Hệ thống thông tin điện lự trong bảo vệ và điều khiển hệ thống điện

.122 Trang 4 Danh mục các kí hiệu, các chữ cái viết tắt AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều ADC Analog to Digital Converter Bộ biến đổi tơng tự – sốAWG America Wiring Gauge Qu

Trang Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các hình vẽ, bảng biểu

Mở đầu

Chơng 1- Sự phát triển của các hệ thống thông tin điện lực

1.1 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin điện lực 4

1.2 Vai trò và chức năng của các hệ thống thông tin điện lực 6

1.3 Những vấn đề chung về hệ thống thông tin 7

1.3.1 Những khái niệm cơ bản 7

1.3.2 Các chế độ truyền tin 11

1.3.3 Giao thức thông tin và một số cấu trúc mạng 14

Chơng 2 - Kênh truyền tín hiệu 2.1 Các kênh truyền tín hiệu 19

2.2 Yêu cầu đối với các kênh truyền tín hiệu 22

2.3 Đặc tính các kênh truyền tín hiệu trong hệ thống thông tin điện lực 23

2.3.1 Dây dẫn phụ và cáp thông tin 23

2.3.2 Kênh truyền tải ba 27

2.3.3 Kênh truyền bằng sóng vô tuyến 42

2.3.4 Cáp quang 58

Chơng 3 - Kênh truyền cáp quang trên đờng dây 500kV 3.1 Kênh truyền cáp quang trên hệ thống 500kV Bắc – Nam 73

3.2.2 Cấu trúc hệ thống thông tin quang trong bảo vệ so lệch dọc 74

Chơng 4 - Mạng thông tin điện lực Việt Nam 4.1 Hệ thống thông tin điện lực Việt Nam 107

4.1.1 Hệ thống thông tin quang 108

4.1.2 Mạng truyền dẫn vô tuyến 115

4.1.3 Kênh truyền tải ba PLC 117

4.1.4 Mạng cáp đồng 11 9

4.2 Phân cấp kỹ thuật trong mạng viễn thông điện lực Việt Nam .121

4.2.1 Tổ chức quản lý vận hành 121

4.2.2 Phân cấp kỹ thuật trong hệ thống .122

4.3 Đánh giá nhợc điểm hệ thống thông tin điện lực Việt Nam 124

4.3.1 Nhợc điểm chung .124

4.3.2 Thiết bị và công nghệ 124

4.3.3 Khả năng cung cấp dịch vụ 125

4.4 Xu hớng phát triển và những kiến nghị 126

Tài liệu tham khảo

Danh mục các kí hiệu, các chữ cái viết tắt

AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều

ADC Analog to Digital Converter Bộ biến đổi tơng tự – số

AWG America Wiring Gauge Qui chuẩn về dây dẫn của Mỹ CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CCVT Capacitor Couple Voltage Transformer

Biến điện áp kiểu tụ

CT Current Transformer Máy biến dòng điện

DC Down Converter Bộ biến đổi hạ tần

DCD Differential Coder Bộ mã hoá vi sai

DEMUX Demultiplexer Bộ phân kênh

DE-MOD Demodulation Bộ giải điều chế

D-DEC Differential Decorder Bộ giải mã vi sai

DIP Diplexer Bộ phân nhánh cao tần

DMS Demand Managerment System Hệ thống quản lý nhu cầu

sử dụng điện năng

DSC Descramble Bộ giải mã ngẫu nhiên

EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuyếch đại sợi quang pha tạp nguyên tử đất hiếm Erbium EMS Energy Management System Hệ thống quản lý năng lợng E/O Electrical to Optical Bộ biến đổi điện – quang

GI Grade Index Chiết suất biến đổi đều

GIS Geographical Information System Hệ thống thông tin địa lý

HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản IEC International Electrical Commitee Hiệp hội điện lực quốc tế

itu International Telecommunication Union

Liên hợp Viễn thông quốc tế LAN Local Area Network Mạng nội bộ

LCD Liquid Crystal Diod Điot tinh thể lỏng

LD Laser Diod Điot laze

LED Lighting Emitter Diod Điot phát quang

LNA Low Noise Amplifier Bộ khuyếch đại tạp âm nhỏ

MM Multi Mode Sợi đa mode

MOD Modulator Bộ điều chế

MUX Multiplexer Bộ ghép kênh

NRZ Non Return to Zero Mã tín hiệu không

quay trở về không

O/E Optical to Electrical Bộ biến đổi quang - điện

PLC Power Line Carrier Kênh truyền tải ba

PE Polyethylen Nhựa tổng hợp polyetylen

RLO Receive Local Oscillator Bộ dao động nội thu

RTU Remote Terminal Unit Thiết bị đầu cuối

R-DEMUX Radio Demultiplexer Phân khung vô tuyến

R-MUX Radio Multiplexer Bộ ghép khung vô tuyến

SCADA Supervisory Control Hệ thống giám sát, điều khiển And Data Acquisition và thu thập dữ liệu từ xa

SDH Synchronous Digital Hierry Chuẩn phân cấp đồng bộ

SI Step Index Chiết suất bậc

SM Single Mode Sợi đơn mode

STM Synchronous Transfer Mode Chuẩn truyền dẫn đồng bộ

STP Shielded Twisted Pair Cáp đôi dây xoắn có bọc kim TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol

Giao thức chuẩn truyền Internet TLO Tranmitter Local Oscillator Bộ dao động nội phát

UC Up Converter Bộ biến đổi nâng tần

UTP Unshielded Twisted Pair Cáp đôi dây xoắn không bọc kim

VC Virtual Container Contennơ ảo

WDM Wavelengthe Division Multiplex Kỹ thuật dồn kênh theo bớc sóng

Danh mục các hình vẽ và bảng biểu

Hình 1.1 Nguyên tắc cơ bản của truyền thông

Hình 1.2 Các chế độ truyền bit

Hình 1.3 Một số cấu trúc bus

Hình 2.1 Liên hệ giữa các thiết bị bảo vệ với kênh truyền tín hiệu

Hình 2.2 Cấu trúc cáp đồng trục

Hình 2.3 Cáp đôi dây xoắn và tác dụng trung hoà trờng điện từ

Hình 2.4 Hai kiểu cáp STP và UTP

Hình 2.5 Quan hệ tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn trong cáp AWG 24

Hình 2.6 Sơ đồ đấu nối thông tin tải ba trên đờng dây

Hình 2.7 Cấu tạo cơ bản của cuôn cản

Hình 2.8 Đặc tính tổng trở cuộn cản khi hiệu chỉnh một tần số

Hình 2.9 Đặc tính tổng trở cuộn cản khi hiệu chỉnh một tần số có đấu thêm điện trở

Hình 2.10 Đặc tính tổng trở cuộn cản khi hiệu chỉnh hai tần số

Hình 2.11 Sơ đồ hiệu chỉnh bộ lọc băng

Hình 2.12 Sơ đồ khối tủ thông tin PLC

Hình 2.13 Cơ chế phản xạ của tầng điện ly

Hình 2.14 Các lớp trong tầng điện ly

Hình 2.15 Sơ đồ khối hệ thống thông tin viba số

Hình 2.16 Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng với các góc tới khác nhau

Hình 2.17 Dải phổ sóng điện từ

Hình 2.18 Cấu trúc cơ bản hệ thống thông tin quang

Hình 2.19 Cấu trúc sợi quang

Hình 2.20 Đờng đi của tia sáng trong sợi quang

Hình 2.21 Các loại sợi quang và biến thiên chiết suất theo bán kính sợi

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện có hãm

Hình 3.3 Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch có hãm

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm hài bậc 2

Hình 3.5 Sơ đồ bảo vệ so lệch dọc đờng dây Nho Quan – Hà Tĩnh 2

Hình 3.6 Cấu trúc hệ thống thông tin quang trong bảo vệ so lệch dọc

Hình 3.7 Hình dạng của rơle P546

Hình 3.8 Các chức năng đợc tích hợp trong P546

Hình 3.9 Sơ đồ khối qúa trình phát thông tin quang của P546

Hình 3.10 Trao đổi thông tin giữa các rơle P546 ở khoảng cách gần

Hình 3.11 Cấu trúc bộ biến đổi MiCOM P591

Hình 3.12 Các phần tử chính của hệ thống tủ thông tin quang

Hình 3.13 Hốc cộng hởng laze tiêu biểu

Hình 3.14 Tín hiệu quang sau khi qua máy thu

Hình 3.15 Sơ đồ máy thu quang tiêu biểu

Hình 3.16 Cấu trúc một trạm lặp quang thông thờng

Hình 3.17 Cấu tạo bộ khuyếch đại quang sợi pha tạp đất hiếm Erbium

Hình 3.18 Một số ứng dụng của hiT 7070

Hình 3.19 Sơ đồ khối cơ bản của SURPASS hiT 7070

Hình 4.1 Cấu hình hệ thống đờng trục cáp quang lớp 1

Hình 4.2 Cấu hình hệ thóng đờng trục cáp quang mạch vòng lớp 1

Hình 4.3 Sơ đồ mạng đờng trục cáp quang lớp 2

Hình 4.4 Cấu trúc sáu tuyến viba số dự phòng

Hình 4.5 Kênh truyền PLC tuyến trục miền Bắc

Hình 4.6 Kết nối tổng đài PLC tại Nhà máy điện Phả Lại

Hình 4.7 Cấu trúc mạng cáp đồng trong thông tin điện lực

Bảng 2.1 Các băng tần số vô tuyến

Bảng 2.2 Phân loại sợi quang

Mở đầu

Hệ thống điện là một thể thống nhất từ các quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng Trong đó hệ thống thông tin giữ vai trò quan trọng trong việc liên kết các phần tử và các quá trình trên lại với nhau Việc phá vỡ mối quan hệ trên sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho hệ thống điện và nền kinh tế quốc dân Hệ thống thông tin có nhiệm vụ cung cấp trạng thái làm việc của thiết bị điện tới hệ thống trung tâm, đảm bảo cho hệ thống bảo vệ và điều khiển từ xa làm việc hiệu quả, tin cậy Ngoài ra nó còn cung cấp thông số hệ thống cho quá trình tối u hoá chế độ vận hành và xử lý sự cố Thông tin trong hệ thống điện thờng nằm dới dạng mã của các giá trị đo lờng, tín hiệu điều khiển bảo vệ từ xa, tín hiệu cảnh báo và thoại Do đó tìm hiểu và nghiên cứu kĩ hệ thống thông tin điện lực là một việc cần thiết đối với bất kì kỹ s điện nào

• Mục đích, đối tợng và phạm vi nghiên cứu

- Mục đích của đề tài : đánh giá các loại kênh thông tin điện lực, đa ra kiến

nghị và xây dựng mô hình phát triển hệ thống viễn thông điện lực

- Đối tợng và phạm vi nghiên cứu: các loại kênh thông tin trong hệ thống điện

bao gồm dây dẫn phụ và cáp đồng, kênh tải ba PLC, kênh vô tuyến siêu cao tần, cáp quang

• ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

- Về ý nghĩa khoa học: đề tài đi từ những khái niệm cơ bản của lý thuyết

truyền tin, tìm hiểu cấu trúc các kênh thông tin và đánh giá những u nhợc

điểm của nó

- Về tính thực tiễn: nghiên cứu cấu trúc hệ thống viễn thông Việt Nam trong

đó chú trọng đến kênh truyền thông tin quang Từ đó đa ra nhận xét, kiến nghị và mô hình phát triển hệ thống viễn thông Việt Nam

• Bố cục của luận văn:

Luận văn đợc trình bày trong 4 chơng

- Chơng 1: Sự phát triển của các hệ thống thông tin điện lực

Tìm hiểu lịch sử phát triển của thông tin điện lực trên thế giới và những chức năng, vai trò của nó trong hệ thống điện Đồng thời đa ra những khái niệm cơ bản của lý thuyết truyền tin

- Chơng 2: Kênh truyền tín hiệu

Đa ra cấu trúc, đặc tính và yêu cầu của các kênh truyền tín hiệu

- Chơng 3: Kênh truyền cáp quang trên đờng dây 500kV Bắc – Nam

Nghiên cứu nguyên lý làm việc và cấu trúc hệ thống thông tin quang trên

đờng dây 500kV Bắc – Nam

Giới thiệu thiết bị xử lý và truyền thông tin quang hiện đại SURPASS hiT

7070 của hãng Siemens (Đức)

- Chơng 4: Mạng thông tin điện lực Việt Nam

Tìm hiểu cấu trúc mạng thông tin điện lực Việt Nam, sự phân cấp kỹ thuật và phân cấp quản lý của hệ thống này

Đánh giá u nhợc điểm và kiến nghị xu hớng phát triển của mạng viễn thông điện lực Việt Nam

Để hoàn thành luận văn này ngoài nỗ lực của bản thân, tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Hệ Thống Điện – Trờng ĐHBK Hà Nội đã truyền

thụ những kiến thức và phơng pháp nghiên cứu quý báu, đặc biệt là Thầy giáo

VS.GS.TSKH Trần Đình Long đã tận tình hớng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá

trình làm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên giúp

đõ Xin chân thành cảm ơn Trung tâm Thí nghiệm điện 1, Công ty Viễn thông

điện lực và Trung tâm Điều độ Quốc gia đã giúp đỡ và cung cấp những tài liệu quý báu để tôi hoàn thành bản luận văn này

Trong quá trình làm bản luận văn này không thể tránh khỏi những sai sót, tôi mong thầy cô và các bạn góp ý, phê bình để bản luận văn đợc hoàn thiện hơn

Chơng 1: Sự phát triển của các hệ thống

thông tin điện lực

1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin

điện lực

Trong quá trình phát triển của lịch sử loài ngời luôn gắn liền với các giai

đoạn phát triển công nghệ thông tin trong đó việc phát minh ra ngôn ngữ là cuộc cách mạng truyền thông lớn nhất đầu tiên Sau đó con ngời đã sử dụng lửa để thông tin trong một thời gian dài vì có khả năng truyền đạt thông tin hiệu quả và nhanh chóng Xã hội loài ngời đã có bớc nhảy vọt đặc biệt khi chữ viết ra đời Chính chữ viết là phơng tiện lu giữ và truyền đạt thông tin một cách hiệu quả

mà không bị giới hạn bởi thời gian và không gian Đi kèm với ứng dụng chữ viết

là các dịch vụ thông tin đa th và thông báo Sau đó với sự ra đời của công nghệ

in đã thúc đẩy hơn nữa việc phát triển phơng tiện truyền tin và cho con ngời có khả năng thông tin với nhiều ngời hơn nữa và với các khoảng cách xa hơn

ừ T cuối thế kỉ 18 đầu thế kỉ 19 loài ngời đã có bớc phát triển nhảy vọt khi công nghệ truyền thanh và truyền thông bằng điện ra đời ăm 1830, Michael NFaraday tìm ra định luật điện từ trờng Năm 1850, đại số Boolean của George Boolers đã tạo nền móng cho logic học và phát triển các rơle điện Trong khoảng thời gian này đờng cáp xuyên Đại Tây Dơng đợc lắp đặt để phục vụ cho thông tin điện tín Năm 1870, Maxwell đã đa ra học thuyết điện từ trờng bằng các công thức toán học Dựa vào lý thuyết này Henrich Hezt đã truyền đi và nhận

đợc sóng vô tuyến thành công bằng cách dùng điện trờng và tổng đài điện thoại đầu tiên đợc thành lập vào năm 1876 ngay sau khi Graham Bell phát minh

ra điện thoại Sau khi Guglieno Mareconi của Italy lắp đặt một trạm vô tuyến để phát tín hiệu điện tín thì thông tin vô tuyến mới bắt đầu ứng dụng rộng rãi trong thực tế, cho đến ngày nay thông tin vô tuyến vẫn phát triển không ngừng và góp phần quan trọng trong thông tin loài ngời

Trong lịch sử phát triển viễn thông, con ngời luôn luôn tìm tòi phát minh ra các công nghệ truyền dẫn mới Một trong những phát minh quan trọng nhất và

ảnh hởng lớn nhất đến hiện tại là công nghệ thông tin quang Bắt đầu từ những

lý thuyết về ánh sáng ban đầu cùng với phát triển của vật liệu bán dẫn, con ngời

đã phát minh thông tin quang để truyền tải thông tin với nhiều u điểm hơn hẳn

so với các hệ thống thông tin khác Sự nghiên cứu về thông tin quang hiện đại bắt

đầu bằng phát minh thành công Laser năm 1960 và bằng khuyến nghị của Kao và Hockham năm 1966 về việc chế tạo sợi quang có tổn thất thấp Sau đó 4 năm Kapron đã chế tạo thành công sợi quang có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20dB/km Sau đó vào những năm 70 ngời ta đã nghiên cứu, phát triển các công nghệ mới nhằm giảm suy hao đờng truyền và tăng dải thông Năm 1979 ngời

ta đã chế tạo ra sợi quang có Abastoes có tổn thất chỉ còn 0,18dB/km Ngày nay dựa trên công nghệ sợi quang và Laser bán dẫn mà ta có thể truyền khối lợng lớn dữ liệu đi xa hàng trăm km với sợi quang chỉ bằng sợi tóc mà không cần tái tạo Không chỉ dừng ở đó con ngời còn tìm tòi ra những công nghệ mới hơn nữa

mà tiêu biểu là các hoạt động nghiên cứu trong một lĩnh vực mới photo học Đây

là một lĩnh vực mới quan trọng đối với tất cả các hệ thống thông tin quang, có khả năng phát hiện, xử lý, trao đổi và truyền dẫn thông tin bằng phơng tiện ánh sáng Cho đến ngày nay thông tin quang đã phát triển mạnh mẽ và đóng vai trò cực kì quan trọng trong thông tin hiện đại

1.2 Vai trò và chức năng của hệ thống thông tin

điện lực trong hệ thống điện

Ngày nay các nhà máy điện, hệ thống truyền tải, phân phối và các hộ tiêu thụ điện trong hệ thống điện có mối quan hệ chặt chẽ với nhau để tạo thành một thể thống nhất Nếu phá vỡ những mối quan hệ đó sẽ dẫn đến những hậu quả nặng nề cho hệ thống nói riêng và cả nền kinh tế nói chung Do đó vấn đề thông tin liên lạc chiếm vị trí rất quan trọng và là thành phần không thể thiếu trong hệ thống điện Nó tham gia vào mọi hoạt động quản lý, vận hành, điều khiển hệ thống điện

Trong vận hành hệ thống điện để đảm bảo hoạt động đồng bộ, chất lợng

điện năng và độ tin cậy cung cấp điện thì đòi hỏi mạng lới điều khiển vận hành phải có mức độ tơng ứng với sự trợ giúp của các thiết bị tự động, thiết bị truyền tin và điều khiển từ xa Chính nhờ hệ thống thông tin mà chúng ta giám sát và

điều chỉnh đợc các thông số vận hành, thực hiện đợc các tín hiệu điều khiển chỉ huy thao tác cũng nh liên động giữa các bảo vệ Đặc biệt khi xảy ra sự cố nếu hệ thống thông tin không làm tốt chức năng của mình thì sẽ không kịp thời

xử lý Điều đó sẽ gây ra những rối loạn cho hệ thống và nếu nặng nề hơn sẽ gây tan rã hệ thống Do đó khả năng cung cấp dịch vụ, độ an toàn tin cậy của hệ thống thông tin đóng vai trò quan trọng và ảnh hởng rất lớn đến sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng

Ngày nay hệ thống thông tin điện lực thực hiện các chức năng sau:

• Đáp ứng nhu cầu thông tin vận hành cho các trung tâm điều độ, đảm bảo thông suốt quá trình trao đổi tín hiệu bảo vệ giữa các rơle

• Đảm bảo truyền số liệu tốc độ cao phục vụ công tác đo lờng từ xa, tự

động hoá điều khiển hệ thống điện cũng nh cho các hệ thống SCADA/EMS/DMS

• Cung cấp các dịch vụ đa phơng tiện nh truyền hình quan sát từ xa, truyền số liệu thời gian thực

• Đảm bảo nhu cầu thông tin quản lý cho các cơ quan chức năng, phục vụ công tác quản lý kinh doanh và phân phối điện năng

• Tạo khả năng liên kết mạng tổng đài và liên kết mạng truyền số liệu

• Tăng cờng cho mạng viễn thông quốc gia và cung cấp thêm nhiều dịch vụ viễn thông mới

1.3 Những vấn đề chung về hệ thống thông tin

Thông tin là một trong những khái niệm cơ sở quan trọng nhất trong khoa

học kỹ thuật Nếu vât chất và năng lợng là nền tảng của vật lý và hoá học thì thông tin lại là chủ thể của tin học và công nghệ thông tin Đó là cơ sở cho sự giao tiếp và là thớc đo mức nhận thức, sự hiểu biết về một vấn đề, một sự kiện hoặc một hệ thống

Dữ liệu là khái niệm dùng để mô tả và lợng hoá thông tin để từ đó có thể lu trữ, xử lý trong máy tính

Lợng thông tin là mức độ của mức giảm tính bất định hay còn đợc hiểu là giá trị về sự hiểu biết của một nguồn tin mang lại Lợng thông tin đợc đo bằng

đơn vị bit Ví dụ để khẳng định tính đúng/ sai chỉ cần một bit để ghi mã 1 hoặc 0

Để biểu diễn hay phân biệt một chữ cái trong bảng ký tự 256 chữ cái và ký hiệu cần 8 bit

Tín hiệu là diễn biến của một đại lợng vật lý chứa đựng tham số thông

tin/dữ liệu và có thể truyền dẫn đợc Theo quan điểm toán học thì tín hiệu đợc coi nh một hàm của thời gian Trong các lĩnh vực kỹ thuật các tín hiệu thờng dùng là điện quang, khí nén và thuỷ lực Các tham số thờng dùng trực tiếp, gián tiếp hay kết hợp để biểu thị nội dung thông tin là biên độ, tần số, nhịp xung, độ rộng xung, sờn xung và góc pha

Nếu không phân biệt tính chất vật lý của tín hiệu ta có thể phân loại tín hiệu dựa theo tập hợp giá trị của tham số thông tin hoặc dựa theo diễn biến thời gian thành những loại sau:

• Tơng tự: tham số thông tin có thể có giá trị bất kỳ trong một khoảng nào

đó

• Rời rạc: tham số thông tin chỉ có thể có một số giá trị rời rạc nhất định

• Liên tục: Tín hiệu là một hàm liên tục của biến thời gian trong một khoảng xác định

• Gián đoạn: tín hiệu chỉ có ý nghĩa tại những thời điểm nhất định

Giao tiếp hay truyền thông là một quá trình trao đổi thông tin giữa hai chủ

thể với nhau, đợc gọi là các đối tác giao tiếp theo một phơng pháp đợc qui

định trớc Đối tác này có thể quan sát hoặc điều khiển đối tác khác Các đối tác giao tiếp có thể là con ngời, hệ thống kỹ thuật hoặc các chơng trình phần mềm Khi đối tác giao tiếp là các chơng trình phần mềm thì ngời ta dùng khái niệm truyền thông thay cho giao tiếp Để thực hiện giao tiếp ta cần các tín hiệu thích hợp có thể là tín hiệu tơng tự hoặc tín hiệu số trong thực tế có nhiều kiểu giao tiếp nh: hình ảnh, tiếng nói, văn bản, dữ liệu trong đó giao tiếp bằng dữ liệu

đóng vai trò quan trọng nhất trong các hệ thống thông tin hiện đại

Mã hoá/giải mã là phần quan trọng trong nguyên tắc cơ bản của truyền

thông

Trong đó mã hoá là quá trình biến đổi thông tin (dữ liệu) cần trao đổi sang một chuỗi tín hiệu thích hợp để truyền dẫn Quá trình này gồm hai bớc là mã hoá nguồn và mã hoá đờng truyền Trong quá trình mã hoá nguồn dữ liệu nguồn

đợc bổ sung các thông tin phụ trợ cần thiết cho việc truyền dẫn nh kiểu dữ liệu, mã kiểm tra, địa chỉ bên nhận, bên gửi, Sau khi mã hoá nguồn là mã hoá đờng truyền đây là quá trình tạo tín hiệu tơng ứng với các bit trong gói dữ liệu hay bức điện theo một phơng pháp nhất định để phù hợp với đờng truyền và kỹ thuật truyền

Giải mã là quá trình chuyển đổi các tín hiệu nhận đợc thành dãy bit tơng ứng và sau đó xử lý, loại bỏ các thông tin bổ sung để tái tạo thông tin nguồn

Điều chế và điều biến tín hiệu là hai khái niệm dùng gần giống nhau

Điều chế là quá trình tạo một tín hiệu trực tiếp mang thông số thông tin thể hiện qua biên độ, tần số, hoặc pha, trong đó tham số thông tin có thể lấy một giá trị bất kỳ

Đối tác truyền thông

Mã hoá/

Giải mã

Hình 1.1 Nguyên tắc cơ bản của truyền thông

Điều biến chỉ quá trình dùng tín hiệu mang thông tin để điều khiển, biến đổi các tham số thích hợp của một tín hiệu thứ hai(tín hiệu mang) Mục đích cơ bản của điều biến là sử dụng một tín hiệu mang có một dải tần khác để thực hiện phơng pháp dồn kênh chia tần số hoặc để tránh truyền dẫn ở dải cơ sở dễ bị nhiễu

Tốc độ truyền, tốc độ bit đợc tính bằng số bit dữ liệu đợc truyền tải trong

một giây, tính bằng bit/s (Baud, bdp)

Thời gian bit/Chu kỳ bit là khái niệm thờng dùng để phân tích đánh giá

tính năng thời gian của một hệ thống truyền thông Thời gian bit là thời gian trung bình cần thiết để chuyển một bit, hay chính bằng nghịch đảo của tốc độ bit Nếu trong một nhịp chỉ một bit đợc chuyển đi thì khái niệm thời gian bit trùng với khái niệm chu kỳ bit

Tính năng thời gian thực: là một trong những đặc trng quan trọng nhất của

hệ thống thông tin bởi vì sự hoạt động của các hệ thống kỹ thuật không chỉ phụ thuộc vào độ chính xác, đúng đắn của kết quả đầu ra mà còn phụ thuộc vào thời

điểm đa ra kết quả Hay nói cách khác hệ thống có tính năng thời gian thực phải

có khả năng truyền tải thông tin một cách tin cậy và kịp thời với yêu cầu của các

đối tác truyền thông Để đảm bảo tính năng thời gian thực một hệ thống thông tin cần có những đặc điểm sau:

• Độ nhanh nhạy: tốc độ truyền thông hữu ích phải đủ nhanh để đáp ứng nhu cầu trao đổi dữ liệu trong một giải pháp cụ thể

• Tính tiền định: dự đoán trớc đợc về thời gian phản ứng tiêu biểu và thời gian phản ứng chậm nhất với yêu cầu của từng trạm

• Độ tin cậy, kịp thời: đảm bảo tổng thời gian cần cho việc vận chuyển dữ liệu một cách tin cậy giữa các trạm nằm trong một khoảng xác định

• Tính bền vững: có khả năng xử lý sự cố một cách thích hợp để không gây hại cho toàn bộ hệ thống

1.3.2 Các chế độ truyền tin

Chế độ truyền tin đợc hiểu là phơng thức truyền các bit dữ liệu giữu các

đối tác truyền thông,có thể nhìn nhận từ các góc độ sau đây:

• Truyền song song hay nối tiếp

• Truyền đồng bộ hay không đồng bộ

• Truyền một chiều (simplex), hai chiều toàn phần (duplex) hay hai chiều gián

đoạn (half duplex)

-• Truyền tải dải cơ sở, truyền tải dải mang và truyền tải dải rộng

Chế độ truyền song song và chế độ truyền nối tiếp

Truyền bít song song là chế độ truyền mà các bit đợc truyền đồng thời với nhau Phơng pháp này đợc sử dụng phổ biến ở những nơi yêu cầu cao về thời gian và tốc độ truyền nh trong các bus địa chỉ, bus dữ liệu, bus điều khiển của nội bộ máy tính Nhợc điểm của phơng pháp này là phải giải quyết vấn đề

đồng bộ hoá tại nơi phát và nơi nhận tín hiệu, giá thành cao và chỉ sử dụng ở

khoảng cách nhỏ

Truyền bit nối tiếp là chế độ mà từng bit đợc truyền tuần tự qua một đờng truyền duy nhất Phơng pháp này tuy hạn chế về tốc độ truyền nhng lại thực hiện đơn giản và độ tin cậy cao nên đợc sử dụng rộng rãi trong các mạng truyền thông công nghiệp

Hai phơng pháp truyền đợc minh hoạ trong hình 1.2

Hình 1.2 Các chế độ truyền bit

Chế độ truyền đồng bộ và không đồng bộ:

Chế độ truyền đồng bộ là chế độ truyền mà các đối tác truyền thông làm việc theo cùng một nhịp, tức với cùng tần số và độ lệch pha cố định Để thực hiện

đợc phơng pháp này có thể qui định một trạm có vai trò tạo nhịp và dùng một

đờng dây riêng mang nhịp đồng bộ cho các trạm khác hoặc dùng phơng pháp mã hoá bit thích hợp để bên nhận có thể tái tạo nhịp đồng bộ từ chính tín hiệu mang dữ liệu Nếu phơng pháp mã hoá bit không cho phép thì có thể dùng kỹ thuật đóng gói dữ liệu và bổ sung một dãy bit mang thông tin đồng bộ hoá vào phần đầu mỗi gói dữ liệu Lu ý bên nhận và bên gửi chỉ đồng bộ khi trao đổi dữ liệu

Chế độ truyền không đồng bộ là phơng pháp truyền mà bên nhận và bên gửi không làm việc theo một nhịp chung/ Dữ liệu trao đổi thờng đợc chia thành từng nhóm 7 hoặc 8 bit gọi là ký tự Các ký tự đợc chuyển đi vào những thời

điểm không đồng đều và cần thêm hai bit đánh dấu khởi đầu và kết thúc cho mỗi

ký tự Việc đồng bộ hoá đợc thực hiện với từng ký tự

10100101

Truyền bit song song Truyền bit nối tiếp

Chế độ truyền một chiều, hai chiều toàn phần và gián đoạn:

Chế độ truyền một chiều là chế độ mà thông tin đợc truyền đi theo một chiều xác định, một trạm chỉ có thể đóng vai trò bên nhận hoặc bên phát trong suốt quá trình giao tiếp

Chế độ truyền hai chiều gián đoạn là chế độ cho phép mỗi trạm có thể tham gia gửi hoặc nhận thông tin nhng không cùng một lúc Mỗi trạm có cả một bộ phát và một bộ nhận nếu bộ phát làm việc thì bộ thu nghỉ và ngợc lại Chế độ truyền này thích hợp với mạng có cấu trúc bus và ngời ta sử dụng các phơng pháp truy nhập bus để tránh xung đột tín hiệu

Chế độ truyền hai chiều toàn phần là chế độ truyền cho phép mỗi trạm có thể gửi và nhận thông tin cùng một lúc Thực chất chế độ này sử dụng hai đờng truyền riêng biệt cho thu và phát Chế độ truyền này thích hợp với cấu trúc mạch vòng và cấu trúc hình sao

Truyền tải dải cơ sở, dải mang và truyền tải dải rộng:

Truyền tải dải cơ sở: một tín hiệu mang nguồn thông tin có thể biểu diễn bằng tổng của nhiều dao động có tần số khác nhau nằm trong một phạm vi hẹp gọi là dải tần cơ sở hay dải hẹp Tín hiệu truyền đi cũng chính là tín hiệu đợc tạo ra sau khi mã hoá bit Trong phơng pháp này thì tần số của tín hiệu thờng nhỏ hơn hoặc tần số nhịp bus nên trong một nhịp chỉ có thể truyền đi một bit và

đờng truyền chỉ có thể mang một kênh thông tin duy nhất do đó mọi thành viên trong mạng phải phân chia thời gian để sử dụng đờng truyền

Truyền tải dải mang: khi truyền tải ở dải tần cơ sở không thích hợp nh bị nhiễu thì ngời ta sử dụng một tín hiệu khác gọi là tín hiệu mang có tần số nằm trong dải thích hợp gọi là dải mang, thờng lớn hơn nhiều so với tần số nhịp Dữ liệu cần truyền đi sẽ dùng để điều chế tần số, biên độ hoặc pha của tín hiệu

mang Bên nhận sẽ thực hiện quá trình giải điều chế để khôi phục thông tin nguồn

Truyền tải dải rộng: một tín hiệu có thể chứa đựng nhiều nguồn thông tin khác nhau bằng cách sử dụng kết hợp nhiều thông số thông tin nh xếp chồng nhiều tín hiệu có tần số khác nhau mang nhiều nguồn thông tin khác nhau Sau khi nhiều nguồn thông tin khác nhau đợc mã hoá bit, mỗi tín hiệu đợc tạo ra sẽ dùng để điều biến một tín hiệu khác có tần số lớn hơn nhiều gọi là tín hiệu mang Các tín hiệu mang đã đợc điều biến có tần số khác nhau nên có thể pha trộn, xếp chồng thành một tín hiệu duy nhất có phổ trải rộng Tín hiệu này cuối cùng lại đợc dùng để điều biến một tín hiệu mang khác và tín hiệu thu đợc từ khâu này mới đợc truyền đi Đây chính là kỹ thuật dồn kênh phân tần trong truyền tải thông tin Phía bên nhận sẽ thực hiện việc giải điều chế và phân kênh, khôi phục các tín hiệu mang các nguồn thông tin khác nhau

Giao thức và dịch vụ truyền thông:

Giao thức là các quy tắc, thủ tục mà bên cung cấp dịch vụ cũng nh bên sử dụng dịch vụ đều phải tuân theo trong quá ttrình giao tiếp Giao thức chính là ngôn ngữ chung cho các đối tác giao tiếp và là cơ sở cho việc thực hiện và sử dụng các dịch vụ truyền thông

Một quy chuẩn giao thức bao gồm các thành phần sau:

- Cú pháp: quy định về cấu trúc gói dữ liệu bao gồm cả phần thông tin hữu ích

và các thông tin phụ trợ nh địa chỉ, thông tin kiểm tra lỗi,

- Ngữ nghĩa: quy định ý nghĩa cụ thể của từng phần trong một gói dữ liệu nh phơng pháp định địa chỉ, phơng pháp bảo toàn dữ liệu,

- Định thời: quy định về trình tự, thủ tục giao tiếp, chế độ truyền, tốc độ truyền thông,

Việc thực hiện một dịch vụ truyền thông trên cơ sở các giao thức tơng ứng

đợc gọi là xử lý giao thức và đó chính là mã hoá (xử lý giao thức bên gửi) và giải mã (xử lý giao thức bên nhận)

Ngời ta phân biệt giao thức cao cấp và giao thức cấp thấp Giao thức cấp thấp thờng gần với phần cứng và thờng đợc thực hiện trực tiếp bởi các mạch điện

tử nh TCP/IP (dùng trong Internet), HART (dùng trong điều khiển quá trình), UART (dùng trong giao diện vật lý ccủa các hệ thống bus trờng) Giao thức cao cấp gần với ngời sử dụng và thờng đợc thực hiện bằng phần mềm nh HTTP (dùng trong ứng dụng Web), MMS ( dùng trong tự động hoá công nghiệp)

Liên kết và cấu trúc mạng:

Liên kết là mối quan hệ vật lý hoặc logic giữa hai hoặc nhiều đối tác truyềnthông Đối với liên kết vật lý thì các đối tác truyền thông chính là các trạm truyền thông đợc liên kết với nhau qua môi trờng vật lý Đối với liên kết logic thì các

đối tác trruyền thông có thể là phần cứng nhng cũng có thể là phần mềm và quan hệ giữa các đối tác mang tính chất logic

Có thể phân biệt các kiểu liên kết sau đây:

• Liên kết điểm - điểm : mối liên kết chỉ có hai đối tác tham gia

• Liên kết điểm - nhiều điểm: trong một mối liên kết có nhiều đối tác tham gia tuy nhiên chỉ có một đối tác cố định duy nhất (trạm chủ) có khả năng phát trong khi đó nhiều đối tác còn lại (trạm tớ) thu nhận thông tin cùng một lúc Việc giao tiếp theo chiều ngợc lại từ trạm tớ lên trạm chủ đợc thực hiện theo kiểu điểm - điểm

• Liên kết nhiều điểm: trong mối liên kết có nhiều đối tác tham gia và có thể trao đối thông tin với nhau tự do theo bất kỳ hớng nào Bất cứ trạm nào cũng có quyền phát và bất cứ trạm nào cũng nghe đợc

Cấu trúc mạng là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng nhng cũng có thể là cách sắp xếp logic của các nút mạng, cách định nghĩa về mặt tổ chức logic các mối liên kết giữa các nút mạng Các dạng cấu trúc mạng cơ bản là cấu trúc bus, mạch vòng tích cực và hình sao

Cấu trúc bus

Với cấu trúc đơn giản tất cả các thành viên của mạng đều đợc nối trực tiếp với một đờng dẫn chung Có thể phân biệt ba kiểu cấu hình trong cấu trúc bus là: daisy-chain, trunk-line/drop line và mạch vòng không tích cực -

Với daisy-chain mỗi trạm đợc nối mạng trực tiếp tại giao lộ của hai đoạn dây dẫn, không qua một đoạn dây dẫn nối phụ nào Với cấu hình trunk-line/drop-line mỗi trạm đợc nối qua một đờng nhánh (drop line) để đến đờng trục (trunk- -line) Còn mạch vòng không tích cực cũng là cấu trúc trunk-line/drop-line nhng

đờng truyền đợc khép kín Các cấu trúc bus đợc mô tả trong hình 1.3

Hình 1.3 Một số cấu trúc bus

Cấu trúc bus có u điểm là đơn giản, tiết kiệm dây, dễ thực hiện, không bị

ảnh hởng khi hỏng hóc một trạm do đó đợc ứng dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin và mạng công nghiệp Tuy nhiên vì chung một dây dẫn nên đòi hỏi phải

có phơng pháp truy nhập bus phân chia thời gian sử dụng để tránh xung đột tín hiệu Nguyên tắc truyền thông là tại mỗi thời điểm nhất định chỉ có một thành viên trong mạng đợc gửi tín hiệu còn các thành viên khác chỉ có quyền nhận Ngoài ra cấu trúc bus có những nhợc điểm sau:

- Vì tín hiệu gửi đi không theo một trình tự kiểm soát đợc nên phải gán địa chỉ logic theo kiểu thủ công cho từng trạm

- Vì các trạm có khả năng phát và phải luôn nghe đờng truyền nên phải thiết

kế sao cho đủ tải với số trạm tối đa do đó hạn chế số trạm trong một đoạn mạng và khi cần mở rộng mạng phải dùng thêm các bộ lặp

Daisy chain

Mạch vòng không tích cực

Trunk -line/drop-line Trunk -line Drop-line Drop-line Drop-line

- Vì cấu trúc đờng thẳng thờng xảy ra hiện tợng phản xạ làm nhiễu tín hiệu nên ngời ta phải chặn hai đầu dây bằng hai trở đầu cuối và việc này làm tăng tải của hệ thống

- Khi đờng truyền bị đứt hay có ngắn mạch trong phần kết nối bus thì hệ thống sẽ dừng hoạt động và việc định vị lỗi cũng rất khó khăn

Cấu trúc mạch vòng tích cực

Cấu trúc mạch vòng đợc thiết kế sao cho các thành viên trong mạng đợc nối từ điểm này đến điểm kia một cách tuần tự trong một mạch vòng khép kín và theo một chiều qui định Mỗi trạm nhận đợc tín hiệu từ trạm đứng trớc và chuyển tiếp sang trạm lân cận đứng sau Quá trình này đợc lặp lại tới khi dữ liệu

quay trở về trạm đã gửi, nó sẽ đợc huỷ bỏ

u điểm của cấu trúc này là do mỗi nút có thể là một bộ khuyếch đại nên có thể thiết kế với số trạm rất lớn và khoảng cách xa Ngoài ra dễ dàng định vị sự cố khi đứt dây hay một trạm ngừng làm việc Cấu trúc mạch vòng dựa trên cơ sở liên kết điểm - điểm nên thích hợp với các phơng tiện truyền cáp quang, tia hồng ngoại,

Cấu trúc hình sao:

Cấu trúc hình sao là một cấu trúc mà có một trạm trung tâm quan trọng hơn tất cả các trạm khác và trạm này sẽ điều khiển sự truyền thông của toàn mạng Các thành viên khác đợc kết nối gián tiếp với nhau qua trạm trung tâm Cấu trúc này có nhợc điểm là tốn dây dẫn và phụ thuộc vào độ tin cậy của trạm trung tâm Ngày nay cấu trúc hình sao kết hợp với kỹ thuật chuyển mạch và phơng pháp truyền dẫn cao đợc sử dụng rộng rãi trong hệ thống mạng công nghiệp

Chơng 2: Kênh truyền tín hiệu

2.1 Các kênh truyền tín hiệu

Các kênh thông tin có ảnh hởng rất lớn tới chất lợng tín hiệu, tới độ bền vững của tín hiệu với nhiễu bên ngoài và tính tơng thích điện từ của hệ thống truyền thông Không những thế kênh truyền còn quyết định tới tốc độ truyền và khoảng cách truyền dẫn Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật, mức độ tiện lợi sử dụng (lắp

đặt, đấu dây) và giá thành mà ngời ta sử dụng các kênh truyền khác nhau Trong thông tin điện lực để phục vụ cho việc truyền dữ liệu, điều khiển, bảo vệ và tự

động hoá ngời ta sử dụng các kênh truyền sau:

• Dây dẫn phụ hoặc cáp thông tin của nghành điện hoặc thuê bao của mạng lới bu chính viễn thông

• Kênh tải ba PLC (Power Line Carrier): tải tín hiệu cao tần bằng chính dây dân điện

• Viba : kênh thông tin vô tuyến siêu cao tần

• Cáp quang: sử dụng cáp sợi thuỷ tinh hoặc cáp sợi chất dẻo

Trong hệ thống bảo vệ rơ le nói riêng thì kênh truyền tín hiệu đợc sử dụng trong các bảo vệ so lệch, bảo vệ khoảng cách hoặc trong các sơ đồ điều khiển liên động Cụ thể trong sơ đồ bảo vệ so lệch, tín hiệu ở hai đầu phần tử đợc bảo

vệ đợc truyền qua kênh truyền để tiến hành so sánh Còn trong bảo vệ khoảng cách thông tin hai đầu đợc liên lạc với nhau nhằm thực hiện chức năng phối hợp bảo vệ và điều khiển liên động giữa các bảo vệ hoặc giữa các máy cắt với nhau Việc điều khiển này nhằm nâng cao độ tin cậy của các bảo vệ trong khi loại trừ

sự cố, ngăn chặn tác động nhầm hoặc giảm thời gian tác động của bảo vệ Có ba loại tín hiệu điều khiển sau:

• Tín hiệu cắt liên động: để cắt đồng thời các máy cắt ở các phía khác nhau của phần tử đợc bảo vệ hoặc máy cắt lân cận với máy cắt bị h hỏng

• Tín hiệu cho phép: máy cắt chỉ có thể đợc cắt ra khi nhận đợc tín hiệu cho phép đồng thời với sự tác động của rơle

• Tín hiệu khoá: máy cắt chỉ đợc cắt ra khi không có tín hiệu khoá đồng thời với sự tác động của rơle

Sơ đồ

BVRL

Cắt liên động Cho phép Khóa

Kênh truyền tín hiệu

Sơ đồ BVRL

Cắt liên động Cho phép Khóa

Thông tin

Đo xa

ĐK xa Thoại Dữ liệu

Đờng dây tải điện

Hình 2.1 Liên hệ giữa các thiết bị bảo vệ với kênh truyền tín hiệu

I

2.2 Yêu cầu đối với các kênh truyền tín hiệu

Khi xảy ra sự cố thì xuất phát từ điều kiện đảm bảo ổn định hệ thống điện, hạn chế hậu quả ngắn mạch, nhanh chóng khôi phục cấp điện cho phụ tải mà đề

ra yêu cầu đối với thời gian loại trừ sự cố Trong tính toán thì thời gian loại trừ sự

cố bao gồm tổng thời gian tác động rơle, thời gian cắt máy cắt và thời gian truyền tín hiệu Thông thờng thời gian truyền tín hiệu gần bằng với thời gian làm việc của rơle khoảng chừng từ 15 đến 40 ms Trong quá trình vận hành hệ thống thì các loại kênh truyền luôn chịu tác động của các loại nhiễu khác nhau Các loại nhiễu nhẹ thì gây ra hậu quả bảo vệ tác động chậm, không chọn lọc còn nhiễu mạnh sẽ làm bảo vệ tác động sai hoặc mất tín hiệu điều khiển hoàn toàn

Để đặc trng cho tính năng của kênh truyền tín hiệu ngời ta dùng các thông

số sau:

• Thời gian làm việc cực đại Tac

• Xác suất xuất hiện tín hiệu lạ PUC

động : Tac ≈ 60ms, PUC ≈ 10-5, PMC ≈ 10-3; trong tín hiệu cho phép : Tac ≈ 40ms,

PUC ≈ 10-3, PMC ≈ 10-2 ; trong tín hiệu khoá: Tac ≈ 20ms, PUC ≈ 10-1, PMC ≈ 10-4 Bên cạnh đó khi xem xét, lựa chọn kênh thông tin ta cần chú ý tới các đặc trng cơ bản sau:

• Dải thông (bandwith): là đại lợng đặc trng cho phạm vi dải tần số mà kênh truyền có thể đáp ứng đợc Nếu tín hiệu truyền đi có tần số ngoài dải thông thì chất lợng tín hiệu sẽ không đảm bảo

• Tốc độ truyền dữ liệu (còn gọi là thông lợng): là đại lợng đợc tính bằng số bit dữ liệu truyền trong một giây (bps)

• Độ suy hao : là độ đo sự yếu đi của tín hiệu trên đờng truyền Đại lợng này phụ thuộc vào chiều dài và chất lợng đờng truyền

• Độ nhiễu điện từ : đại lợng này sinh ra do các sóng điện từ nhiễu ở bên ngoài ảnh hởng đến chất lợng tín hiệu

2.3 Đặc tính các kênh truyền tín hiệu trong hệ thống thông tin điện lực

2.3.1 Dây dẫn phụ và cáp thông tin

Dây dẫn phụ và cáp thông tin là các kênh truyền cổ điển đợc ứng dụng sớm nhất trong công nghệ thông tin tuy nhiên phạm vi sử dụng bị hạn chế vì độ tin cậy thấp và chi phí tơng đối cao Tín hiệu truyền có thể ở mức khá cao nhng hạn chế bởi các thiết bị khuyếch đại và thiết bị phụ trợ đấu nối vào các điểm trung gian của mạch thông tin Dây dẫn phụ và cáp thông tin làm việc với tín hiệu truyền dẫn từ một chiều đến 200 Hz xoay chiều, với bán kính từ 11km trở lại và thích hợp với các loại bảo vệ so lệch Sau đây ta tìm hiểu về các dây dẫn phụ và cáp thông tin đợc sử dụng trong thực tế ở trên thế giới và Việt Nam

2.3.1.1 Cáp đồng trục (coaxial cable):

Cáp đồng trục có cấu tạo bao gồm một lõi trung tâm bên trong và một dây (kiểu ống) bao bọc phía ngoài, đợc ngăn cách bởi một lớp cách ly (điện môi)

Dây bao bọc ngoài thờng gọi là lớp bọc kim vì đợc làm từ dây bện hoặc lá kim loại hoặc cả hai nhằm mục đích chống nhiễu Lớp cách ly thờng là polyethylen(PE) có tác dụng cách điện và chịu lực để bảo vệ cáp bên trong Vỏ nhựa bảo vệ bên ngoài đợc làm từ nhựa PVC

Lớp cách ly (PE) Dây dẫn lõi (Cu)

Cáp đồng trục đợc sử dụng rộng rãi trong truyền tín hiệu tơng tự và số, đặc biệt là trong hệ thống truyền hình cáp Tuy nhiên trong hệ thống truyền tin công

Hình 2.2 Cấu trúc cáp đồng trục

nghiệp thì cáp đồng trục đợc sử dụng ở các cấp trên (bus xí nghiệp, bus hệ thống) nh ControlNet và Ethernet

2.3.1.2 Cáp đôi dây xoắn (Twisted Pair)

Cáp đôi dây xoắn kể từ khi đợc A.Grahm Bell phát minh vào năm 1881 thì

nó đợc sử dụng phổ biến trong công nghiệp điện thoại Cáp đôi dây xoắn bao gồm hai sợi dây đồng quấn cách ly ôm vào nhau Nhờ việc quấn xoắn vào nhau

mà trờng điện từ do chúng gây ra sẽ tự triệt tiêu nhau do đó nhiễu xuyên âm sẽ

đợc giảm thiểu

Đối với cáp đôi dây xoắn các lớp bọc lót, che chắn sẽ giảm tác động của nhiễu bên ngoài đến tín hiệu truyền dẫn đồng thời hạn chế nhiễu xạ từ chính đờng truyền ra môi trờng xung quanh Tuỳ theo cách che chắn mà ngời ta phân biệt hai loại cáp dẫn: bọc kim (Shielded Twisted Pair) và không bọc kim (Unshielded Twisted Pair)

Hình 2.3 Cáp đôi dây xoắn và tác dụng trung hoà trờng điện từ

Sự khác nhau giữa hai loại trên là cáp bọc kim có một lớp che chắn riêng cho từng đôi dây Do đó cáp bọc kim có khả năng chống nhiễu cao hơn và đồng thời cũng phát ít nhiễu ra ngoài môi trờng hơn Cáp đôi dây xoắn cho phép truyền tín hiệu tốc độ cao (trên 1Mbit/s) với chiều dài tối đa tới 3000m mà không cần

bộ lặp Tuy nhiên cùng với một phơng thức truyền không cho phép đạt đợc cả tốc độ truyền tối đa và chiều dài tối đa cùng một lúc Thờng thì tốc độ truyền giảm khi chiều dài tăng nh quan hệ ở hình 2.5

b) UTP a) STP

Hình 2.4 Hai kiểu cáp : Shielded Twisted Pair (STP) và

Unshielded Twisted Pair (UTP)

Hình 2.5 Quan hệ tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn trong cáp đôi dây xoắn AWG 24

Cáp đôi dây xoắn tuy tốc độ truyền không cao lắm nhng có u điểm là giá cả hợp lý và dễ lắp đặt và nối dây Vì vậy ứng dụng chủ yếu của chúng là ở cấp trờng, có thể sử dụng trong hầu hết các hệ thống bus trờng Trong hệ thống truyền thông công nghiệp cáp đôi dây xoắn thờng sử dụng đi kèm với chuẩn

RS-485

2.3.2 Kênh truyền tải ba PLC ( Power Line Carrier )

Truyền thông trên đờng cáp điện bắt đầu xuất hiện từ những năm 20 của thế

kỉ trớc Ngời ta dựa vào đờng điện để truyền số liệu vì lúc đó mạng điện thoại không tin cậy Ngoài ra PLC thời đó còn đợc dùng để giám sát, quản lý dân c

vùng sâu vùng xa Bản chất của PLC là công nghệ truyền tin bằng phơng pháp chuyên phổ lên tần số cao và truyền tín hiệu thông tin cao tần trên đờng dây

điện lực, đợc sử dụng rộng rãi trong điều khiển và đo lờng từ xa, thông tin tiếng nói, Ngời ta có sử dụng dây pha hoặc dây chống sét để truyền tín hiệu với nhiều sơ đồ nh: dây pha đất, dây pha pha, hai dây pha của hai ngăn lộ - - khác nhau hoặc dây chống sét đất, dây chống sét dây chống sét, - -

Tải ba có các u điểm sau:

• Không cần phải xây dựng thêm đờng truyền và dây dẫn chắc chắn

• Vốn đầu t và chi phí vận hành sử dụng thấp

• Tổn hao trong đờng truyền thấp, kênh truyền nằm dới quyền kiểm soát hoàn toàn của điện lực

• Thích hợp với những nơi địa hình phức tạp, cha có cơ sở hạ tầng viễn thông

• Đủ độ tin cậy đối với các hệ thống điện nhỏ

Tuy nhiên kênh truyền PLC lại có các nhợc điểm sau:

• Chịu ảnh hởng nhiễu của đờng dây

• Phụ thuộc vào trạng thái làm việc của đờng dây, nhất là trong các trờng hợp sự cố

• Độ tin cậy và độ chính xác truyền tin cha cao

( Power Line Communication ) Bây giờ PLC trở thành công nghệ viễn thông truy nhập băng thông rộng tốc độ cao với chi phí thấp, ứng dụng trong kết nối Internet, điện thoại, fax, truyền hình cáp ở Việt nam công nghệ PLC đang đợc Công ty Viễn thông điện lực (ETC) thử nghiệm và ứng dụng bớc đầu có những thành công khả quan hứa hẹn nhiều khả năng nhanh chóng áp dụng vào thực tiễn Công nghệ viễn thông PLC có những u điểm sau:

• Truyền dẫn dữ liệu trên mạng lới điện lực với thông lợng tối đa và công suất thấp

• Phơng pháp điều chế và phân bổ tần số tránh đợc xuyên nhiễu gây ra bởi sóng vô tuyến và các dịch vụ quảng bá khác

• Tận dụng đợc toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng truy nhập nội hạt là lới điện hạ áp

• Cung cấp dịch vụ đến từng khách hàng với kết nối đơn giản thông qua các

ổ cắm điện trong nhà

Sơ đồ đấu nối cơ bản của hệ thống thông tin PLC nh hình 2.6

2.3.2.1 Máy tải ba:

Cấu tạo gồm các phần chính sau:

- Hệ thống phát: thực hiện chức năng biến đổi âm tần (thoại) có dải tần số từ 0,3-3,4 kHz thành tín hiệu cao tần truyền trên đờng dây điện lực cao áp thông qua các bộ điều chế, bộ lọc dải, khuyếch đại, Công suất đầu ra của máy phát cao tần thờng từ 2 đến 100 W (+50 dBm) tuỳ vào tơng quan giữa tín hiệu/nhiễu

- Hệ thống thu: thực hiện việc lọc tín hiệu cao tần trên đờng dây tải điện và biến đổi nó trở lại tín hiệu số âm tần có dạng nh ban đầu trớc khi đa vào

hệ thống phát Trên tuyến thu còn có bộ phận tự động điều chỉnh độ

khuyếch đại để bù vào mức thay đổi suy hao tín hiệu trên đờng dây theo từng kênh riêng biệt

Bộ lọc

Máy tải ba

Tụ liên lạc

Dao tiếp

địa

Cuộn cản

Đờng dây tải điện

Hình 2.6 Sơ đồ đấu nối thông tin tải ba trên đờng dây tải điện

Cáp cao tần Cáp cao tần

- Hệ thống tự động nối thuê bao: có thể gọi đi và đến theo từng kênh riêng biệt

- Hệ thống tạo dao động (sóng mang): tạo ra các dao động có biên độ và tần

số cần thiết cung cấp cho các bộ điều chế, giải điều chế của hệ thống thu phát và tần số kiểm tra

- Hệ thống nguồn cung cấp: đảm bảo cho máy phát đợc cung cấp các mức điện áp cần thiết Thông thờng các máy phát tải ba sử dụng điện xoay chiều 220V, 50Hz từ tự dùng của trạm với độ dao động cho phép 220V 10%.±

2.3.2.2 Cuộn cản cao tần

Đây là thiết bị quan trọng trong hệ thống PLC dùng để ghép nối thiết bị tải ba lên đờng dây truyền tải Cuộn cản có tác dụng chặn tín hiệu thông tin không cho qua thanh cái trạm, thiết bị trạm xuống đất Cuộn cản đợc nối tiếp với đờng dây và đợc thiết kế để chịu đợc dòng định mức và dòng ngắn mạch Yêu cầu cơ bản của cuộn cản là điện dung của bản thân cuộn dây phải hợp với điện cảm thành mạch cộng hởng ở tần số cao hơn vận hành lớn nhất Thờng tần số dùng

để truyền tín hiệu đợc chọn trong khoảng 70 500 kHz.-

a) Cấu tạo của cuộn cản cao tần

Hình 2.7 Cấu tạo cơ bản của cuộn cản

Cấu tạo cuộn cản nh hình 2.7 với các thành phần cơ bản sau:

- Cuộn dây chính (main coil) : thờng cấu tạo từ các hợp chất nhôm có độ bền cao để tải đợc dòng làm việc bình thờng và chịu đợc dòng ngắn mạch lớn nhất Cuộn dây đợc thiết kế vững chắc, chống va đập, có đặc tính hở hai

đầu, cách điện bằng không khí và tản nhiệt tốt Điện dung bản thân của cuộn dây phải rất bé để phù hợp với những ứng dụng tần số cao nh PLC

- Thiết bị dò sóng (tuning device) : mục đích chính là để tạo ra tần số cộng hởng của cuộn dây Thiết bị này đợc gắn bên trong cuộn dây chính với đặc tính linh hoạt và dễ điều chỉnh Nó có thể đợc thay thế mà không cần phải tháo cuộn cản ra khỏi đờng dây Thiết bị này có thể đợc cố định bởi nhà