Hệ thống thông tin trong hệ thống điện

nhiệm vụ thu nhận tín hiệu từ trạm phía trước khuếch đại bù các dạng méo, chuyển đổi tần số rồi phát tiếp cho trạm sau. Trạm chuyển tiếp tích cực có thể có người hoặc không có người điều khiển thường sử dụng nguồn pin mặt trời cùng các tổ acqui dung lượng lớn đảm bảo nguồn cấp cho thiết bị. 2. Trạm chuyển tiếp thụ động, thường không có thiết bị thu phát. Trạm này thường sử dụng định hướng của các anten để thay đổi hướng tuyến của sóng vi ba qua các vùng địa hình phức tạp. §4.3 MỘT SỐ CÁC ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT RIÊNG CỦA THÔNG TIN VI BA Thông tin vi ba có một số các đặc điểm kỹ thuật riêng sau: - Việc phân tích các mạch điện ở vùng tần số cao như tần số vi ba khó khăn hơn. Thông thường đối với các mạch có tần số thấp hơn 30 MHz, việc phân tích dựa trên các quan hệ dòng điện - điện áp. Còn ở tần số vi ba, đa số các phần tử và mạch được phân tích thông qua các điện trường, từ trường. - Kỹ thuật do trong thông tin vi ba cũng khác trước. Trong các mạch điện tử tấn số thấp, người ta thường đo dòng và áp, còn trong các mạch vi ba cần đo các thông số của điện trường, từ trường và công suất của tín hiệu. - Ở các tần số cao của hệ thống thông tin vi ba, một điện trở cũng có cả các tính cảm kháng, dung kháng và được xem như một mạch LCR. Các tụ điện và cuộn dây cũng có cùng đặc tính tương tự. - Để tạo nên các mạch cộng hưởng ở các tần số vi ba, giá trị của các đại lượng L và C cần phải rất nhỏ. Điều này gây nhiều khó khăn về mặt kỹ thuật 51 vì ngay cả một đoạn dây dẫn nhỏ cỡ vài cm cũng đã có L khá lớn ở tần số vi ba. - Các thiết bị bán dẫn cũng không làm việc bình thường ở các tần số vi ba. Các diode và transistor bình thường sẽ không hoạt động ở tần số vi ba. Ở các tần số thấp, thời gian vượt quãng (transit time) trong các transitor là có thể bỏ qua, xem như rất bé (thời gian vượt quãng là khoảng thời gian cần thiết để một điện tử hay một lỗ hổng vượt quãng đường giữa hai cực trong transistor). Tuy nhiên ở các tần số vi ba do chu kỳ T=1/f rất bé (do f quá lớn) nên thời gian vượt quãng trở nên chiếm phần trăm khá lớn so với thời gian một chu kỳ của một tín hiệu vi ba. Vì vậy trong kỹ thuật vi ba người ta phải chế tạo ra các diode và transistor đặc biệt nhỏ và từ các chất đặc biệt như gallium arsenide có thời gian vượt quãng bé hơn so với trong silic. Ngoài ra trong các hệ thống vi ba người ta còn dung các thiết bị đặc biệt trong các mạch khuếch đại công suất như các ống chân không klystron, magnetron, ống dẫn song. - Các tín hiệu vi ba rất dễ bị phản xạ và bị chệch hướng khi gặp các vật thể lớn nhỏ khác nhau. Thậm chí cả các hạt mưa, hạt sương cũng có thể hấp thụ và làm suy yếu các tín hiệu vi ba, nhất là ở vùng tần số cỡ 20 GHz. 52 Ch­¬ng 5 HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG §5.1- CẤU TRÚC CHUNG CỦA MỘT HTTT SỢI QUANG Các tín hiệu điện từ các thiết bị khác nhau như: máy điện thoại, Fax, máy tính, máy phát truyền hình, các thiết bị đầu cuối đưa đến được biến đổi sang tín hiệu quang qua một bộ biến đổi điện-quang E/O; Tại đây các mức tín hiệu được biến đổi thành cường độ quang, các tín hiệu điện “1” và “0” được biến đổi ra ánh sang dạng “CÓ” và “KHÔNG” và sau đó được gửi vào sợi quang trong cáp quang. Tại đầu thu qua độ biến đổi quang-điện O/E; Tại đây tín hiệu quang thu được biến đổi thành tín hiệu điện, khôi phục lại nguyên dạng tín hiệu của máy điện thoại, Fax, dữ liệu, đã được gửi đi (Hình 5.1). Tín hiệu đã khôi phục được truyền tới các thiết bị đầu cuối của chặng truyền dẫn. Hình 5.1. Cấu trúc HTTT sợi quang 53 Bộ biến đổi điện quang thực chất là linh kiện phát quang như là laser diode, còn bộ biến đổi quang-điện thường là các photo diode. Khi khoảng cách truyền dẫn lớn người ta đặt các trạm lặp trên tuyến cáp quang. Các trạm lặp này biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện để khuếch đại. Tín hiệu đã được khuếch đại được biến đổi thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền trên tuyến cáp quang tiếp theo. §5.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA HTTT SỢI QUANG Hệ thống thông tin sợi quang có một số ưu điểm so với các hệ thống sử dụng cáp đồng cổ điển do sử dụng các đặc tính của sợi quang, linh kiện thu quang và phát quang. Sợi quang có các đặc điểm chủ yếu sau: 1. Sự suy hao thấp của tín hiệu ( chất lượng tốt hơn so với cáp song hành kim loại hay cáp đồng trục) 2. Cáp sợi quang có thể truyền tải tín hiệu có tần số cao hơn rất nhiều so với cáp đồng trục. 3. Đường kính sợi quang nhỏ trọng lượng nhẹ so với cáp đồng. Một sợi cáp quang có cùng đường kính với các kim loại có thể chứa một số lượng lớn lõi sợi quang hơn số lượng lõi sợi kim loại cùng kích cỡ. Các đặc điểm này của sợi quang có ưu điểm rất lớn khi lắp đặt cáp. 4. Sợi quang có đặc tính cách điện vì thuỷ tinh không dẫn điện. Do vậy cáp sợi quang không chịu ảnh hưởng của điện từ trường bên ngoài từ các đường dây hay cáp điện cao áp, sóng vô tuyến và truyền hình. Trong ngành điện cáp quang có thể được đặt trong dây chống sét trên đường dây tải điện. 5. Sử dụng cáp quang cho phép tiết kiệm tài nguyên vì thạch anh là nguyên liệu chính để sản xuất sợi quang. Nguồn nguyên liệu này dồi dào hơn nhiều so với kim loại và hơn nữa, chỉ cần một lượng nhỏ nguyên liệu thạch anh là có thể chế tạo được một đoạn cáp quang tương đối dài. Hơn nữa truyền dẫn sợi quang nhờ ghép kênh dung lượng lớn (rất nhiều tín hiệu được ghép lại với nhau thành một đường và được truyền qua tuyến 54 truyền dẫn) cho phép thực hiện dịch vụ truyền video đang có nhu cầu phát triển lớn và sẽ làm cho giá truyền tin giảm thấp. Thông tin quang cũng cho phép truyền dẫn đồng thời các tín hiệu có bước sóng khác nhau (ghép tần số). Đặc tính này cùng với khả năng truyền dẫn băng rộng của sợi quang sẵn có làm cho dung lượng truyền dẫn của tuyến trở nên rất lớn. Đường kính nhỏ, trọng lượng bé của sợi quang làm giảm khoảng không trong quá trình lắp đặt cáp. Điều này một lần nữa cải thiện tính năng kinh tế trong mạng lưới viễn thông và làm thuận tiện dễ dàng trong khi lắp đặt và bảo dưỡng. Ưu điểm của sợi quang là không dẫn điện như vậy không cần thiết phải tách cáp thông tin ra khỏi các thiết bị gây ra cảm ứng điện từ trường, bảo vệ an toàn công nhân cũng như ổn định chất lượng thông tin. §5.3 SỢI QUANG 5.3.1. Cấu trúc sợi quang Sợi quang có thể hiểu là “sợi mảnh dẫn ánh sáng”, bao gồm hai chất điện môi trong suốt khác nhau (chất điện môi như thuỷ tinh hoặc nhựa) một phần cho ánh sáng truyền trong đó gọi là lõi sợi, phần còn lại là lớp vỏ bao quanh lõi (Hình 5.2). Sợi quang được cấu tạo sao cho ánh sang được truyền dẫn chỉ trong lõi sợi bằng phương pháp sử dụng hiện tượng phản xạ toàn phần ánh sang. Hiện tượng này được tạo nên do cấu tạo sợi quang có triết suất lớp vỏ n2 nhỏ hơn chiết suất lớp lõi n1 khoảng 0,2 hoặc 0,3% (n1>n2). Hình 5.2 Cấu trúc sợi quang 55 Sợi quang có đường kính rất bé, đường kính lớp vỏ vào khoảng 0,1mm. Lõi dẫn ánh sáng của sợi có đường kính nhỏ hơn nhiều, đường kính này cỡ khoảng một vài m ( 1m = 10-3 mm), so với bước sóng truyền tải nó lớn hơn khoảng vài chục lần. Cáp quang bao gồm nhiều sợi quang bên trong. 5.3.2.Quá trình đưa ánh sáng vào sợi quang Ánh sáng phát ra từ nguồn phát quang bị khuếch tán do nhiễu xạ. Muốn đưa ánh sáng vào lõi của sợi cần phải tập trung ánh sáng. Tuy nhiên không phải tất cả ánh sáng được tập trung đều có thể đưa vào sợi mà chỉ một phần có góc tới nằm trong một giới hạn nhất định mới có thể đưa được vào lõ sợi quang. Như trình bày trên hình 5.3, tại điểm đưa vào của sợi quang chia thành ba môi trường liền nhau có chiết xuất khúc xạ khác nhau. Đó là môi trường không khí, lõi và vỏ của sợi quang. Cho các giá trị chiết suất này lần lượt bằng no (=1), n1 và n2. Ta có thể áp dụng các định luật khúc xạ và phản xạ tại các biên tiếp giáp giữa không khí và lõi, giữa lõi và vỏ. Trên hình 5.3 góc nhận lớn nhất θmax là góc mở đối với tia số 2 có góc tới bằng góc tới hạn C . Tại biên của không khí và lõi, lõi và vỏ, áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng Snell ta có hai phương trình sau: nosin θmax = n1sinθc n1sin (90o- θc) = n2sin90o = n2 (5.1) Hay: nosin θmax = n1sinθc Cosθc = n2/n1 (5.1a) 56 Hình 5.3 Góc nhận của sợi quang Góc mở lón nhất θmax được tính như sau: 2 2max 1 2Sin n n   2 2ax 1 2arcsin( )m n n   (5.2) Đại lượng Sin θmax được gọi là khẩu độ số NA (Numercal Aperture), nó cho ta biết điều kiện đưa ánh sáng vào sợi quang. Đây là thông số cơ bản tác động đến hiệu suất ghép nối giữa nguồn sáng và sợi quang sợi. Ví dụ, một sợi quang có chiết suất khúc xạ là n1 = 1,475 và n2 = 1,46 (sẽ có NA = 0,21. Nếu biết được đường kính lõi và khẩu độ số NA của sợi quang thì xác định được lượng ánh sáng vào lõi sợi. Đường kính lõi sợi càng lớn và NA càng lớn sẽ cho hiệu suất ghép nối cao. Trong sợi quang giao thoa giữa ánh sáng tới có góc phản xạ xác định với ánh sáng phản xạ gây ra phân bố cường độ điện trường xác định. Đường truyền của ánh sáng bị giới hạn trong sợi quang với góc phản xạ xác định 57 cũng như phân bố cường độ điện trường xác định được gọi là mode lan truyền. Số lượng mode lan truyền ánh sáng N là một số nguyên lớn nhất thỏa mãn điều kiện: 2a.sinθc ≥ N.λ/2 (5.3) trong đó: θc được tính như ở trên như sau: 2 2 c max 1 1 2 1sin sin / n = /n n n   (5.4) 2a - đường kính của lõi sợi quang. Từ đó ta có N là số nguyên lớn nhất thỏa mãn điều kiện:   2 21 2 1N 4a / .( / )n n n  (5.5) Vì λ =λ0/n1 nên   2 20 1 2N 4a / . n n  (5.5a) Ví dụ cho n1=1,475, n2=1,46, 2a=50 µm và λ=1,3 µm thì ta có số lượng mode là N=16. Sợi quang có số lượng truyền lan nhiều như đã nói ở ví dụ trên được gọi là sợi da mode(có N>1). Nếu n1= 1,463, n2=1,46, 2a=10 µm và bước sóng ánh sáng λ=1,3 µm ta có N= 1. Ở đây N=1 có nghĩa là chỉ có thể tồn tại một mode truyền lan ánh sáng. Sợi quang chỉ có một mode truyền lan như ví dụ này thì được gọi là sợi đơn mode. Vì số lượng mode truyền lan là hàm số của bước sóng λ nên nếu sợ có thể được sử dụng như sợi đơn mode ở bước sóng này thì đối với bước sóng ngắn hơn không còn là sợi đơn mode nữa. 58 Bước sóng nhỏ nhất mà tại đó, sợi quang làm việc như sợi đơn mode được gọi là bước sóng cắt. Bước sóng cắt λc có thể được tính theo phương trình: 2 21 24c a n n   (5.6) 5.3.3 Phân loại sợi quang Phân loại sợi quang được trình bày trên bảng 5.1. Sợi quang được phân loại theo nhiều cách như phân loại theo vật liêu điện môi sử dụng, theo mode truyền dẫn, theo phân bố chiết suất khúc xạ của lõi v.v. Bảng 5.1 Phân loại sợi quang Sợi quang thạch anh Sợi quang thủy tinh đa vật liệu Phân loại theo vật liệu điện môi Sợi quang bằng nhựa Sợi quang đơn mode Phân loại theo mode truyền lan Sợi quang đa mode Sợi quang chiết suất phân bậc SI (Step Index) Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ Sợi quang chiết suất biến đổi đều GI (Graded Index) a)Phân loại theo vật liệu điện môi Khi phân loại theo vật liệu điện môi thì có tổng số 03 loại, một loại sợi bao gồm phần lớn thủy tinh thạch anh, một loại gồm nhiều loại vật liệu thủy tinh và một loại là sợi bằng nhựa. Các sợi quang thạch anh không những chỉ chứa thạch anh nguyên chất (SIO2) mà còn có các tạp chất thêm vào như Ge, B và F,. Để là thay đổi chiết suất khúc xạ. Các sợi quang đa vật liệu có thành phần chủ yếu là Soda lime, thủy tinh hoặc thủy tinh boro-silicat,. Đối với vật liệu sản xuất sợi quang bằng nhựa, 59 silicon resin và acrelie desin, tức là Polymethyl methacrylate ( PMMA) thường được sử dung. Đối với mạng lưới viễn thông, sợi quang thủy tinh thạch anh được sử dụng nhiều nhất bởi vì nó có khả năng cho sản phẩm có độ suy hao thấp và các đặc tính truyền dẫn ổn định trong thời gian dài. Nhưng các loại sợi bằng nhựa thường được sử dụng ở những nơi cần truyền dẫn cự ly ngắn, khó di cáp bằng máy móc, thuận tiện trong sử dụng lắp đặt thủ công (như dễ dàng hàn nối, không phương hại đến các đặc tính truyền dẫn khi bẻ gập) mặc dù loại này có đặc tính truyền dẫn kém. b)Phân loại theo Mode lan truyền Theo mốc lan truyền, sợi quang được chia làm 2 nhóm. Một là sợi quang đơn mode (gọi tắt là loại SM) loại này chỉ cho một mode lan truyền. Loại sợi thứ 2 là đa mode, cho phép nhiều mode lan truyền. c)Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ Các sợi quang có thể tạm phân loại thành 2 nhóm theo thông số chỉ số khúc xạ của lõi sợi. Một loại gọi là sợi quang chiết suất phân bậc (Step Index viết tắt là SI) ở loại sợi này chiết suất thay đổi theo bậc giữa lõi và vỏ. Loại thứ 2 gọi là chiết suất biến đổi (Graded Index viết tắt là GI). Loại này có chiết suất thay đổi một cách từ từ. Hình 5.4 a) Sợi quang chiết suất phân bậc SI b) Sợi quang chiết suất biến đổi GI Các tham số cơ bản để xác định cấu trúc sợi quang là đường kính lõi sợi, đường kính lớp bao (đường kính vỏ), khẩu độ số NA, dạng phân bố chiết suất khúc xạ v.v thêm vào đó, còn có các thông số phụ khác như tỉ số không đồng tâm, tỉ số không tròn. **** 60 §5.4 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI 5.4.1 Bộ biến đổi điện – quang E/O Bộ biến đổi điện – quang E/O có nhiệm vụ phát ra sóng quang, chuyển đổi dòng điện iE ở đầu vào thanh sóng quang ở đầu ra có công suất quang ΦE/O được thể hiện dưới dạng công suất của sóng điện từ: ΦE/O=a0 +a1iE (5.7) trong đó a0,a1 là các hằng số. Trong trường hợp lý tưởng công suất quang phát ra ΦE/O phải tỷ lệ với cường độ dòng điện kích thích iE (hệ số a0=0): ΦE/O = a1iE (5.7a) Hệ số tỷ lệ a1 đặc trưng cho hiệu suất bức xạ quang. Mặt khác công suất điện PE đặt ở đầu vào của bộ biến đổi điện – quang có thế coi là tỷ lệ bình phương dòng điện iE2. Vì vậy công suất quang bức xạ sẽ tỷ lệ với căn bậc hai của công suất điện đặt ở đầu vào của bộ biến đổi điện – quang. Các bộ biến đổi này thường là các diode laser (LD) hay diode phát quang (LED). 5.4.2 Bộ biến đổi quang – điện O/E Ở phần đầu ra của sợi quang, công suất quang thu nhận được ΦO/E sẽ được chuyển đổi ngược lại iR ở đầu ra bởi bộ biến đổi quan điện O/E. IR=σ0. ΦO/E (5.8) trong đó, σ0 hệ số đáp ứng. Mặt khác do công suất tín hiệu PR thu được tỷ lệ với bình phương dòng điện iR2 nên công suất này tỷ lệ với bình phương của công suất sóng quang. Hoạt động của bộ thu hoàn toàn đối xứng lại với bộ phát. Ở đầu vào của nó. Các bộ biến đổi quang – điện thường là các photo diode. 61 §5.5 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG Đối với một hệ thống thông tin cáp quang thường có các thông số cơ bản như sau : - Tốc độ bit D nhị phân cần truyền; - Chiều dài l của đường truyền; - Xác suất sai ε trên mỗi bít chấp nhận được. 62 Ch­¬ng 6 HỆ THỐNG THÔNG TIN TẢI BA PLC (POWER LINE CARRIER) §6.1 KHÁI NIỆM Tải ba PLC là hệ thống truyền tin sử dụng các đường dây truyền tải điện cao áp, chủ yếu được dùng để truyền đi một cách tin cậy tiếng nói, dữ liệu về quản lý năng lượng và các tín hiệu bảo vệ hệ thống điện. Thông thường hệ thống PLC được sử dụng cho việc thông tin liên lạc bằng điện thoại trong mạng thông tin nội bộ trong ngành điện. PLC cũng cho phép truyền các tín hiệu điều khiển và bảo vệ hệ thống điện. Các tín hiệu điều khiển và bảo vệ này nhằm bảo vệ các đường dây truyền tải điện trọng yếu cũng như các phần tử quan trọng khác trong hệ thống điện. Đồng thời hệ thống PLC cũng cho phép kết nối các máy tính với nhau trong mạng máy tính diện rộng của ngành điện cũng như cho phép các máy Fax liên lạc được với nhau. Thông thường PLC được dùng để truyền thông tin trên một khoảng cách trung (từ 20 – 100 km) hoặc khoảng cách dài (100 – 500 km). §6.2. CÁC ƯU ĐIỂM Đã từ lâu, đường dây tải điện cao áp được sử dụng để truyền tải thông tin trên sóng mang cao tần đi khắp nơi trong mạng điện, đường dây tải điện đã được xây dựng sẵn được kết hợp làm đường dây thông tin, vì vậy chỉ còn phải đặt các thiết bi PLC ở các trạm biến áp. Đó là một lý do tại sao hệ thống PLC có giá thành thấp do không phải chi phí cho việc xây riêng đường dây 63 thông tin. Một ưu điểm khác là tín hiệu PLC có thể được truyền đi đến vài trăm km theo đường dây truyền tải điện mà không cần phải đặt một bộ khuếch đại biên độ trung gian nào, nhờ vậy chi phí cũng giảm đi. Mặt khác đường dây cao áp được tính toán xây dựng không những có thể chịu đựng được các điều kiện thời tiết xấu mà cả các dạng thiên tai có thể xảy ra. Do vậy tương ứng hệ thống thông tin tải ba cũng có độ tin cậy cao. Hiện nay ngành điện lực nước ta sử dụng nhiều hệ thống thông tin tải ba khác nhau như: - Hệ thống tải ba ABC do Nga sản xuất. - Hệ thống tải ba ESB do hãng Siemens (Đức) sản xuất. - Hệ thống tải ba ETL do hãng ABB (Thuỵ Điển) sản xuất. - Hệ thống tải ba CPL do hãng CEGELEC (Pháp) sản xuất. Các hệ thông tin tải ba đều có nguyên lý chung là chúng đều sử dụng môi trường truyền là đường dây tải điện, các thiết bị ghép nối và nhiều thiết bị khác. Dưới đây sẽ giới thiệu về hệ thống tải ba CPL 306 do hãng CECELEC (Pháp) sản xuất. §6.3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN TẢI BA LOẠI CPL 306 (CEGELEC) Trên hình 6.1 thể hiện các khối trong hệ thống thông tin tải ba nói chung. Hình 6.1 Sơ đồ các khối hệ thống thông tin tải ba 64 Hệ thống tải điện có công suất lớn thường có yêu cầu về độ an toàn cao và truyền tải điện trên phạm vi rộng. Hệ thống thông tin tải ba sẽ giúp cho việc trao đổi thông tin, số liệu giữa các vị trí địa lý khác nhau trong hệ thống điện. Nhờ được thiết kế một cách đặc biệt cho việc thông tin liên lạc, thiết bị thông tin tải ba CPL – 306 cho phép truyền tín hiệu theo kiểu điểm nối điểm từ 2 đến 6 kênh truyền làm việc song song, sử dụng môi trường truyền tin là đường dây trên không hoặc dây cáp cao áp. Dữ liệu ban đầu dưới dạng tín hiệu tương tự được truyền đến các bộ điều chế, khuếch đại rồi gửi đến môi trường truyền tin qua một bộ ghép nối. Ở cuối đường truyền, một thiết bị thu sẽ khôi phục lại một cách chính xác dữ liệu đã được truyền đi (xem hình 6.1). Sơ đồ hoạt động của hệ thống thông tin tải ba có thể được mô tả rõ hơn trong hình 6.2 Các ký hiệu trên sơ đồ 6.2 như sau: LT ( Line Triap) - cuộn cảm (còn được gọi là cuộn chặn hay cuộn bẫy sóng). CD ( Coupling Device) - thiết bị ghép nối. PLC ( Power Line Carrier) - thiết bị thông tin tải ba (thiết bị chính). CC ( Coupling Capacitor) - tụ ghép nối. HV ( High Voltage Line) - đường dây truyền tải điện cao áp. RP ( Rele Protection) - rơle bảo vệ. RTU ( Remode Terminal Unit) - thiết bị đầu cuối. PAX - thiết bị chuyển mạch. FAX - máy Facsimile. M ( Modem ) - giao diện. PC ( Personal Computer) – máy tính cá nhân. Từ hình 6.2 ta thấy hệ thống thông tin tải ba bao gồm các thiết bị chủ yếu nằm về phía điện áp cao như sau: - Cuộn kháng bẫy sóng hay còn gọi là cuộn cảm LT (line Triap). - Tụ điện ghép nối CC (Coupling Capacitor) - Thiết bị ghép nối CD (Coupling Device) 65 Hình 6.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin tải ba. Các bộ giao tiếp của thiết bị CPL – 306 nhận những tín hiệu vào tương tự có tần số từ 300 đến 3700 Hz. Sự phối hợp với nhau giữa việc truyền các tín hiệu nói trên với việc truyền tần số công nghiệp trên đường dây là không thể chấp nhận được về mặt chất lượng tín hiệu cũng như về vấn đề an toàn cho thiết bị thông tin. Vì vậy thiết bị CPL- 306 sẽ biến đổi các tín hiệu tương tự nhận được sang tần số trong khoảng từ 40 đến 500kHz. §6.4 CHỨC NĂNG CỦA CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG TẢI BA 6.4.1. Cuộn bẫy sóng LT 66 Các tín hiệu thông tin tải ba thường được truyền trên đường dây cao áp là các tín hiệu đo lường từ xa, tín hiệu điều khiển từ xa, tín hiệu điện thoại, điện báo (Telex) cuộn bẫy sóng được thiết kế để ngăn chặn những tín hiệu sóng mang cao tần. Chúng được mắc nối tiếp trên đường dây cao áp và đặt ở các trạm biến áp. Do đó chúng phải được thiết kế để chịu đựng được dòng điện làm việc lâu dài lớn nhất và kể cả dòng điện ngắn mạch có thể xuất hiện trên đường dây đó. Đối với cuộn bẫy sóng , tổng trở: Z= ω.L, mà ω= 2. π .f nên Z= 2 π.f.L. Vậy ta thấy tổng trở Z và tần số f tỷ lệ thuận với nhau. Nếu f nhỏ thì Z nhỏ, do vậy dòng điện có tần số nhỏ (tần số của điện công nghiệp 50Hz) dễ dàng qua được. Ngược lại nếu f lớn (khoảng 40 – 500kHz) thì Z rất lớn, dòng có tần số lớn rất khó qua. Như vậy cuộn bẫy sóng có tính chất cản trở không cho dòng tín hiệu tần số sóng mang đi qua. 6.4.2. Tụ điện ghép nối CC Tụ điện ghép nối cũng giống như các tụ điện thông thường được mắc trong mạch nhằm ngăn cản tần số điện lực không cho qua thiết bị PLC đồng thời cho các tín hiệu cao tần đi qua một cách dễ dàng để đi đến thiết bị PLC. Thật vậy, như ta đã biết tổng trở của mạch thuần dung là 1 1 2 Z C fC    , tổng trở của tụ ghép nối tỷ lệ nghịch với tần số. Đối với tần số điện lực (50Hz) thì f nhỏ, Z lớn làm cho tín hiệu khó qua được; Còn đối với tần số sóng mang (40-500kHz) thì f lớn , Z nhỏ làm cho tín hiệu dễ dàng đi qua được. Một đầu của tụ điện ghép nối đấu vào đường dây cao áp (trước cuộn bẫy sóng) còn đầu kia được nối đến thiết bị ghép nối giao tiếp. Giá trị của tụ điện ghép nối trên thực tế khoảng 1500 – 7500 pF và giá trị này phụ thuộc vào trở kháng của đường dây cao áp. 6.4.3. Thiết bị ghép nối CD 67 Thiết bị ghép nối là thiết bị giao tiếp giữa đường dây cao thế (HV Line) và thiết bị thông tin tải ba PLC. Phần chủ yếu của thiết bị ghép nối là bộ lọc với tác dụng cho tín hiệu tần số sóng mạng đi qua và ngăn lại không cho dòng điện tần số lưới điện đi qua nhằm bảo vệ các thiết bị viễn thông PLC khỏi phần điện áp cao cũng như quá điện áp trong hệ thống điện. Ngoài bộ lọc ra, thiết bị ghép nối còn bao gồm cuộn dây bảo vệ (drain coil), thiết bị phóng điện chân không, bộ phận nối đất bên ngoài và vỏ đứng Sơ đồ ghép nối trong trường hợp có nhiều trạm được thể hiện như trên hình 6.3. Hình 6.3 Sơ đồ ghép nối khi có nhiều trạm điện Các khối trên sơ đồ hình 6.3 như sau : A,B,C,D: các trạm biến áp. 1. Thiết bị ghép nối. 2. Thiết bị chuyển mạch vạn năng 3. Thiết bị PLC Có thể sử dụng các sơ đồ ghép nối khác nhau : - Ghép nối pha – đất : Hình 6.4a ; 68 - Ghép nối pha – pha : Hình 6.4b ; - Ghép nối liên mạch : Hình 6.5. Hình 6.4 Các sơ đồ ghép nối Hình 6.5 Sơ đồ ghép nối liên mạch a) b) 69 Thiết bị ghép nối loại GC 305 của hãng CEGELEC (Pháp) được chế tạo dưới hình thức một hộp Plastic không thấm nước và có 2 mạch quan trong: - Một mạch bảo vệ nhằm đảm bảo độ an toàn cho nhân viên vận hành và bảo vệ thiết bị tải ba khỏi ảnh hưởng của phần cao áp của hệ thống điện và điện áp xung của quá trình quá độ. - Một mạch thích ứng có thể điều chỉnh thể kháng của thiết bị tải ba cho phù hợp với đường dây của hệ thống điện. Mạch bảo vệ được cấu tạo gồm: - Một dao nối đất mà nó sẽ nối đất đầu cực điện áp thấp của tụ ghép nối khi cánh cửa hộp mở ra. Công tắc nối đất này được hoạt động bởi tay cửa trên mặt trước của cánh cửa tủ. Với tay của cửa này nằm ngang thì công tắc nối đất ở vị trí mở, cửa tủ có thể đóng lại (vị trí vận hành). Với tay cửa nằm ở vị trí dọc, công tắc nối đất được nối ở vị trí nối đất (được đóng lại). Ở vị trí này, sụ truyền tín hiệu bị ngưng lại và có thể mở cửa tủ ra trong suốt quá trình bảo dưỡng để sửa chữa thiết bị một cách an toàn. - Một thiết bị chống sét với điện áp định mức là 500V được nối giữa cực điện áp thấp của tụ ghép nối và đất. Nó được dùng để giới hạn những điện áp đỉnh xung nguy hiểm để bảo vệ cho thiết bị thông tin và người vận hành được an toàn. - Một cuộn dây bảo vệ được nối song song với thiết bị phóng điện chống sét tạo một đường thoát đến đất cho dòng điện tần số lưới bị dò qua tụ ghép nối. Nó sẽ có một điện kháng lớn hơn 5000 Ohm ở tín hiệu tần số sóng mang. - Một cầu trì bảo vệ của thiết bị tải ba. - Một thiết bị phóng điện chống sét thứ cấp với điện áp định mức là 600V giới hạn điện áp tăng vọt bất thường. 6.4.4. Thiết bị thông tin tải ba PLC loại CPL 306 Thiết bị thông tin tải ba CPL 306 là một thiết bị có chức năng thu phát tín hiệu tạo ra sóng cao tần để truyền lên đường dây cao áp. Nó bao gồm: - Một phần quản lý kênh và điều chế tín hiệu (Channel – Management); 70 - Một phần chung tạo ra các sóng mang và tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại (common part); - Một phần khuếch đại công suất và phần thích ứng ghép nối cao tần HF (Amplifier)