Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
También llamada inalámbrica por cable, la comunicación de portadora de línea eléctrica (PLCC) ha evolucionado mucho desde su uso más temprano en la medición en ubicaciones remotas hasta sus aplicaciones actuales en domótica, acceso a Internet de alta velocidad, redes inteligentes, etc. A principios del siglo XX. las compañías eléctricas utilizaron teléfonos como medio de comunicación para el intercambio de mensajes de voz para soporte operativo, mantenimiento, control, etc. y como método de conectividad en ubicaciones remotas. Las líneas telefónicas corrían paralelas a las líneas eléctricas. Esto tenía tantas desventajas:
- El uso de circuitos telefónicos a grandes distancias y en terrenos difíciles como las montañas era muy caro.
- Interferencia de ruido debido a corrientes que fluyen en líneas eléctricas paralelas sobre los circuitos telefónicos.
- El apagado frecuente de los cables telefónicos durante condiciones climáticas adversas, como nevadas en invierno, tormentas, etc., los hizo menos confiables.
Esto llevó a la idea de inventar un método de comunicación más robusto y menos costoso. El uso de la línea eléctrica como método de telefonía fue una idea pensada durante mucho tiempo y su primera prueba exitosa tuvo lugar en Japón en 1918. Y allí, después de su comercialización, comenzó durante la década de 1930.
Indice de contenidos
Comunicación de portadora de línea eléctrica
La figura 1 muestra una red PLCC básica utilizada en subestaciones eléctricas. La comunicación de portadora de línea eléctrica (PLCC) utiliza la infraestructura de energía existente para la transmisión de datos desde el envío hasta el extremo receptor. Funciona en modo dúplex completo. El sistema PLCC consta de tres partes:
- Los conjuntos de terminales incluyen los receptores, transmisores y relés de protección .
- El equipo de acoplamiento es la combinación del sintonizador de línea, el condensador de acoplamiento y la trampa de onda o línea.
- La línea de transmisión de energía de 50/60 Hz sirve como ruta para transmitir datos en el ancho de banda del PLCC.
Condensador de acoplamiento
Forma el enlace de acoplamiento físico entre la línea de transmisión y los conjuntos de terminales para la transmisión de señales portadoras. Su función es proporcionar alta impedancia a la frecuencia de potencia y baja impedancia a las frecuencias de la señal portadora. Por lo general, se componen de papel o sistema dieléctrico líquido para aplicaciones de alto voltaje. Los valores nominales de los condensadores de acoplamiento varían de 0,004-0,01 µF a 34 kV a 0,0023-0,005 µF a 765 kV (fuente: IEEE).
Bobina de drenaje
Como se muestra en la figura 1, el propósito de la bobina de drenaje es proporcionar alta impedancia para la frecuencia portadora y baja impedancia para la frecuencia de potencia.
Sintonizador de línea
Se conecta en serie con el condensador de acoplamiento para formar un circuito resonante o portador frecuencia de la señal del filtro de paso alto o filtro de paso de banda . Su función es hacer coincidir la impedancia del terminal del PLC con la línea eléctrica para imprimir la frecuencia portadora sobre la línea eléctrica. Además, también proporciona aislamiento de la frecuencia de alimentación y protección contra sobretensiones transitorias.
Trampa de línea o trampa de onda
Es un filtro de tanque LC paralelo o un filtro de parada de banda conectado en serie con la línea de transmisión . Presenta alta impedancia a las frecuencias de la señal portadora y muy baja impedancia a la frecuencia de potencia. Consiste en
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Bobina principal
Un inductor que está conectado directamente a la línea de alta tensión transporta la frecuencia de la energía.
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Dispositivo de sintonización
Puede ser un capacitor o una combinación de capacitor, inductor y resistor , conectados a través de la bobina principal para sintonizar la trampa de línea a la frecuencia de bloqueo deseada.
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Dispositivo de protección
Por lo general, es un descargador de sobretensión de tipo hueco que se utiliza para proteger la trampa de línea de daños debidos a sobretensiones transitorias.
La trampa de línea o trampa de onda evita la pérdida no deseada de potencia de la señal portadora y también evita la transmisión de la señal portadora a las líneas eléctricas adyacentes. Las trampas de línea o de onda están disponibles para aplicaciones de bloqueo de frecuencia portadora de banda estrecha y banda ancha.
Características del canal de la línea de alimentación
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Impedancia característica
La impedancia característica de la línea de transmisión viene dada por:
Donde, L es la inductancia por unidad de longitud en Henry (H).
C es la capacitancia por unidad de longitud en Farad (F).
Varía en el rango de 300-800 Ω para la comunicación por línea eléctrica. -
Atenuación
Se mide en decibelios (db). Las pérdidas de atenuación pueden deberse a un desajuste de impedancia, pérdidas resistivas, pérdidas de acoplamiento y varias otras pérdidas que se producen en la trampa de línea, el sintonizador de línea, la línea de alimentación, etc.
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Ruido
La relación señal-ruido (SNR) debe ser alta en el extremo receptor; de lo contrario, la frecuencia portadora muestra patrones erráticos en el extremo receptor. El nivel de ruido limita la atenuación que pueden tolerar los canales PLCC .
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Banda ancha
El ancho de banda más amplio significa que el canal es más rápido, pero también conduce a la acentuación del ruido. Para fines de retransmisión, el ancho de banda del canal AM es de alrededor de 1000Hz a 1500Hz y para el ancho de banda FSK es de 500Hz a 600Hz (fuente: IEEE).
Aplicaciones de PLCC en sistemas de potencia
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Relés de protección
A los efectos de la protección asistida por portadora, los canales PLCC utilizan esquemas de modulación, a saber, modulación de amplitud (AM) para esquemas de bloqueo y modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) para esquemas de desbloqueo, permisivos y de disparo directo.
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Telemetría
Se utiliza para monitorear cantidades eléctricas como voltaje , corriente , energía, etc. en ubicaciones remotas. Los datos analógicos se convierten en binarios que se utilizan para cambiar la frecuencia FSK ALTA y BAJA y luego se transmiten a través del canal SSB de banda estrecha.
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Telefonía
Los mensajes de voz se envían a través del modo de banda estrecha SSB con un ancho de banda de ~ 3 kHz.
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Domótica y redes domésticas
Se clasifica como comunicación por línea eléctrica de baja tensión. Uso de la red eléctrica de baja tensión en el hogar para controlar los electrodomésticos enviando o recibiendo datos a través de la línea eléctrica. Se utiliza como PLCC de banda estrecha para fines de medición y automatización del hogar, y PLCC de banda ancha para Internet.
Limitaciones de PLCC
- La comunicación de la línea eléctrica está limitada por la infraestructura eléctrica existente donde se utiliza y, por lo tanto, afecta los parámetros del canal de la línea eléctrica, como la atenuación de potencia, el ruido, la impedancia y el ancho de banda.
- Requiere una alta relación SNR.
- La red de la línea eléctrica generalmente no coincide y varía con el tiempo en diferentes cargas. Esto conduce a la atenuación de la potencia de la portadora. Ésta es la principal desventaja.
- La frecuencia portadora sufre pérdidas por reflexión en varios puntos de su recorrido desde el transmisor, el cable coaxial, el sintonizador de línea, el condensador de acoplamiento y la línea de alimentación al transmisor.
- La comunicación por línea eléctrica no es segura.
