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Comunicación por línea eléctrica

Adaptador de línea eléctrica La comunicación por línea eléctrica ( PLC , por sus siglas en inglés) consiste en la transmisión de datos a través de un conductor (el portador de l...

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Adaptador de línea eléctrica

La comunicación por línea eléctrica ( PLC , por sus siglas en inglés) consiste en la transmisión de datos a través de un conductor (el portador de línea eléctrica ) que también se utiliza simultáneamente para la transmisión de energía eléctrica de corriente alterna o la distribución de energía eléctrica a los consumidores.

Se requiere una amplia gama de tecnologías de comunicación por línea eléctrica para diversas aplicaciones, desde la automatización del hogar hasta el acceso a Internet , a menudo denominado banda ancha por línea eléctrica (BPL). La mayoría de las tecnologías PLC se limitan a un solo tipo de cableado (como el cableado de una vivienda dentro de un mismo edificio), pero algunas pueden abarcar dos niveles (por ejemplo, tanto la red de distribución como el cableado de una vivienda). Normalmente, los transformadores impiden la propagación de la señal, lo que requiere múltiples tecnologías para formar redes muy extensas. Se utilizan diferentes velocidades de datos y frecuencias en distintas situaciones.

Existen varios problemas técnicos complejos comunes entre las comunicaciones inalámbricas y las que utilizan la red eléctrica, especialmente los relacionados con las señales de radio de espectro ensanchado que operan en entornos congestionados. La interferencia radioeléctrica, por ejemplo, ha sido durante mucho tiempo una preocupación para los grupos de radioaficionados . [ 1 ]

Historia

El equipo portador para líneas eléctricas, que apareció ya en 1925, fue diseñado para que las compañías eléctricas lo utilizaran con el fin de facilitar la comunicación con los técnicos que operaban equipos eléctricos de alta tensión, los cuales a menudo se ubicaban a cientos de kilómetros de la infraestructura telefónica existente. [ 2 ] En lugar de tender nuevos cables telefónicos dedicados a ubicaciones remotas, el equipo portador podía utilizarse para transmitir señales telefónicas a través de líneas eléctricas de alta tensión con una capacidad de hasta 220 000 voltios. Los electricistas instalaban el equipo portador de alta tensión, mientras que los técnicos de telefonía instalaban el equipo portador de baja tensión. [ 3 ]

El sistema de portadora M fue uno de los primeros sistemas de portadora desarrollados por AT&T para comunicaciones de larga distancia. El equipo de portadora M1 fue diseñado para usarse con líneas eléctricas rurales de 7200 voltios y podía instalarse sin interrumpir el suministro eléctrico a la red. Para 1953, el sistema Bell contaba con casi 10 000 estaciones de portadora M1 en servicio. [ 4 ]

Lo esencial

Los sistemas de comunicación por línea eléctrica funcionan mediante la adición de una señal portadora modulada al sistema de cableado. Los distintos tipos de comunicación por línea eléctrica utilizan diferentes bandas de frecuencia. Dado que el sistema de distribución eléctrica se diseñó originalmente para la transmisión de corriente alterna a frecuencias típicas de 50 o 60 Hz , los circuitos de cableado eléctrico tienen una capacidad limitada para transmitir frecuencias más altas. El problema de la propagación es un factor limitante para cada tipo de comunicación por línea eléctrica.

El principal factor que determina las frecuencias de la comunicación por línea eléctrica son las leyes que limitan la interferencia con los servicios de radio. El cableado para la transmisión de energía suele utilizar cable sin blindaje. Este cable puede causar interferencias de radio cuando se utiliza para señales de datos de alta frecuencia; consulte el apartado de blindaje electromagnético para obtener más información.

Muchos países regulan las emisiones cableadas sin blindaje como si fueran transmisores de radio. Estas jurisdicciones suelen exigir que los usos no autorizados se realicen por debajo de 500  kHz o en bandas de radio no autorizadas. Algunas jurisdicciones (como la UE) regulan aún más las transmisiones por cable. Estados Unidos constituye una excepción notable, ya que permite la inyección de señales de banda ancha de potencia limitada en cableado sin blindaje, siempre que este no esté diseñado para propagar ondas de radio en el espacio libre.

Las velocidades de datos y los límites de distancia varían considerablemente entre los distintos estándares de comunicación por línea eléctrica.  Las portadoras de baja frecuencia (aproximadamente 100-200 kHz) impresas en líneas de transmisión de alta tensión pueden transportar uno o dos circuitos de voz analógicos, o circuitos de telemetría y control con una velocidad de datos equivalente de unos cientos de bits por segundo; sin embargo, estos circuitos pueden tener muchos kilómetros de longitud. Las velocidades de datos más altas generalmente implican alcances más cortos; una red de área local que opere a millones de bits por segundo puede cubrir solo una planta de un edificio de oficinas, pero elimina la necesidad de instalar cableado de red dedicado.

Tipos

Aunque existen diferentes protocolos y legislación en todo el mundo, básicamente solo hay dos tipos de PLC: el PLC para interiores y el PLC para exteriores . [ 5 ]

  • PLC para interiores: El PLC para interiores se utiliza para redes LAN y aplicaciones domésticas de banda estrecha, como la automatización del hogar. Utiliza el cableado eléctrico de la vivienda para transmitir datos, inyectando la corriente directamente en los enchufes.
  • PLC para exteriores: se aplica en las transmisiones de líneas eléctricas principales, como el PLC de baja frecuencia (para telemetría y control de red), y en BPL, para la transmisión de internet a través de la red eléctrica. En este tipo de PLC, el equipo debe ser robusto para soportar los altos niveles de tensión de las líneas eléctricas.

Control de onda

El control de rizado añade un tono de audiofrecuencia a una línea de corriente alterna. Las frecuencias típicas van de 100 a 2400 Hz . Cada distrito suele tener su propia frecuencia, de modo que las zonas adyacentes no se ven afectadas. Los códigos se envían activando y desactivando lentamente el tono. El equipo en las instalaciones del cliente recibe los códigos y activa o desactiva los equipos del cliente. A menudo, el decodificador forma parte de un contador eléctrico estándar y controla relés. También existen códigos de servicios públicos, por ejemplo, para ajustar los relojes de los contadores eléctricos a medianoche.

De esta forma, la empresa de servicios públicos puede ahorrar hasta un 20 % en gastos de capital para equipos de generación. Esto reduce los costos de electricidad y combustible. Se previenen con mayor facilidad los cortes de energía parciales y rotativos. Las redes que utilizan cogeneración pueden habilitar equipos auxiliares para los clientes cuando los generadores están en funcionamiento para producir calor en lugar de electricidad.

Un inconveniente para los clientes es que a veces se pierde el código para encender el equipo, o que los cortes de luz resultan inconvenientes o peligrosos. Por ejemplo, durante una fiesta, una ola de calor peligrosa o cuando hay equipos médicos vitales en las instalaciones. Para solucionar estos casos, algunos equipos incluyen interruptores para evitar los cortes de luz. Algunos medidores cambian a una tarifa de facturación más alta cuando se activa el interruptor de fiesta .

Larga distancia, baja frecuencia

Las compañías eléctricas utilizan condensadores de acoplamiento especiales para conectar los transmisores y receptores de radio a los conductores de corriente alterna. Los medidores de potencia suelen emplear pequeños transformadores con amplificadores lineales de decenas de vatios. La mayor parte del coste de cualquier sistema PLC reside en la electrónica de potencia. En comparación, la electrónica de codificación y decodificación suele ser compacta y se encuentra en un circuito integrado específico. Por lo tanto, incluso los complejos estándares OFDM pueden resultar económicos.

Las frecuencias utilizadas oscilan entre 24 y 500  kHz, con niveles de potencia de transmisión de hasta cientos de vatios . Estas señales pueden aplicarse a uno, dos o los tres conductores de una línea de transmisión de CA de alta tensión. Varios canales PLC pueden acoplarse a una misma línea de alta tensión. En las subestaciones se utilizan dispositivos de filtrado para evitar que la corriente de frecuencia portadora se derive a través de los equipos de la estación y para garantizar que las fallas distantes no afecten a los segmentos aislados del sistema PLC. Estos circuitos se utilizan para el control de la aparamenta y para la protección de las líneas de transmisión. Por ejemplo, un relé de protección puede utilizar un canal PLC para desconectar una línea si se detecta una falla entre sus dos terminales, pero mantener la línea en funcionamiento si la falla se encuentra en otro punto del sistema.

Si bien las compañías de servicios públicos utilizan microondas y, cada vez más, cables de fibra óptica para sus necesidades principales de comunicación del sistema, el sistema de transmisión por línea eléctrica aún puede ser útil como canal de respaldo o para instalaciones muy simples y de bajo costo que no justifican la instalación de líneas de fibra óptica, o que son inaccesibles para la radio u otras comunicaciones.

Diseño

Para seccionar la red de transmisión y protegerla contra fallas, se conecta un filtro de ondas en serie con la línea de transmisión. Estos filtros constan de una o más secciones de circuitos resonantes que bloquean las ondas portadoras de alta frecuencia (24–500  kHz) y permiten el paso de la corriente de frecuencia industrial (50–60  Hz). Los filtros de ondas se utilizan en las subestaciones de la mayoría de las centrales eléctricas para evitar que las ondas portadoras entren en los equipos de la subestación. Cada filtro de ondas cuenta con un pararrayos para protegerlo de sobretensiones.

Se utiliza un condensador de acoplamiento para conectar los transmisores y receptores a la línea de alta tensión. Esto proporciona una ruta de baja impedancia para la energía portadora hacia la línea de alta tensión, pero bloquea el circuito de frecuencia industrial al constituir una ruta de alta impedancia. El condensador de acoplamiento puede formar parte de un transformador de tensión capacitivo utilizado para la medición de voltaje.

Los sistemas de transmisión por línea eléctrica han sido durante mucho tiempo los favoritos de muchas empresas de servicios públicos porque les permiten transmitir datos de forma fiable a través de una infraestructura que controlan.

Una estación repetidora de portadora PLC es una instalación donde se actualiza una señal PLC transmitida por una línea eléctrica . Para ello, la señal se filtra de la línea eléctrica, se demodula y se modula en una nueva frecuencia portadora , para luego inyectarse nuevamente en la línea. Dado que las señales PLC pueden abarcar largas distancias (varios cientos de kilómetros), estas instalaciones solo existen en líneas eléctricas muy largas que utilizan equipos PLC.

Comunicación por línea eléctrica

La comunicación por portadora de línea eléctrica (PLCC) se utiliza principalmente para telecomunicaciones , teleprotección y telemonitoreo entre subestaciones eléctricas a través de líneas eléctricas de alto voltaje , como 110 kV, 220 kV, 400 kV. [ 6 ]

La modulación que se suele utilizar en estos sistemas es la modulación de amplitud . La frecuencia portadora se emplea para señales de audio, protección y una frecuencia piloto. La frecuencia piloto es una señal en el rango de audio que se transmite continuamente para la detección de fallos.

La señal de voz se comprime y filtra en el  rango de 300 a 4000 Hz, y esta frecuencia de audio se mezcla con la frecuencia portadora. La frecuencia portadora se filtra, amplifica y transmite nuevamente. La potencia de transmisión de estas frecuencias portadoras de alta frecuencia estará en el rango de 0 a +32 dBW . Este rango se establece según la distancia entre las subestaciones.

PLCC se puede utilizar para interconectar centrales telefónicas privadas (PBX).

Lectura automática del contador

La PLC es una de las tecnologías utilizadas para la lectura automática de contadores. Tanto los sistemas unidireccionales como los bidireccionales se han utilizado con éxito durante décadas. El interés en esta aplicación ha crecido sustancialmente en los últimos tiempos, no tanto por el interés en automatizar un proceso manual, sino por el interés en obtener datos actualizados de todos los puntos de medición para un mejor control y operación del sistema. La PLC es una de las tecnologías empleadas en los sistemas de Infraestructura de Medición Avanzada (AMI).

En un sistema unidireccional (solo de entrada), las lecturas se transmiten desde los dispositivos finales (como los contadores) a través de la infraestructura de comunicación hasta una estación maestra que las publica. Un sistema unidireccional puede ser más económico que uno bidireccional, pero resulta difícil de reconfigurar si cambia el entorno operativo.

En un sistema bidireccional (que admite tanto la entrada como la salida), se pueden transmitir comandos desde la estación maestra a los dispositivos finales (medidores), lo que permite reconfigurar la red, obtener lecturas o transmitir mensajes, etc. El dispositivo al final de la red puede responder (entrada) con un mensaje que contiene el valor deseado. Los mensajes de salida inyectados en una subestación eléctrica se propagarán a todos los puntos posteriores. Este tipo de transmisión permite que el sistema de comunicación llegue simultáneamente a miles de dispositivos, todos los cuales se sabe que tienen energía y han sido identificados previamente como candidatos para la reducción de carga. El PLC también puede ser un componente de una red inteligente .

Frecuencia media (100  kHz)

Estos sistemas se utilizan con frecuencia en países donde es ilegal transmitir señales que interfieran con la radio convencional.

Control domótico (banda estrecha)

La tecnología de comunicación por línea eléctrica permite utilizar el cableado eléctrico de una vivienda para la automatización del hogar : por ejemplo, el control remoto de la iluminación y los electrodomésticos sin necesidad de instalar cableado de control adicional.

Por lo general, los dispositivos de comunicación por línea eléctrica para el control del hogar funcionan modulando una onda portadora de entre 20 y 200 kHz en el cableado doméstico, en el transmisor. La portadora se modula mediante señales digitales. Cada receptor del sistema tiene una dirección y puede ser controlado individualmente por las señales transmitidas a través del cableado doméstico y decodificadas en el receptor. Estos dispositivos pueden conectarse a tomas de corriente convencionales o instalarse de forma permanente. Dado que la señal portadora puede propagarse a viviendas (o apartamentos) cercanas en el mismo sistema de distribución, estos sistemas de control tienen una dirección que identifica al propietario. Una tecnología popular conocida como X10 se utiliza desde la década de 1970. [ 7 ]

El bus de línea eléctrica universal , introducido en 1999, utiliza modulación por posición de pulso (PPM). El método de la capa física es un esquema muy diferente al del X10. [ 8 ] LonTalk , parte de la línea de productos de automatización del hogar LonWorks , fue aceptado como parte de algunos estándares de automatización. [ 9 ]

Banda estrecha de baja velocidad

Las comunicaciones de banda estrecha por línea eléctrica comenzaron poco después de que el servicio eléctrico se generalizara. Alrededor del año 1922, los primeros sistemas de frecuencia portadora comenzaron a operar sobre líneas de alta tensión con frecuencias de 15 a 500  kHz para fines de telemetría, y esto continúa. [ 10 ] Productos de consumo como alarmas para bebés han estado disponibles al menos desde 1940. [ 11 ]

En la década de 1930, se introdujo la señalización por portadora ondulada en los  sistemas de distribución de media (10–20 kV) y baja tensión (240/415 V).

Durante muchos años, se buscó una tecnología bidireccional económica adecuada para aplicaciones como la lectura remota de contadores. La compañía eléctrica francesa Électricité de France (EDF) desarrolló un prototipo y estandarizó un sistema llamado modulación por desplazamiento de frecuencia ensanchada o S-FSK. (Véase IEC 61334 ). Actualmente es un sistema sencillo y de bajo coste con una larga trayectoria; sin embargo, tiene una velocidad de transmisión muy lenta. En la década de 1970, la Compañía Eléctrica de Tokio realizó experimentos que demostraron el éxito del funcionamiento bidireccional con varios cientos de unidades. [ 12 ] A partir de 2012El sistema se utilizó ampliamente en Italia y en algunas otras partes de la UE.

S-FSK envía una ráfaga de 2, 4 u 8 tonos centrada en el momento en que la línea de CA pasa por el punto de tensión cero. De esta forma, los tonos evitan la mayor parte del ruido de radiofrecuencia producido por el arco eléctrico. (Es común que los aisladores sucios produzcan arcos eléctricos en el punto de mayor tensión, generando así una ráfaga de ruido de banda ancha). Para evitar otras interferencias, los receptores pueden mejorar su relación señal/ruido midiendo la potencia de los tonos 1 , de los tonos 0 o la potencia diferencial de ambos. Diferentes distritos utilizan diferentes pares de tonos para evitar interferencias. La sincronización de bits se recupera normalmente a partir de los límites entre tonos, de forma similar a una UART . La sincronización se centra aproximadamente en el cruce por cero con un temporizador desde el cruce por cero anterior. Las velocidades típicas son de 200 a 1200 bits por segundo, con un bit por ranura de tono. Las velocidades también dependen de la frecuencia de la línea de CA. La velocidad está limitada por el ruido y la fluctuación (jitter) del cruce por cero de la línea de CA, que se ve afectada por las cargas locales. Estos sistemas suelen ser bidireccionales, con contadores y centrales que envían datos y comandos. En niveles superiores de los protocolos, las estaciones (normalmente contadores inteligentes) pueden retransmitir mensajes. (Véase IEC 61334 ).

Desde mediados de la década de 1980, ha habido un gran interés en aprovechar el potencial de las técnicas de comunicaciones digitales y el procesamiento digital de señales . El objetivo es crear un sistema fiable y económico que permita su amplia instalación y que pueda competir en costes con las soluciones inalámbricas. Sin embargo, el canal de comunicaciones de banda estrecha por línea eléctrica presenta numerosos desafíos técnicos; se dispone de un modelo matemático del canal y una revisión de los trabajos realizados. [ 13 ]

Las aplicaciones de las comunicaciones por red eléctrica varían enormemente, como cabría esperar de un medio tan ampliamente disponible. Una aplicación natural de la comunicación por línea eléctrica de banda estrecha es el control y la telemetría de equipos eléctricos como contadores, interruptores, calentadores y electrodomésticos. Diversos proyectos en desarrollo están considerando estas aplicaciones desde una perspectiva sistémica, como la gestión de la demanda . [ 14 ] En este caso, los electrodomésticos coordinarían de forma inteligente el uso de sus recursos, por ejemplo, limitando las cargas máximas.

Las aplicaciones de control y telemetría incluyen tanto aplicaciones del lado de la empresa de servicios públicos , que involucran equipos pertenecientes a la compañía de servicios públicos hasta el medidor doméstico, como aplicaciones del lado del consumidor , que involucran equipos en las instalaciones del consumidor. Las posibles aplicaciones del lado de la empresa de servicios públicos incluyen la lectura automática de medidores (AMR), el control dinámico de tarifas, la gestión de carga, el registro de perfiles de carga, el control de crédito, el prepago, la conexión remota, la detección de fraude y la gestión de redes, [ 15 ] y podrían extenderse para incluir gas y agua.

Open Smart Grid Protocol (OSGP) es una de las tecnologías y protocolos PLC de banda estrecha más probados para la medición inteligente. A partir de 2019 , existenMás de cinco millones de contadores inteligentes, basados ​​en OSGP y que utilizan PLC BPSK, se han instalado y están en funcionamiento en todo el mundo [ 16 ] . La Alianza OSGP lideró un esfuerzo para establecer una familia de especificaciones publicadas por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) que se utilizan junto con el estándar de red de control ISO/IEC 14908 para aplicaciones de redes inteligentes. OSGP proporciona información de comando y control para contadores inteligentes, módulos de control de carga directa, paneles solares, pasarelas y otros dispositivos de la red inteligente. OSGP sigue un enfoque moderno y estructurado basado en el modelo de protocolo OSI para hacer frente a los desafíos cambiantes de la red inteligente.

En la capa física, OSGP utiliza actualmente ETSI 103 908 como su estándar tecnológico. Este utiliza modulación por desplazamiento de fase binaria a 3592,98 BAUD, utilizando un tono portador de 86,232  KHz ± 200 ppm. [ 17 ] (Nota: El reloj de bits es casi exactamente 1/24 de la portadora). En la capa de aplicación de OSGP, ETSI TS 104 001 proporciona un almacenamiento de datos orientado a tablas basado, en parte, en los estándares ANSI C12.19 / MC12.19 / 2012 / IEEE Std 1377 para tablas de datos de dispositivos finales de la industria de servicios públicos y ANSI C12.18 / MC12.18 / IEEE Std 1701, para sus servicios y encapsulación de carga útil. Este estándar y sistema de comandos proporciona no solo medidores inteligentes y datos relacionados, sino también una extensión de propósito general a otros dispositivos de red inteligente.

Un proyecto de EDF, Francia, incluye gestión de la demanda, control del alumbrado público, medición y facturación remota, optimización de tarifas específicas para cada cliente, gestión de contratos, estimación de gastos y seguridad en las aplicaciones de gas. [ 18 ]

También existen numerosas aplicaciones especializadas que utilizan la red eléctrica doméstica como un práctico enlace de datos para la telemetría. Por ejemplo, en el Reino Unido y Europa, un sistema de monitorización de audiencia televisiva utiliza la comunicación por línea eléctrica como vía de transmisión de datos entre los dispositivos que monitorizan la actividad televisiva en diferentes habitaciones de la casa y un concentrador de datos conectado a un módem telefónico.

Banda estrecha de velocidad media

La tecnología del sistema de portadora de línea de distribución (DLC) utilizaba un rango de frecuencia de 9 a 500  kHz con una velocidad de datos de hasta 576 kbit/s . [ 19 ]

Un proyecto llamado Gestión de Energía en Tiempo Real a través de Líneas Eléctricas e Internet (REMPLI) fue financiado por la Comisión Europea entre 2003 y 2006. [ 20 ]

Los sistemas más modernos utilizan OFDM para transmitir datos a velocidades de bits más altas sin causar interferencias de radiofrecuencia. Estos sistemas emplean cientos de canales de datos de transmisión lenta. Generalmente, pueden adaptarse al ruido desactivando los canales que presentan interferencias. El costo adicional de los dispositivos de codificación es mínimo en comparación con el costo de la electrónica de transmisión. Esta última suele constar de un amplificador operacional de alta potencia, un transformador de acoplamiento y una fuente de alimentación. Se requiere una electrónica de transmisión similar en sistemas más antiguos y lentos, por lo que, con la mejora de la tecnología, un mejor rendimiento puede resultar muy asequible.

En 2009, un grupo de proveedores formó la alianza Powerline Intelligent Metering Evolution (PRIME). [ 21 ] Tal como se entrega, la capa física es OFDM , muestreada a 250  kHz, con 512 canales de modulación por desplazamiento de fase diferencial  de 42 a 89 kHz. Su velocidad de transmisión más rápida es de 128,6 kbit/s , mientras que la más robusta es de 21,4 kbit/s . Utiliza un código convolucional para la detección y corrección de errores. La capa superior suele ser IPv4 . [ 22 ]

En 2011, varias empresas, entre ellas operadores de redes de distribución ( ERDF , Enexis), proveedores de contadores ( Sagemcom , Landis&Gyr) y proveedores de chips ( Maxim Integrated , Texas Instruments , STMicroelectronics , Renesas ), fundaron la Alianza G3-PLC [ 23 ] para promover la tecnología G3-PLC. G3-PLC es el protocolo de capa baja que permite la infraestructura a gran escala en la red eléctrica. G3-PLC puede operar en la banda A de CENELEC (35 a 91  kHz) o en la banda B de CENELEC (98  kHz a 122  kHz) en Europa, en la banda ARIB (155  kHz a 403  kHz) en Japón y en la FCC (155  kHz a 487  kHz) para EE. UU. y el resto del mundo. La tecnología empleada es OFDM muestreada a 400  kHz con modulación adaptativa y mapeo de tonos. La detección y corrección de errores se realizan mediante un código convolucional y la corrección de errores Reed-Solomon . El control de acceso al medio requerido se toma de IEEE 802.15.4 , un estándar de radio. En el protocolo, se ha elegido 6loWPAN para adaptar IPv6 , una capa de red de Internet, a los entornos restringidos de las comunicaciones por línea eléctrica. 6loWPAN integra enrutamiento, basado en la red de malla LOADng, compresión de encabezado, fragmentación y seguridad. G3-PLC ha sido diseñado para una comunicación extremadamente robusta basada en conexiones fiables y altamente seguras entre dispositivos, incluyendo el cruce de transformadores de media tensión a baja tensión. Con el uso de IPv6, G3-PLC permite la comunicación entre medidores, actuadores de red y objetos inteligentes. En diciembre de 2011, la tecnología G3 PLC fue reconocida como estándar internacional en la UIT en Ginebra, donde se hace referencia a ella como G.9903, [ 24 ] Transceptores de comunicación por línea eléctrica de multiplexación por división de frecuencia ortogonal de banda estrecha para redes G3-PLC.

Transmisión de programas de radio

En ocasiones, el PLC se utilizaba para transmitir programas de radio a través de líneas eléctricas. Cuando operaba en la banda de radio AM, se le conoce como sistema de corriente portadora .

Alta frecuencia (≥ 1  MHz)

Las comunicaciones de alta frecuencia pueden (re)utilizar grandes porciones del espectro radioeléctrico para la comunicación, o pueden utilizar bandas (estrechas) seleccionadas, dependiendo de la tecnología.

Red doméstica (LAN)

La comunicación por línea eléctrica también se puede utilizar en el hogar para interconectar ordenadores, periféricos y dispositivos de entretenimiento doméstico con puerto Ethernet . Los adaptadores Powerline se enchufan a las tomas de corriente para establecer una conexión Ethernet mediante el cableado eléctrico existente (las regletas con filtro pueden absorber la señal de la línea eléctrica). Esto permite que los dispositivos compartan datos sin la incomodidad de instalar cables de red dedicados.

Los estándares de redes eléctricas más utilizados son los de Nessum Alliance y HomePlug Powerline Alliance . HomePlug Powerline Alliance anunció en octubre de 2016 que cesaría sus actividades y su sitio web (homeplug.org) fue cerrado. Nessum (anteriormente HD-PLC ) y HomePlug AV, la especificación más reciente de HomePlug, fueron adoptadas por el grupo IEEE 1901 como tecnologías base para su estándar, publicado el 30 de diciembre de 2010. HomePlug estima que se han instalado más de 45 millones de dispositivos HomePlug en todo el mundo. Otras empresas y organizaciones respaldan diferentes especificaciones para redes eléctricas domésticas, como Universal Powerline Association , SiConnect , Xsilon y la especificación G.hn (HomeGrid) de la UIT-T .

Redes fuera del hogar (LAN)

Con la diversificación de las aplicaciones de IoT, la demanda de comunicación de datos de alta velocidad, como la transmisión de datos de vídeo de alta definición o datos de sensores de alta frecuencia, está aumentando en el ámbito de los edificios inteligentes, las fábricas inteligentes, las ciudades inteligentes , etc. En estos casos de uso, también se pueden utilizar las tecnologías de comunicación por línea eléctrica, que ofrecen la misma ventaja de reutilizar los cables existentes.

Nessum ha desarrollado una tecnología de múltiples saltos que permite construir redes a gran escala. Además, la última tecnología de Nessum (tecnología HD-PLC de cuarta generación) ofrece múltiples canales, lo que posibilita una comunicación de alta velocidad y largo alcance mediante la selección del canal óptimo.

Banda ancha a través de la red eléctrica

La banda ancha por línea eléctrica (BPL) es un sistema para transmitir datos bidireccionales a través del cableado de distribución eléctrica de media tensión (MC) existente, entre transformadores, y del cableado de baja tensión (BT) entre el transformador y las tomas de corriente del cliente (normalmente de 100 a 240  V). Esto evita el coste de una red de cableado dedicada para la comunicación de datos, así como el coste de mantener una red dedicada de antenas, radios y enrutadores en una red inalámbrica.

BPL utiliza algunas de las mismas frecuencias de radio que los sistemas de radiocomunicación inalámbrica. El BPL moderno emplea Wavelet-OFDM, FFT-OFDM o espectro ensanchado por salto de frecuencia para evitar el uso de frecuencias que ya están en uso, aunque las primeras normas BPL anteriores a 2010 no lo hacían. Las críticas a BPL desde esta perspectiva se refieren a las normas anteriores a OPERA e IEEE 1905 .

El estándar BPL OPERA se utiliza principalmente en Europa por los proveedores de servicios de Internet (ISP). En Norteamérica, se utiliza en algunos lugares (como la isla de Washington, Wisconsin), pero su uso más generalizado lo realizan las empresas de distribución eléctrica para la gestión de contadores inteligentes y la gestión de la carga.

Desde la ratificación del estándar LAN IEEE 1901 (Nessum, HomePlug) y su amplia implementación en los chipsets de enrutadores convencionales, los estándares BPL más antiguos no son competitivos para la comunicación entre tomas de corriente alterna dentro de un edificio, ni entre el edificio y el transformador donde se encuentran las líneas de media tensión y baja tensión.

Frecuencia ultra alta (≥ 100  MHz)

Las transmisiones de mayor velocidad a través de la red eléctrica utilizan radiofrecuencia mediante microondas, transmitidas a través de un mecanismo de propagación de ondas superficiales en modo transversal que requiere un único conductor. Una implementación de esta tecnología se comercializa como E-Line . Estas utilizan microondas en lugar de las bandas de baja frecuencia, hasta 2-20  GHz. Si bien pueden interferir con la radioastronomía [ 25 ] cuando se utilizan en exteriores, es probable que las ventajas de velocidades comparables a las de los cables de fibra óptica sin necesidad de nuevo cableado compensen este inconveniente.

Estos sistemas afirman ofrecer comunicación simétrica y dúplex completo a velocidades superiores a 1 Gbit/s en cada dirección. [ 26 ]  Se ha demostrado la operación de múltiples canales Wi-Fi con televisión analógica simultánea en las bandas no licenciadas de 2,4 y 5,0 GHz a través de un único conductor de línea de media tensión. Debido a que el modo de propagación subyacente es de banda ancha (en el sentido técnico), puede operar en cualquier punto de la región de 20  MHz a 20  GHz. Además, como no está restringido a frecuencias inferiores a 80  MHz, como ocurre con la BPL de alta frecuencia, estos sistemas pueden evitar los problemas de interferencia asociados con el uso de espectro compartido con otros servicios licenciados o no licenciados. [ 27 ]

Estándares

A principios de 2010, se aplicaban dos conjuntos de estándares claramente diferentes a las redes eléctricas.

En los hogares, las normas IEEE 1901 especifican cómo deben utilizarse, a nivel mundial, los cables de CA existentes para la transmisión de datos. La norma IEEE 1901 incluye Nessum y HomePlug AV como tecnologías de referencia. Cualquier producto compatible con IEEE 1901 puede coexistir y ser totalmente interoperable entre productos que utilicen la misma tecnología. Por otro lado, los dispositivos de control doméstico de media frecuencia siguen divididos, aunque X10 tiende a ser el estándar dominante. Para su uso en la red eléctrica, IEEE aprobó  en 2013 una norma de baja frecuencia (≤ 500 kHz) denominada IEEE 1901.2. [ 28 ]

Varias organizaciones competidoras han desarrollado especificaciones, entre ellas la HomePlug Powerline Alliance (desaparecida), la Universal Powerline Association (desaparecida) y la Nessum Alliance (activa). En octubre de 2009, la UIT-T adoptó la Recomendación G.hn/G.9960 como estándar de redes para comunicaciones de alta velocidad por línea eléctrica, cable coaxial y línea telefónica. [ 29 ] La National Energy Marketers Association (una organización comercial estadounidense) también participó en la promoción de estándares. [ 30 ]

En julio de 2009, el Comité de Estándares de Comunicación por Línea Eléctrica del IEEE aprobó su borrador de estándar para banda ancha sobre líneas eléctricas. El estándar final IEEE 1901 se publicó el 30 de diciembre de 2010 e incluyó características de HomePlug y Nessum. La comunicación por línea eléctrica a través de dispositivos compatibles con IEEE 1901 e IEEE 1905 se indica mediante la certificación nVoy a la que se comprometieron todos los principales proveedores de dichos dispositivos en 2013. El NIST ha incluido IEEE 1901 (Nessum, HomePlug AV) e ITU-T G.hn como "Estándares adicionales identificados por el NIST sujetos a revisión adicional" para la red inteligente en los Estados Unidos . [ 31 ] El IEEE también desarrolló un estándar de baja frecuencia para redes inteligentes de larga distancia llamado IEEE 1901.2 en 2013. [ 28 ] 

Aplicaciones

La tecnología PLC se utiliza ampliamente en los siguientes sistemas para potenciar edificios inteligentes, fábricas inteligentes, redes eléctricas inteligentes y ciudades inteligentes, etc., como solución para reducir los costos de construcción de redes. [ 32 ]

  • Sistemas de infraestructura de medición avanzada (AMI)
  • Microinversores
  • sistemas HVAC
  • Ascensores
  • baterías de almacenamiento
  • farolas inteligentes
  • Sistemas de control de iluminación
  • Sistemas de intercomunicación
  • Sistemas de cámaras de seguridad

Desafíos

El principal problema del PLC hasta la fecha reside en el cableado de alimentación sin blindaje ni trenzado. Este tipo de cableado libera una cantidad significativa de energía de radio, lo que podría interferir con otros usuarios que utilizan la misma banda de frecuencia. Además, los sistemas BPL (Banda Ancha por Línea Eléctrica) pueden sufrir interferencias de las señales de radio producidas por el cableado del PLC. [ 5 ]

Para las redes domésticas que dependen de la tecnología de comunicación por línea eléctrica, el mayor desafío sigue siendo cómo lidiar con el ruido eléctrico que se introduce en el sistema desde los electrodomésticos comunes. Cada vez que se enciende o se apaga un electrodoméstico, se genera ruido que podría interrumpir la transferencia de datos a través del cableado. Los productos IEEE certificados como compatibles con HomePlug 1.0 se han diseñado para no interferir ni recibir interferencias de otros dispositivos conectados a la misma red eléctrica doméstica. [ 33 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "ARRL refuerza los argumentos a favor de la muesca obligatoria de BPL" . Comunicado de prensa . Liga Estadounidense de Radioaficionados . 2 de diciembre de 2010. Consultado el 24 de noviembre de 2011 .
  2. ↑ Wolfe, W. (enero de 1925). "Telefonía portadora en líneas eléctricas de alta tensión" . Bell System Technical Journal . 4 (1): 152– 177. Bibcode : 1925BSTJ....4..152W . doi : 10.1002/j.1538-7305.1925.tb03232.x . Consultado el 19 de junio de 2025 .
  3. ↑ Dunham, J. (enero de 1948). "Tratamiento de la línea eléctrica para el sistema telefónico portador M1" (PDF) . Bell Labs Record . 26 (1): 2– 5. Recuperado el 19 de junio de 2025 .
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Lecturas adicionales

  • Comunicación por línea eléctrica: Sistema potencial y crítico, tecnologías existentes y perspectivas de desarrollo futuro http://www.tesionline.it/default/tesi.asp?idt=34078
  • Blackburn, JL, ed. (1976). Relés de protección aplicados . Newark, NJ: Westinghouse Electric Corp., Relay-Instrument Division. ISBN 9781118701515LCCN 76008060 . OCLC 2423329 .​  
  • Carcelle, Xavier (2006). Réseaux CPL par la pratique (en francés). París: Eyrolles. ISBN 978-2-212-11930-5OCLC 421746698​​ 
  • "Nessum" . Sitio web oficial . Alianza Nessum.
  • Alianza OSGP
  • Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones

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