PLC (Power Line Communications) LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC PLC (Power Line Communications)

Objetivos Adquirir una idea global sobre los sistemas PLC: ventajas y problemáticas Conocer la topología de la red eléctrica (como parte fundamental del PLC) Líneas de transporte Líneas de distribución Elementos más significativos en media y baja tensión Conocer las aplicaciones del PLC

Introducción a la tecnología PLC LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC ¿Qué es un sistema PLC? Definición: “Son sistemas de comunicaciones de banda ancha que emplean la red eléctrica de distribución para transportar las señales” Tradicionalmente, aplicaciones domóticas: Lectura remota de contadores Control remoto del equipamiento Telediagnóstico B2A (“Business to Appliance”): equipos inteligentes Ahora, servicios de banda ancha VoIP, acceso a Internet de alta velocidad TV y música a la carta, juegos on-line Teletrabajo, vídeoconferencia Domótica Redes de área local sin tendido adicional Para pasar de aplicaciones domóticas de banda estrecha, es preciso implementar otros esquemas de modulación más avanzados, así como el acceso, mecanismos para garantizar la QoS de las diferentes aplicaciones y servicios

Introducción a la tecnología PLC LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Motivaciones Acceso a Internet de banda ancha (Broadband for all): eLearning eHealth eBusiness eGovernment … Comisión Europea: Desregulación de mercado de telecomunicación (todo el mundo puede ofrecer servicios, p.e. las grandes compañías eléctricas) Mejora de la competencia => nuevas tecnologías de acceso Servicio a zonas menos desarrolladas Nuevos servicios Infraestructura de acceso de banda ancha

Frecuencia de trabajo

Topología de la red eléctrica LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Topología de la red eléctrica Aunque este esquema seguramente lo hayáis visto en otras asignaturas, lo muestro para recordarlo. Trifásica: transporte y distribución se hace un sistema trifásicos Líneas de transporte: alta tensión, grandes distancias (cuanto mayor es la tensión que transporta la línea, menores son las pérdidas que sufre el cable) Líneas de distribución: para clientes de baja tensión, zonas urbanas De esta transparencia, se deduce que la red eléctrica “llega a todos los sitios” => Gran capilaridad sin necesidad de tender más cable

Distribución de energía eléctrica LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Distribución de energía eléctrica Planta de generación de energía Hidráulica, eólica, nuclear, etc. Líneas de transporte (138-765 kV) Alta tensión para reducir las pérdidas Tendido aéreo Hasta 900 km Líneas de distribución Media tensión (10-30 kV): ~5-25 km Baja tensión (400-220 V): ~500 m Tendido aéreo o subterráneo Transformadores Obtener la tensión más adecuada en cada punto Industria: 380-400 V Viviendas: 220-240 V Tanto el transporte como la distribución se hace en trifásica: 3 fases y neutro. En baja tensión, hay 220 V entre fase y neutro y 380 V entre fases. En baja tensión (lo que recibís en el cuadro de contadores), se tienen 220 V entre fase y neutro y 380 V entre fases. En general, salvo que se trate de un cliente que tenga mucho consumo, se lleva la tensión entre fase y neutro (lo veremos en una foto después).

Mapa de la red de transporte en España Fuente: REE

Introducción a la tecnología PLC LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Cables Material del conductor: cobre o aluminio Aislante: compuestos de PE Resistencia eléctrica SAl=1.6SCu LAl=Lcu PAl=0.5PCu Al>Cu (1.67) RAl=Rcu Cable unipolar $Al<$Cu (2) CAl=0.25CCu DAl<DCu (3.26) No forma parte de esta asignatura propiamente (lo habéis visto en otras), pero tiene relación. Estructura: varias capas de aislantes y semiconductor para confinar el campo eléctrico (pero no la señal de banda ancha) Falta de apantallamiento: no está pensado para frecuencias altas Falta de simetría (se ve en tripolar): el cable se convierte en un sistema radiante por la transmisión de modo común Complicado inyectar la señal (tripolar) Cable tripolar

Topología de red eléctrica en baja tensión LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Topología de red eléctrica en baja tensión ¡Es importante que este esquema lo tengáis muy claro! Lo veremos mas veces a lo largo del curso. Comentar algo sobre: La planificación de frecuencias Distancias Punto de fibra óptica: aquí se produce la conexión al backbone de datos (el despliegue del PLC viene condicionado en parte por los puntos de fibra) Responsabilidad de la compañía y el usuario final Estado de MV (canal con buenas condiciones) frente a LV (falta de documentación, puede estar en mal estado, empalmes, variabilidad temporal dependiente de los equipos que el usuario tenga conectados)

Tecnologías de acceso de banda ancha LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Tecnologías de acceso de banda ancha Cable (Wired): xDSL FTTX HFC EFM PLC Radio (Wireless): WLAN Satélite WiMax, LMDS UMTS TDT-T (DVB-T) ¿Cuántos de vosotros tiene acceso ADSL en casa? ¿A cuántos les gustaría que fuera más barato? ¿Cuántos no tienen porque no pueden (viven lejos de la central telefónica)? ¿Y acceso por cable o fibra? ¿Es todo ventajoso en el PLC? (la red eléctrica llega a todos los sitios, pero el servicio de Internet no, ya que requiere la instalación de unos equipos en cuadro de contadores, centro de transformación) (si no vivís en un edificio de varias plantas con muchos vecinos, quizás no os llegue hasta dentro de algún tiempo, porque no es rentable para el operador)

Tecnologías de acceso de banda ancha LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Tecnologías de acceso de banda ancha

Ventajas y contras del PLC LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Ventajas y contras del PLC Ventajas: Despliegue rápido Gran capilaridad de la red Bajo coste Ofrece servicios de acceso e “in-home” Coexistencia con otras tecnologías Banda ancha (20 Mbit/s y 200 Mbit/s en un futuro cercano) Mismo módem para distintos servicios simultáneos (VoIP y datos) Contras: No existe un estándar Problemas de interferencias en algunos emplazamientos El canal de propagación es muy variante Movilidad relativa

Introducción a la tecnología PLC LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Estado del arte

Introducción a la tecnología PLC LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC El proyecto OPERA OPERA: Open PLC European Research Alliance “Desarrollo de una nueva generación de sistemas PLC en Europa” Objetivos técnicos: Optimizar el acondicionamiento de la red eléctrica (MT y BT) Nuevos acopladores, filtros, etc. Mejora del ancho de banda, modelos de canal, y reducir la EMI/EMC Evaluar mecanismos de coexistencia Otros: Desarrollar un estándar internacional Planes de negocio: definición de nuevos servicios Despliegue PLC a nivel europeo

Introducción a la tecnología PLC LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC El proyecto OPERA Consultoría e ingeniería Despliegue de la red de acceso Despliegue de la instalación de usuario Propietarias de las líneas eléctricas Despliegue de la red de acceso Circuitos, Modulación, MAC, etc. Nota: el 30 % de los miembros son entidades españolas ¿Cómo funciona? Compañía eléctrica es responsable de la línea de distribución hasta el CGP: ahí acaba su responsabilidad. Hacen el despliegue del PLC hasta ese punto. Después, una empresa de ingeniería (que puede ser la misma eléctrica o una empresa asociada) se encarga del despliegue hasta el cuadro de contadores). Finalmente, un operador de Telecomunicación realiza la instalación en casa del usuario (por eso, muchas eléctrica han creado operadoras de cable, fibra, lmds, puesto que disponen de amplios tendidos-por ejemplo: auna-endesa, neosky-iberdrola, soluziona-unión fenosa). Hay empresas fabricantes de circuitos de acoplo, condensadores, etc., para acondicionar la línea o facilitar la inyección de la señal de banda ancha en el canal eléctrico. Estas mismas empresas fabrican los módems y equipos repetidores, con la tecnología y chips que les proporcionan las empresas que desarrollan la tecnología, pero que no son fabricantes (por ejemplo, Mitusubishi, Toyocom, fabrica equipos con chips de DS2). Empresas como DS2 se encargan de desarrollar la tecnología: modulación y nivel MAC. Investigación (canales, coexistencia, medidas, etc.) Diseminación y cursos Acopladores, módems de usuario, Repetidores, etc.

Arquitectura de la red PLC

Topología de un sistema PLC (acceso) LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Topología de un sistema PLC (acceso)

Subestación MV/LV

Topología de un sistema PLC (“in home”) LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Topología de un sistema PLC (“in home”)

PL-USB

PL-RJ45

PL-RJ45-200

Especificaciones de Home Plug

Escenarios in-home PLC

Arquitectura de red de un sistema PLC

Introducción a la tecnología PLC LP04: Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes de Distribución de Energía Eléctrica Introducción a la tecnología PLC Terminología PLC: Powerline Communications (PLT, BPL) “Potito”: acoplador capacitivo “Vampiro”, “mordaza”, “niled”: acoplador capacitivo CT: centro de transformación CGP: caja general de protección CC: cuadro de contadores HV-MV-LV  AT-MT-BT Trafo: transformador MT Descargo: “apagar” el CT de MT Link: banda de frecuencia Seccionador: interruptor Iluminar: dar cobertura PLC Vivo: conductor interior Creo que un alumno que viene de Iberinco y me podrá confirmar y completar por si falta alguno más

REE

La red de distribución Dos niveles Media tensión: Baja tensión:

La red de media tensión Subestaciones Topología en anillo Transformadores (trafos)

eHealth “E-Health es la aplicación de Internet y otras tecnologías relacionadas al cuidado de la salud,... ... que pretende mejorar el acceso, la eficiencia, la efectividad y la calidad de procesos clínicos empleados por instituciones sanitarias, médicos y pacientes de cara a mejorar la atención médica”. Aplicaciones: Prescripción de medicamentos Acceso a bases de datos (servicio de información médica) Monitorización, asistencia de enfermos Sistemas de telealarma Teleconsulta y telediagnóstico

PLC en eHealth

PLC para eHealth Escenarios remotos: PLC como red de acceso Escenarios urbanos: PLC como infraestructura para el cableado de comunicaciones

Sistema de telealarma basado en PLC

Sistema de monitorización basado en PLC

Domótica (Smart Home) “Conjunto de sistemas automatizados de una vivienda que aportan servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación” Aplicaciones Seguridad Bienestar Domótica Entretenimiento (audio y vídeo) Cuidado del hogar Comunicaciones

Smart Home

Servicios de VoD Video on Demand (VoD) Películas bajo demanda (desde un nodo central) Programas grabados Canales de televisión Requisitos de servicios Triple Play

VoD sobre PLC Requisitos: Ancho de banda: Jitter de retardo Mínimo de 3 Mbps (actualmente, la tecnología PLC alcanza los 200 Mbps) Asegurar una tasa binaria constante Transmisión en multicast Jitter de retardo Menos exigente que voz Empleo de buffers en terminales

Piloto de VoD sobre PLC

Piloto de VoD sobre PLC

Automatización industrial (PYMEs) “Conjunto de tecnologías que emplean sistemas mecánicos, electrónicos y de información para el control y la monitorización de la producción industrial”. Ejemplos: Control de procesos Máquinas de control numérico Maquinaria de ensamblaje de componentes Robots Control de producción, gestión de stocks, etc. Aplicaciones para PYMEs Entornos de trabajo colaborativos (e-mail, ftp), comunicaciones P2P, teleconferencia, teletrabajo, etc.

Conectividad entre PYMEs

Sistema de visualización artificial

Sistema inteligente de control semafórico

Sistema inteligente de control semafórico

Sistema inteligente de control semafórico

Homeplug AV 1.0

Homeplug AV

Homeplug AV

Homeplug AV

Homeplug AV

Conexión de los adaptadores

Adaptadores

Adaptadores

Aplicación

Aplicación