فرمت فایل:word (قابل ویرایش)
تعداد صفحات :52
فهرست مطالب :
1- مقدمه 1
1-2 سیستم Power Line Carrier(PLC) 3
1-3 روش های کوپلینگ 7
1-4 کاربردهای PLC 9
1-4-1 ارتباط تلفنی(صحبت)(speech) 9
1-4-2 تلگراف و پست تصویری (Facsimile) 10
1-4-3 کنترل نشاندهی از راه دور (Control & indication) 10
1-4-4 حفاظت از راه دور (Tele protection) 11
2- تشریح PLC 12
2-1 وسائل مورد استفاده در سیستم فرابری خطوط فشار قوی (PLC) 12
2-1-1 مشخصات خازن کوپلاژ 13
2-1-2 مشخصات لاین تراپ (تله خط) 13
2-1-3 وسایل تنظیم 14
2-1-4 وسایل تنظیم چند فرکانسی 15
2-1-5 حذف وسایل تنظیم کننده بیرونی 17
3- Analog Power Line Carrier (APLC) 18
3-1 مشخصات کانال آنالوگ 18
3-2 اجزاء APLC 19
3-3 تشریح PLC آنالوگ 19
3-3-1 درایور جداکننده و مخلوط کننده 19
3-3-2 تقویت کننده توان 20
3-3-3 فیلتر فرستنده 21
3-3-4 مدار هایبرید 21
3-3-5 فیلتر گیرنده 21
3-3-6 منبع تغذیه 21
4- PLC دیجیتال 22
4-1 مشخصات کانال DPLC 24
4-2 اجزاء PLC دیجیتال 25
4-3 تشریح DPLC 26
4-3-1 واسط مشترکین یا مبدل زنگ 26
4-3-2 واسط ترانک 26
4-3-3 حذف کننده انعکاس صوتی 26
4-3-4 فشرده سازی صوت 26
4-3-5 مالتی پلکسر دینامیک(DMUX) 28
4-3-6 واسط TPS 28
4-3-7 مدولاتور ISB 29
4-3-8 دمدولاتور ISB 30
4-3-9 مودم V.34 30
4-4 نظارت و سرپرستی 31
4-5 مقایسه
چرا از مخابرات دیجیتال استفاده می شود؟ 31
5- VOIP و DPLC برای شبکه PABX و مشترکان دور دست 33
5-1 راه حل یکپارچه کردن مخابرات 33
5-2 VOIP و PLC دیجیتال 33
5-3 همه راه حل های شامل سیستم(All- inclusive system sudations) 33
5-4 راه حل های سازش با Broad band 34
5-5 دروازه VoIP 34
5-6 فرابری خط قدرت PLC 34
5-7 صوت بر روی IP و PLC دیجیتال 34
6- Broad band overpower line (BPL) 35
6-1 مزایای آشکار عرضه BPL روی کابل عادی یا اتصالات DSL 35
6-2 مودم های BPL 36
6-3 کوپلاژ سلفی 37
6-4 تداخل انتشارات 37
6-5 شبکه قدرت الکتریکی هوشمند 38
6-6 یک وسیله اتصال بهتر 38
6-7 مرور گزارش FCC و دستور 245-54 برای باند پهن روی خطوط قدرت BPL 38
7- محدودیت های خط قدرت با ولتاژ بالا برای ارتباطات سرعت زیاد 39
7-1 خلاصه 39
7-2 مقدمه 39
7-3 کانال های مخابراتی PLC ولتاژ بالا 40
7-4 نتایج تحقیقات علمی 41
7-5 نتایج 43
8- منابع 44
- مقدمه:
به دلیل گستردگی شبکه به هم پیوسته تولید و انتقال نیرو در صنعت برق و پراکندگی ایستگاه ها در نقاط بعضا دور از دسترس، احداث و بهره بردار سیستم های مخابراتی از نیازهای اساسی صنعت برق می‌باشد. کاربریهای عمده مخابرات در صنعت برق عبارتند از :
1- انتقال اطلاعات و ارسال فرامین خودکار حفاظتی برای جداسازی بخشهای حادثه دیده و معیوب در کوتاهترین زمان و جلوگیری از گستردگی حوادث جزئی به کل شبکه و پیشگیری از حوادث احتمالی.
2- انتقال اطلاعات جمع آوری شده از پست ها و نیروگاه ها به مراکز کنترل و انتقال فرامین کنترلی از مراکز کنترل به ایستگاه‌ها.
3- هماهنگی عملیات بهره برداری و برقراری ارتباط بین بخش های ستادی و عملیاتی از طریق شبکه تلفنی مستقل برق.
سیستم های مخابراتی مورد استفاده در شبکه مخابرات صنعت برق شامل بیسیم، مایکروویو، PLC ، DTS ، فیبر نوری و سیستم سوئیچینگ می باشد.
- PLC سیستم مخابراتی است که از خطوط فشار قوی در فرکانس های 40 تا 400 کیلوهرتز برای انتقال پیام های مخابراتی استفاده می کند.
- DTS شبکه اختصاصی و Hot Line تلفنی دیسپاچینگ می باشد.
- کابل OPGWدر خطوط انتقال نیرو بجای سیم زمین برای انتقال اطلاعات با حجم و امنیت زیاد بکار می رود.
سیستمPower Line Carrier یکی از شیوه های نوین انتقال داده می باشد که مخفف آن PLC است اما نه کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر ، بلکه خطوط انتقال قدرت.
توسعه منابع تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی نیاز مبرمی به وجود یک شبکه مخابراتی بین نقاط کلیدی سیستم برق رسانی مثل مراکز تولید، تبدیل، تصمیم گیری و توزیع که اکثرا در فواصل دور از هم واقع شده اند را به وجود آورده است. از خطوط انتقال می توان برای ارسال امواج فرکانس بالای حامل اطلاعات در سیستم های مخابراتی استفاده نمود. سیستمی که برای این گونه انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار می گیرد را ابزار "انتقال موج حامل اطلاعات بر روی سیستم فشار قوی" یا PLC می نامند.
موارد زیر ضرورت ایجاد یک شبکه مخابراتی PLC را به وضوح روشن می نماید:
1- شبکه های مخابرات عمومی جوابگوی نیازهای ارتباطی جهت بهره برداری موثر از شبکه فشار قوی نمی باشد.
2- تبادل‌اطلاعات بین مراکز دیسپاچینگ و سایر پست‌ها‌توسط یک شبکه‌مخابراتی مطمئن‌و اختصاصی، از ضروریات این گونه مراکز می باشد.
3- با استفاده از یک شبکه جامع مخابراتی، پست ها می توانند به تجهیزات حفاظتی مجهز گردند که باعث قابلیت اعتماد بیشتر و بهره برداری موثر از شبکه می گردد.
4- عدم وجود یک شبکه مخابراتی اختصاصی، ضعف ارتباط از طریق شبکه مخابراتی شرکت مخابرات، عدم دسترسی اکثر پست های واقع در خارج شهر به خطوط ارتباطی PTT مشکلاتی هستند که در صورت وجود یک شبکه مخابراتی مطمئن بر طرف گشته و امکان بهره برداری موثرتر از شبکه را ایجاد می کند.
با توجه به نکات فوق جهت مرتفع نمودن اشکالات ذکر شده و بهره برداری از شبکه، می توان با استفاده از سیستم‌هایPLCچنین شبکه‌های مخابراتی را برای استفاده در شبکه‌های برق رسانی طراحی نمود.
استفاده از PLC به جای سایر سیستم های ارتباطی نظیر کابل تلفنی، امواج رادیویی و مایکروویو و ... دارای مزایایی می باشند که عبارتند از :
1- به علت ناچیز بودن افت سیگنال حامل اطلاعات در هر کیلومتر، مراکز تولید و توزیع انرژی الکتریکی که معمولا در فواصل دوری از یکدیگر واقعند را می توان مستقیما توسط کانال های PLC بدون استفاده از تکرار کننده به یکدیگر مرتبط ساخت.
2- خطوط انتقال فشار قوی که ارتباطات PLC توسط آنها صورت می گیرد، موجود بوده و احتیاج به سرمایه گذاری مجدد برای ایجاد محیط مخابراتی نیست به علاوه در شرایط متغیر آب و هوایی مصونیت ارتباط PLC در مقایسه با ارتباطات رادیویی بیشتر می باشد.
3- دستگاه های فرستنده و گیرنده PLC از درجه اطمینان بالایی برخوردار می باشند.
4- شبکه مخابراتی که از لوازم مدیریت برای کنترل و بهره برداری شبکه فشار قوی می باشد بطور اختصاصی تنها در اختیار شرکت برق منطقه ایی قرار خواهد گرفت.
5- سیستم های تلفنی PLC از شبکه تلفنی شرکت مخابرات مجزا می باشد و به عنوان سیستم های خصوصی فرض می شود.
1-2- سیستم Power Line Carrier (PLC)
PLC وسیله ای برای انتقال امواج فرکانس بالا با استفاده از سیم فشار قوی می باشد. در این سیستم برای ارتباط دو طرفه میان دو پست A و B (شکل1) یک زوج فرستنده و گیرنده در هر کدام از پستها قرار می گیرد. فرستنده A سیگنال فرکانس بالای خود را با فرکانس FA-B بر روی خط فشار قوی واصل میان دو پست ارسال نموده و گیرنده موجود در پست B که بر روی فرکانسFA-B تنظیم شده است. موج ارسالی از A را از خط فشار قوی گرفته و مورد استفاده قرار می دهد. بالعکس فرستنده B سیگنال خود را با فرکانسFB-A ارسال نموده و گیرنده A نیز بر روی فرکانسFB-A تنظیم شده است. بدین ترتیب یک ارتباط دو طرفه (Duplex) میان دو نقطه A و B بر قرار می شود.
چون دستگاه های فرستنده و گیرنده PLC را نمی توان مستقیما به خط فشار قوی که ولتاژ بسیار زیادی دارد متصل نمود. برای اینکار به دستگاه ها و تجهیزات واسطه ای نیاز است که بین فرستنده و گیرنده و خط انتقال انرژی قرار گیرند تا هم سیگنال فرکانس بالای PLC را به خط کوپله نموده و هم مانع از اتصال مستقیم ولتاژ بالا به دستگاه های حساس PLC بشوند به همین خاطر از خازن های کوپلاژ استفاده می شود(شکل 2) با قرار دادن یک خازن بین خط انتقال و دستگاه PLC این منظور برآورده می شود.
شکل 2 – بکارگیری خازن کوپلاژ برای حفاظت از دستگاه های PLC
خازن های CCoupl در مسیر سیگنال فرکانس بالای PLC به خط انتقال فشار قوی در مقابل موج با ولتاژ بالا و فرکانس 50 هرتز، امپدانس زیادی از خود نشان داده و مانع عبور آن به سمت دستگاه های PLC می شوند. در حالی که برای امواج حامل اطلاعات فرکانس بالا به صورت اتصال کوتاه عمل می کنند. این نکته از این حقیقت ناشی می شود که امپدانس خازن به صورت بیان می گردد که مقدار آن با فرکانس نسبت عکس دارد. لذا هر چقدر فرکانس کمتر باشد، امپدانس خازن بزرگتر خواهد بود. بالعکس برای فرکانس بالای سیگنال هایPLC که در محدوده40 الی400 کیلوهرتز قرار دارد، خازن CCoupl همانند اتصال کوتاه(امپدانس خیلی کوچک) عمل نموده و سیگنال PLC را به سمت خط فشار قوی هدایت می‌کند. معمولا CCoupl را بین 2000 تا 10000 پیکوفاراد انتخاب می نمایند.
در پست های فشار قوی برای اندازه گیری ولتاژ و جریان خط از تقسیم کننده های (مبدلهای) ولتاژ خازنی بنام (Capacitive Voltage Transformer) CVT استفاده می شود. لذا از آنها می توان جهت خازن جداکننده CCoupl که خازن های کوپلاژ نامیده می شود نیز استفاده نمود.
خط انتقال فشار قوی تلفات نسبتا زیادی برای سیگنال های فرکانس بالایPLC ایجاد می کند. این تلفات به طول، ولتاژ، وضعیت فیزیکی خط و فرکانس کار PLC بستگی دارد. بدین جهت لازم است که هنگام کوپله نمودن فرستنده PLC به خط فشار قوی، حداکثر توان فرستنده به خط کوپله شده و توان برگشتی به حداقل خود برسد.
بدین دلیل لازم است مدار واسطه ای بین دستگاه PLC از یک طرف و یک سر خازن کوپلاژ از طرف دیگر قرار گرفته تا تطبیق امپدانس جهت انتقال حداکثر توان از فرستنده به خط و از خط به گیرنده صورت پذیرد. در شکل(3) چنین وضعیتی مشاهده می گردد.
شکل 3- تطبیق امپدانس بین دستگاه PLC و خط انتقال فشار قوی
وسیله ای که جهت تطبیق امپدانس در شکل(3) بکار می رود جعبه یا واحد تطبیق امپدانس نامیده شده و با علامت اختصاری (Line Matching Unit) LMU نشان داده می شود. تطبیق امپدانس در LMU توسط یک ترانسفورمر صورت می گیرد که همراه با خازن کوپلاژ CCouplنقش یک فیلتر بالاگذر را ایفا می‌کند. فرکانس قطع این فیلتر توسط مقدار خازن کوپلاژ و نسبت تبدیل ترانسفورمر تطبیق مشخص می‌گردد. این فرکانس در واقع حداقل فرکانس قابل استفاده برای سیگنال های PLC را تعیین می کند.
از آنجایی که ارتباط PLC میان دو پست A و B بایستی صورت می گیرد. انحراف سیگنال PLC به سمت خود پست نه تنها باعث تضعیف سیگنال ارسالی به پست مقابل شده ، بلکه باعث می شود که سیگنال ناخواسته ای به مسیرهای دیگر نفوذ کند.
برای اینکه سیگنال ارسالی توسط PLC به خطوط دیگر انتشار پیدا نکند باید با قرار دادن مداری بر سر راه نشتی مانع از راه یابی آن به مسیر ناخواسته شویم به عبارت دیگر در مقابل فرکانس های بالای PLC مقاومت زیاد از خود نشان دهد و در مقابل سیگنال فشار قوی50 هرتز همانند یک اتصال کوتاه عمل کند با توجه به این دو خصوصیت عنوان شده به نظر می رسد، استفاده از دو عدد سلف سری با خط انتقال در پستهای A و B مسئله را حل می نماید. زیرا امپدانس سلفی رابطه مستقیم با فرکانس دارد.چنین سلفی برای فرکانس های بالای PLC دارای امپدانس زیاده بوده و همانند اتصال باز عمل می نماید در حالیکه برای فرکانس 50 HZ دارای امپدانس پایینی بوده و اتصال کوتاه می باشد در شکل (4) استفاده از سلف سری با خط انتقال جهت جلوگیری از نشت سیگنال های PLC و انتقال آن به مسیر مورد نظرشان نشان داده شده است.
1-3 روشهای کوپلینگ
خطوط انتقال انرژی میان دو پست فشار قوی از سه فاز تشکیل می شوند. در صورتی که خط انتقال از نوع تک مداره باشد، دارای سه هادی خواهد بود و در صورتی که خط انتقال از نوع دو مداره باشد تعداد هادی ها به شش می رسد. بدین ترتیب این سوال مطرح می شود که بری کوپلینگ سیگنال PLC به خط فشار قوی از کدامیک از هادی ها(فازها) می توان استفاده نمود. در صورتی که خط تک مداره بوده و از سه فاز تشکیل شود، می توان به هر یک از فازها به تنهایی سیگنال PLC را کوپله نمود. با بررسی و مطالعه چگونگی انتشار امواج فرکانس بالا بر روی خطوط فشار قوی مشخص شده است که در صورتی که کوپلینگ تنها توسط یک فاز انجام گیرد، بهترین حالت استفاده از فاز وسط می باشد در شکل(9)این روش کوپلینگ فاز به زمین (Phase to Ground) نام دارد نشان داده شده است.
کوپلینگ فاز به زمین تلفات زیادی برای سیگنال های PLC بوجود آورده و بعلاوه در صورت وقوع خطا بر روی خط انتقال، بخصوص زمانی که فاز وسط اتصال کوتاه شود، امکان برقراری ارتباط PLC کلا از بین رفته و یا با تضعیف بسیار زیادی مواجه خواهد بود. لذا برای بالا بردن قابلیت اطمنیان ارتباط PLC و کاهش تضعیف حاصل از خط انتقال، در مواردی که که طول خط نسبتا بلند باشد سیگنال PLC را می توان به دو فاز کوپله نمود. در این صورت نه تنها با تضعیف کمتری نسبت به کوپلاژ فاز به زمین روبرو خواهیم بود، بلکه حتی با اتصال کوتاه و یکی از فازهای تحت کوپلینگ، ارتباط PLC از طریق فاز دیگر بر قرار خواهد بود و بالنتیجه قابلیت اطمینان سیستم بالاتر می رود. این روش کوپلینگ فاز به فاز نامیده شده و در شکل(10)نشان داده شده است.
در کوپلینگ فاز به فاز به دو مجموعه تجهیزات کوپلینگ شامل تله موج، خازن کوپلاژ و LMU نیاز می باشد که در نتیجه هزینه در مقایسه با کوپلینگ فاز به زمین دو برابر خواهد شد. کوپلینگ همزمان سیگنال PLC به سه فاز در خطوط تک مداره نیز امکان پذیر است. این نوع کوپلینگ اگر چه از قابلیت اطمینان بسیار بالایی برخوردار بوده و تضعیف کمتری نسبت به کوپلینگ فاز به فاز ایجاد می نماید. اما به جهت استفاده از سه مجموعه تجهیزات کوپلینگ از نظر اقتصادی گران بوده و بندرت از آن استفاده می‌شود.در خطوط فشار قوی که دو مداره می باشند، می توان از کوپلینگ بین دو مدار استفاده نمود.3-3-2 تقویت کننده توان
این بلوک جهت تقویت سیگنال مدوله شده به شکل ماژول 20 وات طراحی شده است. بر خلاف ترمینال های PLC آنالوگ که اطلاعات صحبت به صورت آنالوگ مدوله می شود، در سیستم دیجیتال، از مدولاسیون چند سطحی QAM (حداقل 1024 سطح= QAM 1024) استفاده می گردد. QAM ترکیبی از مدولاسیون دامنه (AM) و فاز (PM) می باشد. در این مدولاسیون، دو سیگنال با اختلاف فاز 90 درجه، سیگنال های حامل را تشکیل می دهند. به عبارت دیگر، یک حامل سینوسی و یک حامل کسینوسی وجود دارد. اطلاعات بر روی دامنه این دو حامل قرار می گیرد.
در این شیوه مدولاسیون، هر سمبل(مجموعه ای از صفر و یکها) ترکیبی از فاز و دامنه سیگنال است و با توجه به وجود دو حامل، بدون نیاز به پهنای باند اضافی، ظرفیت ارسال دو برابر و از تراکم فرکانس جلوگیری می شود. مدولاسیون QAM در مخابرات سیار و ماهواره کاربرد فراوان دارد و بلوک دیاگرام آن در شکل(23) مشاهده می شود:
با توجه به تعداد زیاد سطوح، نمونه ها در فضای برداری سیگنال ، بسیار به یکدیگر نزدیک می باشند. لذا سیستمی که حامل این سیگنال پیچیده است باید رفتار خطی بسیار مناسبی داشته باشد. با توجه به ملاحظات فوق، پارامترهای مهم در طراحی تقویت کننده توان، راندمان، خطی بودن و مدولاسیون داخلی می باشد.
3-3-3 فیلتر فرستنده
سیگنال مدوله شده بعد از تقویت، جهت ارسال بر روی خط انتقال قرار می گیرد. سیگنال در مرحله تقویت در معرض اعوجاج هارمونیکی قرار می گیرد که در صورت انتقال چند کانال دیگر در همان خط، تداخل هارمونیک های کانال با فرکانس مرکزی پایین تر بر روی کانال با فرکانس مرکزی بالاتر، باعث اختلال در آن می شود. پس لازم است که هر کانال بعد از‌تقویت جهت ارسال، ابتدا فیلتر و هارمونیک‌هایش حذف شود.
با توجه به پهنای باند سیگنال ارسالی 40 تا 500 کیلوهرتز، پایین ترین فرکانس 40 کیلوهرتز می باشد که دارای هارمونیک های 80 و 120 و ... کیلوهرتز است. نیاز به فیلتر بسیار تیز برای حذف هارمونیک ها نیست و فیلتری با پهنای باند 20 کیلوهرتز نیز کفایت می کند. افت باند عبور در این فیلتر باید کم باشد و به همین علت به المان هایی با Q بالا احتیاج داریم. اجزاء این فیلتر باید قادر به تحمل توان 20 یا 40 وات سیگنال باشند. فرکانس مرکزی آن نیز در محدوده 40 تا 500 کیلوهرتز است.
3-3-4 مدار هایبرید
در سیستم PLC کابل فشار قوی به عنوان محیط انتقال در جهت ارسال و دریافت بکار می رود. بلوک هایبرید به عنوان مدار واسط بین خط انتقال دو سیمه و بلوک فرستنده و گیرنده سیستم(چهار‌سیمه)می باشد. تبدیل چهار سیم به دو سیم بر عهده این بلوک است. وظیفه دیگر هایبرید انتقال سیگنال بلوک فرستنده به خط انتقال و انتقال سیگنال دریافتی از خط به بلوک گیرنده با تلفات کم می باشد. در حالت ایده آل نباید سیگنال بلوک فرستنده به بلوک گیرنده نشت نماید.
3-3-5 فیلتر گیرنده
سیگنال دریافتی مدار هایبرید که به گیرنده می رسد ممکن است شامل چند کانال باشد. پس نیاز است که کانال مورد نظر را کاملا جداسازی نموده، تا در کانال های مجاور تداخل ایجاد ننمایند. با توجه به اینکه پهنای باند هر کانال 8 کیلوهرتز می باشد و کاملا در کنار هم قرار دارند، نیاز به یک فیلتر با پهنای باند نزدیک به 8 کیلوهرتز با فرکانس مرکزی بین 40 تا 500 کیلوهرتز داریم. پهنای باند بیش از این مطلوب نبوده و سبب تداخل های شدید می شود. به علت اینکه قبل از فیلتر، در بخش تضعیف کننده، سیگنال دریافتی تضعیف می گردد توان ورودی این فیلتر پایین است و احتیاج به المان های ولتاژ بالا ندارد.
3-3-6 منبع تغذیه
ولتاژهای تغذیه کلیه ماژول ها، می باشد که باید توسط این بلوک از ولتاژ VDC 48 ورودی با تلرانس % 20+ و % 15- تهیه شود. پس این منبع در حقیقت یک مبدل DC به DC است.
با توجه به تنوع ولتاژهای مورد نیاز و جریان مصرفی هر یک(توان مورد نیاز که تقریبا معادل 100 وات است) جهت بالا بردن راندمان منبع تغذیه، در طراحی این کارت از روش سوئیچینگ استفاده شده است.
4- PLC دیجیتال
پیشرفت های شگرف در شبکه های مخابراتی، تقاضا برای افزایش و ایجاد کانال های دیجیتال را در حوزه شبکه های الکتریکی بطور قابل ملاحظه ای افزایش داده است. در انتقال سیگنال های مخابراتی با استفاده از PLC ، افزایش پهنای باند تنها با استفاده بهتر از آن حاصل می گردد قابلیت جدید PLC های دیجیتال را می توان در موارد زیر دانست:
- می توان اطلاعات انتقال داده شده توسط چند لینک PLC قدیمی را توسط یک لینک برقرار نمود و مشکل تحصیص فرکانس خط ارتباطی (تراکم فرکانس ) را بر طرف نمود.
- با توجه به نرخ بالای ارتباط، استفاده از آن به عنوان واسط شبکه امکانپذیر است.
- مسیر پشتیبان مناسبی برای اطلاعات حیاتی لینک های مایکروویو و فیبر نوری محسوب می شود.
هر کانال DPLC در یک ظرفیت انتقالی فشرده بر حسبKilobites-per-second (KBPS) یک منبع مخابراتی راه دور است. ظرفیت انتقال کانال DPLC از ترمینال PLC عمومی مدل 9-PGC در محدوده KBPS 96 تا KBPS 6/9 قابل برنامه ریزی است.
همچنین فرکانس پهنای باند اشغال شده بوسیله کانال DPLC در محدوده (4 یا 3و2و1 = n) قابل برنامه ریزی است.
پایان نامه بررسی ساختار و نحوه ارتباط در DPLC (همراه با شکل ها)
