Přenos zpráv po silnoproudých vedeních a sítích

Tento obecný trend vysvětluje i důvod, proč je i dnes třeba, v situaci s mnoha rozvinutými telekomunikačními službami a sítěmi, věnovat se tématice využívání silnoproudých vedení a sítí jakožto dalšího přenosového média pro realizaci transportních i přístupových telekomunikačních sítí. Již v dobách užívání stejnosměrných energetických rozvodů vznikla myšlenka použít vybudované elektroenergetické sítě i pro přenos informací, které by sloužily pro řízení a kontrolu jejího provozu. Ve střídavých energetických sítích byly pak nasazeny systémy s přenosem signálů střídavých proudů o frekvencích vyšších, než byla nominální frekvence sítě, a tak zhruba od 30. let minulého století se začaly zavádět i systémy hromadného dálkového ovládání (HDO), které z jediného centrálního místa vysílaly signál do silnoproudé sítě, na který pak reagovaly přijímače HDO, vyvolávající buď smluvený signál, nebo spínací funkci.

Výstavba robustních a mechanicky náročných dálkových silnoproudých vedení vn a vvn lákala hned na počátku rozvoje energetiky k myšlence využít je i pro přenos telefonie. To odstartovalo i první pokusy s tzv. vf elektrárenskou telefonií používající principů telekomunikačních systémů nosné telefonie v pásmu desítek a stovek kHz. Ta pak dosáhla značného rozšíření po celém světě. Útlum tohoto prostředku však způsobila nová technologie, při které se do ochranného metalického lana vzdušných trojfázových vedení vvn vestavěl speciální optický kabel, pomocí kterého je možno takovýmto vedením přenést relativně velké datové toky, které jsou obvyklé v klasických telekomunikačních sítích s optickými kabely. V ČR tato nová technologie zcela vytlačila původní elektrárenskou telefonii, ovšem v zemích s velmi rozsáhlými energetickými sítěmi tato změna představuje obrovské investice. A tak se v současné době pro toto přechodné období vyvíjejí nové systémy, které se snaží původní analogové modulace elektrárenské telefonie nahradit digitálními modulacemi.
V posledních letech se pro sdělovací systémy využívající elektroenergetická vedení a sítě rozšířila mezinárodní zkratka PLC z angl. Power Line Communication nebo PLT z angl. Power Line Telecommunication. Je to obecně zkratka pro všechny úzkopásmové i širokopásmové systémy tohoto typu.
Další vývoj telekomunikační techniky pak umožnil aplikace, využívající i nn distribučních částí energetických sítí pro vytváření úzkopásmových systémů, sloužících pro účely lokálního ovládání, signalizace a dálkového měření (např. odečty stavů elektroměrů). Pokročilé přenosové  technologie, vyvinuté zejména pro přenos telekomunikačních signálů v rádiových prostředích s vysokou hladinou rušení (technika rozprostřeného spektra, OFDM, CDMA ), však umožnily i realizaci širokopásmových datových systémů s vysokými přenosovými rychlostmi v relativně velmi nepříznivém elektromagnetickém prostředí distribučních elektroenergetických sítí. V souvislosti s rozvojem datových sítí a širokopásmových přenosových zařízení vznikla v devadesátých letech minulého století i ekonomická potřeba využití distribučních sítí nn právě i pro přenos širokopásmových signálů. Jde nejen o vytvoření přístupové sítě až k jednotlivému spotřebiteli elektrické energie, ale i o vytváření speciálních služeb v rámci skupiny budov, jedné budovy nebo dokonce jednoho bytu. Tyto systémy umožňují přenos digitálních signálů v rámci distribuční nn sítě na vzdálenosti řádově stovek metrů až jednotek kilometrů při přenosových rychlostech řádově jednotek, desítek, ale i stovek Mbit/s. Takovéto přenosové systémy se, kromě obecné zkratky PLC, nejčastěji označují zkratkami BPL (Broadband Power Line), DBPL (Digital Broadband Power Line) nebo též PDSL (Power Digital Subscriber Line).
Jeden z možných současných klasifikačních pohledů na soubor telekomunikačních služeb přenášených pomocí silnoproudých sítí ukazuje následující schéma.

Oproti dosud převažující infrastruktuře elektroenergetických sítí, která je založena na relativně menším počtu energetických zdrojů velkých výkonů, dochází k významným změnám v oblasti nových alternativních energetických zdrojů, které mohou být i relativně malovýkonové a jsou rozptýleny po celém distribučním území. Některé z těchto zdrojů (např. malé fotovoltaické systémy) jsou dokonce detašovány až do úrovně jednotlivých budov, ale přitom mohou i svými malými výkony přispívat do veřejné energetické sítě.
Tato struktura však přináší problémy např. se stabilitou provozu a synchronizací společné sítě. Aby energetická síť vlivem velkého množství různých zdrojů nezkolabovala, je nutné zavést do sítě velmi sofistikované a efektivní řízení, které umožní ovládat energetickou síť až na úrovni těchto jednotlivých zdrojů. Účinnost úspěšného řízení tzv. „inteligentních energetických Smart Grids sítí", které jsou tvořeny velkým počtem zdrojů (stovky) a několikanásobně větším počtem odběrných míst (stovky tisíc), je kriticky závislá na typu a množství dodaných informací ze zdrojů a spotřebičů energie. Řízení by též mělo umožnit, na základě podrobných informací o aktuální spotřebě, rekonfiguraci sítě tak, aby bylo dosaženo co nejmenších ztrát při přenosu energie. Kromě toho by však rozptýlenost jednotlivých zdrojů a inteligentní řízení mělo zajistit i rychlé a efektivní řešení kritických stavů, které nastávají při poruchách rozvodné sítě vlivem výpadků zdrojů nebo poškozením vedení.
Tyto plánované technologické změny ve zdrojích a infrastruktuře energetických sítí, nutně potřebují i nové přístupy k využití teleinformatických systémů v celé energetické soustavě. Některé jsou skryty ve zkratkách AMR (Automatic Meter Reading - Automatizované dálkové odečítání), AMI (Advanced Metering Infrastructure- Automatizované měřicí a řídicí infrastruktury), AMM (Automated Meter Management – Manažment automatizovaného měření) a souhrnné měřicí, diagnostické a řídící technologii pod názvem Smart Grids (SG).
Smart Grids (SG) představuje integrální spojení energetických a telekomunikačních sítí, které směřuje k efektivnímu řízení výroby a spotřeby energie v reálném čase jak v lokální, tak i v globální oblasti. Princip fungování těchto sítí je založen na obousměrné interaktivní komunikaci mezi dílčími provozními body sítě na straně výroby, rozvodu i spotřeby energie. Teleinformatické prostředky v síti umožňují v reálném čase jednak sběr informací, diagnostiku jednotlivých částí sítě a operativní řízení na straně výroby a rozvodu, ale i rozšíření možností v oblasti prodeje, a také volbě tarifních možností na straně spotřeby, podle programovaných či okamžitých požadavků spotřebitelů. Pod pojmem „energetická síť" se však skrývá nejen elektro- energetická síť, ale i sítě pro výrobu a rozvod plynu i tepla, vodárenské distribuční soustavy aj.
SG mohou též výrazně přispět k efektivitě celé soustavy i v budoucích podmínkách, kdy se bude zvyšovat trend využívání elektromobilů, výstavba „inteligentních budov" a „inteligentních domácností", užívání stejnosměrného přenosu energie i dalších koncepčních změn ve výrobě, transportu, skladování a distribuci elektrické energie.
Silnoproudá energetická síť, původně projektovaná jen pro přenos technického kmitočtu 50 Hz, je tedy dnes využívána i pro přenosy signálů mnohem vyšších frekvencí. Přitom jednotlivé napěťové úrovně sítě jsou využívány v různých frekvenčních pásmech a pro různé sdělovací účely. Jeden z možných klasifikačních přístupů z hlediska typických frekvenčních pásem uvádí tabulka 1.

Tab. 1. Typická kmitočtová pásma pro přenos sdělovacích signálů po silnoproudých vedeních

V celém dlouhém historickém vývoji v souvislosti s využíváním silnoproudých vedení a sítí pro účely sdělování, nabývá též stále více na důležitosti problematika elektromagnetické kompatibility. Nejde však jen o rušení telekomunikačních přenosů rušivými vlivy silnoproudé sítě, ale i o vzájemné nežádoucí ovlivňování různých telekomunikačních systémů. S rozvojem telekomunikačních aplikací je pak právě tato oblast středem zájmu konstruktérů i provozovatelů telekomunikačních systémů i normalizačních a regulačních institucí.
Vzhledem k mohutnému rozvoji typických telekomunikačních prostředků po vedeních i rádiovou cestou, budou však technologie PLC/BPL, jen pomalu dohánět tyto konkurenční technologie z hlediska kvantity. To však neznamená, že budou bez šance v řadě aplikací, kde mohou projevit svou hlavní výhodu – jednoduché a levné komunikační využití metalického vedení již vybudovaného pro silnoproudé účely. Šanci zvyšují i možnosti kombinace s dalšími telekomunikačními prostředky i možnosti efektivního nasazení v zemích s nedostatečnou telekomunikační infrastrukturou.

Dne 12. 12. 2012 byl dokončen tisk nové monografie s názvem „Využívání silnoproudých vedení a sítí pro přenos zpráv", která se zabývá problematikou PLC/BPL v jedenácti kapitolách:

• Úvod
• Historie a rozvoj elektroenergetických sítí
• Historie využívání elektroenergetických sítí k přenosu zpráv
• Přenosové parametry elektroenergetických vedení
• Systémy hromadného dálkového ovládání (HDO)
• Využití nerozvětvených elektroenergetických vedení vvn a vn pro přenos zpráv
• Úzkopásmové PLC systémy pro lokální telematiku
• Širokopásmové přenosové systémy BPL po distribučních elektroenergetických vedeních
• Problematika elektromagnetické kompatibility PLC systémů
• Postavení PLC systémů v procesech konvergence teleinformatických sítí a služeb i budování Smart Grids
• Závěr

Je známo, že ve světě i u nás existují publikace, věnující se jednotlivým dílčím částem této problematiky. Zaměření této publikace je však vedeno snahou o přehledné vyjádření poznatků celého komplexu oblasti využívání silnoproudých vedení a sítí pro sdělovací účely. Tento přístup je volen jednak proto, že je ve světové a určitě v české technické literatuře ojedinělý, a také proto, že chce oslovit nejen úzké specialisty, ale zejména též studenty a širší slaboproudou i silnoproudou technickou veřejnost.

Vydavatel: České vysoké učení technické v Praze, Česká technika – nakladatelství ČVUT, Thákurova 1, 160 41 Praha 6
Vydání 1. Rozsah 230 stran, prodejní cena 285 Kč
ISBN 978-80-01-05168-9

Možnosti zakoupení:

• Univerzitní knihkupectví odborné literatury - v přízemí Národní technické knihovny, Technická 6, Praha 6-Dejvice
• E-shop - https://eobchod.cvut.cz/