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Sistema de Telecontrol – Sistema SCADA
SubsistemaSubsistema de adquisicide adquisicióón de datos y comunicacionesn de datos y comunicaciones
•• Subsistema de comunicacionesSubsistema de comunicaciones
•• Onda Portadora sobre LAT (PLC, Power Line Carrier)Onda Portadora sobre LAT (PLC, Power Line Carrier)
•• Radioenlace DigitalRadioenlace Digital
•• Fibra Optica (F.O.)Fibra Optica (F.O.)
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Onda Portadora sobre LAT (PLC)Onda Portadora sobre LAT (PLC)• Onda Portadora Analógica (APLC)• Onda Portadora Digital (DPLC)
Radioenlaces DigitalesRadioenlaces Digitales SDH PDH
Fibra OpticaFibra Optica O.P.G.W. ADSS
Enlaces satelitales
Subsistema de Comunicaciones
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Subsistema de comunicaciones
Onda Portadora sobre LAT – PLC (Power Line Carrier) • Analog PLC (APLC)• Digital PLC (DPLC)
Radioenlace Digital• PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy)• SDH (Sinchronous Digital Hierarchy)
Fibra Optica• ADSS (All Dielectric Self Sustaining)• OPGW (Optical Power Grownd Wire)
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SISTEMAS DE COMUNICACIONES
Sistema de Onda Portadora sobre Líneas de Alta Tensión (PLC)
• Onda Portadora Analógica (APLC)En todas las LATs de TRANSBA existen enlaces de Onda Portadora
Analógica (APLC) que vinculan las EE.TT. con los Centros de Operación Regional (CORs)
Los enlaces de APLC son de Banda Angosta (4 KHz), por lo que no permiten la transmisión de datos en alta velocidad
• Onda Portadora Digital (DPLC)En la LAT NECOCHEA - TANDIL se ha instalado un enlace de Onda
Portadora Digital (DPLC) que opera a 128 Kbps.
PROYECTO PILOTO (TRANSBA PROYECTO PILOTO (TRANSBA -- ABB) iniciado en Junio de 2006ABB) iniciado en Junio de 2006
El enlace DPLC es de Banda Ancha, permitiendo la transmisión de datos con velocidades de hasta 256 Kbps.
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Sistemas de Comunicaciones - Medios
Sistemas de comunicaciones convencionales
Onda Portadora sobre Líneas de AT (PLC) Onda Portadora “Analógica (APLC) Onda Portadora Digital sobre Líneas de Alta Tensión (DPLC)
Radioenlaces Radioenlace Digital VHF (Mantenimiento)
Fibra Optica: O.P.G.W. - ADSS
“Nuevos” Sistemas de comunicaciones (nuevas tecnologías) VPN (Virtual Private Network) WLAN (Wireless LAN) Tecnología Celular (GSM)
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Onda Portadora sobre LAT Onda Portadora sobre LAT (Power Line Carrier (Power Line Carrier -- PLC)PLC)
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Sistemas de Telecontrol Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones
Enlace de Onda Portadora (PLC)
• Un enlace de Onda Portadora incluye el camino de la señal desde el Terminal PLC en una estación, a través de su acoplamiento a la línea de alta tensión, la LAT, y el correspondiente acoplamiento y Terminal PLC en el extremo receptor de otra estación con la cual se establece el enlace
• Es necesario confinar las señales PLC en el camino ó paso deseado, excluyendo las señales no deseadas
• Se utilizan Trampas de Onda, Capacitores de Acoplamiento y Dispositivos de Sintonía para proveer bloques de alta impedancia en aquellos caminos o direcciones no deseados y pasos de baja impedancia en las direcciones deseadas
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Enlace de Onda Portadora (PLC)
LT: Trampa de Onda (Bobina de Bloqueo)CC: Capacitor de AcoplamientoTuner: Unidad de AcoplamientoT/R: Terminal de OP
E.T. A E.T. B
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Esquema Enlace PLC
Transmisión de Datos, Voz, y Señales de Teleprotección
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Enlace de Onda Portadora (PLC)Tipo de Acoplamiento
Acoplamiento Fase -Tierra Acoplamiento Fase - Fase
Terminal PLCTerminal PLC
Terminal PLCTerminal PLC
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Onda Portadora PLC (Power Line Carrier)
Principio de FuncionamientoTerminal de Onda Portadora
• Modulación de Amplitud (AM) se obtiene variando la amplitud de una portadora de frecuencia constante proporcionalmente a la amplitud de la señal moduladora
• La señal modulada resultante contiene la frecuencia original de la portadora más frecuencias superiores e inferiores a la portadora denominadas bandas laterales
• La información representada por la señal moduladora está contenida en ambas bandas laterales (superior e inferior)
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Espectro de frecuencias de una señal modulada en amplitud
Dondefp - fm: frecuencia lateral inferiorfp + fm: frecuencia lateral superior
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Onda Portadora - PLC (Power Line Carrier)
Principio de Funcionamiento
BLU (Banda Lateral Unica)SSB (Single Side Band)
• No es necesario transmitir ambas bandas laterales
• Cualquiera de ellas puede ser suprimida sin pérdida de información
• BLU : se transmite una sola banda lateral (Banda Lateral Unica con Portadora suprimida)Portadora suprimida en el Tx y reinsertada en el Rx para reducir potencia de
transmisión innecesaria, puesto que una Banda Lateral contiene toda la inteligencia
(información) de la señal moduladora
• Utiliza en forma más eficiente la potencia y el ancho de bandaPermite que la potencia total del Tx se concentre en una banda lateral que transporta
inteligencia
El ancho de banda requerido es la mitad del requerido por AM
• Mayor relación S/N que AM
• Susceptibilidad reducida a la modulación corona
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Banda lateral única
Como la información se repite en cada banda lateral, se han desarrollado equipos denominados de Banda Lateral Única (BLU) o Single Side Band (SSB), en los cuales se requiere la mitad del ancho de banda del necesario para la transmisión en amplitud modulada. En el ejemplo anterior una transmisión en banda lateral única requiere solo 10KHz de ancho de banda. Si consideramos la banda lateral superior, el espectro de frecuencias tiene la siguiente forma.
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Terminal de Onda Portadora (PLC)
Principio de Funcionamiento – Características Técnicas
• BLU (Banda Lateral Unica) con portadora suprimida SSB (Single Side Band)
• Canal de 4 kHz El canal es transpuesto a una banda de frecuencias comprendida entre 40 – 500 (1000) KHz
• Transposición mediante conversión de frecuencia
4 kHz 40 kHz 200 kHz 204 kHz 500 kHz
Modulación BLU (SSB)
Banda de Frecuencias PLC
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E.T. A E.T. B
ServiciosServicios• Telefonía (FXS/FXO – FXO E&M)• Datos baja velocidad (1200 bps)• Teleprotección
Terminal PLC
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Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones – Enlaces PLC - Teleprotección
Terminal TeleprotecciTerminal Teleproteccióónn
Terminal PLCTerminal PLC
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Sistema de Onda Portadora (PLC)
Análisis Modal
Es una herramienta matemática que permite un análisis más preciso de la propagación de portadora, tal como las componentes simétricas proveen un método de análisis de sistemas trifásicos no balanceados
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Sistema de Onda Portadora (PLC)Análisis Modal
La propagación de energía electromagnética en una LAT de un solo conductor está dada por la siguiente relación, suponiendo que no existe reflexión:
Vx = Vs ε-γx
Ix =Vx/Z0
donde:
Vs = tensión extremo emisor
Z0 = impedancia característicaX = distancia del extremo transmisor en millas ó kmVx, Ix = tensión y corriente a distancia x del extremo transmisorγ = constante de propagación
La constante de propagación se compone de dos cantidades:
γ = α + j β
donde:α = constante de atenuación en nepers por milla (ó nepers por Km)Β = constante de fase en radianes por milla (ó radianes por Km)
1 neper = 8.686 dB
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La constate de propagación (γ) es dependiente de las propiedades físicas del conductor utilizado y de su geometría con respecto a tierra
Se ha observado que si la energía portadora es aplicada a un único conductor de una línea de multiconductores, entonces la propagación a lo largo de la línea no sigue la ecuación anterior
Usualmente la propagación de energía en la línea depende del número de conductores y usualmente involucra a todos ellos
Análisis de líneas de multiconductores muestra que diversos modos de propagación de energía pueden producirse simultáneamente
El número de modos naturales de propagación en una línea de multiconductores es igual al número de conductores involucrados en la propagación de energía
El análisis de una línea de multiconductores se lleva a cabo utilizando una ecuación matricial:
[V] = [Vs] ε-[γ m] x
donde m es un entero arbitrario para identificar los modos
Análisis Modal
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La solución de la ecuación matricial anterior permite obtener la relación de la tensión y corriente de los modos.
Cada modo posee su propia constante de propagación e impedancia característica, y cada modo se propaga en una forma que es independiente de los otros modos
La tensión y la corriente en cualquier ubicación en cualquiera de los conductores es la suma vectorial de los modos individuales de tensión y de corriente existentes en ese conductor a la distancia particular x desde el transmisor
El caso especial de una LAT trifásica de un solo conductor de configuración coplanar horizontal
Se supone que el hilo de guardia, al estar puesto a tierra en cada estructura, y estar a un potencial constante en toda su longitud, no genera ningún modo de transmisión
En base a esta suposición existen tres modos naturales de propagación, designados comomodo 1, modo 2, y modo 3
Cada modo posee su constante de propagación (γ1, γ2, γ3) e impedancia característica (Z01, Z02, y Z03)
Otras configuraciones de LAT tendrán cada una su conjunto de parámetros modales
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A B C
Hilo de Guardia
Conductores de Potencia
Típico Circuito Línea de Simple Conductor(Configuración Coplanar Horizontal)
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Modo 1Modo 1Es el menos atenuado de los tres modos y permite comunicaciones PLC de largas distancias
Normalmente posee corrientes circulando hacia a fuera de los conductores de las fases exteriores y retornando vía la fase central
La atenuación del Modo 1, no es solamente baja, sino que es razonablemente independiente de la frecuencia en el rango de PLC
Modo 2Modo 2Posee su corriente circulando hacia a fuera en una fase exterior y retornando sobre la otra fase exterior
En la fase central no existe corriente Modo 2
Las pérdidas de Modo 2 son mayores que aquellas de Modo 1, y más dependientes de la frecuencia
Modo 3Modo 3Propaga corriente en forma prácticamente igual en las tres fases, y tiene un retorno por tierra
Este modo posee un tasa tan alta de atenuación que puede ser despreciado más allá de una distancia corta del transmisor (aproximadamente 10 millas o 16 Km)
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Las magnitudes se han normalizado con respecto a las magnitudes de fase RLos factores p y q dependen de la LAT en estudioEl factor p puede variar desde aproximadamente -1.6 a -2.0, y q tendrá un rango de aproximadamente 1.1 a 1.3
FaseFase
RR
SS
TT
Modo 1 Modo 2 Modo 3
1
p
1
1
0
- 1
1
q
1
DistribuciDistribucióón de Fase de Modos de Corriente y Tensin de Fase de Modos de Corriente y Tensióónn
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Modo 1 Modo 2 Modo 3
Fase R
Fase S
Fase T
Relaciones vectoriales de corrientes (tensiones) en los tres conductores de fase
(Relaciones Modales)
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Acoplamiento a la LAT
Un Terminal PLC se conecta a la LAT, usualmente a través de un acoplamiento fase-tierra, ó fase-fase
Todos los métodos de acoplamiento utilizados generan diferentes porcentajes de potencia de modo 1, modo 2, y modo 3.
Puesto que el modo 1 es el menos atenuado, es deseable generar tanto modo 1 como sea posible
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Modo 1 – Pérdidas de Conversión
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Sistemas de Telecontrol Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones
Rango de Frecuencias Onda Portadora
• APLC APLC (Analog Power Line Carrier): 24 - 500 kHz
• DPLCDPLC (Digital Power Line Carrier): 24 - 1000 kHz
Potencia de Salida Terminal PLC: 5 W, 20 W, 40 W, 80 W
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• Característica del equipo PLC
• Características de la LAT Respuesta en frecuencia (atenuación y distorsión por atraso de grupo) y Nivel de potencia del ruido corona
• Plan de frecuencias del sistema PLC existente
• Requerimientos de aplicaciónCapacidad mínima de transmisión del canal DPLC (Cd) y máxima tasa de error en los bits (BERmáx) aceptable
El procedimiento de planificación de enlaces APLC, se describe exhaustivamente en la Publicación IEC 60663, y en la Norma IEC60495
Los procedimientos de evaluación de las características de LAT (atenuación y ruido corona), con pequeñas modificaciones pueden se utilizados para planificar enlaces DPLC
Planificación enlaces PLC
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Sistemas de Telecontrol Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones
4 kHz 40 kHz 200 kHz 204 kHz 500 kHz
Modulación BLU (SSB)
Onda Portadora (PLC)Principio
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Sistemas de Telecontrol Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones
Frecuencias en Canal de 4 kHz
Voz Piloto
0,3 3,72,0
APLCCanal 4 kHz: Voz + Teleprotección
0 4 kHz
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Sistemas de Telecontrol Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones
APLCCanal 4 kHz: Voz + Datos + Teleprotección
0 4 kHzFrecuencias en Canal de 4 kHz
Voz Piloto
0,3 3,72,0
Datos
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Sistemas de Telecontrol Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones
Equipo Monocanal (Datos de Alta Velocidad)
Datos MUXD
32 kHz
Onda Portadora (DPLC)
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Espectro de Frecuencia
Enlaces PLC
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Comunicaciones – PLC – Utilización Ancho de Banda
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Sistemas de Telecontrol Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones
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Onda Portadora (APLC)
Ventajas:
• Robusto
• Tolerante al ruido
Desventajas:
• Pocos canales (4 kHz)
• Velocidades de transmisión de datos, bajas
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DPLC vs. APLC
Gran capacidad de transmisión, ocupando la misma banda de frecuencias
Se utilizan básicamente como enlaces multipropósitos, como APLC
Se utilizan en los mismos niveles de tensión y mismos rangos de distancias que APLC
Poseen el mismo acoplamiento a la LAT
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Sistemas de Telecontrol Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones
Onda Portadora Digital (DPLC)
El fundamento de la DPLC, se basa en la modulación digital y el teorema de Shannon:
C = B x log2 (1 + S/R)
donde
C: capacidad del canalB: ancho de bandaS/R: relación Señal/Ruido
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Un objetivo fundamental es asegurar una alta relación Señal-Ruido (SNR) en el receptor del terminal DPLC en condiciones adversas de operación
Una disminución de la SNR por debajo de valores críticos causa la pérdida del canal DPLC y por tanto de todos los servicios soportados
Por la razón anterior la característica C/SNR es un dato fundamental de entrada para la planificación de un enlace DPLC
Otro dato importante además de la SNR, es el tipo de ruido (impulsivo, banda ancha, etc.)
PlanificaciPlanificacióón Enlaces DPLCn Enlaces DPLC
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Eff = Cd/BWd (bps/Hz)
Eficiencia Eficiencia
Características principales de un enlace DPLC son:
• Capacidad de transmisión neta: Cd (bps)
• Ancho de banda del canal DPLC (BWd)
Eficiencia del canal DPLC:
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Referencia: CIGRE Referencia: CIGRE –– SCTF D2.08SCTF D2.08
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Proyecto Piloto DPLC sobre LAT 132 kV Resultados obtenidos
Referencia: Cigré TF D2.08, 2005
Vel
ocid
ad(k
bps)
Anc
ho d
e ba
nda
(kH
z)
16128 kbps
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SNR
BER
1E-6
1E-3
No-Pasa Pasa
Caracteristica de umbral
Con unos pocos dB de modificación en la SNR los sistemas digitales cambiande la condición “Pasa" a "No-Pasa"
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Alternativas posibles que solucionan la característica“pasa” – “no pasa" en sistemas digitales
• Un plan conservador
• Adaptación dinámica de la velocidad
• Redes malladas
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Sistemas de Telecontrol Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones
PLC (Onda Portadora)Esquema Enlace
L.A.T.
Unidadde Acoplamiento
Trampa de
OndaE.T.
TerminalPLC
E.T.
Trampa de
Onda
Capacitor deAcoplamiento
Sala de Comunicaciones Cable Coaxil (75 Ω)
Acoplamiento Bifásico
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Trampa de Onda
Capacitor de Acoplamiento
Unidad de Acoplamiento
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Sistemas de Telecontrol Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones
Trampa de Onda(Bobina de Bloqueo)
400 A
Capacitor de Acoplamiento
Onda Portadora sobre L.A.T.Enlace PLC (Power Line Carrier) - Acoplamientos
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Capacitor de Acoplamiento
Sistemas de Telecontrol Subsistema de adquisición de datos y comunicaciones
Trampa de Onda(Bobina de Bloqueo)
PLC - Acoplamientos
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Dispositivo de sintonía
Dispositivo de Protección
Barrera anti pájaros
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Dispositivo de Protección
Dispositivo de Sintonía
Trampa de Onda