S.E.P. S.E.I.T. D.G.I.T.

CENTRO NACIONAL DE INVESTIGACION Y DESARROLLO TECNOLOGICO

EQUIPO DE COMUNICACION DIGITAL POR FIBRA OPTICA

PARA LA TRANSMISION DE VOZ, DATOS Y

TELEPROTECCION EN LINEAS DE ALTA TENSION

T E S I S PARA OBTENER EL GRADO DE

MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERIA ELECTRONICA

CENTRO DE I:4FoRMACioN ' I C E N I D E T \ P R E S E N T A

JOSE LUIS ARIZMENDI RODRIGUEZ

CUERNAVACA. MOR. SEPTIEMBR DE 1990

DlRECClON GENERAL DE INSTITUTOS TECNOLOGICOS CENTRO NACIONAL BE WVE8TIBAClON Y M8ARROLLOTECNOLOQlCO

Cuernavaca, Mor., 13 de sep t iembre d e 1990 .

DR. J U A N MANUEL RICARO CASTILLO DIRECTOR DEL CENIDET P R E S E N T E

ATNi I N G . RAUL HERNANDEZ E . Coordinador d e Electronics

P o r este conducto hacemos de s u conocimiento que despus d e haber sometido a revis ion el trabajo de T e s i s t i t u l a d o : EQUIPO DE COMU - NICACION D I G I T A L POR FIBRA OPTICA PARA LA TRANSMISION DE VOZ, DA- TOS Y TELEPROTECCION EN LINEAS DE ALTA TENSION, d e s a r r o l l a d o por e l Ing. Jos Luis Arizmendi Rodrfguez y habiendo cumplido con to- d a s las c o r r e c c i o n e s q u e se l e i n d i c a r o n , estamos de acuerdo en quo se le conceda la a u t o r i z a c i n d e impres in d e l a tes is y I n fecha d e examen d e g rado .

,. S i n o t r o p a r t i c u l a r , quedamos de u s t e d .

!I

lj

A T E N

/I

H. RODRIGUEZ R. ION GENER . JOS UTOS TECNOL CENTRO NAClflNM O t INV!,

C.C.P. consecu t iva i n t e r e s a d o

OlRECClON GENERAL DE INSTlTWi'a TEcNOLo[;ICOS CENTRO NPCIOML DE INVESTIOACION Y D E S A M W O TEWI0LWK;O

Of. NO. 613-9/31244 stanw DI

W D N nmuu

Cuernavaca, Mor., septiembre 5 de 1990.

Ing. Jos Luis Arizmendi Rodrguez Candidato al Grado de Maestro en Ciencias en Ingeniera Electrdnica P r e s e n t e

Despus de haber sometido a revisin su trabajo de tesis titulado

"EQUIPO DE COMUNICACION DIGITAL POR FIBRA OPTICA PARA LA TRANSMISION DE VOZ, DATOS Y TELEPROTECCION EN LINEAS DE ALTA TENSION"

y habiendo cumplido con todas las indicaciones que el Jurado Revisor de Tesis le hizo, se le comunica que se le concede autorizacin para que proceda a la impresin de la misma, como requisito para obte ner el grado.

ez Esauitn

!

PROLONGhCION PhLMIRh S / N (CEChP No.571 A.P4-224 PALMI& MORELOS C R 62 431 TELS: 12-76-13 y 14-06-37

il

DEDICO ESTA TESIS

A MIS PADRES '!

A MIS HERMANOS A Mi T I A ISABEL

A MIS AMIUOS

AQRADEZCO

AI C e n t r o N a c i o n a l de Investigacidn y D e s a r r o l l o Tecnoldgico

C CENIDET >

A I C o n s e j o N a c i o n a l d e C i e n c i a y Tecnologia

C CONACYT >

A I Instituto d e Investigaciones Eldctricas C I I E >

A I personal del D p t o . de C o m u n i c a c i o n e s del IIE

A I MC Joaqdn H. R o d r i g u e z R d z .

por el apoyo otorgado para el desarrollo de esta T e s i s

1

R E C O N O C I M I E N T O

. A l o s creadores de Tecnologa

de cualquier lugar y de

cualquier poca.

I; EQUIPO DE COMUMCACION DIGITAL POR FIBRA OPTICA PARA LA TRANSMISION DE VOZ, DATOS Y TELEPROTECCION

EN LINEAS DE ALTA TENSION

I N D I C E O E N E R A L

I. NTRODUCCDN

I. lvEDloS DE COWNCACDN EN SISTEMAS ELECTRKOS DE POTENCIA

2.1 Descripcin General

22 Medios de Comunicacin 2.3 Comparacin tdcnica de los medios de trans-

misin en el sector elctrico.

2.3.1 Ondas Portadoras por Lneas de Alta Ten- sin

2.32 Enlace de Radio 2.33 Enlace de Fibra Optica 2.3.4 Resumen tcnico de los medios de trans-

misin.

2.4 Servicios de comunicacin entre subestacionee de transmisin

2.4.1 Servicio de Teleproteccin 2.42 Servicio de Teiefonia 2.4.3 Servicio de Telecontrol 2.4.4 Servicio de Trfico Computacionai

1

4 6

6

7 8 10

11

11 17 18 20

1

1. DISENO CONCEPTUAL DEL SISTEMA DE COMUNCACDN POR FBRA OPTlCA

3.1 Deocriptin General '1 32 Configuracin del sistema digital

Configuracin del enlace por fibra ptica

Servicios para el sector elctrico

3.4.1 hterfaz para Teleproteccin

3.42 hterfaz para Telefona

3.43 hterfaz para Datos Asncronos

3.3 3.4

N. DISENO OEL WLTCANALIZADOR POR DNLSDN DE TEMPO SNCRONO

II

4.1 Descripcin General 42 Multicanalizacin por Divisin de Tiempo

Sncrono

4.3 Demultiplexor Sncrono 4.3.1 Analisis del modo de mantenimiento

en amarre

432 Analisis de la deteccin de desalineamiento 4.3.3 Analisis de la busqueda del patrn

alineamiento.

4.4 Alarmas del sistema de transmisin digital 4.4.1 Descripcin General 4.42 Alarma de Probabilidad de error > 4.4.3 Alarma de prdida de sincrona en la trama 4.4.4 Alarma de error en el bit de paridad.

4.5 Pruebas funcionales 4.5.1 MJItiplexor por Divisin de Tiempo 452 Demultiplexor Sncrono

22 23 25

27 29

31

32 . 33 38

41

41

de

43

46 47 49 53

56 57

IrlOlCE

" V. NTERFACES DE SERVICIOS PARA EL SECTOR ELECTRCO

I

5.1 Servicio de Telefona 5.1.1 Descripcin General

5.1.1.1 Diseo del Modulador CVSD 5.1.12 Consideraciones de diseo

5.12 hterfaces para la conexin Punto-Red Pblica de telfonos

5.12.1 5.122

hterfaz de la tarjeta de usuario Descripcin de la tarjeta suscriptora

5.13 hterfaces para la conexin Punto-Punto

5 2 Servicio de Teleproteccin 52.1 Descripcin General 5 2 2 52.3

hterfaz de transmisin de comandos

hterfaz de recepcion y decisin de comandos

5.3 Servicio de transmisin de datos asncronos 5.3.1 Descripcin General 5.32 hterfaz para la conexin de datos

asncronos

5.4 Pruebas funcionales 5.4.1 Servicio de Telefona 5.42 Sistema de Teleproteccin 5.43 Transmisin de Datos Asnc n

1 VI SISTEMA DE TRANSMSDN POR FBRA OPTCA

6.1 Descripcin General 6 2 Wltiplexaje por Divisin de Longitud de Onda 6.3 hterfaz para el Transceptor Optico

6.3.1 Descripcin General

61 63 66

68 70 72 81

82 83

86

a9

90

92 95 97

99 100

102

#IDICE T 3 ,'

6 . 3 2 Transceptor Optico 6.32.1 6 . 3 2 2 Presupuesto de Potencia 6 3 2 . 3 Transceptor Digital a 1300 nm 6.32.4 Presupuesto de Potencia

Transceptor Digital a 820 nm

6.4 Sistema Sincronizador para la recuperacin 11 de Reloj

6.4.1 Descripcin General 6.42 hterfaz para la Recuperacin de Reloj

6 5 Pruebas funcionales 65.1 Sistema para la recuperacin de reloj

V I CONCLUSDNES

APENDEE DiSpOSitiVOs Optoelectrnicos

io3 104 104 106

106

109 110

113

116

1 2 2

4

C A P I T U L O I

I N T R O D U C C I O N 'I

Para cubrir las necesidades de comunicacin en la

administracin, operacin, supervisin y control de empresas

' elctricas , actualmente se utilizan diferentes sistemas de comunicacin tales como Microondas, Radio VHF y UHF, Sat6lite. Telfono, Ondas Portadoras por Lneas de Alta Tensin (OPLAT) y

servicios de voz, datos, teleproteccin y control

supervisorio.

fibras pticas, aplicandose segn sus caracterstica8 en los

I1

Las tecnologias empleadas en cada sistema de comunicacin han

ido cambiando conforme se han experimentado nuevas tdcnicas. siendo la tendencia principal la de reducir al mriximo los

medios analgicos, sustituyendolos por los digitalas. Este desarrollo sucede tanto por razones econmicas como

tcnicas.. Sobre todo porque las caractersticas de los

Sistemas de Telecomunicaciones Digitales pueden ser hechos significativamente mejores que los analgicos.

Para la supervisin y control de lneas y subestaciones de transmisin, las empresas de energa eldctrica ( En Mxico la CFE y la Ca. de Luz y Fuerza del Centro) utilizan

principalmente sistemas de comunicacin de OPLAT, Microondas y

recientemente Fibras Opticas.

CflP I

'I

1

INTRODUCCXON 'f

El trabajo que aqu se presenta, consiste en el desarrollo de un Equipo de Comunicacin Digital por fibra ptica

para el Control, Proteccin y Supervisin de las Lneas de Alta Tensin, y contempla las interfaces para los servicios de VOZ, datos y teleproteccin. As mimo se incursiona en una nueva tdcnica de Transmisin bidireccional llamada * Ivbltiplexaje

por Divisin de Longitud de Onda' ( mL0 1.

/I

A continuacin se describe el contenido del trabajo de - tes is

' por capitulo.

El captulo 1 establece un marco de referencia para ubicar el tema a desarrollar y se describe en forma breve el alcance del trabajo.

a /

En el captulo 2 se analiza las caractersticas de los medios de comunicacin ms empleados por las empresas de energia elctrica, se hace una comparacin tcnica y se da una revisin

general de las necesidades actuales en cuanto a los servicios requeridor.

En el capitulo 3 procederemos a describir la configuracin general del sistema de comunicacin en forma funcional de los esquemas desarrollados. Las caractersticas especificas de cada

una de las partes se detallan en la seccin de cada subsistema.

En el captulo 4 se analiza el mtodo de Milticanalizacin por Division de Tiempo ; En eota parte se estudia el mtodo

' de multiplexaje sncrono, trama de salida digital, el

algortmo y la confiabilidad del Demultiplexor. Adems se incluye el sistema de alarmas digitales, describiendo para esto

i las tres ms importantes: Probabilidad de error (BER). Prdida de Sincrona (P.S.TI y Paridad.

CRP . I 2

INTRODUCCION

gracias a los algoritmos desarrollados para su compresin. sistemas telefnicos desarrollados en este trabajo emplean

tcnica ideal para este fin llamada modulacin CVSD. En misma parte procederemos a describir los esquemas

transmisin y recepcin de comandos para teleproteccin. Otra de las partes analizadas es la transmisin digita

En el captulo 5 se incursiona con las interfaces dedicadas a los servicios en el sector elctrico

La transmisin digital de seales de voz, ha sido posible Los una

esta de

de

datos asncronos; incluyendo en este punto una posible configuracin para el uso del puerto RS-232 como medio de

transmisin de datos.

El captulo 6 describe el enlace de comunicacin que como se mencion, emplea la tcnica de Multiplexaje por Divisin de

Longitud de Onda (M)LO) ; esto se puede lograr gracias a la comercializacin de elementos para la transmisin por MDLO.,

Uno de los sistemas importantes que logran hacer prctico el enlace de comunicacines es el de autosincronizacin digital, cuyo buen desempeo es necesario para mantener el temporizado de todas las partes; este circuito se describe como parte de la recuperacin de reloj. :

Cada uno de los sistemas esta detallado con sus formas de onda observables en los puntos ms importantes descritos en cada diagrama.

Al final de este trabajo se anexa una seccin de Apndice donde se incluyen hojas de especificacin de los elementos ms relevantes.

CRP I 3

C A P I T U L O 2

21 DESCRIPCION GENERAL

El incremento de tamao y complejidad en los sistemas elctricos de potencia. han provocado un crecimiento rpido

en los servicios de Telecomunicacin

Un Sistema elctrico de potencia, consiste de una cantidad determinada de estaciones generadoras ( termo o hidro 1 localizadas en diferentes partes de un pais, proporcionando potencia elCctrica a travs de las lineas de transmisin y redes de distribucin para alimentar cargas que estn

esparcidas en todo el territorio y en forma remota a las estaciones de potencia.

En la f ig 2.1 podemos observar los elementos de un sistema elctrico de potencia, adems de la estacin generadora, lineas de transmisin y subestaciones, notamos otras unidades que pueden ser identificadas como sigue:

- Mando Central para iniciar la operacin del sistema elctrico de potencia.

- Uno o ms Centros de Control para determinar que estaciones generadoras deben operar, y como ser la transmisin y ditribucin de la red.

- Uno o ms Centros de Computo, como soporte de los Centros de Control y para soporte del Mando Central.

Por supuesto, cada unidad no puede trabajar en forma

I aislada y de ah que se requiera un servicio de Telecomunicac in.

4

MEDIOS DE COMUNICACION ON SISTEMAS ELECTRICOS DK POTKNCIA

HANDO C E N T R A L

/ I-

I CARQR

C A R G A

Fig 2.1.- Servicios en la transmisin de la energa elctrica

I: I ->

CRP II 5

'!

MEDIOS DE COMUNICACION EN SXSTGMAS ELECTRXCOS DE POTENCIA

22. MEDIOS DE COMNlCAClON

Los medios de transmisin empleados para la comunicacin on un eietoma elctrico do potencia, eon divercoa. siendo todos ellos regulados por los estandares hternacioneles f EC, CCFTT, CCR, etc. 1. Los criterios para seleccionar un sistema de transmisin obedece a las siguientes

,I observaciones:

- Cantidad de canales requeridos - Capacidad de transmisin del canal - Condiciones geogrficas - Calidad y confiabilidad del sistema

La fig. 22 nos muestra diversos medios de telecomunicacin que se pueden disponer para enlazar un punto a otro [ i l .

2.3. COMPARACION TECMCA DE LOS MEDIOS DE TRANSMSION EN EL SECTOR ELECTRICO.

En esta clausula se intenta dar una breve descripcin de los medios de transmisin disponibles para su uso en sistemas

elctricos de potencia, aclarando que aspectos Y consideraciones importantes son detallados por los estandares Internacionales ( EC, CCiTT, CCR, etc 1 mostrandonos en ellos toda informacin que con precisin sea requerida 121. ,

Consideraremos los tres medios ms importantes por discutir :

1.- Ondas Portadoras en Lineas de Alta Tensin 2.- Enlaces de Radio 3.- Enlaces por Fibra Optica

CRP II 6

MEDIOS DE COYUNICACION EN SISTEMAS GLECTPICOS DE POTENCIA

SATELITE trim ONDA ENLACE RADIO f IERAS PILOTO PORTADORA RADIO HOUIL OPTICAS .

S l S t B H l B L B C t R i C O D E P O i B H C I A

L D I O S D E T R f i N S i I I S I O N PFIRfi T E L E C O n U N I C f i C I O N I

Fig 22 Medios de comunicacin en el sector elctrico

2.3.1 ONDAS PORTADORAS POR LNEAS DE ALTA TENSDN

Los enlaces con Ondas Portadoras son sujetos a niveles de

ruido de fondo causados por efecto corona; Este ruido es

aleatorio y los niveles de potencia referidos a un ancho de banda de 4 Khz, bajo condiciones atmosfricas adversas son de -30 dbs, -20 dbs y de -10 dbs. para sistemas de voltaje de 110 Kv, 220 Kv y de 440 Kv respectivamente.

La confiabilidad de un enlace de OPLAT es excepcionalmente alta; considerando que como es dependiente de la disponibilidad de la lnea de potencia en la cual es involucrada, esta lnea de potencia por si misma determina la confiabilidad del sistema de comunicacin. La fig. 2.3 n os muestra el esquema general de un enlace de comunicacin por las lineas de alta tensin.

COP II 7

u

MEDIOS DE COYVNICACION EN SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA

Fig. 2.3.- Enlace de Comunicacin por OPLAT

2.32 ENLACES DE RADIO

Los enlaces de Radio son ampliamente utilizados en los servicios de comunicacin de los sistemas elctricos de

potencia, principalmente por los siguientes mritos :

- hdependencia de la lnea de potencia - hdependencia de los circuitos de conmutacin y seccionado. - Los costos pricipales son generalmente bajos y menores que

los sistemas por cable.

- Se pueden ofrecer circuitos adicionales relativamente fcil y a bajo costo, en dado caso que a futuro se incremente el

nmero de canales. - Su aislamiento galvnico permite el uso de enlaces de radio

en areas de gran aumento de potencial de tierra, en lugar del alto costo de la colocacin de cables y transformadores de aislamiento.

CAP II 8

.. .. r

MEDIOS DE COYUNICACION EN SISTSYAS ELECTRICOS DE POTENCIA

Los problemas fundamentales en la planeacin inicial del enlace de radio incluyen :

- Asignar adecuadamente el plan de frecuencias - Problemas de propagacin, incluyendo prdidas y efectos de

desvanecimiento.

- Para enlaces UHF y SHF, donde se requieren diversas capacidades de canales de voz, el enrutamiento es generalmente limitado a linea de vista.

- Los sitios de las estaciones repetidoras pueden ser demasiado caras e inaccesibles en algunas pocas del ao (debido a la nieve, lluvia, etc.) .

La fig 2.4 nos esquematiza un ejemplo de un sistema de radio enlace.

Fig 2.4.- Enlace de comunicacin por radio ,I

CRP II

I MEDIOS DE COMUNlCACION EN S I S T E M A S ELECTRJCOS DE POTENCIA

" 2.3.3 ENLACE DE FBRA OPTlCA

'I La tecnologa de fibras pticas ha avanzado rapidamnente; La reduccin de costos y el incremento de dispositivos ms

tf confiables han provocado su rpida incorporacin en el sector

Un enlace de Fibra Optica es caracterizado principalmente por elctrico,

las siguientes propiedades :

Bajas prdidas de transmisin : De 2 a 3 dbMm con logitudes de onda de 820 nm. De 02 a 0.4 d b A m en el intervalo de 1300 a 1550 nm.

El costo potencial de la fibra ptica es ms bajo

El ancho de banda potencial es extremadamente alto F.O multimodo indice gradual 1 GhzAm F.O monomodo indice escalonado 100 GhzMm

Diafona despreciable entre lneas cercanas hmunidad a la interferencia electromagntica

Aislamiento elctrico

Tamao pequeo del cable, bajo costo

A pesar de las ventajas mencionadas podemos mostrar las

siguientes desventajas :

- Debido a la naturaleza del vidrio, este se rompe cuando se

- Los componentes de la interfaz , por ejemplo conectores

La fig. 2.5 muestra la conexin entre dos sistemas de

excede su lmite elstico.

desmontables, etc, son caros.

khltiplaxaje digital.

!

CRP II 10

I

MEDIOS DE COMUNiCACION EN SISTEMAS KLECTRICOS DE POTENCIA

I-

Fig 25.- Enlace de comunicacin por fibra ptica

2.3.4 RESUtvEN TECNCO DE LOS MEDIOS DE TRANSMSON

Los requerimientos fundamentales en el empleo de un sistema de transmisin adecuado, obedece practicamente tanto a necesi- dades econmicas como tcnicas, los detalles generales para la consideracin de cada sistema se describen en la tabla 2.1, donde apaerecen requerimientos fundamentales de cada medio.

2.4. SERVlClOS DE COWNICACION ENTRE SUBESTAClONEs DE TRANSMISION

La comunicacin entre subestaciones contiene generalmente

caractersticas que se mencionaron posteriormente, pero los servicios de Teleproteccin. Telecontrol, Voz y Datos son

los ms empleados 131, como se describe a continuacin:

2.4.1 SERVICIO DE TELEPROTECCDN

La factibilidad de tener comunicaciones seguras y confiables * , son los requerimientos para la transmisin de seales de teleproteccin. La confiabilidad de un sistema de teleproteccin depende en gran parte de la confiabilidad del

enlace de comunicacin, y el sistema que se vaya a implantar

debe poder soportar esta distincin.

CUP n 11

YEDIOS DE COYUNICACXON EN SISTEYAS KLECTRICOS DE POTENCx* J

I. Tabla 2.1 .- Comparacin tcnica de los medios de comunicacin

En la proteccin de las lneas de alta tensin es necesario , proveer informacin de los. comandos de proteccin de una

localizacin a otra, rpida, confiable y libre de errores 141 , r51

Los sistemas de proteccin pueden ser clasificados en dos categorias de acuerdo al t ipo de informacin que es

transmitida:

- Sistema de Comparacin analgica - Sistema de Comando

En los sistemas de proteccin por comparacin analgica, se compara la amplitud y la fase de las corrientes del sistema elctrico de potencia en ambos extremos de la lnea.

lnea de potencia y comparada con los valores locales para

determinar si hubo una falla, la cual puede ser interna o externa a la seccin de la lnea protegida.

Las seales analgicas son procesadas en cada extremo de la

11

I1 1

CRP II 12

MEDIOS DE COWUNICACION EN SISTEMAS ELECTPICOS DE POTENCIA

En los sistemas de comando, la informacin transmitida entre los extremos de una linea protegida, consista en el cambio de un estado ENC-APAG. o viceversa.

Existen dos modos bsicos, llamados "modo de bloqueo" y el "modo de teledisparo ' Y teledisparo transferido 1.

En el modo de bloqueo, un comando es transmitido para fallas externas para bloquear la operacin de los elementos de disparo del lado remoto. Para fallas internas, la transmisin de los comandos es prevenida por la operacin de los elementos locales.

En el "modo de teledisparo". un comando es transmitido como resultado de la operacin de los elementos de deteccin de falla local y esto es empleado pera iniciar o permitir el disparo remoto.

En el "teledisparo directo "(disparo transferido 1, la informacin del comando transmitido es usado en el lado

receptor para efectuar el disparo del lado remoto, sin hacer referencia de los elementos detectores de falla en el lado remoto.

En el "disparo permisivo ", la informacin del comando transmitido es empleado en el receptor para efectuar el

disparo, solo si los apropiados elementos da falla local han sido operados.

Dos trminos importante en los esquema de proteccin son la "Seguridad y Obediencia".

Seguridad (SEO) es una funcin de la probabilidad de recibir un comando no deseado, PcNn. Donde PCNO es comunmente empleada como la cantidad de comandos no deseados por equipo-ao

13 I I CENTRO DE lNFORMAClOb4 C E N l D E T

CRP II

CEYIDET C I 9 0 1 2 2 4

YKDIOS DE COMUNICACION EN SISTKMAS KLKCTRICOS DK POTKNCIA

'! Un receptor para teieprotecciones esta expuesto a un canal ruidoso y puede recibir un nmero de comandos no deseados que

siguen una distribucin de Poisson. f

-(I/ICND) PCND ( t ) - 1 - e L

siendo tcND : tiempo promedio entre comandos no deseados y la seguridad:

Como se mencion esta probabilidad es posible calcularla por

medio del modelado del ruido de la red, y de aqu tranferirla en un indicativo de calidad del nmero de equipos-ao entra cada comando falso.

REQUERMENTOS ACTUALES : La seguridad es dada en equipo-ao entre disparos falsos:

1

Permisivo : 100 Bloqueo : 10 11

Directo : 500

Obediencia (OBED 1 es expresada en funcin de la probabilidad de un verdadero comando de disparo del lado

transmisor sea recibido como un genuino comando en el extremo

opuesto ( PCNI 1, probabilidad de comando no interpretado. Los varios esquemas de teleproteccin requieren de alta

obediencia. La obediencia en los sistemas de teleproteccin estan involucrados con la relacin S / N .

Por ejemplo para una determinada S/N , es transmitido un nmero total de comandos NT, y es observada la cantidad de comandos recibidos NR, empeando un tiempo de transmisin tw.

CRP n 14

MEDIOS DK COYUNJCACION KN SISTEMAS KLKCTRICOS DK POTENCIA

L a estimacin de la probabilidad de un comando no

' interpretado PCNI puede hacerse como :

NT - Nn NU PCNI - NU - 1 - N T

Para una determinada obediencia. debemos tener una

determinada S / N , a un determinado tiempo de transmisin. Estos par6metros estan interrelacionados y si alguno de ellos no es encontrado para el canal empleado, otros parmetros de ste.

, como ancho de banda y tiempo de deteccin, deben de ser cambiados. Estos cambios debern, por tanto, tambien afectar a la seguridad.

REQUERDJENTOS ACTUALES :

Permisivo 99.9 % a + 1 db wn Bloqueo 99.9 % a 3 db s/n Directo 99.9 % a - 1 db s/n

En la medicin de los datos es empleado continuamente ruido

blanco. La relacin s/n es referida a la medida de ruido en la banda base de 4 Khz.

TEWOS DE TRANSMSDN

El tiempo total de transmisin para un canal de teleproteccin es la suma de diversos facto'res :

A T TIEMPO TOTAL DE FALLA PARA EL =TEMA DE

'I Es el tiempo transcurrido desde el momento en que ocurre una falla en la lnea de potencia, hasta que el circuito de bloqueo es accionado por el sistema de teleproteccin.

TELEPROTECCION

CRP n 15

MHDIOS DE COMUNICACION EN SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA

!!

i:

b To= TEMPO DE TRANSMISION NOMINAL PARA EL CANAL DE

TELEPROTECCION. Es el tiempo transcurrido desde que el transmisor de teleproteccin detecta una falla, hasta que el receptor de

teleproteccin ha dado una salida, medido bajo condiciones sin ruido.

C T,= TIEMPO DE TRANSMlSlON ACTUAL PARA EL CANAL DE

Es el maxirno tiempo transcurrido desde que se inicia la entrada de un transmisor de teleproteccin. hasta que el receptor de teleproteccin da una salida, medida bajo

condiciones ruidosas para una definida obediencia y una definida s/n .

TELEPROTECCION.

El tiempo ms interesante para el usuario es el T y este ocs

depende de la suma de diversos trminos , como se muestra:

a 1.- t c h Retardo de tiempo producido por el transmisor y el receptor ( filtros, moduladores, demoduladores, etc.). Este

tiempo es dependiente del ancho de banda del canal de teleproteccin.

b).- tDsc Tiempo que tarda el lado receptor para decidir o determinar, si la seal recibida esta en el estado de guarda o de comando.

Este tiempo es ajustable, dependiendo del esquema de

proteccin. tnsc es siempre relacionado con S A y el ancho de banda empleado. c).- t IF Retardo producido por la interfaz del equipo con los aparatos de proteccin (relevadores, optoacopladores. etc 1. d).- tBR Tiempo de retardo del circuito de telecomunicacin.

dependiendo del ancho de banda y filtros implementados (por ej. 2 mseg. para OPLAT 1 e).- tPR Tiempo de propagacin del medio. Depende de la

longitud y tfpo de enlace implementado ( por ej. O33 mseg4m )

CRP II 16

YEDIOS DE COUUNICACION EN SISTEUAS ELECTRICOS DE POTENCIA

REQUERMENTOS ACTUALES

Para un canal sin ruido los tiempos totales de transmisin son:

Disparo Permisivo 15-25 mseg Bloqueo 8-15 mseg Disparo Directo 25-40 mseg

2.42 SERVICIO OE TELEFONlA

Una de las necesidades para la supervisin de un sistema elctrico de potencia, es la de poseer un eficientey confiable sistema telefnico para el mantenimiento de sus operaciones.

La comunicacin telefnica entre los centros de control en los niveles altos de jerarqua, es donde requiere de la mejor implementacin de este sistema. porque ah es donde existe la responsabilidad de la provisin, transportacin y distribucin de la energa elctrica.

Un enlace telefnico entre los Centros de Control y los Centros de Conmutacin o Estacines Generadoras, debe

establecerse en muy cortos espacios de tiempo, especialmente en

situaciones de emergencia, para permitir la inmediata

intervencin en la correccin de la situacin. Estos requerimientos telefnicos demandan:

- 100 % de Disponibilidad - tvluy Alta Confiabilidad - Rpido Acceso

Por esta razn la mayora de las. compaas operan eu prpio servicio telefnico usando radio (microondas 1, enlaces de cable.

CflP B 17

... . . . . .

~~

MEDIOS DE COMUNICACION EN SISTEMAS ELECTRICOS DE POTKNCIA

A este sistema telefnico le es integrado un sistema de sealizacin de red. de manera que el intercambio telefnico se haga con mejores facilidades que las que estan disponibles en el sistema pblico telefnico, pudiendose mencionar:

- - Trafico automtico por trayectoria - Ningn bloqueo en la conmutacin - Numeracin cerrada a la red. -

Conmutacin automeitica a lineas troncales paralelas.

Conexin directa a destinatarios programados

Las anteriores ventajas van combinadas con las caractersticas siguientes:

- - Rpida sealizacin - Rpido establecimiento de multitrayectorias -

Buen nivel de recepcin y libre de eco.

Flexibilidad en el diseo de manera que sea de una forma modular

- Bajos costos.

2.4.3 SERVICIO DE TELECONTROL

El telecontrol, adems de implicar el telecomando de un cambio de estado de por ejemplo un circuito cerrado un aislamiento, o de algn cambio de las consideracines de operacin da algn equipo, implica la supervisin de todas las condicines de la red elctrica, como un nico proceso para resguardar su eaguridad, confiabilidad, disponibilidad y economa en la provisin de la energa elctrica.

Para tomar accin en ste, el telecontrol lleva a cabo las

funciones de estimacin de estados, deteccin de sistemas de potencia en mal estado, etc.

CRP II 18

I1 MEDIOS DE COYUNICACION EN SISTXYAS ELECTRICOS DE POTENCIA

REQUERMENTOS

La seguridad, confiabilidad y disponibilidad de los sistemas elctricos de potencia requieren de funciones de telecontrol que sean siempre rpidos en actualizar las telemediciones y sean de alta seguridad y obediecia.

I/

FUNCDNES DE TELECONTROL :

TELEMETRI A - ADQUISIUON DE CANTIDADES VARIABLES - CALCULO DE VALORES COMPUESTOS - ENTRADA MANUAL DE VALORES

TELEINDICACION - ADQUlSlClON DE INDICADORES DE ESTADO - CALCULO DEL VALOR COMPUESTO

TELECOMANDO - USO DE COMANDOS PARA EL CAMBIO DE ESTADO

TELEREGULACION - USO DE INFOUMAClON PARA REGULACION - BLOQUEO

MONITOREO DE LIMITES - MONITOWO DE CANTIDADES TELEMEDIDAS PROCESAMIENTO DE EVENTOS Y ALARMAS - CLASIFICACDN DE EVENTOS EN EL

SISTEMA DE POTENCIA - ALARMAS DE RECONOCIMIENTO - ALARMAS DE BLOQUEO

I1

CRP II 19

YBDIOS DE COYUNlCACION EN SISTBYAS BLPCTRICOS DE POTENCIA

2.4.4 SERVCD DE TFtAFCO COWUTACDNAL

El Trfico Computacional consiste de grandes cantidades de datos, transferida hacia una parte desde una parte en forma de tramas. Pueden existir grandes cantidades de informacin en ei trfico interactivo.

-

Este trfico requiere de proteccin contra errores y alta

velocidad de sealizacin, tpicamente se pueden manejar 2.4, 4.8, 9.6 Kbauds, y en algnas ocaciones sealizacines ms altas.

OTROS SERVCDS ,

Telex, Facsmil y Trfico de Correo Electrnico pueden ser otros medios que emplean grandes cantidades de datos entre los

centros operacionales y administrativos.

Velocidades de sealizacin del orden de 50 baud para Telex a 2.4 Kbaud para Facsmil y Correo Electrnico.

ii

CRP II 20

MEDIOS DE COMUNICACION EN SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA

REFERENCIAS :

1; NTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL CoMMsSK)N, General Considerations for telecommunication Service for the Power Systems. Tecnical Comitee No 57. Diciembre da 1988.

2.- NTERNATDNAL ELECTROTECHNCAL CONMSWN. Guia para la Planeacin de Redes en Sistemas Elctricos de Potencia. Tecnical Committee No. 51 Junio de1988.

3.- ELEKTRISK BUREAU, The EB Power Network Communication Package P.0 Box 98, N. 1360 Nesbru Norway.

4.- Jan Clagerber, bnportant Parameters in the Protection Signalling. The requwiments for the market, today and tomorrow.

Teleperotection Signalling Symposium London 26th of February 1981.

5 .- Grupo de trabajo 'Teletranemisiones', Teledisparo: Caractersticas y Equipos.

Asociacin de hvestigacin hdustrial Elctrica (ASNEL). Mayo de 1978.

!

6.- RKosoinen, J. Komulainen, E Salo, Applications of bitegrated Digital Network for Electric Power System.

=RE 27th August - 4th September 1986 Session.

CRP II 2 1

,

C A P I T U L O 3

31 DESCRlPCiON GENERAL

El uso de la fibra ptica como medio comunicaci I, ofrece ciertas ventajas sobre los enlaces de transmisin por cable, en especial cuando stos son utilizados en redes de suministro elctrico.

El empleo de un equipo de estas caractersticas tiene las i, siguientes ventajas .:

I - Los potenciales elctricos del equipo terminal en cada

- La interferencia electromagntica no tiene . efecto en la

I! extremo son completamente aislados,

trayectoria de transmisin.

grandes anchos de banda del cable de fibra ptica. - La transmisin digital puede ser empleada. debido a los

El sistema que aqu se presenta es un equipo diseado para transmitir por fibra ptica, seales analgicas de baja frecuencia, tales como Telefona, Telegrafa, Proteccin, as como seales digitalea.

La transmisin se efecta de una manera bidireccional por una sola fibra ptica aplicando el mtodo de Multiplexaje por Longitud de Onda.

CRP 111 22

1

DISENO CONCEPTUAL DEL EOUIPO DE COYUNICACXON

El e+ipo desarrollado basicamente consiste de los siguientes mdulos:

Sistema Multiplexor Sncrono a 2.048 W/seg Sistema Demuttipiexor Sncrono a 2.048 W l s e g Sistema de Alarmas para

Sistema Sincronitador para la recuperacin de reloj

Transceptor Opt'ico a. 820 nmts Transceptor Optjco a 1300 nmts Dispositivo para el bhltiplexaje por Divisin de Longitud de Onda. Par de interfaces para la transmisin de seales analgicas

de voz.

deteccin de REB, P.S.T y Paridad

Par de interfaces para la transmisin de comandos de teleproteccin.

par de interfaces para la transmisin de seales digitales

asincronas.

3 2 CONFIGURACION DEL SISTEMA DIGITAL I

La fig. 3.1 nos muestra un aspecto general del sistema digital con una posible configuracin de los servicios

prestados.

El equipo bsico consiste de un Multiplexor por Diviston de Tiempo Sncrono, Demultiplexor Sncrono con circuitos de

monitoreo ( detectores de alarma de REB, P.S.T y Paridad 1, recuperador de reloj de sincrona. un Transmisor y Receptor Opticos, Fuente de Poder y Fuente de Sincrona de Reloj.

La velocidad de Transmisin en la Lnea Digital es de 2.048

I/ h%/seg correspondiente a la la Jerarquia de la CCITT.

CUP ' Ill 23

DISENO CONCEPTUAL DEL EQUIPO DE COYUNICACION

r-

. L

- 1.8.1

- P.A.! 2

Fig 3.1 .- Configuracin del sistema digital

CUP IU 24

DISEO CONCEPTUAL DEL EQUIPO DE COMUNICACION

AI equipo le puede ser aadido hasta 12 interfaces, segn las necesidades de ips servicios requeridos.'

- INTERFAZ DE TEYEPROTECCION PARA LA TRANSMISION DE COMANDOS DE PROTECCION, INDEPENDIENTES EN CADA FASE.

- INTERFAZ DE DATOS PARA L A TRANSMISION DlQlTAL DE DATOS ASINCRONOS DE HASTA 9600 BITS/SEO.

CONEXION PUNTO-PUNTO Y PUNTO-RED PUBLICA DE TELEFONOS.

- INTERFAZ ANALOQA PARA LA TRANSMISION DE TELEFONIA CON'

Cada interfaz 1 es diseada de una manera modular, y pueden trabajar hasta con velocidades de sealizacin de 64 Kb/seg. en forma sncrona.

En el lado receptor es posible monitorear los errores en los datos. Para esto se emplean alarmas que se implementan de acuerdo a los siguientes criterios:

- - Prdida de sincrona en la trama - Probabilidad de error > lo-' -

Prdida de la recepcin y transmisin ptica

Error en el b i t ' de paridad

3.3 CONFICURACION DEL ENLACE POR FIBRA OPTICA

La fig. 3.2 nos muestra la configuracin del enlace por fibra ptica. Debe notarse que este enlace es una conexin punto a punto, en forma duplex completa a travs de una sola fibra ptica.

Para esto es necesario aplicar un hkltiplexaje por Longitud de Onda, es de,cir, la transmisin y recepcin se hace con fuentes pticas emitiendo 'a dos longitudes . de onda distintas, que para nuestro caso hi= 820 nm y hz= 1300 nm .

CRP til 25 I

.--

',

'I

Y

:I

!I

Fig 32.7 Esquema del enlace por fibra ptica

Este tipo de comunicacin solo se puede lograr con el empleo de Acopladores Eidireccionales.

El equipo es capaz de inyectar dentro de la fibra ptlca -17 dbm de potencia ptica, lograndose transmitir en la lnea digital hasta una distancia de 5 Kms sin repetidor, asumiendo prdidas en el cable de fibra ptica de 2 d b d m (fibra de hdice Gradual de 50/125 pm ) y prdidas en el empleo de acopladores bidireccionales de 1 db a.

I

* MEDICIONES HECHAS EN BASE A UNA FUENTE OPTICA DE 820 NU. I

I

CRP Ill 26

' p IsEC0 CONCEPTUAL DUL EQUIPO DE COmUNICACION

3.4. INTERFACES PARA EL SECTOR ELECTRIC0

3.4.1 NTERFAZ PARA TELEPROTECCDN

L a funcin d e ' la interfaz de proteccin. es la de

transmitir comandos de disparo para proteger independientemente a cada fase en la lnea de alta tensin.

I Las entradas y salidas del transmisor y receptor

respectivamente, , tienen aislamientos galvnicos por optoacoplador, pudiendose adaptar relevadores de contacto a la salida.

El tipo de evaluacin en el comando de salida en el lado receptor garantiza un falso disparo, con tiempos de transmisin de 2 mseg.

Se transmite un cdigo de supervisin que nos asegura la

falla en la transmisin, en este momento, inmediatamente se validacin de comandos, pero en el caso de que se detecte una

bloquea los comandos de proteccin a la salida. La fig. 3.3

y la fig. 3.4 muestran esquemticamente las interfaces de transmisin y recepcin.

I

CRP 111 27

DISENO CONCEPTUAL DEL EQUIPO D E COYUNICACXON

C-J-FJ 3N-J - Fig 3.3.- hterfaz de transmisin de comandos

Fig 3.4.- hterfaz de recepcin de comandos

I

CRP in 28

DISEO CONCEPTUAL DEL eaurpo DE COMUNICACION ,I

3.42 NTERFAZ PARA TELEFONlA I

Las interfaces para Telefona tienen dos modalidades :

I

CONEXION PUNTO A PUNTO - - CONEXION PUNTO A RED PUBLICA DE TELEFONOS

La conversin A/D se hace de acuerdo al princlpio de Modulacin Delta de Pendiente Continua Variable ( Modulacin CVSDM por sus siglas en ingls 1.

Este mtodo es caracterizado por su insensitividad a los errores de transmisin y es particularmente adecuado para ser empleado en Miltiplexores de htercalado de Bit.

La tasa de sealizacin para cada interfaz es de 64 Kbheg., asegurandonos alta calidad de transmisin aun teniendo un BER

La fig. 3.5 y la fig. 3.6 nos muestran esquemticamente de IO-'. I

las conexiones posibles.

29

DISKFJO CONCEPTUAL DKL KQUIPO DE COYUNICACION

3.43 NTERFAZ DE DATOS ASNCRONOS

Con esta interfas es posible transmitir datos asncronos

Digitales de hasta 9.600 Bits/seg.. en forma directa y asncrona. Para esto, un canal de datos es dedicado a cada

interfaz. Las entradas y salidas corresponden al estandard de la

RS-232 C. La fig. 3.7 nos muestra la utilizacin de las interfaces.

C O H U N I C ~ C I O N ASINCRONa

Y

Fig 3.7 .- Ejemplo de comunicacin asincrona empleando el sistema multiplexor.

CRP IU 31

C A P I T U L O 4

4.1 DESCRlPClON GENERAL

El empleo de un multiplexor/demultiplexor para manejar seales de teleproteccin, le da un sentido ms particular a su diseo, distinguiendolo de esta manera de los de uso mas comn, como los de transmisin PCM.

Desde el simple hecho de manejar seales de teleproteccin,

nos obliga a tener un equipo de comunicacin de alta confiabilidad, provocando que la estructura arquitectura del sistema, debe ser hecha de manera de evitar un desalineamiento entre el transmisor y el receptor, la menor cantidad y el menor

tiempo posible.

La confiabilidad y rapidez solo se puede lograr con un

mutiplexor sncrono por intercalado de bit, esto se hace principalmente por la naturaleza de las seales que seran transmitidas y por la sincrona que se lleva con el Reloj Maestro del h l t ip lexor .

El hl t ip lexor por Divisin de Tiempo por intercalado de bit, es ms econmico en multiplexaje de canales sncronos y as mismo tiene un retardo de tiempo mnimo, esencial en las funciones para teleproteccin [ I 1.

CRP tu 32

MULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONO

La sincrona de tiempo es comandada por medio de un oscilador de alta estabilidad. L a frecuencia de referencia se hace con un cristal que tiene una toleramcia de IO ppm

c2 I.

L a velocidad de salida de las seales 'multiplexadas f~ se calcula tomando en cuenta el nmero de ranuras de tiempo m y

la velocidad de muestre0 de cada canal f a .

jo - m * f. jo = ( 32 1 * ( 64 Km 1 - 2,048 Kmuestrawseg

2.648 iv%/seg velocidad de sealizacin de la la Jerarqua de la CCITT [ a ] .

42 MULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONO

La fig. 4.1 nos muestra el diagrama a bloques del Miltiplexor por Division de Tiempo Sncrono. El circuito fundamentalmente es un serializador. Este circuito acepta los canales de entrada en paralelo y da acceso a cada uno de ellos a la salida. Entonces a cada canal le es asignado una ranura

de tiempo que lo identifica como ta l y su posicin es invariante dentro de la trama de salida.

Es importante notar que dentro de esta trama de salida se incluyen 2 palabras para alineamiento y sincrona. Estas dos secuencias binarias . estan colocadas de manera de reducir el tiempo promedio de alineamiento de trama y evitar la mnima probabilidad de simulacin por datos aleatorios.

CRP IU 33

YULTICANALIZADOP POR DIVISION DE TIEMPO SINCPONO

C k cm c n C I

1 I

fig. 4.1.- Diagrama a bloques del Miltiplexor por Divisidn de Tiempo Sncrono.

CRP IU 3.4

MU~TICANALIZADOI POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONO

Diversos estudios se han llevado a cabo para determinar las secuencias ptimas de las palabras de alineamiento, los

resultados son reportados por Barker [41.

La trama de salida es mostrada en la fig.42 , donde podemos notar la presencia de las 2 palabras de alineamiento en forma distribuida! PAT 1 es una secuencia a i de 11 bite, notandose que :

PAT 1 = O O O 1 1 1 O 1 1 O 1

' PAT 2 es una secuencia az de 7 bits, siendo esta :

,.,, PAT 2 = 1 1 1 O O 1 O

fig 42.- Trama de salida del sistema de multiplexaje

CRP lJ 35

MULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIKUPO SiNCRONO

Consideremos que m es el numero e ranuras de tiempo de la

trama completa, y que PAT 1 y PAT 2 ocupan una fraccin UT de la capacidad total del sistema. entonces :

UT - ai + az donde

El 56 % de la trama es empeada para sincrona y recuperacin de reloj.

Cabe denotar que aunque la eficiencia en cuanto a la cantidad de informacin transmitida por trama es baja ( aprox.

el 44 % 1, existe el compromiso con el tiempo de realineamiento y extraccin de reloj, importantes para las funciones de

teleproteccin. La fig. 4.3 nos muestra el diagrama a detalle

del Sistema Multiplexor.

CRP IU 36

?

. . . . . . . . ?P?5?PPP . . . . . . . .

t- o

2

9 U o

MULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONo

4.3 DEMULTIPLEXOR POR DlMSlON DE TIEMPO SINCRONO

El proceso de demultiplexaje, se lleva a cabo identificando correctamente las palabras de sincrona para mantener alineado el sistema. Para ta l efecto, es necesario

contar con una secuencia capaz de detectar adecuadamente las palabras de alineamiento. La fig. 4.4 nos muestra el diagrama a bloques del Demultiplexor.

1 I

fig 4.4.- diagrama a bloques del Demultiplexor Sncrono

CRP IU 38

YULTICANALI%ADOP POR DIVISION DE TIEMPO SINCPONO

A fin de evitar errores lo mas posible durante el resincronizado. y en las fallas ocasionales producidas en el

sistema, para nuestro diseo se propuso el algoritmo mostrado en la fig. 45 ;mayor informacin sobre el diseo de algoritmos en sistemas de multiplexaje se pueden encontrar en las referencias 5, 6 y 7 .

El diagrama de estados mostrado provee una forma rpida de realineamiento a travs de sus 2 PAT, pero durante esta situacin existen dos posibilidades de que PAT 1 y PAT 2 no sean identificadas; una es durante el tiempo de prueba de las

PAT y la otra es por simulacin aleatoria durante el proceso de realineado. La fig. 4.6 nos muestra el diagrama a detalle del Sistema Demultiplexor.

o

Fig 4.5.- Algoritmo del Sistema de Demultiplexaje

Es importante mencionar que el algoritmo desarrollado

trabaja en conjunto con la tarjeta de alarmas del sistema.

CRP IU . . . - 39

a 3

"?!j

I I

MULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONO

4.3.1 ANALISLS DEL MODO DE MANTENMENTO EN AMARRE Idealmente, el modo de mantenimiento en amarre se mantendr

siempre y cuando el sistema este libre de errores en la transmisin. En la prctica ocurren errores, s in embargo. estos

pueden mantenerse dentro de ciertos limites. Nuestro sistema de transmisin digital, estar trabajando a una tasa de error de necesarios para mantener un margen de seguridad adecuado.

Sabemos que las palabras de alineamiento la forman dos

secuencia binarias de Barker PAT 1 y PAT2 de 11 y 7 b i ts respectivamente. Nosotros aceptaremos una PAT como verdadera , solo si esta no tiene errores en sus bi ts ( c=O 1.

En nuestro primer calculo consideraremos que ambas palabras forman una secuencia completa a de 18 bits.

Para mantenernos en estado de amarre, debemos encontrar la probabilidad de que no tengamos errores en los alineamientos (41.

El porcentaje de seguridad sera del 99.99999 X

4.32 ANALlSlS DE L A DETECCDN DE DESALINEAMENTO

El sistema se mantendr amarrado (estado A 1, siempre y cuando PAT 1 y PAT 2 se localicen adecuadamente en Su espacio de tiempo.

Una falla en la identificacin de alguna de las PAT

CRP IU 41

YULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONO

provocar que del estado de amarre nos deslicemos al estado de revisin (estado 6). Similarmente una falla contigua para cada PAT provocar que el sistema se deslice a busqueda (estado C) .

La probabilidad d e . que rechacemos la posicin verdadera de las PAT ( A v ), ser la probabilidad de rechazar la posicin correcta de PAT1 y rechazar la posicin correcta de PAT2.

Aplicando la formula de Bernoulli C71 para eventos independientea tenemos :

donde : PRVpoL I Probab. de rechazar la posicin

verdadera de las PAT PAVpa l = Probab. de aceptar la posicin

verdadera de las PAT

0

i =o

i PAV = E ( y ) ( i - R E 8 )N-i R E 8

siendo e - O PAV pati E ( 1 - REB ," y PAV pat2 = ( 1 - REB l7

PRV pati = 1.1 x IO-' ~ l v pa;+ = 7 x 10-0

PRV - PRV paii AV paiz P R ~ ' = 7.7 lo-"

CRP 111 42

YULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEYPO SINCRONO

El algoritmo especificado de deteccin de desalineamiento, se translada a busqueda cuando detectamos al menos un desalineamiento consecutivo en las PAT. Empleando el resultado de FELLER [ 8 ] , donde deriva la expresin para encontrar el tiempo esperado antes de que suceda un desalinearniento,

encontramos que:

1 - (Pnv ) ' - donde q - 1 - PRv

pn - q Pnv'

pn = No. de pruebas necesarias para rechazar la verdadera PAT.

r - No. de pruebas

Existen 7 bits entre PAT

~FIV - ( 1298701~10'~ pruebasX7 bitsyprueba) - 9.090909XlO'" bits pnvseg 1 - 9.090909~10'~/ 2.048~10~ - 4.438920~10'~ seg.

= 1,427 aos

Esto significa que de acuerdo al BER propuesto de 10 -9 y a las palabras de alineamiento del algoritmo empleado se espera tener un translado al estado de busqueda cada 1.427 aos.

4.3.3 ANALEE DE LA BUSQUEDA DEL PATRON DE ALNEAmNTO

Si nuestro sistema se encuentra desalineado (estado C 1, se har una busqueda secuencia1 para encontrar la posicin correcta de las tramas de alineamiento.

CRP IU 43

MULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONO

Cada trama se aceptar solo ai esta se encuentra libre de

AI encontrar un palabra de alineamiento correcta, nos deslizamos a un estado de espera D, y al localizar un par consecutivo sin errores nos deslizamos al estado de espera E. El amarre se alcanzar al encontrar la 30. palabra de

errores.

aDineamiento, consecutiva y correcta.

La probabilidad de adquirir las verdaderas palabras de alineamiento durante la primera busqueda, es la probabilidad de rechazar todos los bits aleatorios y aceptar la posicin

verdadera de las PAT. Por simple inspeccin en le trama, observamos que PAT 1 no

puede ser simulada por los datos aleatorios de la misma, esto es debido pricipalrnente a que su longitud a, sobrepasa la longitud de cada uno de los grupos de datos. Por tanto la probabilidad de simulacin aleatoria es cero P A F pati - O.

PAT 2 en cambio, si puede ser simulada por los datos aleatorios, y la probabilidad de aceptar la PAT 2 falsa ser :

PAFpaiZ 5 (0.5)a2 f A F p a l 2 (0.5) .. 7.8125~10-*

Aunque el sistema nunca lograr amarrarse por simulacin de PAT 2, el efecto que nos produce este hecho es un retardo en el tiempo de realineamiento. El tiempo de realineamiento involucra el tiempo esperado durante el modo de busqueda y el tiempo para alcanzar el amarre. Para nuestro caso extremo, se analizaron 23 posiciones falsas con una probabilidad PAF = 7.8125 xlO- de ser aceptada durante el tiempo de busqueda; antes de alcanzar la verdadera PAT 2, segn se obeerva en nuestra trama de la fig. 4.7.

CRP IU 44

MULTICANALIZADOO POR DIVISION DS TIEMPO SINCRONO

P ~ T I DOTOS I P R T 2 onios 2 P ~ T I DO105 1 P LI T 2 P F I T I

Fig 4.7.- Mximo tiempo de realineamiento

Si existi ta l simulacin de PAT 2, por DATOS 1 (punto XI, entonces el sistema sabr que fu falsa PAT 2, hasta que se pruebe la inexistencia de PAT 1, esto sucede exactamente 18 .ranuras de tiempo despues de que se hizo tal hecho (punto y de la trama 2). Pero el verdadero realineamiento no se alcanzar hasta que PAT 2 en la trama 2 y PAT 1 en la trama 3 se identifiquen; y esto sucede 57 ranuras despues de que se simul PAT 2.

Haciendo un recuento calculamos que:

fueron : I7 ranuras durante el modo de busqueda 57 ranuras para alcanzar el amarre des-

pues de simular PAT 2

74 espacios de tiempo para el alineamiento. El mximo tiempo de realineamiento que se puede tener ser:

CRP IU 45

MULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONO

4.4 ALARMAS DEL SISTEMA DE TRANSMSION DIGITAL

4.4.1 DESCRPCON GENERAL

Una consideracin importante en el diseo de un sistema de comunicacin, es la habilidad para conocer el desempeo en el sistema durante su operacin.

El diseo de un Miltiplexor por Divisin de Tiempo debe proveer la, facilidad de localizar rapidamente fallas, em caso de su posible existencia.

Por esta razn se colocan seales de alarma que nos brindan un diagnostico rpido de la falla que esta ocurriendo [SI.

La deteccin de las condiciones de falla y sus consecuentes acciones son recomendadas por la CCITT p i ra Equipo de NLittiplexaje Digital [lo]. Las alarmas de nuestro sistema son colocadas de acuerdo a los siguientes criterios :

- BER mayor a una tasa de lo- - Prdida de Sincrona en la Trama (P.S.T) - Error en el bit de paridad

Adicionalmente se ha colocado una ranura de tiempo en la trama, donde se encuentra el bit de prueba remota (T); seal importante para localizar problemas en la comunicacin bidireccional. La fig. 4.8 indica la manera en que se hace la supervisin en cada terminacin de demultiplexaje.

CRP IU 46

YULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEYPO SINCRONO

...................................... auPiunn DEL ENLWF DC comuuxcacion :

............ ......... : rrCfiI?k DE PERDIDO i .................................... 1 ......... ............ !

--tmm- SITIO o

Fig 4.8.- Supervisin en el enlace de comunicacin

4.42 ALARMA DE PROBABLDAD DE ERROR >

Existen diferentes fuentes de ruido que nos provocan errores

Las mas importantes que podemos considerar son :

y degradacin en el sistema.

- Violaciones en los umbrales de voltaje - Diafona - - Ruido +ulsivo - Jitter en el temporizado - Reflexiones (pticas y elCctricas)

Ruido de la fuente de voltaje

Sabemos que la probabilidad de error BER se define como la relacin de bits erroneos a los bits totalee transmitidos

B I T S I N C O R R E C T O S

B I T S T R A N S M I T I D O S B E R -

CRP IU 47

MWLTICANALIZADOR POR DIVISION DE T16MPO SINCRONO

En nuestro caso el convenio adoptado para considerar que se recibi un bit errneo, cae en la situacidn que interpretemos alguna Palabra de Alineamiento recibida incorrectamente.

El recuento se hace simplemente recordando la cantidad de veces que no detectamos la presencia de alguna PAT y esta fuC simulada, a travs del anlisis de los estados de AB,C en la fig.4.5. Una tasa de IO-" implica que de i00.000 bits, al menos 1 PAT se haya encontrado en error para dar lugar a una situacin de alarma. Para hacer mas simple la circuitera electrnica, podemos considerar que de 500,000 bits transmitidos. debemos detectar al menos 5 PAT en error para encender la alarma.

TIEMPO DE BIT = ( I / 2.048~10~ ) - 0.48828 p ~ e g . (500,000 bit) (0.48828) - 024414 seg

El reseteo del contador de PAT erroneas, se debe hacer con un tiempo de refresco de 244.14 pseg. El resultado est en que se hace una promediacin en tiempo de los errores detectados.

La fig.4.9 nos muestra la relacin del Sistema de Alarmas del EER, dentro del algoritmo de alineamiento. El diagrama de la fig 4.10, muestra el esquema completo del sistema de alarma de EER.

.* '

Debe notarse la interaccin que tiene con la seccin de demultiplexado, a travs de las 'seales de simulacin de PAT 1 y simulacin de PAT 2 '.

Adicionalmente esta parte recibe sen'alizacin de deteccin

de PATI Y PAT2, a travs de FFI y FF2, provenientes de la demultiplexacin.

CRP IU 48

YULTICANALIZADOR POR D I V I S I O N DE TISYPO SINCRONO

Fig 4.9.- hteraccin de la alarma de BER dentro de el algoritmo de alineamiento

4.4.3 ALARMA DE PERDDA M: SNCRONlA EN LA TRAMA (P.S.TI

Se da lugar a la prdida de alineamiento en la trama, cuando 2 veces consecutivas no son identificadas las verdaderas PAT. Esta condicin, nos provoca un estado de alarma que se mantendr mientras el sistema no logre el amarre definitivo, es

decir, mientras no salga de los estados CP y llege a E en la

En este estado de alarma se inserta en el bit de prueba (TI. fig.45 .

para el lado remoto, la situacin de alarma generada, segn ee mostr en la fig.4.8.

49

i e

, . . . .. . ~. .. .~ " . . ~

YULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONO

La fig. 4.11 nos muestra la interaccin de la alarma dentro del algoritmo de de alimeamiento. La fig. 4.12 nos muestra el diagrama a detalle de la seccin de P.S.T,

Fig 4.11.- hteracin de la alarma de PS.T dentro de el algoritmo de alineamiento

AI igual que la seccin de BER. aqu tambin se requieren seales de interaccin con PAT 1 y PAT 2, a travs de la parte demultiplexora. Aqu se envia la seal de Reset a el demultiplexor para' bloquear todos los estados, en el caso de alarma.

CRP IU 51

_.. ... . . . . . . . . . . . . . . . . .- . .......

YULTICANALIZA00R POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONO

4.4.4 ALARMA DE' ERROR EN EL BIT DE PARDAD

Los bits de revisin o de paridad son agregados al bloque de datos en la trama multiplexada. para detectar error dentro de ellos. En el lado transmisor es agregado un bit de paridad a cada bloque de datos para asegurar que la suma de todos io5 - bits sea siempre par o impar. En el receptor la suma de los bits en cada bloque o trama es comparada con el valor del bit de paridad en el receptor. Cualquier discrepancia .en el resultado indica que un error ha ocurrido.

La fig. 4.13 muestra el arreglo efectuado para generar el bit de paridad. Este esquema esta incluido dentro de la tarjeta multiplexora. La fig. 4.14 representa el circuito empleado para verificar la paridad de los datos demultiplsxados. La implementacin de este circuito esta incluido dentro de la

trajeta de la seccin de alarmas.

53

- .. . . - - . ... . . . ..

MULTICANALIZADOSI pon DIVISION DC TIEMPO SINCRONO

CRP IU 54

- -

MULRCANALIZAOR POR DIVISION DE TISYPO SINCRONO

cnwm cnmu C M C M n L CRNRL CRNL C M R L C L W L

7 B 9 I D I1 12 1 P

CClP IU 55

YULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONO

4.5 PRUEBAS FUNCIONALES

4.5.1

Para las pruebas del NLiltiplexor por Divisin de Tiempo

Sncrono se emple un analizador de estados lgicos TEKTRONK WD. 1240. Cada seal se coloca como un punto de prueba sostenido en el lugar indicado. Estas seales son mostradas en el diagrama de esta seccin. - En el punto 1 observamos la seal de reloj a 2.048 Nhz

- El punto 2 muestra la trama de salida digital con un tiempo de duracin de 15.6 p e g ; esta inicia en la lnea slida vertical y finaliza en la lnea punteada vertical.

MULTIPLEXOR POR DIVISION DE TIEMPO SINCRONO

generada en el oscilador local.

- El punto 3 muestra el reloj a 64 Khz empleado para la sincrona con las interfaces de los servicios.

- El punto 4 es la seal necesaria para iniciar la secuencias . de muestre0 paralelo de las entradas e inicio de corrimiento de trama.

PUN

fi

2

9

4

'TO DE Pli LUEBA

fig A .- Seales importantes en el Sistema ?vbitiplexor

CRP IU 56

MULTICANALI5ADOR POR DIVISION DE TIEYPO SINCRONO

4.5.2 DEMULTIPLEXOR SINCRONO

L a o formas da onda adn tomadas de los puntos da prueba mostrados en la fig 4.6.

- El punto 1 muestra la seal de reloj de temporizado en el

- El punto 2 muetra muestra la trama digital completa con Demultiplexor, seal con una frecuencia de 2.048 tVhz

duracin de 15.6 pseg., que I I ega al demultiplexorEl inicio est6 marcado por la linea solida vertical y su final se limita con la linea punteada vertical.

'

- El punto 3 muetre el pulso que indica la deteccin de le PA.T 1 y el punto 4 muestra el pulso que indica la deteccin de la PA.T 2.

- El punto 5 muestra la seal de control de corrimiento de los datos de entrada. Esta seal controla el demultiplexado de

los canales 1 a 7 de los espacios de la trama de entrada.

TO DE PRUEBA

fig B .- Seales importantes del Sistema Demultiplexor

CRP IU 57

YULTICANALIZADOR POR DIVISION DE TIEYPO SINCEON0

- El punto 6 controla el demultiplexado da los canales 7 a 14 de la trama de entrada. La validacin de los datos 98 hace una vez que han sido identificadas las dos tramas.

Los puntos de prueba restantes son seales adicionales de control que deben de aparecer en los puntos indicados.

Las pruebas mostradas fueron realizadas sin contemplar el enlace de transmisin, cada seal corresponde a su punto de prueba en las tarjetas por separado.

58

I

CFlP IU

- _.

M U L T I C A N A L I ~ A D O n POR DlVISlON DC TICUPO BLNCRONO

REFERENCIAS :

1.- Dogan A. Tugal, Osman Tugal, DATA TRANSMSSm

Analysis Design Applications Mc Graw Hill 1982

2 .-

3.-

4.-

5 .-

6 .-

7 .-

8 .-

9 .-

hternational Telegraph and Telephone Consultative Commitee, CClT;T Orange Book, Vol. B-2, G742.

CCITT, Caractersticas de hhltiplexores Primarios a 2048 Kb/seg, TOMO I, Faciculo 13, REC G.734

RH. Barker. Group Synchronizing of Binary Digital Systems. h Communications Theory New York; Academy Press 1953

P. Bylansky and D.G.W hgram, Digital Transmission Systems ( London: Peter Peregrinous, 1980 )

David R Smith, Digital Transmission Systems Van Nostrand Reinhold Company hc. New York 1985.

Owen, PCM and Dlgital Transmission Systems Texas nstruments Series New York 1982

W. Feller, An htroduction to Probability Theory and it s applications New York: Wiley, 1957

Error Rate Monitoring for Digital Communications Proceedings of the EEE Vol No 8, Agosto de 1982

CClP IU 59

YULTICANALIZADOR POR D I V I S I O N DE TIEYPO SINCRONO

10.- CCITT Yelow Book, Vol 13 Digital Networks-Transmission Systems and Miltiplexing Equipment ( Geneva : mu, 1981 1

CRP RI 60

--iirin .

I

C A P I T U L O 5

5.i SERVICIO DE TELEFOMA

5.11 DESCMPCION GENERAL

Uno de los apoyos importantes para las comunicaciones en la transmisin de la energa e k t r i c a , segn definimos en la

un servicio secc. 2.42 del CAP I . es el contar con telefnico.

Las necesidades telefnicas son muy amplias, pero bsicamente se pueden configurar 2 sistemas que podemos mencionar como los ms importantes:

- Enlace telefnico con conexion Punto-Red Pblica de Telfonos.

- Enlace telefnico con conexin punto-punto

Los sistemas de telefona digital han ido remplazando a loo analgicos; en , nuestro caso bsicamente porque la multicanalizacin es en tiempo. Se han desarrollado mtodos para la compresin digital de la voz. teniendo algunos de ellos algoritmos q?e utilizan eficientemente el ancho de banda de transmisin. La voz digitalizada generalmente requiere de un ancho de banda de transmisin mayor a la voz misma [i], pero presenta muchsimas ventajas sobre la analQica, como por ejemplo:

CRP u 61

SERVICIOS PARA EL SECTOR ELECTRIC0 l

a).- Menos suceptibilidad a la interferencia por ruido

b).- Posibilidad de multiplexar muchos canales en uno solo de banda ancha con una circuitera econmica.

c 1.- Reducida diafona d 1.- Facilidad de encriptar en comunicaciones de seguridad.

El sistema PCM es el esquema ms ampliamente utilizado para la transmisin digital de seales analgicas, pero existen mtodos

de compresin dig'ital diferentes a los PCM que utilizan de igual o mejor forma el espectro de frecuencia.

Los PCM tienen la ventaja de que pueden responder a cambios

abruptos de nivel[2]. El DPCM es un algoritmo ms eficiente y elaborado, donde s i una seal es cuantizada en PCM de 6 bits, con DPCM solo es necesario 4 bit para transmitir con la misma fidelidad. I

La desventaja que presenta la DPCM radica en el echo de que

si se comete un error, se mantiene una polaridad incorrecta hasta que se corrija. Adems, estos sistemas sufren de una

posible sobrecarga de rapidez de crecimiento provocado por las

operaciones de diferenciacin y truncamiento.

Cuando un sistema DPCM utiliza una salida de un solo b i t (usado para el signo de diferencia entre muestras). se obtiene

un sistema simple de elaborar. Este sistema se conoce como Modulacin Delta. Una ventaja importante de la Modulacin Delta

es la extraordinaria insensitividad a los errores en la

transmisin.

Un caso particular de la Modulacin Delta, es la CVSD (por sus sigla en ,ingls: Continuously Variable Slope Delta Modulator). La tcnica CVSD toma la ventaja de que las seales

de voz no cambian abruptamente y por tanto solo existe un pequeo cambio entre uno y otro muestreo. Adems presenta una

CAP u 62

SE~VICIOS PARA EL SSCTOR ELECTRIC0

buena reproduccin transmitiendo en un intervalo de tiempo la informacin necesaria de si la seal de salida debe aumentarse disminuirse. El sistema CVSD emplea un sistema compansor, el cual es optimizado para caractersticas de la voz humanaC31.

I Comparado con ,PCM, el CVSD permite obtener tasas de

transmisin de bit mucho menores, en el que sistemas PCM trabajando a 64 Kb/seg proporcionan la misma calidad de VOZ que CVSD trabajando a 32 Kb/seg, permitiendo adems mayor cantidad de canales multiplexados a la misma razn de transmisin de bit.

Una desventaja de CVSD resulta en el pequeo rango dinmico en e l . cual el nivel de ruido es constante. En base a las caractersticas mencionadas y a su facilidad para ser empleadas en multicanalizadores de muestre0 por bit, aseguran que la CVSD, sea el medio adecuado para tener alta calidad en la transmisin a 64 kb/Leg.

Para el diseo de las interfaces telefnicas digitales, se considerar el desarrollo de stas en dos partes:

- Diseo del sistema de conversin AA3 con CVSD - Diseo del sistema de sealizacin.

Cada una de las dos opciones en las interfaces telefnicas tiene su propia sealizacin, sin embargo el tratamiento de la seal analgica de voz, es identica en ambos casos.

5.1.1.1 DICERO DEL MODULADOR CVSD

Para codificar y decodificar la voz se utiliza el MC3418. La fig 5.1 muestra el diagrama a bloques del esquema de codificacin. Como se observa el Modulador Delta consiste de un comparador en la trayectoria continua y da un integiador an la

!

I SERVICIOS PARA EL SECTOR ELECTRIC0

trayectoria de realimentacin de un lazo simple de control. La entrada a el comparador es la entrada de la seal analgica y la ealida del integrador.

EN RRDR DE *"%IO . . T

Fig 5.1.- Diagrama a bloques del codificador CVSD

La salida del comparador refleja el signo de la diferencia entre el voltaje de entrada y la salida del integrador. Este bit de signo es la salida digital y as mismo controla la direccin de la rampa en el integrador. El comparador es normalmente temporizado, as es de que este produce una rfaga de bits digitales sncronos y limitados en banda.

Si el temporizado de la rfaga de bits es transmitida, recibida, y colocada en un integrador similar en un punto remoto, la salida, del integrador remoto es una copia de la salida del integrador del lazo de control transmisor. La fig. 52 , muestra el esquema de decodificacin y en la fig. 5.3 se muestra la forma de onda de salida en un modulador CVSD.

I

I

CRP u 64 I

S E R V I C I O S PARA EL SECTOR ELECTRICO I

Fig 52.- Esquema a bloques de decodificadoi CVSD

I

Fig 53.- Foirnao do onda do oalida dol CVSD

I CFlP u 65

I SERVXCIOB PARA EL SECTOR ELECTRIC0

5.122 CONSDERACDNES DE DISEO DE MODULADOR CVSDM ,MC 3418

Existen &te consideraciones involucradas en el diseo bh ico de un modulador [41; siendo estas :

1.- Seleccin de la razn de reloj 2.- Nmero de bits requeridos en el registro de corrimiento 3.- Seleccin de la ganancia de lazo. 4.- Seleccin del mnimo tamao de paso 5.- Seleccin de la F.T del f i l t ro integrativo 6.- Seleccin de la 1F.T del fi l tro Silbico 7.- Diseo del filtro pasa bajas en el receptor

Los clculos necesarios para desarrollar el sistema son reportados en el manual del fabricante.

Las caractersticas implementadas en el diseo construido, bsicamente son restringidos por la velocidad de reloj, y los niveles de alimentacin en el modulador CVSM.

Principalmente podemos mencionar los siguientes datos como los ms importantes en la implementacin del diseo :

- Filtro Analgco Butterworth de 3er. Orden en la conversin

- Filtro Analgico Elptico de 3er, Orden en la conversin D/A

- Razn de muestre0 de 64 Khz. - - Alimentacin de 12 vcd

AA2 con respuesta de frecuencia de 3,000 a 3,300 Hz.

con respuesta en frecuencia de 3,000 a 3,300 Hz.

Mnimo tamao be escaln de 6 mV.

Le fig. 5.4 muestra el CODEC implementado, para la transmisin duplex completa.

I

CRP u 66

. . . .- . . . . ~ . ~-~

~

SERVICIOS PAPA EL SECTOR ELECTRIC0 I

,-SRLIOR OICITAL

T R R U S U I S O R

T I

R E C E P I O R

K 64 kb/s*e

12 VCd

I2 VCd

R I = 1200 // 1200 R2 D 1200 // 1200

!

CFlP u 67

I SEIIVICIOS PARA EL SECTOR ELECTRIC0

51.2 IMERFAZ PARA LA CONENON PUNTO - RED PUBLICA DE TELEFONOS La interfaz punto-Red Pblica de Telfonos es usada para la

transmisin de seales telefnicas en forma dplex completa, via el Sistema Multiplexor Digital, separado galvnicamente de la Red Pblica de Telfonos.

El Sutcriptor hace las funciones necesarias para operar la Unidad Telefnica, ta l como si se tuviera generacin de

voltaje y deteccin'de lazo de corriente. En el intercambio (Red Pblica de Telfonos), el conjunto suscriptor simula a la Unidad Telfonica. 'formando la interfaz entre el Multiplexor Sncrono y la Red Pblica de Telfonos.

La fig 5 5 muestra el diagrama a bloques del conjunto

Telfnico ( Tarjeta 'Subscriptora y Tarjeta del Usuario ) .

Las caracterstiAas ms importantes del sistema son las siguientes :

- Conversin A& con modulacin CVSD - Razn de Rilriestreo de Canal a 64 Khz. - Modo de operacin a 2 hilos - Ancho de banda de 300 a 3,300 Hz.

- inpedancia nominal de 600 n I

La conexin de la interfaz a la Red Pblica se hace a travs de un acoplador ' de lnea para que cumpla con las normas especificadas con , la conexin de equipo a la Red Pblica Telefnica [SI.

CRP u 68

S E R V I C I O S PARA EL SECTOR ELECTRIC0

Fig 55a.- Diagrama a bloques de la tarjeta suscr'iptora

a m w n DI iwm : two Dr C W I D I C I ~ Dr coirnlw 8 two Dr puis0 wml

Fig 55b.- Diagrama a bloques de la tarjeta del usuario

CRP u I 69

SERVICIOS PARA EL SECTOR ELECTRIC0

5.12.1 NTERFAZ DE,LA TARJETA DEL USUARO

Como observamos en la fig 55b , el sistema emplea un Moulador-Demodulador CVSD con algoritmo de 4 bits para

proveer la converain A/D y D/A segn se especific en la seccin 5.1.1.

I

Durante la convAsin AA3 se emplea un f i l t ro Pasa-Bajoe Butterworth de 20. orden con f.= de 3.3 Khz, para limitar en banda la voz y evitar el sobrelape espectral 'ALIASNG '. La fig 5.6 muestra el esquema empleado para nuestro propsito

C8 I.

En la conversidn D/A se emplea un Fil tro Pasa Bajos Elptico de 3er. Orden con f c de 33 Khz, con un rizo en el Pasa Banda de 0.5 hba., para eliminar el ruido de cuantizacin.

estandares en sua componentes.

La fig 5.7 muestra el esquema empleado con los valores

El Circuito Hbrido proporciona la conversin necesaria de 2 a 4 hilos, para hacer la separacin entre canal analgico de transmisin y recepdin.

La aeparacin entre canales transmisor y receptor del

Hibrido es mayor de 25 dbs, y la prdida en el circuito Hbrido para la recepcin es de 3 dbs.

Ntese que en el esquema de la fig. 5.8, en serie con el Telfono se ha colocado una resistencia de sensado Rs para la sealizacin en el sistema.

La condicin ,que guarda el telfono es detectada por

comparadores de ventana. La fig. 5.9 muestra el arreglo de ventanas por comparacin.

( I Khz, 4 Khz y 8 Khz

I

I

El sistema de sealizacin emplea 3 tonos diferentes 1 para indicar condicionee de colgado,

CRP u 70

SRVICLOS PARA EL SECTOR XLBCTRICO

deeolgado y marcaje. Estos tonos son derivados sncronamente del temporizador del sistema a 64 Kh2. La fig. 5.10 muestra la ldgica de sealizacidn y deaicin.

Cuando la tarjeta euscriptora detecta un tono de llamada, bata enva tal seal a razdn de 1 Khz; En la tarjeta del usuario este tono se detecta por medio de un 'DETECTOR DE TONO LM 565' , segn se observa en la fig 5.11. Este detector de tono activa el relevador R1 para generar y hacer la funcidn del ring normal.

1

CRP u 71

SERVICIOS PARA Pi. SECTOR ELECTRIC0

5.122 DESCRPCWI DE L A TARJETA SUSCRPTORA

L~ descripcin de esta tarjeta suscriptora esta mostrada en

la fig 55a. El Codec CVSD, y los filtros, son especificados de la misma manera que la tarjeta del usuario. El Detector de Ring activa un tono de 1 Khz para que en el lado del usuario sea interpretado como un tono de sealizacin de ring [SI.

La conexidn de la interfaz a la Red Pblica de Telfonos se hace a travs de un acoplador de lnea para que este cumpla con las normas especificadas con la conexin de equipo a la Red Pblica Telefnica [SI.

El Circuito Hbrido para la separacin del canal transmisor y receptor es m8s sencilla que la tarjeta del usuario, y est8 formado por una red puramente pasiva. La f ig 5.12 muestra el esquema a detalle de las secciones descritas.

La seccidn de se6alizacin consta de detectores de condicin, donde se decodifica el tono enviado por la seccin del abonado para 1 controlar los relevadores interconectados a

la red de telfonos. La fig. '5.13 muestra el arreglo confirmado en el sistema. , I

CRP u

SERVICIOS PARA EL SECTOR ELECTRIC0

CFlP u 73

S G R V X C I O S ~ PARA FL SECTOR SLOCfnICO

1

V."t

1 ; T c1 I

R 1 a 4.7 K CI 0.015 UF R2 C 8.2 K + I K C2 = 2,700 CF R4 . XX K + 2.2 Y C4 = 1,600 CF = 1 nF + 0.68 nF RS i 10 K C5 : 4.700 PF R6 i IO K R7 = 820

RX S 6.8 K + I Y cx n xizoo CF

n FIG 5 .7 I .Ch. Enero li ls80W.

CRP u 74

+ 12 Ved

P

Ij

SERVICIOS PARA EL SECTOR ELECTRIC0

+ 5 ved O

vint

nd

VENlPiNPi 1 0.5 - 2 Y

_t( -a- + 5 ved Q

VENlNR 2 2.6 - 3.5 V

COMPPRPiORES DE MLIIM

FIG 5.9 e h c h a cnern I. i v s o w n *

CFlP u 76

,

T

T

. . . . . . > X D . . . . . .

. o

SERVICIOS PARA EL SECTOR ELECTRIC0

DETECTOR DE I KHZ

DEL MULTIPLEXOR

LM 567

0.1 u(

D RXYC

CRP u 78

TIPO-

a . p . 1

R I N G 0

1

CRP u 79

I

SERVICIOS PARA EL SECTOU ELECTRIC0

DETECTOR DE 0 KHL

m'

- ENTRD D I C I I I I L ,

CCNRL TELEFOWICO>

DEIECTOR DE 4 1112

m

L IIELEVnoOa DE

DESCOLCRDO

9 k n L M 567 I

' I

CRP u 80

I ~. . . . . . . - . - - . -. . . . . . .

~

SKPVICIOS PAPA EL SEC.TOR ELECTPICO

51.3 IiVTERFAZ PAi?Li LA CONEXION PUNTO - PUNTO El enlace telefbnico punto-punto, puede ser establecido

f6cilmente empleando 2 tarjetas punto-punto para esta conexin. La llamada es inicializada con solo descolgar el telfono receptor. E/ diagrama a bloques de esta interfaz es mostrada en la fig. 5.14 .

Cabe mencionar I que el Codec, Los filtros analdgicos, El Sensor de Condicin, La Generacidn de los Tonos, La Lgica de Control, y Los Detectores de Condicidn, tienen el mismo que el esjjlpema de la interfaz del usuario y la interfaz del abonado en la conexin punto-red Pblica de telfonos.

,

diseo

Fig 5.14.- Diagrama a bloques de la conexin punto a punto I I

CUP u 81

. .. .., - .. ~. . . .~ . .. .. . .

S E R V I C I O S PARA EL SECTOR ELECTRIC0

5 2 SERVICIO DE TELEPROTECCION

521 DESCMPCION GENERAL

La factiblidad de tener comunicaciones 'seguras y

confiables ', son los requerimientos para la transmisin de seales de teleproteccin. La confiabilidad de un sistema de Teleproteccin, depende en gran parte de la confiabilidad del

enlace de comunicacin y del sistema de desicin para la

validacin de comandos. En la teleproteccin de las lneas de alta tensin, es necesario proveer informacin de los comandos de proteccin de una localizacin a otra, rpida y libre de

errores. La evaluacin de la confiabilidad en el enlace de

comunicacin fu analizada en el capitulo Ill, procediendose a describir en esta parte la estructura de envio de informacin

con la secuencia de desicin para la validacin de comandos.

!El sistema de Teleproteccin que aqu se presenta, transfiere informacin del estado de los 'Relevadores de Deteccin de Falla' en cada fase de las lneas de alta tensin, de un punto

a otro remoto, en forma digital y a travs del 'Sistema Miltiplexor Sncrono '.

El canal de comunicacin digital tiene una velocidad de sealizacin de 64 Kb/seg, alcanzando a cubrir con esta velocidad, informacin relativa a los estados de las 3 fases de la lnea protegida con al ta confiabiliad. El tiempo de transmisin para los canales de teleproteccin no exceden ms

de 2 mseg, por io que el sistema puede ser empleado en teleprotecciones con Disparo . Permisivo, Directo y de Bloqueo.

CAP u 82

SERVICIOS P A P A EL SECTOR ELECTRIC0

522 INTERFAZ PARA LA TRANSMSION DE COMANDOS

Segn se ha mencionado uno de los requisitos importantes para la transmisn de seaies de proteccin, es la confiabilidad.

Para alcanzar la seguridad y obediencia requerida, se emplean

codigos de 8 bits, y asi transmitir la informacin de cada uno de los estados de los relevadores de proteccin.

El analisis se toma considerando que los codigos enviados son palabras de 8 bits cada uno :

F A S E R c CODO DE 8 BITS 500 pseg F A S E S e CODEO DE 8 BITS 500 pseg F A S E T D CODO DE 8 BITS 500 pseg G U A R D A c CODO DE 8 BITS 500 pseg

E R, S. T. G 32 BITS 2 mseg

La velocidad de transmisin del canal de Teleproteccin es de

64 Kb/seg , por tanto el tiempo de transmisin de los cuatro codigos para cada fase es de :

VTX CODIOO R,S,T,O = ( 32 bits l(15.63 p e g ) = 500 pseg

El cdigo es reconfirmado 4 veces para validar el comando ( aunque esto es programable y se puede extender el tiempo de

transmisin, para incrementar la seguridad I , siendo el tiempo to ta l de transmisin :

(500 voeg #4) = 2.000 mseg TIEMPO EN TRANSMITIR LOS 4 CODIOOS, 4 VECES.

La figura 5.15 nos muestra la trama de envio en la tar jeta Transmisora de Teleproteccin .

CClP u 83

S E R V I C I O S PARA EL SECTOR ELECTRIC0

4 588 weg b

FRSE R FRSE S FRSE T

Fig 5.15.- Trama de envio del s is tema de te lepro tecc in

Existen e n total 7 codigos q u e se pueden enviar ( 2 para cada f a s e y la gua rda ), y q u e r ep resen ta el estado q u e mantienen los relevadores d e pro tecc in . La f igura 5.16 muestra I a s secuencias empleadas para le transmisin, d e n o t a n d o q u e cada palabra implementada c o n t i e n e 8 bi ts , siendo complementaria la informacin para cada una de las fases .

Fig 5.16.- Codigos empleados para la tranemisin de comandos

CClP u a4

- --\ -

).

I' ' N

I u !!

ul m

3

n CE U

i-=

S E R V I C I O S PARA EL SECTOR ELECTRIC0

La tarjeta transmisora de teleproteccin esta aislada galvnicamente a travs de optoacopladores, y su diagrama de interfaz con el Sietema de h l t i p l e x a j e Sncrono, est moetrado en la figura 5.17.

523 INTERFAZ DE RECEPCION Y DECISION DE COMANDOS

El sistema de decisin y validacin de comandos es estructura de manera de obtener informacin redundante del estado que

guardan los 'Relevadores de Deteccin de Falla'. La tar jeta

receptora de comandos esta diseada para recibir y evaluar, los 4 cdigos de condicin (fase R, fase S, fase T y Guarda 1, tomando para esto, desicin mayoritaria de los cdigos

transmitidos, en funcin del nmero de veces que se recibe un comando de una cantidad f i ja enviada y previamente programada.

La estructura en la recepcin es mostrada en la figura 5.18. Como se observa, el tiempo de decsiscin esta en funcin de

la cantidad de cdigos por fase que se envian, siendo sta una

funcin programable.

ti D e weg -4 CODIQO i CODIGO 2 CODIGO 3 CODIQO 4

I + ENU I O

B

0 0n 0n Id-

3 ..- 0 0n en 0n 4,- 0 0ik5 en en-

I P -- 0 1 0 t 2.- U! I d e n 2 s c g Fig 5.18.- Tiempo de evaluacin de los cdigos recibidos

CRP u 86

i

SERVICIOS PARA EL SSCTOR ELECTRXCO

Para nuestro caso ee asignaron 2 mseg de tiempo de transmisin, lograndose colocar para este lmite, informacin 4 veces redundante de cada fase.

El codigo Supervitorio de Guarda, nos mantiene la Seguridad de que e l canal de comunicacin esta trabajando

normalmente. Cualquier suspensin de este cdigo durante 1 mseg provocar que el sistema bloque los comandos de proteccin a la salida y as evitar un falso disparo.

La seguridad y obediencia sern funcin del tiempo requerido de transmisin y se adaptar de acuerdo al sistema de

proteccin que se vaya a implementar, ya sea Bloqueo, Disparo

Permisivo Teledisparo Directo. La salida de comandos est aislada galvnicamente del sistema digital, mostrndose en la

figura 5.19 la configuracin to ta l de la tar jeta receptora, con su diagrama de conexin al sistema multiplexor.

CRP u 87

..

I ~~ ... . ... -. . . . . - .~ .. - .

4 - UEDIO .... nux - DE -. - DMUX - TRnMSMISION

S E R V I C I O S PARA EL SECTOR ELECTRIC0

53 SERVICIO DE TRANSMSION DE DATOS ASINCRONOS

- --

5 3.i DESCRiPClON GENERAL

En esta seccin se procedera a describir la tar jeta para la conexin de datos asfncronos, incluyendo una descripcin

general de la conexin de trabajo asncrona en una computadora

personal. El enlace de comunicacin basicamente lo podemos describir como una conexin punto-punto, que puede ser

establecido entre dos computadoras, segn se muestra en la figura 520. La comunicacin se establece a travs de uno de los canales del sistema de multiplexaje, en forma asincrona, es decir, el reloj interno del multiplexor no interviene en la

funcin de multiplexaje.

Fig 520.- Esquema general de comunicacin de datos

La comunicacin asncrona entre dos computadoras, bsicamente tiene las siguientes caractersticas 171 : :-..- A-- -

-.L-=

lector es prefijado por un bi t de inicio y seguido por

SERVICIOS PAILA EL SECTOIL ELECTILiCO

* Un periodo de inactividad, llamado tiempo de holgura, puede existir entre los caracteres transmitidos.

* LOS bits de un caracter eon transmitidos con intervaloc de tiempo previamente descritos.

* El temporizado es establecido independientemente en cada computadora.

La figura 521 muestra un posible arreglo de conexin en el puerto RS 232 para la transmisin de datos asncronos entre dos computadoras personales.

El sistema de multiplexaje asncrono empleado, puede soportar velocidades de sealizacin de hasta 9,600 bits/seg con niveles compatibles con la norma RS 232. La maxima velocidad de transmisin bsicamente esta restringida por el J i t ter generado

durante el proceso de demultiplexaje.

._ L COWPUTDORA CQUPUTDORI

Fig 521.- Arreglo posible de comunicacin

532 INTERFAZ PARA LA CONEMON DE

asncrona

DATOS ASINCRONOS

La ' interfaz de datos asncronos puede transmitir

seales digitales de hasta 9600 bitwseg, con entradas y salidas normalizadas a la RS 232 , siendo stas aisladas galvnicamente, requiriendo solo seales de transmisin y recepcin del puerto RS 232. La figura 522 muestra el diagrama de conexin de la tar jeta transmisora y de la tar jeta

receptora, as como su conexin con el sistema de multiplexaje.

CRP u 90

SERVICIOS PAPA EL. SKCTOR IELKCTRICO

TRRJETO TIMWSMISORR

WTOS ENTRRWDE RS-2x2 D I C I l L E S -2f ~ wm EL TIPLEXOO

1.e Y

-

TRJEl RECEPTOR

SEYRL D I C I T L

s n L m a DE DEMULTIPLFXR DRlOS DIE ITRLES

RS-232

CRP u 91

SERVICIOS PARA EL SECTOR ELPCTRXCO

5.4 PRUEBAS FUNCIONALES

5.4.1 SERVICIO DE TEi.EFONIA

El oacilograma moatrado en la figura A corresponde a la calidad de reconstruccin de las seales analgicas de voz.

La seal superior corresponde a la transmisin de un tono de lKhz generado en la unidad telefnica , y la forma de onda inferior correaponde a la seal reconatruida y recibida en la unidad telefonica receptora. El ancho de banda de banda de las seales anlogicas se limitan muestre0 a 64 Khz. El desempeo se muestra en las grdficas que caracterizacin esta detallada relacin seal a ruido.

a 3 Khs, y la frecuencia de del CODEC en la red compansora se anexan en esta seccin; La

con su rango dinmico y la

. .

Fig A Calidad, de transmiaidn 'del sistema telefnico

CRP u 92

SKRVICXOS PARA EL SECTOR ELECTRIC0

-50.00 ! 22.m 24.00 26.00 28.00 30.00 32.00 34.00

SENAL A RUIDO EN d 6

Fig B.- Desempeo en S M del codificador Telefnico

CRP u 93

SERVICIOS PARA EL SECTOP ELECTPICO

10.00

0.00

-.10.00

7 n U ., 3 -20.00 4 J u. 3

2 '-30.00 d > z 4

, -40.00

-50.00

-60.00 0

I I I

3 1 .OO 2. m 3.00 4.00 5.00 6.00 7, ENTRADA DE FREC. ( K h r )

Fig C .- Respuesta en frecuencia va Nivel de entrada

CRP u

SERVICIOS PARA EL SECTOR ELECTRIC0

5.4.2 SISTEMA DE TELEPROTECCIONES

Las formas de onda mostradas en estos diagramas corresponden a

los puntos ms importantes del sistema de teleproteccin. La figura D corresponde al sistema transmisor de comandos da teleproteccin.

- El punto 1 corresponde a la seal de reloj a 64 Khz obtenida del sistema de multiplexaje para la sincrona digital de la tarjeta transmisora de teleproteccin.

' - El punto de prueba 2 corresponde a la trama digital que lleva informacin de los cdigos de GUARDA, FASE R, S y T. en la tarjeta transmisora.

- En el punto 3 se observa la seal de inicio de la trama que lleva la informacin de los comandos de cada fase de la linea de alta tensin.

PUNTO DE PRUEBA

1

2

9

fig D _- Seales en el transmisor de Teleproteccin

CUP- u 95

S e R v x c i o s PARA EL SECTOR XLBCTRICO

Las seales conformadas en la tarjeta receptora de teleproteccin se detallan en la figura E.

El punto de prueba 1 corresponde a la seal de reloj a 64

El punto de pruba 2 indica la seal de inicio de la trama Khr que oincroniza IP tarjeta receptora de teleproteccn.

digital que llega a la tarjeta de teleproteccin. El punto de prueba 3 corresponde a la trama digital que llega al sistema de demultiplexaje.

Tomando como referencia los puntos 4,5,6 y 7 muestran el instante en que es detectado los cdigos de guarda y las fases R,S y T enviados por la tarjeta transmisora de teleproteccin.

P U N

i

7.

3

4

S

6

7

IT0

fig E .- Seales en el sistema de recepcin

CUP u

DE PII LUEBA

96

SKPVlCIOS PARA K L SECTOR ELECTRIC0

5.4.3 TRANSMISION DE DATOS ASINCRONOS

El diagrama de la fig. F corresponde al jitter generado durante el proceso de demultiplexaje en la transmisin de datos asncronos.

La variacin de fase en el j i t ter acumulado es de menos del 25% para una tasa de transmisin de 9,600 bfseg, segn se observa en la seal mostrada.

La medicin fue tomada en el punto de prueba 1 de la tarjeta receptora de datos asncronos.

Fig F .- Jitter generado a 9,600 bits/seg en la transmision de datos asncronos

CFlP u 97

SICRVXCIOS PARA EL SECTOR 6LECTRICO

I

REFERENCIAS :

1 .-

2 .-

3 .-

4 .-

5 .-

6 _-

7 _-

Mischa Schwartz, Transmisin de hformacin Modulacin y Ruido Mc Graw Hill 1983

Owen, PCM and Digital Communications Systems Mc. Graw Hill 1986

Rylansky P., hgram D.G.W , Digital Transmission Systems Peter Peregrinus LTD. 1980

Telecommunications Device Data Motorola hc., 1984 FCC Rules and Regulations, part 68, Connection of Terminal

Equipment ' to The Telephone Network, July 1977 Radio Electronics. July 1988

p p 71-73 Tugal DA. , Tugal O., Data Transmission: Analysis.

Design, Applications Mc Graw Hill 1982

,

I

CClP u 98

SISTEMA DE TRANSUISION POR FIBRA OPTICA

C A P I T U L O 6

6.1