В современном мире беспроводные технологии активно вытесняют классические проводные технологии в сфере передачи информации. Однако не во всех отраслях беспроводные технологии оказываются востребованными. Примером такового отношения является электроэнергетика, а точнее подстанции и распределительные устройства. На таких объектах применяются  классические проводные технологии, поскольку считаются более надежными и безопасными. Считается, что проводные интерфейсы лучше защищены в плане электромагнитной совместимости, их можно экранировать или установить фильтры,  что позволяет уменьшить влияние помех в цепях управления исполнительными устройствами и релейной зашиты.  Так ли это на самом деле? Для того чтобы понять что лучше проведем сравнение проводных и беспроводных технологий.

В соответствии со стандартом СТО 70238424.17.220.20.005-2011, для всех устройств передачи информации должна обеспечиваться электромагнитная совместимость. Для этого все устройства связи и телемеханики, должны проходить испытания по электромагнитной совместимости согласно ГОСТ Р 51317.6.5. При электропитании устройств связи и телемеханики от системы собственных нужд по схеме фаза-земля в цепи питания должен быть включен разделительный трансформатор и фильтр питания с полосой запирания от 5 кГц до 5 МГц.

В настоящее время при проектировании систем для энергообьектов стараются использовать проводные интерфейсы передачи информации, такие как Ethernet , RS-485 и через PLC-модем. При подключении разнесенных по объекту систем с питанием от общей сети наиболее интересным является использование PLC-модема, так как передача информации осуществляется по цепям питания и не требует прокладки дополнительных проводов. Передача данных в системах PLC осуществляется  различными типами модуляций. Самыми  распространенными являются: частотная манипуляция (Frequency Shift Keying, FSK), частотная манипуляция с разнесенными частотами (Spread Frequency Shift Keying, S-FSK), двоичная фазовая манипуляция (Binary Phase Shift Keying, BPSK) и ортогональное мультиплексирование с частотным разделением каналов (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). В таблице 1 приведено сравнение различных типов модуляций на основании двух главных критериев – эффективности использования полосы частот и сложности реализации.

Таблица 1 – Сравнение эффективности и сложности реализации в зависимости от типа модуляции.

У использования  проводных интересов очень есть серьезная проблема, это необходимость защиты от помех и электромагнитных импульсов большой мощности которые могут возникать на энергетических объектах. Зачастую такие защиты сложнее, чем сами проводные интерфейсы и уменьшают скорость передачи информации.

Если рассматривать беспроводные технологии, то основным можно считать ZigBee. Рассмотрим особенности использования беспроводного интерфейса на примере ZigBee. Основная особенность технологии ZigBee заключается в том, что она при малом энергопотреблении поддерживает не только простые топологии сети («точка-точка», «дерево» и «звезда»), но и самоорганизующуюся и самовосстанавливающуюся ячеистую (mesh) топологию с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений. Устройства ZigBee должны быть совместимы со стандартом IEEE 802.15.4-2003 беспроводных персональных сетей этот стандарт определяет работу на частотах 2.4 ГГц (в мире, не лицензированная частота), 915 МГц (Американский континент) и 868 МГц (Европа) диапазон ISM. На частоте 2.4 ГГц есть 16 каналов ZigBee. Такие данные дают хорошую возможность применения во многих областях. Но как же быть с помехоустойчивостью, основному требованию на энергетических объектах? Насколько обеспечиваться электромагнитная совместимость для такого типа связи? В теории все должно соответствовать стандартам и иметь достаточный уровень помехоустойчивости. Для  наилучшей оценки устройства должны пройти испытания по электромагнитной совместимости согласно ГОСТ Р 51317.6.5-2006 (МЭК 61000-6-5:2001) У беспроводных интерфейсов есть явные плюсы, такие как: отсутствие проводов, как следствие меньше наведенных помех, низкое энергопотребление, простота и удобство организации сетей.

Однако есть и минусы, среди них можно выделить следующие: цена оборудования, ограничение по частотам и мощности, ограниченное расстояние без ретрансляторов.

В качестве сравнения двух типов передачи, предлагаю рассмотреть систему оперативных блокировок безопасности «Блокпост-1» изготовления ООО  «НПФ «ЭЛНАП» которая содержит в своем составе PLC-модем и радиомодем с технологией ZigBee. Оба канала дублируют друг друга, что дает возможность сравнения в равных условиях. Комплекс оборудования данной  системы был испытан по электромагнитной совместимости согласно ГОСТ Р 51317.6.5-2006 (МЭК 61000-6-5:2001)устойчивость к электромагнитным помехам технических средств применяемых на электростанциях и подстанциях. Комплекс оборудования проходил испытания на базе АО «Научно-производственное предприятие «Циклон-тест» (аттестат аккредитации РОСС RU.0001.21МЭ16 по 28.05.2019). По результатам испытаний комплекс соответствует ГОСТу. Нас особо  интересует несколько отдельных пунктов протокола испытаний приведенных в таблице 2.

Таблица 2 – Протокол испытаний комплекса электротехнического оборудования системы оперативных блокировок безопасности «Блокпост—1»

Из протокола можно сделать следующие выводы: оба вида интерфейса прошли испытания на ЭМСи могут быть использованы на электростанциях и подстанциях, что открывает возможность применения их при проектировании приборов и систем для энергетики. У PLC модема в цепь подключения был установлен фильтр и защита от импульсных помех, что усложнило конструкцию. Тогда как ZigBee радио модем не нуждался в дополнительной защите. У беспроводного интерфейса  в энергетике огромный потенциал, по многим показателям они намного лучше, из основных плюсов можно выделить:

1. испытания он прошел без дополнительных мер защиты;
2. он достаточно помехоустойчив;
3. за время испытаний пакеты информации приходили в полном объеме, без искажений;
4. удобны в проектировании и эксплуатации комплексов и систем;
5. не требуют проводов;
6. имеют небольшие габаритные размеры;
7. имеет минимальное потребление;
8. имеет достаточно низкую цену;

Подводя итог можно сказать, что беспроводной интерфейс ZigBee можно рекомендовать как хорошую альтернативу проводным технологиям при проектировании систем для электроэнергетики.

1. ГОСТ Р 51317.6.5-2006. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых на электростанциях и подстанциях. Требования и методы испытаний Москва – Изд-во Стандартинформ- 2007-31с.
2. СТО 70238424.17.220.20.005-2011. Системы связи для сбора и передачи информации в электроэнергетике. Условия создания. Нормы и требования. Дата введения: Дата введения – 01.12.2011,. – г. Москва. – 57с.– Стандарт организации Некоммерческое Партнерство «Инновации в электроэнергетике».
3. Алексей Пазюк. Любой протокол – по проводам: решения Texas Instruments для PLC-систем передачи данных. [Электронный ресурс]/ Алексей Пазюк //Новости электроники: отраслевое информационно-справочное издание.–2012. – №10(7) .– Режим доступа: http:// http://www.compel.ru– (Дата обращения: 20.02.2016).
4. Руслан Борисов. Состояние оперативной блокировки безопасности на объектах энергетики и мероприятия по повышению её надёжности. [Электронный ресурс]/ Борисов, Р. К. Жуликов, С. С. Ковалев, Д. И. Кокорин, С. А. Уситвина, А. А. Чернокоз, А. Я. Электричество. 2014.-№11(17-25) Режим доступа: http://electro.elpub.ru– (Дата обращения: 20.02.2016).
5. Акционерное общество «Научно-производственное предприятие «Циклон-Тест». Протокол  № 0904-2-15 испытаний комплекса электротехнического оборудования системы оперативных блокировок безопасности «Блокпост—1» по параметрам электромагнитной совместимости. 02 11 2015 г.-г. Фрязино, Московская область – 9с.

Все статьи автора «Зусев Сергей Анатольевич»