) o rezystancji 300–450 omów nie zawsze może zostać całkowicie zakończone, ponieważ przy ograniczonej pojemności kondensatora sprzęgającego może zostać zastosowany filtr o rezystancji charakterystycznej po stronie linii równej rezystancji charakterystycznej OHL mieć wąskie pasmo przenoszenia. Aby uzyskać wymaganą szerokość pasma, w niektórych przypadkach konieczne jest umożliwienie zwiększonej (nawet 2-krotnie) charakterystycznej rezystancji filtra po stronie linii, znosząc nieco większe straty na skutek odbicia. Filtr przyłączeniowy, montowany na kondensatorze sprzęgającym, jest podłączony do urządzenia za pomocą kabla wysokiej częstotliwości. Do jednego kabla można podłączyć kilka urządzeń wysokiej częstotliwości. Aby ograniczyć wzajemne wpływy między nimi, stosuje się filtry separacyjne.

Kanały automatyki systemu - ochrona przekaźników i tele-rozłączenie, które muszą być szczególnie niezawodne, wymagają obowiązkowego stosowania filtrów separacyjnych w celu oddzielenia innych kanałów komunikacyjnych działających poprzez wspólne urządzenie łączące.

Aby oddzielić tor transmisji sygnału RF od urządzeń wysokiego napięcia podstacji, które mogą mieć niską rezystancję dla wysokich częstotliwości kanału komunikacyjnego, w przewodzie fazowym linii wysokiego napięcia znajduje się tłumik wysokiej częstotliwości. Tłumik wysokiej częstotliwości składa się z cewki mocy (dławika), przez którą przepływa prąd roboczy linii, oraz elementu strojenia połączonego równolegle z cewką. Cewka mocy przechwytywacza z elementem strojenia tworzy sieć z dwoma zaciskami, która ma dość wysoką rezystancję przy częstotliwościach roboczych. Dla prądu o częstotliwości sieciowej 50 Hz ogranicznik ma bardzo małą rezystancję. Stosowane są bariery, których zadaniem jest blokowanie jednego lub dwóch wąskich pasm (zakłócacze jedno- i dwuczęstotliwościowe) oraz jednego szerokiego pasma częstotliwości dziesiątek i setek kiloherców (zakłócacze szerokopasmowe). Te ostatnie są najbardziej rozpowszechnione, pomimo niższej rezystancji w paśmie zatrzymującym w porównaniu z pasmami jedno- i dwuczęstotliwościowymi. Zakłócacze te umożliwiają blokowanie częstotliwości kilku kanałów komunikacyjnych podłączonych do tego samego przewodu liniowego. Im większa indukcyjność dławika, tym łatwiej jest zapewnić wysoką rezystancję tłumika w szerokim paśmie częstotliwości. Trudno jest uzyskać reaktor o indukcyjności kilku milihenrów, ponieważ prowadzi to do znacznego wzrostu wymiarów, masy i kosztu bariery. Jeśli ograniczysz rezystancję czynną w paśmie częstotliwości blokującej do 500–800 omów, co jest wystarczające dla większości kanałów, wówczas indukcyjność cewki mocy nie może przekraczać 2 mH.

Przechwytywacze produkowane są z indukcyjnością od 0,25 do 1,2 mH dla prądów roboczych od 100 do 2000 A. Im wyższe napięcie sieciowe, tym większy prąd roboczy interdyktora. Dla sieci dystrybucyjnych produkowane są ograniczniki o obciążalności 100–300 A, a dla linii o napięciu 330 kV i większym maksymalny prąd pracy ogranicznika wynosi 2000 A.

Różne schematy strojenia i wymagany zakres blokowanych częstotliwości uzyskuje się za pomocą kondensatorów, dodatkowych cewek i rezystorów dostępnych w elemencie strojenia tłumiącego.

Istnieje możliwość podłączenia do linii różne sposoby. W obwodzie asymetrycznym sprzęt RF jest podłączony pomiędzy przewodem (lub kilkoma przewodami) a ziemią zgodnie z obwodami „faza-uziemienie” lub „dwufazowo-uziemienie”. W obwodach symetrycznych sprzęt RF jest podłączony pomiędzy dwoma lub większą liczbą przewodów liniowych („faza-faza”, „faza-dwie fazy”). W praktyce stosuje się schemat faza-faza. Podczas włączania sprzętu między przewodami różnych linii stosuje się tylko schemat „faza - faza różnych linii”.

Do organizowania kanałów HF wzdłuż linii wysokiego napięcia stosuje się zakres częstotliwości 18–600 kHz. Sieci dystrybucyjne wykorzystują częstotliwości od 18 kHz, na liniach głównych 40–600 kHz. Aby uzyskać zadowalające parametry toru RF wł niskie częstotliwości Wymagane są duże wartości indukcyjności cewek mocy barier i pojemności kondensatorów sprzęgających. Dlatego dolna granica częstotliwości jest ograniczona parametrami urządzeń przetwarzających i łączących. Górną granicę zakresu częstotliwości wyznacza dopuszczalna wartość tłumienia liniowego, która rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości.

1. TŁO WYSOKIEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

Schematy ustawiania barier. Tłumiki wysokiej częstotliwości mają dużą odporność na prądy o częstotliwości roboczej kanału i służą do oddzielenia elementów manewrujących toru HF (podstacje i odgałęzienia), co w przypadku braku tłumików może prowadzić do wzrostu tłumienia ścieżka.

Właściwości wysokoczęstotliwościowe bariery charakteryzują się pasmem zatrzymującym, czyli pasmem częstotliwości, w którym rezystancja bariery jest nie mniejsza niż pewna dopuszczalna wartość (zwykle 500 omów). Z reguły o pasie barierowym decyduje dopuszczalna wartość składowej czynnej rezystancji bariery, ale czasami dopuszczalna wartość rezystancji całkowitej.

Przerywacze różnią się wartościami indukcyjności, dopuszczalnymi prądami cewek mocy i schematami strojenia. Stosowane są jedno- i dwuczęstotliwościowe rezonansowe lub stępione obwody strojenia oraz obwody szerokopasmowe (z wykorzystaniem pełnoprzepustowego i półsekcyjnego filtra pasmowego, a także półsekcyjnego filtra górnoprzepustowego). Zakłócacze ze schematami strojenia o pojedynczej i podwójnej częstotliwości często nie dają możliwości zagłuszania żądanego pasma częstotliwości. W takich przypadkach stosuje się bariery ze schematami dostrajania łączy szerokopasmowych. Takie schematy konfiguracji są stosowane podczas organizowania kanałów ochronnych i komunikacyjnych, które mają wspólny sprzęt połączeniowy.

Kiedy prąd przepływa przez cewkę barierową, powstają siły elektrodynamiczne działające wzdłuż osi cewki oraz siły promieniowe, które mają tendencję do rozrywania cewki. Siły osiowe są nierówne na całej długości cewki. Większe siły występują na krawędziach cewki. Dlatego skok zwojów na krawędzi jest większy.

Opór elektrodynamiczny bariery zależy od maksymalnego prądu zwarciowego, jaki może ona wytrzymać. W barierze KZ-500 przy prądzie 35 kA powstają siły osiowe o wartości 7 ton (70 kN).

Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe elementów nastawczych. Fala przepięciowa powstająca na linii napowietrznej uderza w barierę. Napięcie falowe jest rozdzielane pomiędzy kondensatorami elementu strojenia i impedancją wejściową szyn podstacji. Cewka mocy stanowi duży opór dla fali o stromym froncie i można ją zignorować, rozważając procesy związane z przepięciami. Aby chronić kondensatory strojeniowe i cewkę mocy, równolegle do cewki mocy podłącza się iskiernik, ograniczając napięcie na elementach bariery do bezpiecznej dla nich wartości. Zgodnie z warunkami dejonizacji iskiernika, napięcie przebicia iskiernika powinno być 2 razy większe od napięcia towarzyszącego, czyli spadek napięcia na cewce mocy od maksymalnego prądu zwarciowego U rezystor = I zwarcie- okrążenie. ωL.

Przy dużym czasie wstępnego rozładowania napięcie przebicia kondensatorów jest znacznie większe niż napięcie przebicia ograniczników; przy niskim (poniżej 0,1 μs) napięcie przebicia kondensatorów staje się mniejsze niż napięcie przebicia iskiernika. Dlatego konieczne jest opóźnienie wzrostu napięcia na kondensatorach do momentu wyzwolenia iskiernika, co osiąga się poprzez włączenie szeregowo z kondensatorem dodatkowej cewki Ld (rys. 15). Po przebiciu iskiernika napięcie na kondensatorze powoli narasta, a dodatkowy iskiernik połączony równolegle z kondensatorem dobrze go zabezpiecza.

Ryż. – Obwody tłumików wysokiej częstotliwości z zabezpieczeniem przeciwprzepięciowym: a) jednoczęstotliwościowe; b) podwójna częstotliwość

2. KONDENSATORY KOMUNIKACYJNE

Informacje ogólne. Kondensatory sprzęgające służą do podłączenia urządzeń komunikacyjnych HF, telemechaniki i zabezpieczeń do linii wysokiego napięcia, a także do odbioru mocy i pomiaru napięcia.

Rezystancja kondensatora jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości przyłożonego do niego napięcia i pojemności kondensatora. Reaktancja kondensatora sprzęgającego dla prądów o częstotliwości przemysłowej jest zatem znacznie większa niż dla częstotliwości kanałów telemechaniki i zabezpieczeń o częstotliwości 50 - 600 kHz (1000 razy i więcej), co pozwala na wykorzystanie tych kondensatorów do separacji prądów o wysokiej i częstotliwości przemysłowej i zapobiegać występowaniu wysokiego napięcia w instalacjach elektrycznych. Prądy o częstotliwości przemysłowej są kierowane do uziemienia poprzez kondensatory sprzęgające, z pominięciem urządzeń RF. Kondensatory sprzęgające przeznaczone są na fazę (w sieci z uziemionym punktem neutralnym) i na napięcie sieciowe (w sieci z izolowanym punktem neutralnym).

Do odbioru mocy stosuje się specjalne kondensatory odbiorcze, połączone szeregowo z kondensatorem sprzęgającym.

W nazwach elementów kondensatora litery wskazują kolejno charakter zastosowania, rodzaj wypełniacza, konstrukcję; liczby - znamionowe napięcie fazowe i pojemność. SMR – przyłącza olejowe, z ekspanderem; SMM – przyłącza olejowe, w obudowie metalowej. Dla różnych napięć kondensatory sprzęgające składają się z pojedynczych elementów połączonych szeregowo. Elementy kondensatorów SMR-55/√3-0,0044 przeznaczone są do normalnej pracy przy napięciu 1,1 U oma, elementy SMR-133/√3-0,0186 - przy 1,2 U oma. Pojemność kondensatorów dla klas izolacji 110, 154, 220, 440 i 500 kV przyjmuje się z tolerancją od -5 do +10%.

3. PODŁĄCZENIA FILTRÓW

Informacje ogólne i obliczone zależności. Sprzęt wysokiej częstotliwości jest podłączony do kondensatora nie bezpośrednio kablem, ale poprzez filtr połączeniowy, który kompensuje reaktancję kondensatora, dopasowuje impedancje falowe linii i kabla HF oraz uziemia dolną płytkę kondensatora tworząc w ten sposób ścieżkę dla prądów o częstotliwości przemysłowej i zapewniając bezpieczeństwo pracy.

W przypadku przerwania obwodu uzwojenia liniowego filtra na dolnej płytce kondensatora w stosunku do masy pojawia się napięcie fazowe. Dlatego wszelkie przełączanie w liniowym obwodzie uzwojenia filtra przyłączeniowego odbywa się przy włączonym nożu uziemiającym.

Filtr OFP-4 (rys. 1) przeznaczony jest do pracy w liniach 35, 110 i 220 kV w układzie „faza-ziemia” z kondensatorem sprzęgającym 1100 i 2200 pF oraz kablem o impedancji charakterystycznej 100 omów. Filtr posiada trzy zakresy częstotliwości. Dla każdego zakresu dostępny jest osobny transformator powietrzny wypełniony masą izolacyjną.

Ryż. – Schemat ideowy podłączenia filtra OFP-4

6. OBRÓBKA KABLI OŚWIETLENIOWYCH, ANTEN

Kable odgromowe linii wysokiego napięcia mogą być również wykorzystywane jako kanały transmisji informacji. W celu oszczędzania energii elektrycznej kable są izolowane od wsporników; w przypadku przepięć atmosferycznych są uziemiane poprzez perforowane iskierniki. Kable stalowe charakteryzują się dużym tłumieniem sygnałów o wysokiej częstotliwości i umożliwiają jedynie przesyłanie informacji krótkie linie na częstotliwościach nieprzekraczających 100 kHz. Kable bimetaliczne (kable stalowe z powłoką aluminiową), kable aluminiowe (wykonane ze skręconych drutów stalowo-aluminiowych), kable jednowarstwowe (jedna warstwa to druty aluminiowe, pozostałe warstwy to stal) umożliwiają organizację kanałów komunikacyjnych o niskim tłumieniu i poziomy zakłóceń. Zakłócenia są mniejsze niż w kanałach komunikacyjnych za pośrednictwem przewodów fazowych, a sprzęt do przetwarzania i podłączania RF jest prostszy i tańszy, ponieważ prądy przepływające przez kable i napięcia na nich są małe. Druty bimetaliczne są droższe od drutów stalowych, więc ich zastosowanie może być uzasadnione, jeśli nie można wykonać kanałów RF przez przewody fazowe. Może to mieć miejsce na bardzo długich, a czasem na dalekobieżnych liniach energetycznych.

Kanały wzdłuż kabli można łączyć zgodnie ze schematami „kabel-kabel”, „kabel-uziemienie” i „dwa kable-uziemienie”. Na liniach napowietrznych prąd przemienny kable zamieniane są co 30–50 km w celu zmniejszenia zakłócania w nich prądów o częstotliwości przemysłowej, co wprowadza dodatkowe tłumienie o wartości 0,15 Np na każde skrzyżowanie w obwodach „kabel-kabel”, bez wpływu na obwód „dwa kable-ziemia” . W przypadku transmisji prądu stałego można zastosować schemat „kabel-kabel”, ponieważ skrzyżowanie nie jest tutaj konieczne.

Komunikacja za pomocą przewodów odgromowych nie jest przerywana w przypadku uziemienia przewodów fazowych i jest niezależna od schematu przełączania linii.

Komunikacja antenowa służy do łączenia mobilnego sprzętu HF z liniami napowietrznymi. Przewód zawiesza się wzdłuż przewodów linii napowietrznej lub stosuje się odcinek kabla odgromowego. Ta ekonomiczna metoda połączenia nie wymaga tłumików ani kondensatorów sprzęgających.

MOSKWA, 11 maja – RIA Nowosti. W książce Włodzimierza Bogomołowa „Chwila prawdy” o Wielkiej Wojnie Ojczyźnianej często wspomina się o „notatkach HF” i urządzeniach łączności HF, za pośrednictwem których Naczelny Wódz komunikował się z kwaterą główną. Komunikacja była bezpieczna i nie można jej było podsłuchać bez użycia specjalnych środków. Jakiego typu było to połączenie?

„Komunikacja HF”, „Kreml”, ATS-1 – system bezpiecznych kanałów komunikacji, który do dziś zapewnia stabilność i poufność negocjacji pomiędzy przywódcami państw, ministerstwami i strategicznymi przedsiębiorstwami. Metody ochrony stały się wielokrotnie bardziej złożone i ulepszone, ale zadanie pozostało takie samo: chronić rozmowy na poziomie państwowym przed wścibskimi uszami.

Według marszałka I.Kh Bagramyana, podczas Wielkiej Wojny Ojczyźnianej „bez łączności HF nie rozpoczęła się ani nie została przeprowadzona żadna znacząca akcja militarna, która odegrała wyjątkową rolę jako środek dowodzenia i kontroli nad żołnierzami i przyczyniła się do tego realizacji działań bojowych.” Miała nie tylko dowództwo, ale także dowództwo bezpośrednio na linii frontu, w punktach patrolowych i przyczółkach. Już pod koniec wojny wkład łączności rządowej w zwycięstwo najkrócej opisał słynny marszałek K.K. Rokossowski: „Wykorzystanie komunikacji rządowej podczas wojny zrewolucjonizowało dowodzenie i kontrolę wojskową”.

Komunikacja rządowa, która pojawiła się w latach trzydziestych XX wieku, opierała się na zasadzie telefonii wysokiej częstotliwości (HF). Umożliwia transmisję głosu ludzkiego, „przeniesionego” na wyższe częstotliwości, czyniąc go niedostępnym dla bezpośredniego odsłuchu i umożliwiając transmisję kilku rozmów jednym przewodem.
Pierwsze eksperymenty z wprowadzeniem wielokanałowej komunikacji telefonicznej o wysokiej częstotliwości przeprowadzono w 1921 r. W moskiewskiej fabryce Electrosvyaz pod kierownictwem V.M. Lebiediewa. W 1923 r. Naukowiec P.V. Szmakow zakończył eksperymenty z jednoczesną transmisją dwóch rozmów telefonicznych wysokie częstotliwości i jeden o niskiej częstotliwości na linii kablowej o długości 10 km.
Naukowiec, profesor Pavel Andreevich Azbukin, wniósł ogromny wkład w rozwój komunikacji telefonicznej o wysokiej częstotliwości. Pod jego kierownictwem w 1925 roku w Naukowej Stacji Testowej w Leningradzie opracowano i wyprodukowano pierwszy domowy sprzęt komunikacyjny HF, który można było stosować na miedzianych przewodach telefonicznych.

Aby zrozumieć zasadę komunikacji telefonicznej HF, należy pamiętać, że zwykły ludzki głos wytwarza drgania powietrza w zakresie częstotliwości 300-3200 Hz, dlatego do transmisji dźwięku zwykłym kanałem telefonicznym wymagane jest dedykowane pasmo w zakresie od 0 do 4 kHz, gdzie wibracje dźwiękowe zostaną zamienione na drgania elektromagnetyczne. Rozmowę telefoniczną można podsłuchiwać za pośrednictwem zwykłej linii telefonicznej, po prostu podłączając do przewodu aparat telefoniczny, słuchawkę lub głośnik. Ale możesz przesłać przewodem pasmo wyższej częstotliwości, znacznie przekraczające częstotliwość głosu - od 10 kHz i więcej.

© Ilustracja autorstwa RIA Novosti. Alina Polianina

© Ilustracja autorstwa RIA Novosti. Alina Polianina

Będzie to tzw. sygnał nośny. A wtedy wibracje wynikające z ludzkiego głosu można „ukryć” w zmianach jego charakterystyki - częstotliwości, amplitudy, fazy. Te zmiany w sygnale nośnym będą transmitować dźwięk ludzkiego głosu, tworząc sygnał obwiedni. Próby podsłuchania rozmowy poprzez podłączenie się do linii za pomocą prostego aparatu telefonicznego nie będą działać bez specjalnego urządzenia - będzie słyszalny jedynie sygnał o wysokiej częstotliwości.
Pierwsze rządowe linie komunikacyjne HF zostały przedłużone z Moskwy do Charkowa i Leningradu w 1930 roku, a technologia szybko rozprzestrzeniła się po całym kraju. W połowie 1941 r. rządowa sieć łączności KF liczyła 116 stacji, 20 obiektów, 40 punktów nadawczych i obsługiwała około 600 abonentów. Praca ówczesnych inżynierów umożliwiła także uruchomienie w 1930 roku w Moskwie pierwszej automatycznej stacji, która działała później przez 68 lat.

Podczas Wielkiej Wojny Ojczyźnianej Moskwa ani na minutę nie pozostała bez połączenia telefonicznego. Pracownicy Muzeum MGTS pokazali wyjątkowe eksponaty, które zapewniły nieprzerwaną komunikację w trudnych latach.

W tym czasie naukowcy i inżynierowie rozwiązywali problemy mające na celu poprawę bezpieczeństwa linii komunikacyjnych, a jednocześnie opracowywali skomplikowany sprzęt szyfrujący. Opracowane systemy szyfrowania stały na bardzo wysokim poziomie i według dowództwa armii w dużej mierze zapewniły powodzenie operacji wojskowych. Marshall G.K. Żukow zauważył: „Dobra praca kryptologów pomogła wygrać niejedną bitwę”. Podobnego zdania był marszałek A.M. Wasilewski: „Żaden raport o nadchodzących operacjach wojskowo-strategicznych naszej armii nie stał się własnością faszystowskich służb wywiadowczych”.