PLC - Power Line Communications

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1 PLC - Power Line Communications Bruno Aguilar e Silva Bruno B. L. de Oliveira David Alves da Silva Hugo Pereira Rios Luiz Carlos Duarte Vilmar Batista da Silva Universidade Presidente Antônio Carlos Avenida Minas Gerais, 3889 Araguari, Minas Gerais lcduarte@cemig.com.br A tecnologia de transmissão de dados, voz e imagem pela rede elétrica está presente em quase todo o mundo. Experiências feitas inclusive no Brasil provaram a robustez dessa tecnologia a um valor mais acessível e com maior abrangência. Isto caracteriza que, dependendo dos valores dos equipamentos, a solução PLC pode ser bastante competitiva em uma área que não disponha de serviço, pela simplicidade da solução. Palavras-chave: (PLC, Tecnologia) Resumo The technology for transmitting data, voice and image by mains is present in almost all the world. Experiments including Brazil proved the robustness of this technology to a more accessible and more comprehensive. This feature which, depending on the values of equipment, PLC solution can be quite competitive an area having no service, the simplicity of solution. Keywords: (PLC, Technology) I. INTRODUÇÃO A tecnologia PLC - Power Line Communications não pode ser considerada uma nova tecnologia, pois desde o início do século XX as redes elétricas têm sido utilizadas pelas empresas de energia elétrica para suportar serviços de telecomunicações em usos internos. Exemplo desta utilização é a transmissão de voz em linhas de alta tensão, permitindo a comunicação entre pessoas situadas nas usinas geradoras e nas diversas subestações (carrier frequency system). Esta tecnologia também tem sido, ao longo do tempo, utilizada para telemedição alarmes e telecomandos. Estas aplicações eram caracterizadas pela largura de faixa estreita que utilizavam, trabalhando com freqüências, sobre as linhas de energia, entre 3KHz e 148,5KHZ. Nos últimos anos um grande esforço tem sido realizado para a produção de tecnologia que permita a utilização da rede elétrica para a transmissão de dados em banda larga. Este esforço inclui o desenvolvimento de equipamentos para a rede de acesso, tanto em baixa quanto em média tensão, além de equipamentos a serem utilizados dentro das instalações do usuário. Para permitir a transmissão de dados em banda larga, é necessária a utilização de freqüências mais altas, tipicamente entre 1,6MHz e 30 MHz. Os dispositivos atualmente disponíveis permitem capacidades de até 45Mbps, estando previsto a partir do ano de 2005 um aumento desta taxa para até 100Mbps. A tecnologia PLC de banda larga também é denominada BPL (Broadband Power Line). Existem experiências sendo realizadas em todo o mundo, inclusive no Brasil, que já provaram a robustez da tecnologia, sendo que em diversos países já existe comercialmente disponível o serviço de banda larga sobre a linha de energia. Adicionalmente, as empresas de energia elétrica pretendem aproveitar a disponibilidade da banda larga até as instalações de seus usuários, para introduzir uma série de melhorias na gerência da rede e do comportamento dos consumidores, sendo a medição remota do consumo a mais evidente de todas. II. CARACTERÍSTICAS DO SINAL PLC O sinal PLC é transmitido sobre os fios de cobre (ou alumínio) das redes de distribuição de baixa e média tensão. A transmissão de sinais de comunicação sobre as linhas de corrente alternada se torna difícil por diversos fatores, dentre eles: As características topológicas das linhas de distribuição de energia elétrica (linhas abertas, de características não lineares, a existência de derivações ao longo de toda a linha, os transformadores, etc...). Existência de ruídos e interferências não previsíveis, causadas pela abertura e fechamento de circuitos, aparelhos conectados às tomadas, etc... Problemas de segurança de dados pelo compartilhamento dos mesmos circuitos entre diversos consumidores. Irradiações das freqüências transmitidas em linhas abertas, sem nenhum tipo de blindagem, com um enorme potencial de interferência com sistemas que operam nas mesmas freqüências, em bandas licenciadas ou não, no espaço aberto. A técnica de modulação deve permitir a superação destas restrições. As técnicas em geral utilizadas nos sistemas

2 Broadband PLC são: Spread Spectrum. Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM). III. A TOPOLOGIA DA REDE Como não existem ainda padronizações na tecnologia PLC, a figura e o texto abaixo apresentam soluções e terminologias que podem ser diferentes em implementações de geradores de solução ou fornecedores diversos. Uma topologia típica de rede PLC pode ser visualizada na figura que se segue: Figura 1. Figura 1: topologia típica de rede PLC (Fonte: ENDESA ). Quatro níveis de rede são mostrados na figura, quais sejam, a rede interna do usuário final, a rede de acesso, a rede de distribuição e a rede de Transporte, com a interconexão com a internet. Comentaremos a seguir sobre estes quatro níveis. Rede Interna do Usuário Final A rede do usuário final é constituída pela rede de distribuição elétrica nas instalações do usuário, e pelos modems para conexão dos equipamentos que serão interligados ao serviço de banda larga. Inúmeros modems podem estar conectados nas tomadas de energia elétrica disponíveis em uma instalação de usuário. Como alternativa, o usuário final pode conectar o seu modem PLC a um access point e distribuir de forma wireless a rede de banda larga. Caso o usuário já disponha de rede cabeada distribuída, este poderá também utilizar esta rede para o acesso da broadband nos diversos pontos existentes. Os modems PLC normalmente têm interface RJ45 para a rede Ethernet, interface USB e uma interface RJ11 para se conectar diretamente um telefone comum, pois, em geral, o modem funciona também como um gateway para propiciar o serviço de Voz sobre IP - VoIP. Os modems podem também ser fornecidos integrados com access point , existindo ainda modelos equipados apenas para o serviço VoIP. Rede de Acesso A rede de acesso PLC se inicia junto ao medidor de energia elétrica do usuário com introdução do equipamento Repetidor ou Equipamento Intermediário (IE). Este equipamento tem como função receber os sinais PLC gerados nos diversos modems existentes na rede, bypassar o medidor e reinjetálos na rede de baixa tensão. No caso de edifícios residenciais, apenas um IE deve ser instalado, recebendo os sinais PLC que vem de todas as unidades deste edifício e reinjetando-os na rede de baixa tensão. Caso a distância entre um IE e o transformador seja maior que 300 metros, será necessária a introdução se um repetidor. Também será necessária a introdução de Repetidor IE a cada 300 metros, para fazer a recomposição do sinal. Outras situações adversas na rede, que possam causar atenuação, podem requerer, também, a instalação de repetidores IE. Da mesma forma, redes de distribuição, cuja distância entre o Modem PLC e o transformador, for suficientemente pequena, pode ser dispensar o repetidor, sendo o mesmo substituído por uma ponte de acopladores na função de bypassar o medidor. A rede de acesso termina em um equipamento que é um Repetidor Baixa Tensão / Média Tensão, também chamado de Transformer Equipment - TE. O TE, situado fisicamente junto ao transformador da rede elétrica, recebe os sinais PLC colocados pelos diversos IE s na rede de baixa tensão, e os coloca na rede de média tensão. Caso não exista a rede PLC de média tensão, a rede da acesso PLC pode ser interconectada diretamente com uma rede de alta velocidade sobre fibra, sobre cabos metálicos ou wireless. O equipamento que executa esta função é chamado de Máster de Baixa Tensão. Rede PLC de Distribuição A Rede PLC de Distribuição interconecta os Repetidores de Baixa Tensão / Média Tensão (TE), instalados junto aos transformadores de distribuição de energia elétrica e promove a interconexão do sinal PLC com a rede de transporte do Operador de Telecomunicações, e daí seguindo até alcançar um ponto de acesso à rede internet. Esta interligação é efetuada através de equipamento denominado Máster de Média Tensão. Como foi visto, uma rede PLC pode ser constituída de apenas 4 tipos de equipamento, localizados em 4 níveis. O modem PLC, O Repetidor de Baixa Tensão, o Repetidor Baixa Tensão / Média Tensão e o Máster de Média Tensão. Dependendo do comprimento e topologia da rede, o repetidor de Baixa Tensão poderá ser suprimido, restando três níveis. Caso a interligação com a rede de transporte se dê através da linha de baixa tensão, poderemos ter apenas os modems PLC e o Master de Baixa Tensão. Isto caracteriza que, dependendo dos valores dos equipamentos, a solução PLC pode ser bastante competitiva em uma área que não disponha de serviço, pela simplicidade da solução. IV. EQUIPAMENTOS E ACESSÓRIOS. Equipamentos A seguir são apresentados fotos de equipamentos típicos de uma rede PLC, e que já foram descritos no capítulo anterior. Repetidor BT/BT Repetidores BT/MT Acessórios Acopladores Para se introduzir e adaptar os sinais de dados dos equipamentos PLC para as redes de Baixa e Média tensão, são

3 Figura 2. Modem PLC (Fonte: PLC Utilities Alliance, PUA (2004) ). Figura 5. (2004)). Repetidor localizado em um gabinete outdoor. ( Fonte: PLC Forum Figura 6. Repetidores BT/MT (Fonte: PLC Utilities Alliance, PUA (2004)). Figura 3. Modem PLC (Fonte: website Ascom ). necessários acopladores. Dois principais tipos de acopladores são utilizados, que são: Acopladores capacitivos, que injetam os sinais de dados através de contato direto com as linhas de energia elétrica. Acopladores indutivos, que injetam os sinais por indução. As figuras abaixo apresentam exemplos de acopladores: Figura 7. Acopladores (Fonte: PLC Utilities Alliance, PUA (2004)). Figura 4. Utilitie). Repetidor localizado junto ao medidor residencial.(fonte:plc Caixa de Distribuição A Caixa de Distribuição é utilizada para facilitar a distribuição de sinal PLC em painéis elétricos em edifícios. Normalmente vem equipado também com um filtro de surtos, que filtra os ruídos provocados pelos equipamentos ligados na rede elétrica. Isolador de Ruídos

4 O Isolador de Ruídos deve ser utilizado para a conexão do modem PLC, quando no circuito aonde o modem será conectado existir um ou mais aparelhos eletroeletrônicos. Isto permite um melhor desempenho do sistema PLC, com a redução do nível de ruído na rede. Figura 8. Isolador de Ruidos (Fonte: Mitsubishi e Hypertrade V SPLC - Goiânia ). Caixa de Distribuição A Caixa de Distribuição, normalmente equipada com filtro de surto, promove a interface entre diversos modems PLC e um repetidor BT/BT. É normalmente utilizada para facilitar a distribuição de sinal PLC em painéis elétricos em edifícios. Mitsubishi- Amperion - Intellon - V. REGULAMENTAÇÃO E PADRONIZAÇÃO Regulamentação Dos Serviços: A Broadband PLC permite o provimento de diversos serviços de dados, vídeo e voz, que são exatamente os mesmos que podem ser providos pelas outras tecnologias de broadband. O modelo adotado pela ANATEL para o mercado Brasileiro não exige nenhuma regulamentação adicional para a prestação dos serviços, utilizando a tecnologia PLC. Dos produtos: Os produtos utilizados nas redes PLC necessitam receber certificação da ANATEL. Esta certificação irá buscar garantir dentre outras, a compatibilidade funcional, a compatibilidade eletromagnética, segurança elétrica e atendimento aos requisitos de emissão de freqüências, objetivando minimizar interferências em outros sistemas. Padronização Um forte inibidor para o desenvolvimento rápido das redes Broadband PLC é a falta de padronização nos produtos. Com a ausência da padronização, não existe interoperabilidade entre equipamentos de fabricantes diferentes. Desta forma, um provedor de rede após a escolha da tecnologia fica dependente da evolução tecnológica e dos preços da tecnologia escolhida. Além disto os custos dos equipamentos permanecem elevados, dificultando uma adoção mais ampla da tecnologia, gerando um claro círculo vicioso. Buscando dentre outras, uma solução para este problema, diversos players atuantes na tecnologia Broadband PLC criaram alguns fóruns de discussão, que contribuem com os órgãos de padronização, principalmente na Europa, Estados Unidos e Japão. Dentre os fóruns podem ser destacados: Figura 9. Fonte: Mitsubishi e Hypertrade V SPLC - Goiânia Diversos fabricantes já estão produzindo os equipamentos PLC em escala comercial. A lista que se segue apresenta alguns dos principais fornecedores, tanto na Europa, Estados Unidos e Ásia. Ascom - DS2 - Dimat - Eichhoff - Vitran - PLCForum - criado no início de 2000, é constituído de 45 membros regulares e 15 convidados permanentes. 77dos membros são entidades européias, sendo a maioria constituída de fornecedores de produtos e desenvolvedores de soluções. PLC Utilities Alliance, criado no início de 2002, constituído de 8 empresas de Energia Elétrica européias que atuam em 13 países da Europa de um total de 25 países no mundo todo. Essas empresas atendem a um mercado superior a 100 milhões de consumidores. A HomePlug Powerline Alliance, formada em grande parte por fornecedores de produtos, visa basicamente estabelecer padronização abertas dos equipamentos PLC de rede interna. Com a seqüência dos trabalhos de padronização espera-se que ocorra um fenômeno equivalente ao que ocorreu com a padronização do protocolo , promovido pela WiFi Alliance, que permitiu uma disseminação extraordinária das redes locais wireless, em todo o mundo. Durante os últimos anos, com o grande crescimento do interesse pela tecnologia PLC, diversas iniciativas de trials,

5 e atualmente algumas já de cunho comercial tem ocorrido em todo o mundo. O mapa que se segue mostra um retrato, não exaustivo, destas iniciativas, em uma visão de meados de VI. EXPERIÊNCIAS EXISTENTES Figura 10. Fonte: Arthur D. Little (2004) and PLCforum (2004). VII. CONCLUSÃO Sumarizando os resultados obtidos nas experiências realizadas, pode-se concluir: Os trabalhos realizados pela atividade PLC sobre a infraestrutura elétrica foram completados sem incidentes importantes. A tecnologia demonstrou não estar pronta para fornecimentos comerciais. Os serviços de internet de banda larga e VoIP estão disponíveis na tecnologia. O PLC de Média Tensão pode se tornar uma das principais opções para as redes de distribuição de Broadband. O PLC dificilmente se tornará uma tecnologia competitiva frente às outras tecnologias de acesso broadband. Os principais fornecedores de equipamentos e serviços de suporte estão se envolvendo nos fornecimento de redes PLC. Empresas distribuidoras de energia elétrica arriscadamente estão se direcionando para iniciativas PLC de cunho comercial. Conforme apresenta o mapa acima, CELG, ELETROPAULO, LIGHT, CEMIG, COPEL, dentre outras, são empresas distribuidoras de energia elétrica que realizaram ou estão realizando testes PLC no Brasil. O beneficio que as distribuidoras de energia terão será no valor agregado, pois a tecnologia proporciona mais inteligencia á rede eletrica. A vantagem viria da possibilidade de o sistema PLC agregar informações como medição de consumo, situação da iluminação pública e até mesmo um problema em um transformador, permitindo melhor controle de qualidade dos serviços prestados. REFERÊNCIAS [1] Infovias, Cemig. Página da Intranet CEMIG.