PLC - Power Line Communications - 2009
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 Antˆonio Carlos
Avenida Minas Gerais, 3889 Araguari, Minas Gerais 38440–000
Email: lcduarte@cemig.com.br
A tecnologia de transmiss˜ao de dados, voz e imagem pela rede el´etrica est´a presente em quase todo o mundo. Experiˆencias feitas inclusive no Brasil provaram a robustez dessa tecnologia a um valor mais acess´ıvel e com maior abrangˆencia. Isto caracteriza que, dependendo dos valores dos equipamentos, a soluc¸˜ao PLC pode ser bastante competitiva em uma ´area que n˜ao disponha de servic¸o, pela simplicidade da soluc¸˜ao.
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. INTRODUC¸ ˜AO
A tecnologia PLC - Power Line Communications n˜ao pode ser considerada uma nova tecnologia, pois desde o in´ıcio do s´eculo XX as redes el´etricas tˆem sido utilizadas pelas empresas de energia el´etrica para suportar servic¸os de telecomunicac¸˜oes em usos internos. Exemplo desta utilizac¸˜ao
´e a transmiss˜ao de voz em linhas de alta tens˜ao, permitindo a comunicac¸˜ao entre pessoas situadas nas usinas geradoras e nas diversas subestac¸˜oes (carrier frequency system). Esta tecnologia tamb´em tem sido, ao longo do tempo, utilizada para telemedic¸˜ao alarmes e telecomandos. Estas aplicac¸˜oes eram caracterizadas pela largura de faixa estreita que utilizavam, trabalhando com freq¨uˆencias, sobre as linhas de energia, entre 3KHz e 148,5KHZ.
Nos ´ultimos anos um grande esforc¸o tem sido realizado para a produc¸˜ao de tecnologia que permita a utilizac¸˜ao da rede el´etrica para a transmiss˜ao de dados em banda larga. Este esforc¸o inclui o desenvolvimento de equipamentos para a rede de acesso, tanto em baixa quanto em m´edia tens˜ao, al´em de equipamentos a serem utilizados dentro das instalac¸˜oes do usu´ario. Para permitir a transmiss˜ao de dados em banda larga,
´e necess´aria a utilizac¸˜ao de freq¨uˆencias mais altas, tipica- mente entre 1,6MHz e 30 MHz. Os dispositivos atualmente dispon´ıveis permitem capacidades de at´e 45Mbps, estando previsto a partir do ano de 2005 um aumento desta taxa para at´e 100Mbps. A tecnologia PLC de banda larga tamb´em ´e denominada BPL (Broadband Power Line).
Existem experiˆencias sendo realizadas em todo o mundo, inclusive no Brasil, que j´a provaram a robustez da tecnolo- gia, sendo que em diversos pa´ıses j´a existe comercialmente dispon´ıvel o servic¸o de banda larga sobre a linha de energia. Adicionalmente, as empresas de energia el´etrica pretendem aproveitar a disponibilidade da banda larga at´e as instalac¸˜oes de seus usu´arios, para introduzir uma s´erie de melhorias na gerˆencia da rede e do comportamento dos consumidores, sendo a medic¸˜ao remota do consumo a mais evidente de todas.
II. CARACTER´ISTICAS DOSINALPLC
O sinal PLC ´e transmitido sobre os fios de cobre (ou alum´ınio) das redes de distribuic¸˜ao de baixa e m´edia tens˜ao. A transmiss˜ao de sinais de comunicac¸˜ao sobre as linhas de corrente alternada se torna dif´ıcil por diversos fatores, dentre eles:
• As caracter´ısticas topol´ogicas das linhas de distribuic¸˜ao de energia el´etrica (linhas abertas, de caracter´ısticas n˜ao lineares, a existˆencia de derivac¸˜oes ao longo de toda a linha, os transformadores, etc...).
• Existˆencia de ru´ıdos e interferˆencias n˜ao previs´ıveis, cau- sadas pela abertura e fechamento de circuitos, aparelhos conectados `as tomadas, etc...
• Problemas de seguranc¸a de dados pelo compartilhamento dos mesmos circuitos entre diversos consumidores.
• Irradiac¸˜oes das freq¨uˆencias transmitidas em linhas aber- tas, sem nenhum tipo de blindagem, com um enorme potencial de interferˆencia com sistemas que operam nas mesmas freq¨uˆencias, em bandas licenciadas ou n˜ao, no espac¸o aberto.
A t´ecnica de modulac¸˜ao deve permitir a superac¸˜ao destas restric¸˜oes. As t´ecnicas em geral utilizadas nos sistemas
Broadband PLC s˜ao:
• Spread Spectrum.
• Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM). III. A TOPOLOGIA DAREDE
Como n˜ao existem ainda padronizac¸˜oes na tecnologia PLC, a figura e o texto abaixo apresentam soluc¸˜oes e terminologias que podem ser diferentes em implementac¸˜oes de geradores de soluc¸˜ao ou fornecedores diversos.
Uma topologia t´ıpica de rede PLC pode ser visualizada na figura que se segue:
Figura 1. Figura 1: topologia t´ıpica de rede PLC (Fonte: ENDESA ).
Quatro n´ıveis de rede s˜ao mostrados na figura, quais sejam, a rede interna do usu´ario final, a rede de acesso, a rede de distribuic¸˜ao e a rede de Transporte, com a interconex˜ao com a internet. Comentaremos a seguir sobre estes quatro n´ıveis .
Rede Interna do Usu´ario Final
A rede do usu´ario final ´e constitu´ıda pela rede de distribuic¸˜ao el´etrica nas instalac¸˜oes do usu´ario, e pelos modems para conex˜ao dos equipamentos que ser˜ao interli- gados ao servic¸o de banda larga. In´umeros modems podem estar conectados nas tomadas de energia el´etrica dispon´ıveis em uma instalac¸˜ao de usu´ario.
Como alternativa, o usu´ario final pode conectar o seu modem PLC a um access point 802.11 e distribuir de forma wireless a rede de banda larga. Caso o usu´ario j´a disponha de rede cabeada distribu´ıda, este poder´a tamb´em utilizar esta rede para o acesso da broadband nos diversos pontos existentes.
Os modems PLC normalmente tˆem 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 tamb´em como um gateway para propiciar o servic¸o de Voz sobre IP - VoIP. Os modems podem tamb´em ser fornecidos integrados com access point 802.11, existindo ainda modelos equipados apenas para o servic¸o VoIP.
Rede de Acesso
A rede de acesso PLC se inicia junto ao medidor de energia el´etrica do usu´ario com introduc¸˜ao do equipamento Repetidor ou Equipamento Intermedi´ario (IE) . Este equipamento tem como func¸˜ao receber os sinais PLC gerados nos diversos modems existentes na rede, bypassar o medidor e reinjet´a- los na rede de baixa tens˜ao. No caso de edif´ıcios residenciais,
apenas um IE deve ser instalado, recebendo os sinais PLC que vem de todas as unidades deste edif´ıcio e reinjetando-os na rede de baixa tens˜ao.
Caso a distˆancia entre um IE e o transformador seja maior que 300 metros , ser´a necess´aria a introduc¸˜ao se um repetidor. Tamb´em ser´a necess´aria a introduc¸˜ao de Repetidor IE a cada 300 metros , para fazer a recomposic¸˜ao do sinal. Outras situac¸˜oes adversas na rede, que possam causar atenuac¸˜ao, podem requerer, tamb´em, a instalac¸˜ao de repetidores IE. Da mesma forma, redes de distribuic¸˜ao, cuja distˆancia entre o Modem PLC e o transformador, for suficientemente pequena, pode ser dispensar o repetidor, sendo o mesmo substitu´ıdo por uma ponte de acopladores na func¸˜ao de ”bypassar”o medidor. A rede de acesso termina em um equipamento que ´e um Repetidor Baixa Tens˜ao / M´edia Tens˜ao, tamb´em chamado de Transformer Equipment - TE. O TE, situado fisicamente junto ao transformador da rede el´etrica, recebe os sinais PLC colocados pelos diversos IE’s na rede de baixa tens˜ao, e os coloca na rede de m´edia tens˜ao. Caso n˜ao exista a rede PLC de m´edia tens˜ao, a rede da acesso PLC pode ser interconectada diretamente com uma rede de alta velocidade sobre fibra, sobre cabos met´alicos ou wireless. O equipamento que executa esta func¸˜ao ´e chamado de M´aster de Baixa Tens˜ao.
Rede PLC de Distribuic¸˜ao
A Rede PLC de Distribuic¸˜ao interconecta os Repetidores de Baixa Tens˜ao / M´edia Tens˜ao (TE), instalados junto aos transformadores de distribuic¸˜ao de energia el´etrica e promove a interconex˜ao do sinal PLC com a rede de transporte do Operador de Telecomunicac¸˜oes, e da´ı seguindo at´e alcanc¸ar um ponto de acesso `a rede internet. Esta interligac¸˜ao ´e efetuada atrav´es de equipamento denominado M´aster de M´edia Tens˜ao. Como foi visto, uma rede PLC pode ser constitu´ıda de apenas 4 tipos de equipamento, localizados em 4 n´ıveis. O modem PLC, O Repetidor de Baixa Tens˜ao, o Repetidor Baixa Tens˜ao / M´edia Tens˜ao e o M´aster de M´edia Tens˜ao. Dependendo do comprimento e topologia da rede, o repetidor de Baixa Tens˜ao poder´a ser suprimido, restando trˆes n´ıveis. Caso a interligac¸˜ao com a rede de transporte se dˆe atrav´es da linha de baixa tens˜ao, poderemos ter apenas os modems PLC e o Master de Baixa Tens˜ao.
Isto caracteriza que, dependendo dos valores dos equipa- mentos, a soluc¸˜ao PLC pode ser bastante competitiva em uma ´area que n˜ao disponha de servic¸o, pela simplicidade da soluc¸˜ao.
IV. EQUIPAMENTOS EACESSORIOS´ . Equipamentos
A seguir s˜ao apresentados fotos de equipamentos t´ıpicos de uma rede PLC, e que j´a foram descritos no cap´ıtulo anterior.
• Repetidor BT/BT
• Repetidores BT/MT
• Acess´orios
• Acopladores
Para se introduzir e adaptar os sinais de dados dos equipa- mentos PLC para as redes de Baixa e M´edia tens˜ao, s˜ao
Figura 2. Modem PLC (Fonte: PLC Utilities Alliance, PUA (2004) ).
Figura 3. Modem PLC (Fonte: website Ascom ).
Figura 4. Repetidor localizado junto ao medidor residencial.(Fonte:PLC Utilitie) .
Figura 5. Repetidor localizado em um gabinete outdoor. ( Fonte: PLC Forum (2004)) .
Figura 6. Repetidores BT/MT (Fonte: PLC Utilities Alliance, PUA (2004)).
necess´arios acopladores. Dois principais tipos de acopladores s˜ao utilizados, que s˜ao:
• Acopladores capacitivos, que injetam os sinais de da- dos atrav´es de contato direto com as linhas de energia el´etrica.
• Acopladores indutivos, que injetam os sinais por induc¸˜ao. As figuras abaixo apresentam exemplos de acopladores:
Figura 7. Acopladores (Fonte: PLC Utilities Alliance , PUA (2004)) .
Caixa de Distribuic¸˜ao
A Caixa de Distribuic¸˜ao ´e utilizada para facilitar a distribuic¸˜ao de sinal PLC em pain´eis el´etricos em edif´ıcios. Normalmente vem equipado tamb´em com um filtro de surtos, que filtra os ru´ıdos provocados pelos equipamentos ligados na rede el´etrica.
Isolador de Ru´ıdos
O Isolador de Ru´ıdos deve ser utilizado para a conex˜ao do modem PLC, quando no circuito aonde o modem ser´a conectado existir um ou mais aparelhos eletroeletrˆonicos. Isto permite um melhor desempenho do sistema PLC, com a reduc¸˜ao do n´ıvel de ru´ıdo na rede.
Figura 8. Isolador de Ruidos (Fonte: Mitsubishi e Hypertrade V SPLC - Goiˆania - 2004) .
Caixa de Distribuic¸˜ao
A Caixa de Distribuic¸˜ao, normalmente equipada com filtro de surto, promove a interface entre diversos modems PLC e um repetidor BT/BT. ´E normalmente utilizada para facilitar a distribuic¸˜ao de sinal PLC em pain´eis el´etricos em edif´ıcios.
Figura 9. Fonte: Mitsubishi e Hypertrade V SPLC - Goiˆania - 2004 .
Diversos fabricantes j´a est˜ao produzindo os equipamentos PLC em escala comercial. A lista que se segue apresenta alguns dos principais fornecedores, tanto na Europa, Estados Unidos e ´Asia.
• Ascom - http://www.ascom.com/plc
• DS2 - http://www.ds2.es/
• Dimat - http://www.dimat.com/
• Eichhoff - http://www.eichhoff.de/english/
• Vitran - http://www.yitran.com/
• Mitsubishi-http://global.mitsubishielectric.com/bu/plc
• Amperion - http://www.amperion.com/products.asp
• Intellon - http://www.intellon.com/
V. REGULAMENTAC¸ ˜AO EPADRONIZAC¸ ˜AO
Regulamentac¸˜ao
Dos Servic¸os: A Broadband PLC permite o provimento de diversos servic¸os de dados, v´ıdeo e voz, que s˜ao exatamente os mesmos que podem ser providos pelas outras tecnologias de broadband. O modelo adotado pela ANATEL para o mercado Brasileiro n˜ao exige nenhuma regulamentac¸˜ao adicional para a prestac¸˜ao dos servic¸os, utilizando a tecnologia PLC.
Dos produtos: Os produtos utilizados nas redes PLC necessitam receber certificac¸˜ao da ANATEL. Esta certificac¸˜ao ir´a buscar garantir dentre outras, a compatibilidade funcional, a compatibilidade eletromagn´etica, seguranc¸a el´etrica e atendimento aos requisitos de emiss˜ao de freq¨uˆencias, objetivando minimizar interferˆencias em outros sistemas.
Padronizac¸˜ao
Um forte inibidor para o desenvolvimento r´apido das redes Broadband PLC ´e a falta de padronizac¸˜ao nos produtos. Com a ausˆencia da padronizac¸˜ao, n˜ao existe interoperabilidade entre equipamentos de fabricantes diferentes.
Desta forma, um provedor de rede ap´os a escolha da tecnologia fica dependente da evoluc¸˜ao tecnol´ogica e dos prec¸os da tecnologia escolhida. Al´em disto os custos dos equipamentos permanecem elevados, dificultando uma adoc¸˜ao mais ampla da tecnologia, gerando um claro c´ırculo vicioso.
Buscando dentre outras, uma soluc¸˜ao para este problema, diversos players atuantes na tecnologia Broadband PLC criaram alguns f´oruns de discuss˜ao, que contribuem com os
´org˜aos de padronizac¸˜ao, principalmente na Europa, Estados Unidos e Jap˜ao. Dentre os f´oruns podem ser destacados:
• PLCForum - www.PLCforum.com, criado no in´ıcio de 2000, ´e constitu´ıdo de 45 membros regulares e 15 convidados permanentes. 77dos membros s˜ao entidades europ´eias, sendo a maioria constitu´ıda de fornecedores de produtos e desenvolvedores de soluc¸˜oes.
• PLC Utilities Alliance, criado no in´ıcio de 2002, con- stitu´ıdo de 8 empresas de Energia El´etrica europ´eias que atuam em 13 pa´ıses da Europa de um total de 25 pa´ıses no mundo todo. Essas empresas atendem a um mercado superior a 100 milh˜oes de consumidores.
• A HomePlug Powerline Alliance, formada em grande parte por fornecedores de produtos, visa basicamente estabelecer padronizac¸˜ao abertas dos equipamentos PLC de rede interna.
Com a seq¨uˆencia dos trabalhos de padronizac¸˜ao espera-se que ocorra um fenˆomeno equivalente ao que ocorreu com a padronizac¸˜ao do protocolo 802.11, promovido pela WiFi Alliance, que permitiu uma disseminac¸˜ao extraordin´aria das redes locais wireless, em todo o mundo.
Durante os ´ultimos anos, com o grande crescimento do interesse pela tecnologia PLC, diversas iniciativas de trials,
e atualmente algumas j´a de cunho comercial tem ocorrido em todo o mundo. O mapa que se segue mostra um retrato, n˜ao exaustivo, destas iniciativas, em uma vis˜ao de meados de 2004.
VI. EXPERIENCIASˆ EXISTENTES
Figura 10. Fonte: Arthur D. Little (2004) and PLCforum (2004) .
VII. CONCLUSAO˜
Sumarizando os resultados obtidos nas experiˆencias real- izadas, pode-se concluir:
• Os trabalhos realizados pela atividade PLC sobre a infra- estrutura el´etrica foram completados sem incidentes im- portantes.
• A tecnologia demonstrou n˜ao estar pronta para forneci- mentos comerciais.
• Os servic¸os de internet de banda larga e VoIP est˜ao dispon´ıveis na tecnologia.
• O PLC de M´edia Tens˜ao pode se tornar uma das princi- pais opc¸˜oes para as redes de distribuic¸˜ao de Broadband.
• O PLC dificilmente se tornar´a uma tecnologia competitiva frente `as outras tecnologias de acesso broadband.
• Os principais fornecedores de equipamentos e servic¸os de suporte est˜ao se envolvendo nos fornecimento de redes PLC.
• Empresas distribuidoras de energia el´etrica arriscadamente est˜ao se direcionando para iniciativas PLC de cunho comercial.
Conforme apresenta o mapa acima, CELG, ELETROPAULO, LIGHT, CEMIG, COPEL, dentre outras, s˜ao empresas distribuidoras de energia el´etrica que realizaram ou est˜ao realizando testes PLC no Brasil.
O beneficio que as distribuidoras de energia ter˜ao ser´a no valor agregado, pois a tecnologia proporciona mais inteligencia
´a rede eletrica. A vantagem viria da possibilidade de o sistema PLC agregar informac¸˜oes como medic¸˜ao de consumo, situac¸˜ao da iluminac¸˜ao p´ublica e at´e mesmo um problema em um transformador, permitindo melhor controle de qualidade dos servic¸os prestados.
REFERENCIASˆ
[1] Infovias, Cemig. P´agina da Intranet CEMIG.
