TRANSMISIÓN DE DATOS POR LA RED ELÉCTRICA (PLC) EN BANDA ANGOSTA

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TRANSMISIÓN DE DATOS POR LA
RED
ELÉCTRICA (PLC) EN BANDA
ANGOSTA
Berterreix, Germán y Bonet, Maximiliano
Tutor Interno: Ing. Leiva Benegas, Martín
Tutor Externo: Ing. Gómez, Rubén
Depto. de Electrotecnia - Facultad de Ingeniería
Universidad Nacional de Comahue
2006

ii

Resumen
En este trabajo se presenta el diseño de una Red PLC a nivel de bloques
para realizar telemedición de subestaciones transformadoras. La
realización del mismo se desarrolla de manera tal que pueda satisfacer
las necesidades de las empresas de servicios eléctricos. Se presenta una
descripción de las diferentes partes que conforman una Red de este tipo,
se exhiben las técnicas de modulación más utilizadas y seguido a esto,
se realiza el diseño del MODEM PLC a nivel de bloques junto con la
elección del método de modulación más apropiado. Luego se realiza una
presentación de los parámetros de una Red de Media Tensión, los ruidos
presentes y aquellos que influyen para el desarrollo de esta tecnología.
Una vez detallados teoricamente los items ya mencionados, se procede a
realizar el cálculo teórico de los diferentes parámetros de la Red para la
frecuencia de portadora empleada, situada dentro del rango de frecuencias
dado por la Norma CENELEC de banda angosta. De esta manera,
se procede a realizar el diseño final de todos los componentes de la Red
junto con las diferentes asunciones.
iii

iv

Abstract
In this work the design of a network PLC at level of blocks appears to
make telemetry of transforming substations. The accomplishment of the
same one is developed so of way that it can satisfy the necessities with
the companies of electrical services. A description of the different parts
appears that conform a network of this type, exhibit the modulation
techniques more used and followed this, the design of MODEM PLC at
level of blocks is made along with the election of method of more appropriate
modulation. Soon a presentation of the parameters of a Network
of MT is made, the noises present and those that influence for the development
of this technology. Once detailed the items already mentioned,
it is come to make the practical calculation of the different parameters
from the network for the rank of frequencies of PLC of narrow band. This
way, it is come to along with make the final design of all the components
of the network the different assumptions.
v

vi

Agradecimientos
Este apartado está dedicado a agradecer a todas aquellas personas e
instituciones que durante todo este arduo camino recorrido, pero enriquecedor
a su vez, nos han apoyado de un modo u otro, sin egoísmos ni
prejuicios, siempre dispuestos a brindarnos todo lo necesario para nuestro
crecimiento tanto profesional como humano, por todo esto se nos
hace necesario mencionar y agradecer con total sinceridad y afecto a los
siguientes:
En primer término a nuestras familias, dado que gracias a su incesante
sostén y estímulo en los momentos duros, que fueron varios por cierto,
logramos culminar este proyecto y nuestra carrera del mejor modo. Pero
cabe acotar que muchas más fueron las alegrías que se produjeron durante
todo este transcurso y las cuales compartieron con mucho placer
igual que nosotros.
A nuestros tutores, que nos proporcionaron sus conocimientos para guiarnos
en los momentos de incertidumbre que se presentaron en este proyecto,
orientándonos y dándonos ideas, pero sobre todas las cosas el sustento
humano que nos brindaron, por todo esto, nuestro más sentido y profundo
agradecimiento a los Ingenieros Rubén Gómez y Martín Leiva
Benegas.
No podemos dejar de mencionar a quienes compartieron nuestras “penas
y glorias” desde otro lado, compartiendo miles de vivencias con nosotros,
vii

viii
gracias a ellos aprendimos algo que no está en los programas de estudio,
pero no por ello tiene menos importancia que los contenidos teóricos, y es
el compañerismo y la camaderia, la solidaridad y el esfuerzo para seguir
adelante, por ello les decimos gracias y con el deseo de lo que se creo
en esta etapa de nuestras vidas trascienda más allá de esta maravillosa
institución como lo es la Universidad.
Finalmente, nos queda por agradecer a nuestros profesores, los cuales
dieron lo mejor de si para formarnos y ser los profesionales que hoy
somos, al Departamento de Electrotecnia, a la Universidad Nacional del
Comahue y al Ente Provincial de Energía del Neuquén por el aporte que
brindaron para la realización de este Proyecto y para el desarrollo de
nuestras carreras.

Notación
PLC · · · Powerline Communications.
EPEN · · · Ente Provincial de Energía del Neuquén.
BPL · · · Broadband Powerline.
OPLAT · · · Onda Portadora de Alta Tensión.
ADSL · · · Asimmetric Digital Subscriber Line.
AMR · · · Automatic Meter Reading.
UU · · · Unidades de Usuario.
USB · · · Universal Serial Bus.
UC · · · Unidades de Concentración.
VLAN · · · Virtual Local Area Network.
UR · · · Unidades Repetidoras.
LAN · · · Local Area Network.
OFDM · · · Orthogonal Frecuency Division Multiplexing.
DSSS · · · Direct Sequence Spread Spectrum.
TCP/IP · · · Transmission Control Protocol/Internet Protocol.
PSK · · · Phase Shifting Keying.
ASK · · · Amplitude Shifting Keying.
PSK · · · Phase Shifting Keying.
QPSK · · · Quadrature Phase Shifting Keying.
OQPSK · · · Offset Quadrature Phase Shifting Keying.
DPSK · · · Differential Phase Shifting Keying.
RTU · · · Remote Terminal Unit.
ASCII · · · American Standard Code for Information Interchange.
EBCDIC · · · Extended Binary Coded Decimal Interchange Code.
DTE · · · Data Terminal Equipment.
DCE · · · Data Communication Equipment.
USART · · · Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter.
UNCo · · · Universidad Nacional del Comahue.
CENELEC · · · Comité Européen de Normalization Electrotechnique.
BER · · · Bit Error Rate.
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x

Índice general
1. Introducción 1
1.1. Objetivos del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2. Organización de este trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3. Evolución de la tecnología PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4. Introducción a la tecnología PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4.1. Introducción a BPL (Banda Ancha) . . . . . . . . . . . . . . 5
2. Detalles de los Sistemas de Telemedición 13
2.1. Descripción general sobre telemedición . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2. Descripción general sobre la Red PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3. Sistema de telemedición usando PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4. Componentes de la Red PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.1. Funciones de cada componente . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.2. Comunicación de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5. Métodos de modulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5.1. Modulación QPSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.5.2. Modulación Offset QPSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.6. Diseño del modulador OQPSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.7. Diseño del MODEM PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3. Parámetros de la Red y del Sistema PLC 29
3.1. Redes de distribución de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
xi

xii
ÍNDICE GENERAL
3.1.1. Instalación eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1.2. Líneas de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1.3. Circuito equivalente de una línea de transmisión . . . . . . . . 30
3.1.4. Características de una línea de transmisión . . . . . . . . . . . 32
3.1.5. Transitorios en la línea de transmisión . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.6. Comentarios generales sobre los cables de Media Tensión . . . 35
3.2. Deterioro de la señal PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3. Métodos de Acoplamiento de la señal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.4. Normas regulatorias para PLC de Banda Angosta . . . . . . . . . . . 42
4. Diseño 47
4.1. Cálculos requeridos para el diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1.1. Información sobre la Red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1.2. Cálculos de parámetros de la Red . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.1.3. Niveles de señal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.1.4. Elección del método de acoplamiento . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2. Diseño General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5. Conclusiones 61
5.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.2. Trabajos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
A. Puerto Serie RS-232 y UART 63
A.1. Puerto serie RS232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
A.2. UART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
B. Hojas Características: PIC 16F7X y LM 1596/1496 67
B.1. PIC 16F7X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
B.2. LM 1596/1496 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

ÍNDICE GENERAL
xiii
C. Acoplamiento Capacitivo y Cables “Pirelli” 71
C.1. Acoplamiento Capacitivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
C.2. Cables Pirelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

xiv
ÍNDICE GENERAL

Índice de figuras
1.1. Unidad de Acondicionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2. Topología PLC típica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1. Esquema general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2. Caracter de código en operación asincrónica. . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3. Modulador de QPSK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4. Consideraciones de ancho de banda en un Modulador QPSK . . . . . 22
2.5. Receptor QPSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.6. Modulador OQPSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.7. Correspondencia del código binario al código GRAY . . . . . . . . . . 24
2.8. Diagrama en bloques de MODEM PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.1. Circuito equivalente eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2. Disposición de cables de Media Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3. Disposición MN111 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4. Ejemplo de un cable de Media Tensión de 3 núcleos . . . . . . . . . . 36
3.5. Diferentes tipos de ruidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.6. Acoplamientos capacitivos para líneas de Media Tensión . . . . . . . 41
3.7. Acoplamiento “invasivo” por medio de la pantalla . . . . . . . . . . . 41
3.8. Acoplamiento “no invasivo” por medio de la pantalla . . . . . . . . . 42
3.9. Acoplamiento “no invasivo” por medio del núcleo . . . . . . . . . . . 42
3.10. Rango de frecuencias y niveles límites según el estándar EN 50065 . . 43
xv

xvi
ÍNDICE DE FIGURAS
4.1. Impedancia característica de líneas aéreas de MT . . . . . . . . . . . 50
4.2. Valor de Z 0 en función de h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.3. Reactancia capacitiva de líneas aéreas de MT . . . . . . . . . . . . . 52
4.4. Probabilidad de Error P e vs S/N en PSK M-ario. . . . . . . . . . . . 57
4.5. Acoplador Capacitivo CMC12 5N0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
B.1. PIC 16F7X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
B.2. PIC 16F7X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
B.3. LM 1596/1496 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
C.1. Acoplador Capacitivo CMC12 5N0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
C.2. Datos técnicos del cable Pirelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Capítulo 1
Introducción
En este Capítulo se presenta el marco introductorio que motivó la realización de
este trabajo. En la Sección 1.1 se definen los objetivos a desarrollar y las motivaciones
que nos llevaron a realizar este tipo de proyecto. En la Sección 1.2 se muestra como
es la organización de la presente tesis. En la Sección 1.3 se expone la evolución de
la tecnología PLC, utilizada como referencia para el desarrollo del trabajo y en la
Sección 1.4 se realiza una breve introducción sobre la tecnología de banda ancha.
1.1. Objetivos del proyecto
Nuestro proyecto tiene como principal objetivo, realizar una investigación sobre
cuales son las mejores opciones dirigidas a llevar a cabo la telemedición de una
cierta cantidad de subestaciones transformadoras que conforman una Red de media
tensión. El medio de comunicación que se utilizará será la misma Red eléctrica a
través de la tecnología PLC. En base a ésto, el proyecto se orienta a diseñar un
equipamiento de un sistema PLC para tasas de transmisión en baja velocidad sobre
la Red de media tensión, tomando como patrón las necesidades propias del Ente
Provincial de Energía de Neuquén (EPEN). La aplicación estará también orientada
a las necesidades particulares y generales del EPEN o de otras empresas proveedoras
de servicios eléctricos.
1

2
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
Las motivaciones que llevan a la realización de este trabajo han sido las de aplicar
y extender los conocimientos adquiridos durante el desarrollo de la carrera, a fin de
obtener una herramienta fundamental a través de la telemedición para mejorar el
rendimiento y la eficacia de las funciones operacionales de una empresa proveedora
de servicios eléctricos. La obtención de datos en el momento y punto de origen, al
integrarse al ciclo de procesamiento y control de las operaciones y al actualizar las
bases de datos en forma automática, permite la toma de decisiones de manera de
minimizar todo tipo de pérdidas relacionadas con esta actividad.
Nuestro proyecto estará limitado al rango de frecuencias de 9 a 95 Khz. y la
velocidad de transmisión que se va a manejar será de aproximadamente 9600 bps,
ya que nuestro objetivo no es la velocidad de transmisión sino la seguridad y la
integridad de los datos presentes en la Red. No estará contemplado en este trabajo
el estudio de la tecnología PLC de banda ancha sino que solo se realizará una breve
introducción al tema.
1.2. Organización de este trabajo
El informe está organizado de la siguiente manera. Primeramente, el Capítulo 1
presenta una clara explicación de los objetivos del proyecto, luego se describe como
fué evolucionando a través de los años la tecnología PLC. Realizado ésto, se comienza
a hacer una descripción general de la tecnología, continuando con una introducción
a los sistemas de Banda Ancha (BPL).
En el Capítulo 2 se proporciona una descripción de los sistemas de telemedición,
brindando una caracterización general de dicho sistema. En particular se detallan
los componentes de una Red de comunicaciones PLC sobre la Red de potencia.
Luego se presentan los distintos tipos de modulación y se hace una explicación en
particular de la modulación que se empleará; para finalizar se realiza el diseño a
nivel de bloques de un MODEM PLC.
El Capítulo 3 hace referencia a los parámetros de la Red de energía eléctrica.

1.3.
EVOLUCIÓN DE LA TECNOLOGÍA PLC 3
Seguido a ésto, se realiza una descripción sobre los inconvenientes del canal PLC,
luego se mencionan los distintos tipos de acopladores que se utilizan y por último
se presenta la Norma Regulatoria que rige a los sistemas PLC en Banda Angosta.
En el Capítulo 4 se realiza el diseño general del sistema PLC y los cálculos de los
parámetros necesarios para dicho diseño, en la banda de frecuencia que utilizaremos.
Luego se presenta un resumen del diseño general de los parámetros seleccionados y
calculados.
En el Capítulo 5 se realizan las conclusiones obtenidas del proyecto y se hace
mención a futuros trabajos que se pueden realizar a partir de dicha tesis.
En la última parte del trabajo, se desarrolan unos apéndices que tratan temas
que hacen al mejor entendimiento de ciertos puntos, especificando también las hojas
características de los componentes utilizados.
1.3. Evolución de la tecnología PLC
Los sistemas de telecomunicaciones por redes de distribución de energía eléctrica,
nombrados en idioma inglés como Powerline Communications (PLC), y más
recientemente como Broadband Powerline (BPL), son un nuevo tipo de sistema que
tiene su antecesor en el denominado “Onda Portadora por Línea de Alta Tensión”
(OPLAT), pero con capacidad de proveer una tasa de transferencia de datos significativamente
más alta (miles de veces), en topología de red mallada en vez de radial
[4][20].
Como ya expresamos, la idea no es nueva y ya en los años ’50 se había creado un
sistema que permitía a las empresas de energía controlar el consumo, el encendido
del alumbrado público y el valor de las tarifas eléctricas por medio de una señal
de baja frecuencia (100 Hz) que viajaba a través de los cables de la red en un solo
sentido. A mediados de los ’80 se iniciaron investigaciones sobre el empleo de los
cables eléctricos como medio de transmisión de datos y a fines de esa década ya se
conseguía transmitir información en ambas direcciones. Recién a finales de los ’90 se

4
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
consiguió que esta transmisión se realizara a velocidades suficientemente elevadas.
Esto permitió brindar la base a un fenómeno en el campo de las telecomunicaciones,
como lo es el acceso a Internet.
De esta manera los más avanzados estudios indican que se pueden llegar a alcanzar
velocidades que rondan los 200 MBps, velocidad que por demás supera a la
ya conocida tecnología ADSL.
1.4. Introducción a la tecnología PLC
Las iniciales se refieren a las palabras inglesas Power Line Communications o
Power Line Carrier. En castellano esto significa, Comunicaciones a través de la
Red de Energía o bien Transmisión por Onda Portadora de Corriente. Se trata,
fundamentalmente, de la transmisión de voz y datos a través de la Red eléctrica. El
objetivo más atrayente de esta tecnología es tratar de aprovechar la ubicuidad de
la mayor red construida por el hombre (más de 3.000 millones de personas cuentan
con energía eléctrica en todo el mundo) llamada red de redes. De esta manera, las
compañías eléctricas incrementarían su rentabilidad, al aumentar el valor agregado
de sus servicios con una mínima inversión, aprovechando su infraestructura para
fines que no habían sido concebidos inicialmente. Es algo similar a lo ocurrido con
las empresas telefónicas cuando comprendieron que el par de cobre se podía emplear
para acceder a Internet y ofrecer otros servicios de transmisión de datos, además de
permitir las comunicaciones por voz.
En la actualidad, PLC se ha desarrollado ampliamente, existiendo básicamente
aplicaciones “indoor” y de “última milla” existiendo normas y estándares para estas
aplicaciones. A su vez, las empresas eléctricas, a través de esta tecnología, han
ingresado como proveedores de servicios de telecomunicaciones, sin embargo, su interés
sigue siendo también los servicios específicos dentro de la misma Red eléctrica;
como el monitoreo y control en media y baja tensión. En esta última cuestión se
realizará la profundización y el mayor hincapié de nuestra tesis de grado.

1.4.
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA PLC 5
1.4.1. Introducción a BPL (Banda Ancha)
Discripción general
El sistema PLC utiliza las mallas eléctricas de media y baja tensión para su
distribución, además de producir también su conmutación.
Las diferentes implementaciones de esta nueva tecnología tienen el potencial
para interconectar a través de las instalaciones eléctricas internas: de casas, oficinas,
edificios, computadoras y periféricos. También son eficaces y competitivos en costos
como sistemas de “última milla” para servicios de datos, voz y video en Banda
Ancha.
Los sistemas PLC consisten en dispositivos terminales (módems) que se enchufan
en la Red de suministro eléctrico, no sólo para alimentarse sino para utilizar ésta
como medio del enlace de datos a otros terminales ubicado en la misma Red o una
vecina. Estas unidades de usuario (UU) proporcionan interfaces para datos (USB,
Ethernet) y eventualmente telefonía analógica sobre 2 hilos (FXS). Las UU reportan
a unidades de concentración (UC), y estas a su vez a enrutadores y/o switches para
producir conmutación local o hacia otras redes (Telefonía Pública, Internet, etc.).
Las UC suelen tener la capacidad de establecer entornos VLAN, pudiendo prescindir
del enrutador para este servicio [24].
Para este sistema es necesario un “acondicionamiento” de la infraestructura existente
en la Red eléctrica, como se muestra en la Figura (1.1). Las redes normalmente
pueden transmitir señales regulares de baja frecuencia en 50 o 60 Hz. y señales
mucho más altas, sobre 1 MHz. sin que ambas frecuencias se molesten entre si, ya
que las de baja frecuencia llevan energía mientras que las de alta frecuencia llevan
los datos. Se utiliza un HFCPN (Red condicionada de alta frecuencia de energía),
para transmitir datos y señales eléctricas. Un HFCPN utiliza una serie de unidades
de acondicionamiento o concentración denominada anteriormente (UC) para filtrar
esas señales separadas. El UC envía electricidad y datos a los enchufes del hogar o
comercio, y una vez decodificados los datos, los envía a un módulo de comunicación

6
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
o a una unidad de usuario (UU). La unidad de usuario proporciona los canales
múltiples para los datos, la voz, teléfono, etc.
Figura 1.1: Unidad de Acondicionamiento.
Las UC se colocan generalmente “al pie” de los transformadores de Media a Baja
tensión, y con sus corresponsales UU conforman “celdas”, en las cuales se introducen
repetidores (UR) para favorecer la cobertura de señal sobre la Red. Las unidades
de una celda comparten un ancho de banda bajo demanda, que actualmente oscila
entre 2,5 y 45 Mbps según el proveedor. Ya hay en desarrollo soluciones de hasta
200 Mbps. Algunas soluciones de mercado permiten interconectar estas celdas entre
sí y/o con el enrutador central utilizando como enlace troncal las redes de media
tensión (en nuestro país usualmente 13,2 kV). En la Figura (1.2) se muestra una
topología PLC típica.
Los servidores de las estaciones o subestaciones locales, se conectan a Internet
mediante fibra óptica o cable coaxial tipo Banda Ancha, el resultado final, es similar
a una Red de área local (LAN).
Por lo general se utiliza la Red de Media tensión entre 2.4 kV y 35 kV y en
los transformadores de las líneas de distribución de 220 V o 380 V de baja tensión,
para facilitar el acceso de alta velocidad a Internet. La utilización del PLC implica
el desarrollo de la tecnología dentro de dos capas principales, la física o de energía
eléctrica de consumo y la de datos o de comunicaciones.
La integración de la tecnología de la Red y de la capa física o eléctrica permite
que los datos de alta velocidad sean transmitidos sobre las líneas de energía, para

1.4.
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA PLC 7
Internet
RTCP
E+P+P
SGCR
UU
Referencias
UC
CGR
UR
Conm
UC
UU: Unidad Usuario
UC: Unidad Concentradora
UR: Unidad Repetidora
Conm: Conmutador (switch)
E+P+P: Enrutador+pasarela+portero
SGCR: Sistema de Gestión y Control
CGR: Centro de Gestión de Red
UR
UU UU UU UU UU UU
UR
Línea Energía Baja T.
Línea Energía Media T.
Fibra Óptica
UTP cat. 5
n x 64
n x FXO
Topología TRE típica
Figura 1.2: Topología PLC típica.
uso general directamente a la premisa de los usuarios de forma ininterrumpida, sin
errores, de manera intacta y asegurada (cifrado). Los dispositivos principales dentro
de la capa física son los acopladores. La función principal de éstos es la de acoplar
señales PLC entre las líneas de baja y media tensión, así como los dispositivos de
puente que típicamente son los transformadores de la Red.
El uso de la Red Eléctrica existente significa reducción de costos y proporciona
un acceso a la Banda Ancha y a la interconexión entre dispositivos. Históricamente,
los sistemas de PLC, estaban limitados a velocidades de transferencia de datos relativamente
bajas, típicamente menos de 500 Kbps. Estos sistemas con baja tasa de
transferencia todavía están en uso en aplicaciones como telecontrol, tal es el caso de
interruptores en instalaciones domésticas y en el caso de empresas proveedoras de
servicios eléctricos para supervisión de sistemas, comunicaciones de datos y telefonía
tal cual es nuestro estudio.
Los nuevos sistemas utilizan técnicas de acceso al medio muy modernas y efi-

8
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
cientes, con altos rendimientos Bit/Baudio, inmunidad al ruido y tolerancia a los
cambios eléctricos del medio (DSSS, OFDM). A nivel de usuario la conectividad
está proporcionada en base al conjunto de protocolos TCP/IP, proveyendo a los
equipos terminales capacidades multimedia en base a los estándares H.323 y complementarios
[2].
Técnicas de modulación para Banda Ancha
El canal de PLC es un ambiente muy hostil. Las características de un canal de
PLC tienden a variar en tiempo, situación y con los cambios de carga, lo que justifica
técnicas de modulación robustas. El PLC usado para el propósito de comunicación
requiere esquemas de modulación sofisticados. Las técnicas de modulación convencionales
como ASK, PSK o FSK normalmente son excluidos por la conducta hostil
del canal de PLC.
Una posible solución para superar los problemas en un canal de comunicaciones
de este tipo, es usar un método de modulación robusta. Si el método de modulación
puede ocuparse de la atenuación desconocida, asi como de los cambios de fase desconocidos,
entonces el receptor puede simplificarse. El problema es combinar estos
requisitos con una alta tasa de bits, necesaria en las comunicaciones de las computadoras
actuales y las limitaciones del ancho de banda en el canal PLC. Dos métodos
de modulación cumplen con todos estos requisitos y esos son OFDM, DSSS.[3].
Aplicaciones PLC
Las aplicaciones para estos sistemas pueden categorizarse de la siguiente manera:
aplicaciones internas (Vivienda adentro - in Home).
última milla.

1.4.
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA PLC 9
Aplicaciones internas (in Home)
Los sistemas PLC de banda ancha son atractivos como servicios de datos en
edificios, porque no requieren ninguna instalación adicional, simplemente mantener
conectados los equipos. Dentro de un mismo edificio estas aplicaciones permiten
conectar periféricos como heladeras, microondas, impresoras, fotocopiadoras, dispositivos
de comunicaciones, etc. y configurar redes de computadoras. El edificio
podría ser una casa, un bloque de departamentos u oficinas. Consideramos que en
esos casos los trayectos de tendido de Red eléctrica de potencia no superan los 100m
entre los dispositivos.
Se ha desarrollado esta tecnología con éxito para estas aplicaciones de corta
distancia e internas, además, cumpliendo con los requisitos de Compatibilidad Electromagnética
de los EE UU. Esto es posible gracias a la potencia relativamente
baja, necesaria para establecer las comunicaciones en la Red eléctrica y a las cortas
distancias que existen en una casa, edificio u oficina.
El desarrollo de esta tecnología para conformar redes de computadoras tipo LAN,
está muy desarrollada ya que permite interoperatividad de sistemas entre dispositivos
de distintos fabricantes; por ejemplo el estándar HomePlug 1.0; a un costo
relativamente bajo, y dada su forma de conexión es muy fácil de conectar y de
utilizar. Otras aplicaciones incluyen el uso de estos sistemas para distribución de
sonido, video, y equipos con capacidad de controlar, dentro de la casa, cualquier
dispositivo hogareño.
Aplicaciones última milla
Estas aplicaciones incluyen la distribución en oficinas y casas o edificios de Internet
y otros servicios por parte de proveedores de servicio de Banda Ancha a través
de la Red de distribución eléctrica. Además de la conexión de banda ancha de Internet,
también permite proporcionar voz (telefonía IP), video bajo demanda (VOD),
sistemas de vigilancia, entretenimientos y aplicaciones en medición de servicios como

10
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
electricidad, agua, gas, etc..
En los costos para brindar servicios de Banda Ancha, una parte importante
está conformada por el costo de la denominada “última milla” para llegar al usuario
final. La existencia de una Red de distribución eléctrica domiciliaria y en edificios,
representa una interesante posibilidad ya que no requiere ningún cableado especial.
Esta tecnología está ya desarrollada y en proceso de optimización, especialmente en
lo que hace a lograr menores niveles de señal sobre la Red eléctrica y cumplir con
los requerimientos de compatibilidad electromagnética [4].
Desventajas de PLC de Banda Ancha
Hay varios problemas presentados por la introducción de la banda ancha en redes
de energía eléctrica en los sistemas de comunicaciones. Estos problemas pueden
categorizarse en tres áreas y referidas a la compatibilidad:
entre las redes privadas y públicas.
políticas de telecomunicaciones.
interferencia en radiocomunicaciones.
Ventajas de PLC Banda Ancha sobre otras tecnologías
(a) Economía de instalación
Sin obra civil.
Cada instalación en un transformador da acceso entre 150 - 200 hogares.
(b) Anchos de banda muy superiores a ADSL
El límite de velocidad promedio práctico para ADSL es 2 Mb.
PLC puede llegar a ofrecer hasta 200 Mb.
(c) Emisiones electromagnéticas.

1.4.
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA PLC 11
Equiparables a ADSL y muy inferiores a la telefonía móvil.
(d) Monopólio en el bucle local.
No existen alternativas a ADSL y el operador dominante tiene más del
90 % de cuota de mercado.
Cualquier enchufe en casa se convertirá en un acceso a los servicios.
Lanzamiento rápido: tecnologías competidoras como VDSL, G.SHDL, AD-
SL2, ADSL2+, etc. también están en el horizonte, con lo que aprovechar
la actual situación es importante.
Precio competitivo frente a ADSL.
Buena calidad VoIP (voz sobre IP).
Velocidades y demás parámetros de conexión aceptables según lo ofertado.
Estabilidad frente a interferencias.
Marco legal y administrativo propicio.
Evolución de la actual tecnología y abaratamiento de los dispositivos PLC.

12
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

Capítulo 2
Detalles de los Sistemas de
Telemedición
En este Capítulo se presentan los detalles de los Sistemas de Telemedición. En la
Secciones 2.1, 2.2 y 2.3 se hace una descripción general sobre Telemedición, Red PLC,
y la combinación de ambos. En la Sección 2.4 se detallan los componentes de una
Red PLC. En la Sección 2.5 se explican los métodos de modulación y se profundiza
en el método seleccionado. Por último en las Secciones 2.6 y 2.7 se realiza el diseño
del Modulador OQPSK y del MODEM a nivel de bloques respectivamente.
2.1. Descripción general sobre telemedición
Las telecomunicaciones desempeñan una función de primordial importancia en
la implantación de modernos sistemas de Automatización Industrial. Esta función
es vital para aquellas empresas cuyas operaciones se encuentran dispersas geográficamente,
como es el caso de los sistemas de distribución de energía.
La telemedición es el uso de equipos eléctricos o electrónicos para detectar, acumular
y procesar datos físicos en un lugar, para después transmitirlos a una estación
remota donde pueden procesarse y almacenarse. Un ejemplo de la utilidad de la
telemedición es la medición, transmisión y procesamiento de magnitudes físicas en
13

14
CAPÍTULO 2. DETALLES DE LOS SISTEMAS DE TELEMEDICIÓN
sistemas de automatización de procesos industriales. Estos datos pueden ser, por
ejemplo, la temperatura, la velocidad de un líquido en una tubería, etc.. Estas
magnitudes son las denominadas variables de campo, que para el estudio que se
está realizando serían, por ejemplo: la temperatura, la tensión, la corriente de una
determinada subestación, etc.
2.2. Descripción general sobre la Red PLC
El sistema de telemedición PLC se basa en el intercambio de datos a través de
la Red de energía eléctrica. Esto se realiza automatizando las actividades manuales
y repetitivas pudiendo de esta manera no depender de ninguna intervención humana.
El sistema utilizado que se muestra en la Figura (2.1), se denomina “maestro -
esclavo” y consta básicamente de los siguientes bloques:
Interfaz Serial
RS 232
Modem PLC
Acoplador
Linea Media Tensión
13.2 KV
Repetidor
Acoplador
Acoplador
Acoplador
Modem PLC
Modem PLC
Modem PLC
RTU RTU RTU
Figura 2.1: Esquema general
El Computador Central (Host) es el encargado de todas las decisiones del sistema
(maestro). El Modem PLC es el encargado de acondicionar las señales para la
transmisión o recepción según lo requiera el Computador Central. Los acopladores
de línea se encargan de inyectar la señal a través de la Red eléctrica. Las RTU

2.3. SISTEMA DE TELEMEDICIÓN USANDO PLC 15
(Unidades Remotas) son los dispositivos que se instalan en el lugar en donde se
debe realizar la medición.
El sistema de telemedición ofrece muchas ventajas sobre el sistema de medición
convencional realizado manualmente. La mayor ventaja, es que se esta relevando
periódicamente el estado de las variables de los dispositivos que constituyen el sistema,
algo que manualmente sería casi imposible de realizar, debido al costo económico
que esto requeriría por la cantidad de dispositivos presentes en la Red eléctrica.
Otra ventaja es la identificación de algún inconveniente de manera cuasi instantánea,
pudiendo tomar decisiones a distancia logrando que el problema se resuelva mucho
más rápido. Se puede citar como dato relevante, la conveniencia de mantener un
canal propio PLC de baja capacidad, no compartido con otros usuarios.
Como ventajas secundarias, podemos mencionar que este sistema permite que los
datos actuales de los dispositivos puedan ser contrastados con sus datos históricos,
para poder determinar si hay alguna falencia en el rendimiento de los mismos.
2.3. Sistema de telemedición usando PLC
La disposición de nuestro sistema está dado en forma de Red de difusión en
donde lo que el Computador Central transmite llega de forma automática al resto
de las estaciones que están en la misma Red física. El modo de transmisión es en
forma serial half - duplex en el cual cada nodo puede transmitir o recibir, pero no
al mismo tiempo. Cuando uno está enviando, el otro está recibiendo y vice versa.
La Figura (2.1) muestra el diagrama en bloques de un circuito de comunicación
de datos multipunto, que utiliza una topología bus. Este arreglo es una de las configuraciones
más usadas para los circuitos de comunicación de datos. En la estación
primaria hay un Computador Central (Host, maestro) y en cada una de la otras estaciones
secundarias (esclavas) hay una Unidad Remota (RTU). El hardware y la circuitería
asociada, que conecta al Computador Central a las terminales de Unidades
Remotas se denomina enlace de comunicación de datos. Un arreglo como éste, se

16
CAPÍTULO 2. DETALLES DE LOS SISTEMAS DE TELEMEDICIÓN
llama Red Centralizada; hay una estación ubicada centralmente (Host) con la responsabilidad
de asegurar un flujo ordenado de datos, entre las estaciones remotas
y ella misma. El flujo de datos es controlado por un programa de aplicaciones que
está almacenado en el Computador Central.
En la estación primaria hay un Computador Central y un MODEM de datos.
En cada sección secundaria hay un MODEM y la correspondiente RTU. La estación
primaria tiene la capacidad de almacenar, procesar y/o retransmitir los datos que
recibe de las estaciones secundarias. La estación primaria también almacena el software
necesario para el manejo de datos.
2.4. Componentes de la Red PLC
2.4.1. Funciones de cada componente
El Computador Central es el encargado de “interrogar” a las diferentes Unidades
Remotas (RTU) el estado de las variables presentes en las diferentes subestaciones
conectadas a la Red, tales como temperatura, tensión, corriente, frecuencia, etc. Al
ser una Red de difusión [21], “todos escuchan todo” pero solamente responde aquel
que tenga la dirección requerida por el Computador Central. Éste, se comunica con
el MODEM PLC a través de una interfaz serial RS-232 1 [15]. La tarea del MODEM
es la modulación de la señal transmitida y la demodulación de la señal recibida.
La señal que transmite o recibe el MODEM es inyectada a través de un acoplador
de línea.
Éste, a parte de ser el dispositivo que inyecta la señal de PLC en la línea
de energía, también se encarga de proteger al circuito de posibles sobretensiones
debido a diferentes factores. La comunicación de la RTU con el Computador Central
es también a través de un MODEM PLC y un Acoplador utilizando una interfaz
serial entre la RTU y el MODEM. La Unidad Remota RTU es la interfaz con los
dispositivos de campo, se la puede considerar como los ojos, oídos y manos de una
1 En el Apéndice A se explica en detalle la interfaz serial RS-232

2.4. COMPONENTES DE LA RED PLC 17
estación maestra. Junto a las RTU se encuentran los denominados transductores
que en general, son unos dispositivos que convierten una forma de energía en otra.
En particular, un transductor eléctrico, convierte la magnitud de una variable física
en una señal eléctrica proporcional, de tal manera que el resultado de la operación
pueda ser utilizado como información útil y representativa de dicha cantidad. Debe
existir una relación conocida entre la entrada y la salida del transductor.
2.4.2. Comunicación de datos
La información codificada es representada a través de bits, la cual puede ser
una eventual señal de control. Los bits pueden transmitirse secuencialmente, que es
lo que se conoce como forma serial, o agrupados en palabras, que sería en forma
paralela. Los motivos que determinan el uso de una u otra forma de transmisión,
claramente responden a las necesidades de velocidad y rendimiento económico. A
continuación se mencionan los dos tipos de transmisión y seguido a esto se describen
sus características principales:
(a) Transmisión de datos en paralelo
(b) Transmisión de datos en serie
Transmisión de datos en paralelo
La comunicación paralela transmite todos los bits de un dato de manera simultánea,
lo que implica tantos canales de comunicación como bits contenga el elemento
base, por lo tanto la velocidad de transferencia es rápida, sin embargo tiene
la desventaja de utilizar una gran cantidad de líneas, debido a esto, se vuelve más
costoso y además se atenúa a grandes distancias por la capacitancia entre conductores,
así como sus parámetros distribuidos. Se usa básicamente para transmisiones
en distancias muy cortas.

18
CAPÍTULO 2. DETALLES DE LOS SISTEMAS DE TELEMEDICIÓN
Transmisión de datos en serie
Los datos son transferidos bit a bit utilizando un único canal. Es la forma normal
de transmitir datos a larga distancia, ya que la instalación de tantas líneas de
comunicación (datos en paralelo), como bits tiene una palabra a lo largo de un país,
sería un coste inabordable. Las computadoras internamente manejan la información
agrupadas en palabras, conjuntos de bits, y deben realizar una conversión para serializar
la información. Esto es realizado por circuitos integrados de uso específico
y doble, ya que son capaces de convertir en una secuencia lineal una palabra, y a
la vez convertir en palabra, los bits que van obteniendo uno a uno de una línea de
comunicación serie.
Modos de operación: síncrona/asíncrona
Existen dos tipos de comunicaciones seriales: la síncrona y la asíncrona.
En la comunicación serial síncrona, además de una línea sobre la cual se transmitirán
los datos se necesita de una línea la cual contendrá los pulsos de reloj que
indicarán cuando un dato es válido.
En el modo de operación asincrónica, se transmite un carácter de código a la vez.
Cada carácter de código incluye dígitos de arranque, paridad y parada, denominados
“dígitos redundantes”. Estos dígitos redundantes indican al receptor el comienzo
de un caracter, donde termina y un dato adicional (la paridad), para efectos de
detección de error; todos los dígitos tienen la misma duración, excepto el de parada,
cuya duración es variable (una, una y media o dos veces la duración de los otros)
según la aplicación. El caracter de código contiene también de 5 a 8 dígitos de
información; este campo de información permite entonces codificar la información
en Baudot, ASCII o en EBCDIC. La longitud máxima del caracter de código es de
11 dígitos binarios.
Los dos extremos, transmisor y receptor, tienen relojes independientes de la misma
frecuencia nominal, de esta forma se realiza el sincronismo de bit. La información

2.5.
MÉTODOS DE MODULACIÓN 19
se transmite caracter a caracter, precedidos de un bit a “0” o bit de START y terminados
por al menos, un bit a “1” denominado de STOP (pueden ser también 1,5
ó 2 bits STOP). Esta es la forma de establecer el sincronismo de caracter. Entre dos
caracteres consecutivos puede mediar cualquier separación, permaneciendo todo el
tiempo la línea en estado “1”. El sincronismo de bit se consigue arrancando el reloj
de recepción cuando se detecta el bit de START. Debido a que el reloj se inicializa
para cada caracter, las posibles derivas de frecuencia respecto al reloj emisor tienen
poca importancia. El sincronismo de caracter está implícito en el propio método de
transmisión, ya que se produce caracter a caracter [5].
En la Figura(2.2) se muestra el formato de un caracter de código para operación
asincrónica.
Figura 2.2: Caracter de código en operación asincrónica.
2.5. Métodos de modulación
Como la señal binaria de entrada es una secuencia de impulsos o dígitos binarios
(de dos estados), las magnitudes moduladas tomarán también dos valores, de ahí que
a estos procesos se los denomina “Técnicas de Modulación Binaria”. Las formas
básicas de la modulación binaria mediante portadora modulada son:
1. La Modulación Binaria de Amplitud (Amplitude-Shift Keying, ASK).
2. La Modulación Binaria de Frecuencia (Frequency-Shift Keying, FSK).
3. La Modulación Binaria de Fase (Phase-Shift Keying, PSK).

20
CAPÍTULO 2. DETALLES DE LOS SISTEMAS DE TELEMEDICIÓN
4. La Modulación Binaria Diferencial de Fase (Differential PSK, DPSK).
El tipo de modulación que nosotros elegimos es Offset QPSK o bien PSK M-ario
con M=4 Offset, siendo esta una variedad de QPSK básica. Este método presenta
mejores características de rendimiento para el canal de línea eléctrica, el cual
presenta las siguientes ventajas:
1. Se minimiza el número de errores que provoca un dígito equivocado, ya que
entre estados adyacentes sólo hay un dígito de diferencia.
2. Se angosta el espectro de frecuencia al disminuir los lóbulos laterales.
3. Se mejora la sincronización de los circuitos de recuperación de referencia en el
lado receptor.
4. Se obtiene una mejor performance frente al ruido.
2.5.1. Modulación QPSK
[8] QPSK es otra forma de modulación digital, la cual modula angularmente
con amplitud constante. Es una técnica de codificación M-ario, en donde M = 4
(de ahí el nombre de cuaternaria). Con QPSK son posibles 4 fases de salida, para
una sola frecuencia de portadora. Debido a que hay 4 fases de salida diferentes,
tiene que haber 4 condiciones de entrada diferentes. Ya que la entrada digital a un
modulador de QPSK es una señal binaria (base 2), para producir cuatro condiciones
diferentes de entrada, se necesita más de un solo bit de entrada, osea 2, habiendo
así 4 posibles condiciones: 00, 01, 11 y 10. En consecuencia, con QPSK los datos
de entrada binarios se combinan en grupos de 2 bits llamados dibits. Cada código
dibit genera una de las 4 fases de entrada posibles. Por lo tanto para cada dibit
introducido al modulador, ocurre un solo cambio a la salida. Así que la razón de
cambio en la salida (razón de baudio), es la mitad de la razón de bit de entrada.
Transmisor de QPSK
En la Figura (2.3) se muestra el diagrama en bloques de un modulador QPSK.
Dos bits se introducen al derivador de bits. Luego de que ambos han sido introduci-

2.5.
MÉTODOS DE MODULACIÓN 21
dos, en forma serial, salen simultáneamente en forma paralela. Un bit se dirige al
canal I y el otro al cana Q. El bit I modula una portadora que está en fase con el
oscilador de referencia y el bit Q modula una portadora que está 90 o fuera de fase
con la portadora de referencia . Entonces tenemos para un 1 lógico = +1V y un 0
lógico = -1 V, debido a esto, son posibles dos fases a la salida de cada modulador.
Cuando el sumador lineal combína las dos señales de cuadratura (90 o fuera de fase)
hay cuatro fases resultantes mostradas por estas expresiones:
+ sen ω c t + cos ω c t
+ sen ω c t - cos ω c t
- sen ω c t + cos ω c t
- sen ω c t - cos ω c t
ent. binaria Fb
Modulador
Balanceado
Entada
Bufer
Canal I
Canal Q
Osc. Portadora
de referencia
sen Wc t
Sumador
Lineal
Filtro PB
Sal. QPSK
Desplazador
de Fase de 90º
div 2
Modulador
Balanceado
Figura 2.3: Modulador de QPSK.
Consideraciones de ancho de banda para QPSK
La tasa de bits en el canal I o en el canal Q es igual a la mitad de la tasa de datos
de entrada F b /2. En consecuencia, la frecuencia fundamental más alta presente en
la entrada de datos al modulador balanceado, I o Q, es igual a un cuarto de la tasa
de datos de entrada (la mitad de F b /2 = F b /4). Como resultado, la salida de los
moduladores balanceados I y Q, requiere de un mínimo ancho de banda de Nyquist
de doble lado, igual a la mitad de la tasa de que están entrando (F N = doble de F b /4

22
CAPÍTULO 2. DETALLES DE LOS SISTEMAS DE TELEMEDICIÓN
= F b /2). Por lo tanto con QPSK, se realiza una compresión de ancho de banda.
La señal de salida QPSK no cambia de fase, hasta que 2 bits han sido introducidos
al derivador de bits, la tasa de cambio más rápido de salida (baudio) es igual a la
mitad de la tasa de bits de entrada.
En la Figura (2.4) se muestra la condición de entrada del peor caso en el modulador
balanceado, de I o Q, la cual es un patrón 1/0 alterno, que ocurre cuando los
datos de entrada binarios tiene un patrón repetitivo de 1100.
I
Q
I
Q
I
Q
I
Q I Q I
Datos de
enrtrada Fb
1 1 0 1 1 0
1
0
1
1
0
Datos del
canal I Fb/2
Frecuenci a
fundamental
mas alta
Datos del
canal Q Fb/2
Figura 2.4: Consideraciones de ancho de banda en un Modulador QPSK
Receptor de QPSK
El diagrama en bloques se muestra en la Figura (2.5). El derivador de potencia
dirige la señal QPSK de entrada a los detectores de producto, Q e I, y al circuito de
recuperación de la portadora. El circuito de recuperación de la portadora reproduce
la señal original del oscilador de la portadora de transmisión. La portadora recuperada
tiene que ser coherente, en frecuencia y fase, con la portadora de referencia
transmisora. La señal QPSK se demodula en los detectores de producto, Q e I, que
generan los bits de datos, Q e I originales. Las salidas de los detectores de productos
alimentan al circuito para combinar bits, donde se convierten de canales de datos,
Q e I paralelos a un solo flujo de datos de salida binaria.

2.5.
MÉTODOS DE MODULACIÓN 23
Detector de
producto
LPF
Señal
QPSK de
entrada
BPF
Derivador
de
potencia
Recuperación
de la Portadora
sen Wc t
Q
I
Datos
binarios de
recepción
90º
Detector de
producto
LPF
Figura 2.5: Receptor QPSK
2.5.2. Modulación Offset QPSK
[25] La modulación Offset QPSK se logra desplazando un dígito la componente
Q, obteniendo así una conversión de los datos binarios en código GRAY, el cual
se caracteriza por tener sólo un dígito de diferencia entre estados adyacentes. Esta
codificación asegura transiciones de fase limitados a 90 o a diferencia de los 180 o que
se obtendrían con codificación binaria en la modulación QPSK básica. En la Figura
(2.6) se muestra el modulador OQPSK mencionado.
Modulador
Balanceado
Entada
Bufer
Cod
.
Dif.
Canal I
Canal Q
Osc. Portadora
de referencia
sen Wc t
Sumador
Lineal
Filtro PB
Sal. QPSK
Desplazador
de Fase de 90º
div 2
Modulador
Balanceado
Figura 2.6: Modulador OQPSK
.

24
CAPÍTULO 2. DETALLES DE LOS SISTEMAS DE TELEMEDICIÓN
En la Figura (2.7) se presenta la correspondencia del código binario al código
GRAY en forma esquemática.
Figura 2.7: Correspondencia del código binario al código GRAY
2.6. Diseño del modulador OQPSK
Como ya hemos mencionado en los objetivos del proyecto, nos vamos a ubicar en
el espectro de frecuencias de 9 a 95 kHz. La velocidad de transmisión que necesitamos
es de aproximadamente 9600 bps y la modulación que vamos a utilizar será OQPSK.
Cálculo del transmisor OQPSK
Vamos a realizar un modulador de OQPSK con una tasa de datos de entrada f b
igual a 9,6 Kbps y una frecuencia de portadora f c = 20 kHz.
La tasa de bits en los canales Q e I es igual a la mitad de la tasa de bits de tx,
f bq = f bi = f b
2
=
9, 6Kbps
2
= 4,8Kbps. (2.1)
La frecuencia más alta que se presenta a la entrada de los moduladores de los
canales Q e I,

2.7.
DISEÑO DEL MODEM PLC 25
f a = f bq
2 = f bi
2
=
4, 8Kbps
2
= 2,4Kbps. (2.2)
la salida de cada modulador balanceado es:
Salida = (sen 2πf a t)(sen 2πf c t)
= 1 cos 2π(20 − 2,4)t − 1 cos 2π(20 + 2,4)t
2 2
= 1 cos 2π(17,6)t − 1 cos 2π(22,4)t
2 2
por lo tanto el ancho de banda mínimo de Nyquist es
f N = 22,4 - 17,6 = 4,8 kHz
El filtro pasabanda del modulador deberá permitir el paso hasta la 3er armónico,
debido a que de esta manera se puede llegar a tener una mejor aproximación de la
señal entrante.
f N = 27,2 - 12,8 = 14,4 kHz
2.7. Diseño del MODEM PLC
Introducción
En la Capa Física es donde se resuelven todas las incompatibilidades entre los
diferentes equipos y en ella se encuentran todos los dispositivos para interconectar
un usuario con otro usuario, sea directamente por un canal o a través de una
Red. Normalmente la interconexión se efectúa entre computadores o terminales denominados
“Equipos Terminales de Datos (DTE)” y los módems o adaptadores de
comunicación denominados “Equipos de Terminación del Circuito de Datos (DCE)”.
Las secuencias generadas en la capa física en el extremo transmisor, están diseñadas
para ser interpretadas por la capa física del extremo receptor, en el cual se regeneran
las correspondientes secuencias que son presentadas al usuario final. En la capa física
no se toma en cuenta el significado o la información contenida en la secuencia de
datos, ni los diferentes formatos, etc.; todo esto es responsabilidad de las capas superiores.
Por la capa física y su correspondiente medio de transmisión circulan dígitos

26
CAPÍTULO 2. DETALLES DE LOS SISTEMAS DE TELEMEDICIÓN
binarios, lo que comúnmente se denomina “datos crudos” y su responsabilidad es
transmitirlos sin error.
La modulación digital se realiza en un dispositivo denominado “MODEM” (de
las palabras MOdulador y DEModulador) en el cual los dígitos binarios modulan la
amplitud, la frecuencia o la fase de una señal sinusoidal, denominada portadora [5].
Diseño a nivel de bloques
El dispositivo que se diseñará es un MODEM [19] half duplex OQPSK asíncrono,
diseñado para aplicaciones de Redes de Comunicaciones a través de la línea eléctrica,
cumpliendo con las especificaciones CENELEC EN 50065 [6].
El dispositivo consta de cinco partes bien definidas (Figura (2.8))que son:
a)Interfaz serial y registro de control.
b)Codificador diferencial
c)Modulador.
d)Demodulador.
e)Decodificador diferencial.
Interfaz serial y registro de control:
La operación y modo de funcionamiento del MODEM es gobernada por medio
de un registro interno programable, a través de un interfaz serial. Los bits que ingresan
a través de la interfaz serial RS-232 son introducidos en el registro interno
de control anteriormente mencionado. Esta función es realizada mediante uno de los
módulos serie de entrada/salida USART (Trasmisión Recepción Asíncrona Síncrona
Universal) de la familia PIC 16F7X 2 [18]. El modo de Transmisión/Recepción puede
ser configurado para trabajar en modo Full-duplex en operación asíncrona o en modo
Half-duplex en operación síncrona, nosotros utilizaremos el segundo modo de
operación (osea H-D). La función que tiene éste, es la de almacenar de a dos bits y
2 Las características del PIC 16F7X se presentan en el Apéndice B

2.7.
DISEÑO DEL MODEM PLC 27
Recepción
Detecc.
de Port.
AGC
Am
p.
Filtro BP
Filtro LB
Demodulador
OQPSK
HOST
Interface
Serial
Registro de
Control
Acoplador
Capacitivo
PIC 16F74
Transmisión
Modulador
OQPSK
Amp
Filtro
BP
Base de tiempo
Osc
Figura 2.8: Diagrama en bloques de MODEM PLC
enviarlos al modulador OQPSK (Modulador QPSK convencional más Codificador
Diferencial) cuando se encuentra en el modo de transmisión. En cambio, cuando el
MODEM se encuentra en el modo de recepción, la señal que ingresa es demodulada
y luego llega al registro de control en forma digital (bits), realizando el camino inverso
que en el modo de transmisión.
Codificador diferencial:
El flujo de datos unipolar se codifica diferencialmente de manera de asegurar
que el transporte de la información se realice a través de estados de fase relativa. De
esta forma el envío de la información se independiza de la fase absoluta y por consiguiente
del retardo de fase que introduce el medio de transmisión. El codificador

28
CAPÍTULO 2. DETALLES DE LOS SISTEMAS DE TELEMEDICIÓN
diferencial recibe de un convertidor serie-paralelo las parejas de dos bits necesarias
para proporcionar los cuatro estados posibles de la modulación en fase QPSK obteniendo
las señales I y Q.
Modulador:
Luego de que el registro de control entrega los dibits (dos bits), éstos son ingresados
al codificador diferencial y luego al modulador QPSK. Para realizar la
modulación y la demodulación empleamos un dispositivo LM1596/LM1496 3 , el cual
es un doble modulador/demodulador balanceado que produce una señal de salida
proporcional al producto de una tensión de entrada con la señal portadora. Luego de
obtener la señal modulada en fase, ingresa en la etapa de amplificación para luego
ser filtrada por un filtro pasabanda y finalmente ser enviada al Acoplador Capacitivo.
Demodulador:
Cuando ingresa una señal OQPSK a través del Acoplador Capacitivo, ésta es
dirigida hacia un filtro pasa bajos que realiza la función de eliminar las señales indeseadas.
Luego es amplificada a través de un control automático de ganancia para
que luego ingrese a un circuito de recuperación de la portadora. La señal OQPSK es
demodulada mediante el dispositivo ya mencionado anteriormente en el inciso (b)
para ser enviada al decodificador diferencial y luego al registro de control.
Decodificador diferencial:
El flujo de datos unipolar se decodifica diferencialmente de manera de asegurar
recuperar la información de estados de fase relativa. De esta forma la entrada de
la información se correlaciona con la fase relativa y por consiguiente del retardo de
fase que introduce el medio de transmisión.
3 Las características del LM1596/LM1496 se presentan en el Apéndice B

Capítulo 3
Parámetros de la Red y del
Sistema PLC
En este Capítulo se describen los parámetros de la Red y del Sistema PLC. En la
Sección 3.1 se presenta información general sobre la Red de distribución de energía
eléctrica, con sus respectivos parámetros. En la Sección 3.2 se describen los ruidos
presentes en las señales PLC. En la Sección 3.3 se detallan los distintos métodos de
Acoplamiento y por último en la Sección 3.4 se presentan las Normas regulatorias
para los sistemas PLC de Banda Angosta.
3.1. Redes de distribución de energía
3.1.1. Instalación eléctrica
Las redes de distribución eléctrica domiciliarias y las instalaciones eléctricas en
casas y oficinas, no fueron diseñadas para llevar datos a gran velocidad y en altas
frecuencias. Estas redes se diseñaron para llevar tensiones y corrientes altas con
frecuencias bajas (220V 50Hz en Argentina, 120V 60Hz en EE UU) para poder
entregar a los consumidores importantes cantidades de energía.
Los sistemas PLC pueden estar “agregados” a la instalación eléctrica y sujetos
29

30
CAPÍTULO 3. PARÁMETROS DE LA RED Y DEL SISTEMA PLC
a varias limitaciones, y de esta manera proporcionar conexiones de datos entre distintos
puntos de la Red Eléctrica. En general esta última no está apantallada, por
lo que emite radiofrecuencia, pudiendo provocar interferencia en otros sistemas de
radiocomunicaciones.
En una Red Eléctrica, la conexión y desconexión de equipos de distintos tipos es
muy frecuente, y no hay características físicas bien definidas referidas a estos picos y
valles de carga, creando un ambiente electromagnético particular. La impedancia que
desbalancea los dispositivos conectados a la Red, puede resultar insignificante para
la Red Eléctrica misma, sin embargo, la pérdida de señal para las comunicaciones
de datos a determinadas frecuencias y situaciones de carga de potencia, provoca
que algunas de estas frecuencias prácticamente desaparezcan. La atenuación sufrida
en estos “ceros”, cambiará dependiendo donde estén ubicados los dispositivos
interconectados y que otros dispositivos (aparatos, etc.) se conectan a la Red [4].
3.1.2. Líneas de transmisión
Se puede considerar que la línea de transmisión es un elemento del sistema de
potencia. A las líneas de transmisión de potencia aérea se las pueden clasificar de la
siguiente manera [11]:
líneas de longitud corta.
líneas de longitud media.
líneas de longitud larga.
3.1.3. Circuito equivalente de una línea de transmisión
Las características de una línea de transmisión se determinan por sus propiedades
dieléctricas, como la conductancia de los cables y la constante dieléctrica del aislante,
y sus propiedades físicas como el diámetro del cable y los espacios del conductor.

3.1. REDES DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA 31
Estas propiedades, a su vez, determinan las constantes eléctricas primarias; resistencia
de CD en serie (R), inductancia en serie (L), capacitancia de derivación (C) , y
conductancia de derivación (G). La resistencia y la inductancia ocurren a lo largo
de la línea y constituyen la impedancia serie, mientras que entre los dos conductores,
ocurre la capacitancia y la conductancia que corresponden a la admitancia
en paralelo. Las constantes primarias se distribuyen de manera uniforme a lo largo
de la línea, y por la tanto, se les llama comúnmente parámetros distribuidos. Para
simplificar el análisis, los parámetros distribuidos tipicamente, se agrupan por una
longitud unitaria, dada para formar un modelo artificial de la línea. Por ejemplo la
resistencia en serie generalmente se da en ohms por milla o km.
La Figura (3.1) muestra el circuito equivalente eléctrico para una línea de transmisión,
de dos cables, metálica, indicando el lugar relativo de los distintos parámetros
agrupados. La conductancia entre los dos cables se muestra en una forma recíproca
y se indica como una resistencia de derivación dispersa (R s ).[8].
Figura 3.1: Circuito equivalente eléctrico
Si la línea aérea se clasifica como corta, la capacitancia en derivación es tan
pequeña, que se puede omitir por completo con una pérdida de exactitud insignificante,
considerando solamente la resistencia R y la inductancia L en serie para la
longitud total de la línea.
Una línea de longitud media se puede representar con suficiente exactitud con
R y L como parámetros concentrados, con la mitad de la capacitancia al neutro
de la línea concentrada en cada terminal del circuito equivalente. Por lo general la

32
CAPÍTULO 3. PARÁMETROS DE LA RED Y DEL SISTEMA PLC
conductancia en derivación G se desprecia cuando se calcula la tensión y la corriente
de líneas de transmisión de potencia. Si los capacitores se omiten, el mismo circuito
representa las líneas cortas.
En lo que se refiere a la capacitancia, se considera como corta las líneas de 50Hz
de conductor abierto que tienen menos de 80 km. de longitud. Las líneas de longitud
media son las que están entre 80 km. y 240 km.. Las líneas que tienen más de 240
km. requieren de cálculos en términos de constantes distribuidas, si se necesitan
un alto grado de exactitud, aunque para algunos propósitos, se puede usar una
representación de parámetros concentrados para líneas de hasta 320 km. de largo
[11].
3.1.4. Características de una línea de transmisión
[8][16]Las características de una línea de transmisión se denominan constantes
secundarias y se determinan con las cuatro constantes primarias. Las constantes
secundarias son la Impedancia Característica y la Constante de Propagación.
Impedancia Característica
Para una máxima transferencia de potencia, desde la fuente a la carga (o sea
sin energía reflejada), una línea de transmisión debe terminarse en una carga puramente
resistiva igual a la Impedancia Característica de la línea. La Impedancia
Característica (Z 0 ) de una línea de transmisión, es una cantidad compleja que se
expresa en Ω, que idealmente es independiente de la longitud de la línea, y que no
puede medirse. La Impedancia Característica (que a veces se llama resistencia de
descarga), se define como la impedancia que se ve desde una línea infinitamente
larga, o la impedancia que se ve desde el largo finito de una línea, que se termina en
una carga totalmente resistiva, igual a la Impedancia Característica de la línea. Una
línea de transmisión almacena energía en su inductancia y capacitancia distribuida.
Si la línea es infinitamente larga, puede almacenar energía indefinidamente; está en-

3.1. REDES DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA 33
trando energía a la línea desde la fuente y ninguna se regresa, por lo tanto, la línea
actúa como un resistor que disipa toda la energía. Se puede simular una línea infinita,
si se termina una línea finita con una carga puramente resistiva igual a Z 0 ; toda
la energía que entra a la línea desde la fuente se disipa en la carga (esto supone una
línea totalmente sin pérdida). Matemáticamente la Impedancia Característica es:
Z 0 = E s
I s
=
√
R + jωL
G + jωC
(3.1)
Constante de Propagación
La Constante de Propagación (a veces llamado el coeficiente de propagación), se
utiliza para expresar la atenuación (pérdida de la señal) y el desplazamiento de fase
por unidad de longitud de una línea de transmisión. A medida que se propaga una
onda a lo largo de una línea de transmisión, su amplitud se reduce con la distancia
viajada. La Constante de Propagación se utiliza para determinar la reducción en
tensión o corriente de la distancia, conforme una onda electromagnética se propaga
a lo largo de una línea de transmisión. Para una línea infinitamente larga toda la
potencia incidente se disipa en la resistencia del cable, conforme la onda se propague
a lo largo de la línea. Por lo tanto con una línea infinitamente o una línea que se
ve como infinitamente larga, osea, como una línea finita que termina en una carga
acoplada (Z 0
= Z l ), no se refleja ni se regresa energía nuevamente a la fuente.
Matemáticamente la Constante de Propagación es
γ = α + jβ (3.2)
en donde γ es la Constante de Propagación, α es el Coeficiente de Atenuación
(dB/km), β es el Coeficiente de Desplazamiento de Fase (rad/km).
La Constante de Propagación es una constante definida por
γ = √ (R + jωL)(G + jωC) (3.3)

34
CAPÍTULO 3. PARÁMETROS DE LA RED Y DEL SISTEMA PLC
a frecuencias de radio e intermedias ωL > R y ωC > G ; por lo tanto
α = R + GZ 0
2Z 0 2
(3.4)
β = ω √ LC. (3.5)
3.1.5. Transitorios en la línea de transmisión
[11]Las sobretensiones transitorias que ocurren en un sistema de potencia, son
de origen externo (por ejemplo las descargas atmosféricas o rayos) o bien se generan
internamente por las operaciones de maniobra. En general, los transitorios
de los sistemas de transmisión se originan debido a cualquier cambio repentino en
las condiciones de operación o configuración de los sistemas. Los rayos son siempre
un potencial de peligro para los equipos de los sistemas de potencia, pero las
operaciones de maniobra pueden también causar su daño. Para tensiones de hasta
230 kV, el nivel de aislamiento de las líneas y del equipo está determinado por la
necesidad de protegerlos de los rayos. En los sistemas con tensión de más de 230
kV, pero con menos de 700 kV, las operaciones por maniobra y los rayos, son los
que potencialmente dañan los aislamientos. Para las tensiones superiores a 700 kV
las sobretensiones por maniobra son el factor determinante del nivel de aislamiento.
En la mayoría de los casos las líneas aéreas se protegen de las descargas atmosféricas
directas, a través de uno o más conductores que estén al potencial de tierra y
extendidos por arriba de los conductores de potencia. Estos conductores protectores,
llamados hilos de guarda o de blindaje, se conectan a la tierra a través de las torre
de transmisión que sostienen las líneas.
Pérdidas en la línea de transmisión
Hay varias formas en que la potencia se pierde en la línea de transmisión y son:
pérdidas en el conductor (efecto piel, consecuencia del efecto Joule), pérdidas por
radiación, pérdidas por el calentamiento del dieléctrico, pérdidas por acoplamiento

3.1. REDES DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA 35
y descarga luminosa (corona) 1 [23].
3.1.6. Comentarios generales sobre los cables de Media Tensión
Tenemos que distinguir entre dos diferentes tipos de técnicas de disposición. Una
disposición de los cables es en forma triangular y la otra es colocar los cables en
forma planar. A continuación se muestran las dos disposiciones de cables (Figura
3.2)
Figura 3.2: Disposición de cables de Media Tensión
Es muy común que la disposición triangular de los cables este protegida contra
la tensión mecánica, por medio de un blindaje de metal alrededor de los tres cables.
El blindaje puede ser de dos tipos diferentes; un blindaje no aislado contra la tierra
circundante y un blindaje aislado por medio de un conducto plástico contra la tierra
circundante [7].
La disposición más utilizada, según información brindada por el Departamento
de Ingeniería de Potencia del EPEN y el Departamento de Electrotécnia
(Área de
Potencia) de la UNCo, es la forma planar aérea antes mencionada, mostrada en
la Figura (3.3) 2 , con la disposición MN111, tomando cables de conductor desnudo
1 Estas pérdidas serán tratadas con mayor detenimiento en el Capítulo 4, Sección 4.1.2
2 Figura brindada por el Departamento de Electrotécnia (Área de Potencia) de la UNCo.

36
CAPÍTULO 3. PARÁMETROS DE LA RED Y DEL SISTEMA PLC
[22](Pirelli), de aleación de aluminio según Normas IRAM 2212 3 [12] [13].
Figura 3.3: Disposición MN111
Realización práctica de un cable de Media Tensión/Alta Tensión
Los cables y alambres tienen a menudo que satisfacer requisitos muy diferentes
a lo largo de su ruta. Antes de decidir el tipo de sección transversal, uno debe
examinar las funciones eléctricas en particular y también los factores climáticos y
operacionales, factores que influyen en la fiabilidad del sistema y en los parámetros
de la comunicación esperados.
La Figura (3.4) muestra la construcción de un cable de alta tensión apantallado
Figura 3.4: Ejemplo de un cable de Media Tensión de 3 núcleos
3 La datos técnicos de los cables se presentan en el Apéndice C

3.2. DETERIORO DE LA SEÑAL PLC 37
En general puede decirse que cada cable apantallado aislado es suficiente para
este tipo de medio de comunicación. Si se blinda los cables en uso, no debe haber
cortocircuitos entre la pantalla y el blindaje del cable, detrás de los primeros 100
mts. luego del punto de inyección de la señal [7].
3.2. Deterioro de la señal PLC
Contrariamente a lo que sucede con otros canales de comunicaciones, el ruido
en el canal de las líneas de energía no se puede representar como un ruido blanco
gaussiano aditivo. Si la cantidad de las señales que interfieren son demasiadas
grandes, con respecto a la señal atenuada y a la señal distorsionada, los receptores
tendrán dificultades para reproducir la información original con fiabilidad suficiente.
Varias de las señales que interfieren se generan de las cargas conectadas, debido a
muchas interconexiones, diferentes tipos de conductor y, por lo tanto, tienen diferentes
orígenes y características. Debajo se presentan los cuatros tipos principales de
ruido, presentes en un canal de comunicación (Figura 3.5) sobre una línea de energía
[14].
Ruido impulsivo
Este tipo de ruido está caracterizado por picos de tensión muy potentes pero
de corta duración, y pueden producir impulsos que saturan cualquier receptor por
períodos de alrededor de 10 a 100 µseg. y pueden alcanzar magnitudes de hasta 2 kV.
Estos impulsos tienen tiempos de subida muy rápidos y son virtualmente imposibles
de filtrarlos. Los impulsos son generalmente periódicos con dos veces la frecuencia de
la línea de energía, entre 100 o 120 Hz, y muchos ocurren durante medio ciclo, debido
a la conmutación de varias cargas. La Red y sus cargas unidas poseen inductancia y
capacitancia que pueden producir resonancia en una frecuencia, que depende de la
carga instantánea, produciendo atenuación de las formas de onda que duran varios
ciclos en las frecuencias de comunicaciones. El ruido impulsivo aparece solo como

38
CAPÍTULO 3. PARÁMETROS DE LA RED Y DEL SISTEMA PLC
Figura 3.5: Diferentes tipos de ruidos
un acontecimiento único y es causado por todas las operaciones de conmutación,
tales como los cierres de contactos. Este tipo de ruido se modela como una señal de
impulso debido a su presencia relativamente corta.
Ruido Síncrono
A este ruido se lo denomina así, ya que está en sincronía con la frecuencia del
sistema de energía (50Hz). Normalmente este ruido es causado por los rectificadores
controlados de silicio (SCR), el cual conmuta cuando la tensión cruza un cierto valor.
Este ruido es considerado como un fenómeno que no ocurre regularmente, pero una
vez que sucede puede durar muchas horas. El nivel de ruido normalmente no excede
los -70 dBW por cada armónico.
Ruido de fondo
Este ruido está siempre presente y generalmente está dado por un espectro plano.
Es de naturaleza estocástica y tiene una densidad espectral de energía relativamente

3.3.
MÉTODOS DE ACOPLAMIENTO DE LA SEÑAL 39
baja, de este modo puede ser modelado como ruido blanco limitado en banda con
distribución gaussiana.
Ruido Asíncrono
Como el nombre sugiere, estos tipos de ruidos son los que no tienen relación con la
frecuencia de la Red o armónicos superiores. Las fuentes de ruidos más importantes
para este caso, son los monitores de televisión y los de computadoras, producto de la
exploración y sincronización de las señales en este tipo de aplicaciones. Una característica
de este ruido es que ellos ocurren a frecuencias conocidas, como por ejemplo
los sistemas de televisión (PAL) a la frecuencia 15625 Hz y armónicos superiores. El
ruido de banda estrecha también se encuentra dentro de esta categoría, este ruido
consiste en señales sinusoidales de amplitud modulada. La fuente de este tipo de
ruido son las estaciones de radio y las variaciones del nivel del mismo, según la hora
del día.
El ruido de fondo mostrado en la Figura (3.5) representa una forma típica de esta
clase. En la Figura también se muestra el ruido síncrono, en donde se puede visualizar
los armónicos de la frecuencia de la Red. El ruido impulsivo se distingue de los demás
debido a la característica de la señal, la cual presenta picos de gran amplitud y corta
duración de tiempo. El ruido asíncrono, tiene una densidad espectral aleatoria.
Aparte de la atenuación del cable, de los cuatro tipos de ruido descritos arriba,
la desadaptación de impedancias y las reflexiones causadas por diversos tipos y
tamaños de cable de transmisión, contribuyen a la interferencia total que se describe
en la Capítulo siguiente.
3.3. Métodos de Acoplamiento de la señal
Las tecnologías de Acoplamiento para líneas de media tensión son un factor
decisivo para el diseño de una Red PLC. Las características principales son: el costo
que debe ser razonable para la aplicación dada y las dimensiones que deben ser

40
CAPÍTULO 3. PARÁMETROS DE LA RED Y DEL SISTEMA PLC
pequeñas de manera que puedan ser instalados en las subestaciones transformadoras,
donde el espacio permitido es reducido[17].
Hay tres tipos básicos de Acoplamientos de señales a líneas de media tensión:
Inductiva por medio de la pantalla del cable.
Inductiva por medio del núcleo.
Capacitiva por medio del núcleo.
Los primeros dos métodos (inductivos) se acoplan a la línea por corriente y el
último mediante tensión a través del núcleo.
Otras aproximaciones como el acoplador direccional o el acoplamiento por medio
de un transformador al núcleo son deficientes o demasiado costosos.
Esquemas de Acoplamientos Capacitivos por medio del núcleo
Los Acoplamientos Capacitivos (Figura 3.6) para tecnología PLC sobre líneas
de media tensión, son unidades altamente compactas que incluyen en los mismos
dipositivos, el condensador de acoplo y el circuito de sintonía. Estos dispositivos
maximizan el ancho de banda disponible y optimizan la adaptación de impedancias
entre la línea de media tensión y el equipo de comunicaciones. El alto aislamiento
brinda la más completa seguridad, ya sea dando protección a los operarios y/o a
los equipos de comunicaciones. Estos tipos de acoplamiento son muy utilizados para
líneas aéreas, y el costo es razonable para este tipo de aplicaciones.
Esquemas de Acoplamientos Inductivos
El Acoplamiento Inductivo puede ser un método muy utilizable conociendo exactamente
las características de la Red y si hay un profundo conocimiento de la propagación
de la señal. Hay tres tipos principales de Acopladores Inductivos utilizados
para inyectar la señal.

3.3.
MÉTODOS DE ACOPLAMIENTO DE LA SEÑAL 41
Figura 3.6: Acoplamientos capacitivos para líneas de Media Tensión
1) Acoplamiento “invasivo” por medio de la pantalla (Figura 3.7) del cable: este
método realiza la comunicación entre la tierra y la pantalla, como si fuera un sistema
de un solo conductor.
Figura 3.7: Acoplamiento “invasivo” por medio de la pantalla
2) Acoplamiento “no invasivo” por medio de la pantalla (Figura 3.8) del cable:
este método realiza la comunicación entre tierra y la pantalla, como si fuera un
sistema de un solo conductor. Este método es igual que el anterior pero entrega
normalmente una señal más débil.
3) Acoplamiento “no invasivo” por medio del núcleo (Figura 3.9) del cable: este
método trabaja sobre todos los cables, pero tiene una gran desventaja con respecto

42
CAPÍTULO 3. PARÁMETROS DE LA RED Y DEL SISTEMA PLC
Figura 3.8: Acoplamiento “no invasivo” por medio de la pantalla
a los otros acoplamientos, que se refiere a la gran debilidad de éste, o bien, que el
acoplador muestre una alta dependencia de la corriente en el conductor debido a la
saturación magnética del núcleo.
Figura 3.9: Acoplamiento “no invasivo” por medio del núcleo
Todos los métodos inductivos tienen una gran desventaja, que es que dependen de
la carga. El Acoplamiento más afectado por este tema es el acoplador “no invasivo”
por medio del núcleo. En cambio el menos influenciado es el acoplamiento “invasivo”
por medio de la pantalla.
3.4. Normas regulatorias para PLC de Banda Angosta
Todas las tecnologías de comunicación de PLC de Banda Angosta trabajan en
las llamadas bandas CENELEC (Figura 3.10) en concordancia con el estandar EN

3.4. NORMAS REGULATORIAS PARA PLC DE BANDA ANGOSTA 43
50065.
Figura 3.10: Rango de frecuencias y niveles límites según el estándar EN 50065
Esta Norma brinda las regulaciones sobre parámetros importantes, tales como el
rango de frecuencia, los niveles de señal, la potencia de transmisión, etc., permitiendo
que los sistemas de PLC operen en la banda de frecuencia de 3 a 148.5 kHz. Se toma
este rango para evitar interferir con otros sistemas que trabajan a frecuencias más
bajas y de interferir con las señales de radio de larga (LW) y media onda (MW),
fijando esto el límite de frecuencia superior.
La asignación de las bandas de frecuencias EN 50065-B-C-D están realiazadas
para las Redes PLC que conectan directamente a los clientes de baja tensión (LV).
Para los sistemas de comunicación que trabajan en líneas de energía de media tensión
(1 kV a 36 kV), las asignaciones antes indicadas, quedan sin sentido debido a que
no están conectados a sistemas residenciales, por lo tanto los sistemas de PLC de
media tensión están permitidos para trabajar en todas las bandas conforme a EN
50065.
Debajo se presentan las categorías de las distintas bandas de frecuencia mencionadas
anteriormente:
El rango de frecuencias de la Banda A está comprendido desde los 9 a 95 kHz,
asignado para empresas de servicios eléctricos para utilidades como AMR; no
hay necesidad de utilizar protocolo de acceso al medio cuando se opera en esta
banda.

44
CAPÍTULO 3. PARÁMETROS DE LA RED Y DEL SISTEMA PLC
El rango de frecuencias restante, comprende a las bandas de frecuencias B, C y
D, éstas, están reservadas para aplicaciones del usuario final. Estas tres bandas
difieren principalmente en las regulaciones de los protocolos de cada una de
ellas. La banda B se encuentra en el rango de 95 a 125 kHz y no requiere el
uso de protocolos de acceso al medio para el establecimiento de las comunicaciones.
Por lo tanto es posible que dos sistemas transmitan simultáneamente
sobre la banda B, y en consecuencia de ello, puede producirse una colisión de
mensajes. Esta banda está diseñada para usarse en aplicaciones tales como
intercomunicadores.
La banda C está clasificada en el rango de frecuencia comprendido entre los 125
a 140 kHz y requiere de un protocolo de acceso al medio, para ser usados por
los dispositivos de transmisión. Este protocolo apunta a que la transmisión
simultánea de mensajes sea altamente improbable. En consecuencia pueden
existir varios sistemas de transmisión, pero solamente uno puede transmitir
en cualquier momento. Las aplicaciones de los dispositivos que operan en esta
banda incluyen las comunicaciones internas entre PCs de un edificio.
La banda D comprende las frecuencias de 140 a 148.5 kHz., tiene características
similares a la banda A, en que no requiere protocolo de acceso al medio y por
ende es factible la colisión de mensajes.
Hay diferentes reglas en USA y Japón. Estos países tienen el límite superior de
frecuencia para los sistemas PLC en alrededor de 500 kHz. Esto es, porque ellos no
usan sistemas de radio de onda larga. La mayoría de los sistemas de PLC de gran
velocidad, que trabajan en las bandas CENELEC, con una tasa de datos de hasta
1 Mbps, son diseñados para trabajar en el mercado de USA y Japón.
Finalmente, la Norma EN50065 especifica ciertas condiciones, como los protocolos
de comunicación, las especificaciones de los filtros para filtrar la portadora, para
evitar la atenuación excesiva de la señal debido a los múltiples dispositivos PLC de

3.4. NORMAS REGULATORIAS PARA PLC DE BANDA ANGOSTA 45
baja impedancia en una Red y también brinda información sobre la impedancia de
los equipos de comunicaciones.

46
CAPÍTULO 3. PARÁMETROS DE LA RED Y DEL SISTEMA PLC

Capítulo 4
Diseño
En este Capítulo se presentan los cálculos de los parámetros de la Red, la elección
de los diferentes niveles y el método de acoplamiento seleccionado. Por último se
realiza un resumen del diseño completo.
4.1. Cálculos requeridos para el diseño
4.1.1. Información sobre la Red
Para realizar este tipo de análisis es necesario tener conocimiento de las características
de la Red de media tensión. Esto necesariamente requiere del apoyo
de la empresa proveedora del servicio eléctrico, la cual deberá brindar la siguiente
información:
1. Características de la línea media tensión incluyendo:
Segmentos de líneas aéreas.
Longitud de cada segmentos de línea.
El tipo de cable usado con detalles de corte transversal.
Nivel de voltaje.
Disposición de las subestaciones.
47

48
CAPÍTULO 4. DISEÑO
2. La instalación de los dispositivos de acoplamiento en los puntos de medición
que la empresa seleccione para sus requerimientos.
4.1.2. Cálculos de parámetros de la Red
Los cálculos requeridos para el análisis sobre el sistema, son diferentes de acuerdo
con el método de acoplamiento utilizado. También es necesario tener conocimiento
de la topología de la Red y las aplicaciones de las comunicaciones que se establecerán.
Los siguientes tipos de datos y cálculos pueden ser tomados y realizados
respectivamente de la línea de potencia:
Impedancia Característica.
Atenuación.
Relación Señal a Ruido (S/N).
Cálculo de la Impedancia Característica
De la información ya suministrada en capítulos anteriores sobre las líneas de
media tensión , con respecto a los niveles de tensión (13,2 kV), se la considera a
dicha línea como corta (menor a 80 km), debido a que los ingenieros de potencia
toman como una regla práctica a la multiplicación del nivel de tensión por 2, dando
como resultado la distancia que tomará la línea de media tensión , osea 26 km
aproximadamente. De esta manera el circuito equivalente eléctrico de la línea queda
reducido a considerar la resistencia R y la inductancia L en serie para la longitud
total de la línea, todo esto es propio de las líneas de media tensión a 50 Hz. Debido
a que en nuestro proyecto utilizamos la banda A de la Norma CENELEC que se
encuentra entre las frecuencias 9 a 95 kHz , los cálculos sobre la línea de media
tensión serán basados en el circuito equivalente eléctrico de una “línea larga”. Por
ello se requerirán cálculos en términos de parámetros distribuidos.

4.1.
CÁLCULOS REQUERIDOS PARA EL DISEÑO 49
Forma analítica:
El cálculo en forma analítica será realizado sobre líneas aéreas de cables de
media tensión con disposición planar MN111 como ya mencionamos en el Capítulo
3, Sección 3.1.6, la cual tiene una distancia entre fases de 112 cm. El cable es de
marca Pirelli, con aleación de aluminio y cumple con ciertas características según
Normas IRAM 2212.
El más utilizado según información brindada por el EPEN es el que tiene las
siguientes especificaciones:
Sección Nominal = 70 mm 2
Diámetro = 10.75 mm
Resistencia eléctrica = 0.483 Ω/km
Como nuestra propagación se realizará entre fase y neutro, a partir de los parámetros
antes mencionados, calculamos la reactancia inductiva X L y la suceptancia
capacitiva b c y obtenemos la Impedancia Característica de la línea Z 0 , para la Banda
A CENELEC (9 a 95 kHz) y en particular 20 kHz.
Comenzamos calculando el valor de la reactancia inductiva
X L = 4πf1000 × 10 −7 ln D m
D r
. (4.1)
donde D m es la distancia media geométrica entre el conductor - tierra y D r es el
radio del conductor desnudo. Con D m = 9 m y D r = 5.375 mm
Para 20 kHz =⇒ X L = 186.56 Ω/km
Calculamos el valor de la suceptancia capacitiva
X C =
ln D m
D r
4000π 2 kf . (4.2)

50
CAPÍTULO 4. DISEÑO
donde D r es el radio del conductor desnudo y k es la permitividad que rodea a
la superficie.
Con D m = 9 m , D r = 5.375 mm , k = 8,85 × 10 −12 F/m. 1
b c = 1
X C
suceptancia capacitiva (4.3)
Para 20 kHz =⇒ b c = 9,4 × 10 −4 S/km
Cálculo de Z 0
A partir de la ecuación (3.1) y dado que ωL > R y ωC > G ; la ecuación se
reduce a
Entonces:
Z 0 =
√
jωL
jωC
(4.4)
Para 20 kHz =⇒ Z 0 = 445,5 Ω
Forma gráfica:
Según estudios realizados en Cipunet [7] y como se muestra en la Figura 4.1,
Figura 4.1: Impedancia característica de líneas aéreas de MT
la impedancia característica para una línea aérea de conductor desnudo que se
1 k r = k/k 0 , para el aire seco k r se supone igual a 1.0 en los cálculos de lineas aéreas y k 0 es
8,85 × 10 −12 F/m

4.1.
CÁLCULOS REQUERIDOS PARA EL DISEÑO 51
encuentra a una altura dada, se calcula de la siguiente manera:
Z 0 (h) = η
2π ln(2h a ) (4.5)
en donde
η =
√
µ0
ɛ 0
(4.6)
sabiendo que η = 377 Ω , h = 9 m y a = 5.375 mm , nos queda
=⇒ Z 0 = 480 Ω
En la Figura (4.2) se muestra el valor de Z 0 en función de h
Figura 4.2: Valor de Z 0 en función de h
De la Figura (4.3) se pueden observar los valores de las reactancias capacitivas
para la Banda A CENELEC.
Como se observa los valores de la reactancia capacitiva y de la Impedancia Característica
para 20 kHz se aproximan bastante a los calculados analíticamente.
Cálculo de la Atenuación
Las pérdidas de la línea de tensión aumentan en función de la frecuencia. Los
materiales conductores no son ideales, por lo tanto al inyectar una señal, parte de

52
CAPÍTULO 4. DISEÑO
Figura 4.3: Reactancia capacitiva de líneas aéreas de MT
la energía que se transmite no es recibida por el receptor.
Los factores de pérdida son:
pérdidas resistivas en los conductores.
pérdidas en el dieléctrico.
pérdidas por radiación.
pérdidas por acoplamiento.
Los principales factores de pérdidas en una línea de media tensión en las frecuencias
en las que estamos trabajando (9 a 95 kHz.), son las mencionadas anteriormente,
salvo las pérdidas por calentamiento del dieléctrico y las pérdidas por radiación. Esta
última, no es tenida en cuenta debido a que la separación entre conductores no es
una fracción apreciable de una longitud de onda. Según nuestro rango de frecuencias
y de la siguiente ecuación, tenemos:
λ = v/f
donde v es la velocidad de propagación y si consideramos a v
como la velocidad de la luz, entonces v ≈ c, y así obtenemos
En 9 kHz =⇒ λ = 33333 m.
En 95 kHz =⇒ λ = 3157 m.

4.1.
CÁLCULOS REQUERIDOS PARA EL DISEÑO 53
Como la separación de nuestros conductores es 9 m. (entre fase y tierra), este
tipo de pérdida no afecta el cálculo de la atenuación.
Las pérdidas por calentamiento del dieléctrico ocurren al producirse una diferencia
de potencial entre los conductores de una línea de transmisión. El calor es una
forma de energía y tiene que tomarse de la energía que se propaga a lo largo de la
línea. Para líneas dieléctricas de aire, las pérdidas de calor son despreciables, lo que
sucede en nuestro caso. Sin embargo, para líneas sólidas, se incrementan las pérdidas
por calentamiento del dieléctrico con la frecuencia.
Las pérdidas por acoplamiento son aquellas producidas por conexiones mecánicas,
cambios en el tipo de cable, aplicaciones de cargas, etc.. La magnitud de las pérdidas
por acoplamiento, dependen por ejemplo de la topología de la red de distribución,
de la frecuencia de la señal, y de las características del tendido de los cables.
Las pérdidas resistivas en el conductor, son causadas por la conductividad finita
del mismo. A medida que aumenta la frecuencia, la corriente fluye hacia la superficie
del conductor, debido al efecto piel. Las pérdidas resistivas aumentan en función de
la frecuencia con una relación de r ≈ f 1/2 [8]
Forma analítica:
A partir de la ecuación de la Constante de Propagación (vista en el Capítulo 3)
γ = √ (R + jωL)(G + jωC) (4.7)
realizamos la siguiente deducción; como G es despreciable, y efectuando propiedad
distributiva, nos queda la siguiente ecuación,
γ = √ (jωRC) + (j 2 ω 2 CL) (4.8)

54
CAPÍTULO 4. DISEÑO
la cual en términos de X L y b c nos queda
γ = √ (−b c X L ) + (jRb c ) (4.9)
aplicando propiedades obtenemos el módulo de γ
|γ| = 4√ (−b c X L ) 2 + (jRb c ) 2 (4.10)
Para 20 kHz =⇒ |γ|= 0,39 nepers/km
Para obtener el valor de la atenuación α
α = |γ| cos(rad(γ))8,686 (dB/km) (4.11)
Reemplazando los valores de |γ| y como el cos(rad(γ)) es ≈ 1 para 20 kHz obtenemos
el siguiente valor de atenuación.
Para 20 kHz =⇒ α= 3,4 dB/km
Otro método para determinar la atenuación de forma aproximada es mediante
estudios realizados en [10]. Éste se basa en la curva de un algoritmo, por la cual se
llega a una ecuación de la atenuación en función de la frecuencia. Esta se desarrolla
de la siguiente manera:
α(f) = 0,5 × 10 −6 f 0,6 (nepers/km) (4.12)
Para 20 kHz =⇒ α= 2 dB/km
Estos dos métodos son cálculos para líneas de transmisión convencional, pero se
pueden tomar como una aproximación para líneas de multiconductores. Un estudio

4.1.
CÁLCULOS REQUERIDOS PARA EL DISEÑO 55
más detallado se realizará seguidamete el cual consiste en un análisis modal que
tiene en cuenta parámetros que anteriormente no se consideraban.
Análisis Modal [24]
El Análisis Modal consiste en que el acoplamiento deberá ser elegido de tal modo
que toda la potencia del transmisor este inyectada en la línea en un modo de bajas
pérdidas. Para acoplamientos tales como fase - tierra, fase - fase, normalmente la
potencia es inyectada en una mezcla de modos, parte de éstos en un modo de altas
pérdidas (tierra), lo cual resulta en una cierta pérdida de conversión modal a c .
La atenuación de la línea a line puede calcularse de la siguiente forma:
a line = α 1 l + 2a c + a add
(4.13)
donde
a line = atenuación de la línea (dB).
α 1 = atenuación en modo de bajas pérdidas (dB/km).
a c = pérdida por conversión modal (dB).
a add = pérdida adicional ocasionada por diferentes factores (dB).
l = longitud de la línea (km).
Del análisis de una considerable cantidad de material experimetal y de cálculos
computacionales se llegó a la siguiente aproximación para α 1 .
[ √ ]
f
α 1 ≈ 7 × 10 −2 √ + 1 × 10 −3 f
d c n
(4.14)
donde
α 1 = atenuación en modo de bajas pérdidas (dB/km).
f = frecuencia (kHz).
d c = diámetro del conductor (mm).
n = número de conductores por fase.

56
CAPÍTULO 4. DISEÑO
Entonces si f = 20 kHz, d c = 10.75 mm y n = 1 tenemos que
α 1 = 0.03 dB/km
Se considerará a la línea como no homegénea la cual presenta las siguientes características:
transposiciones, derivaciones, junciones entre líneas aéreas y otros tipos
de cables, etc. Las transposiciones de las líneas pueden causar una alta atenuación
bajo ciertas circunstancias. La transmisión de la señal depende de los parámetros
de la línea, de la longitud de la línea, del tipo de acoplamiento, el tipo y número de
transposiciones, de la resistividad del terreno y de la frecuencia de portadora.
Como la disposición de las líneas aéreas es en forma planar u horizontal, el tipo de
acoplamiento seleccionado es Fase - Neutro y las transposiciones son equiespaciadas,
la a add estará acotada entre 3 y 8 dB para un promedio de resistividad del terreno
de 300 Ωm.
La pérdida por conversión modal a c estará acotado entre 1.5 y 2 dB.
Entonces si tomamos que l = 1 km, a c = 2 dB, α 1 = 0.03 dB/km y a add = (3 a
8) dB, nos queda que la a line es:
Para 20 kHz =⇒ a line = (7.03 a 12.03) dB/km
Elección de la relación S/N y BER
Como la modulación seleccionada es PSK M-ario con M=4 (QPSK), se considerará
una probabilidad de error o un umbral de error conveniente. El ambiente hostil
de la comunicación en el sistema de media tensión, introducirá muchas fuentes de
errores, como se mencionó en el Capítulo anterior, debido a que la Red de energía
eléctrica no fue diseñada para este tipo de comunicación. En presencia de un error
en la señal, el símbolo 1 se confundirá con el símbolo 0 o viceversa, de esta manera

4.1.
CÁLCULOS REQUERIDOS PARA EL DISEÑO 57
tendremos una señal errónea. El efecto de los errores de bit en un canal de comunicaciones,
se puede medir en términos de la probabilidad media del error de bit, también
designado como tasa de error de bit (BER). Para optimizar el funcionamiento del
sistema en presencia de las atenuaciones, producto del ruido del canal y el cable, la
probabilidad media de error de bit necesitará ser optimizada, debido a esta razón,
un umbral de S/N será elegido para determinar el estado de la comunicación en
cualquier punto de la Red que se requiera.
Del trabajo realizado por [9], se entiende que el valor de Pe = 10 −3 se toma como
un umbral mínimo típico de las Probabilidades de Error de Bit (BER) observadas en
los canales de comunicaciones de PLC. El valor del BER se escogió en 10 −6 (1 error
cada 1000000 bits transmitidos) debido a que es un nivel razonable para la mayoría
de las tecnologías de comunicación. Según lo demostrado en la Figura (4.4), como el
BER se estableció a un nivel de 10 −6 , el valor marginal de la relación señal a ruido
(S/N), será de alrededor de 14 dB para el esquema de la modulación de QPSK.
Cuando la relación señal a ruido se encuentre por debajo de este nivel (14 dB) es el
momento en donde se requerirá el aporte de un repetidor.
Figura 4.4: Probabilidad de Error P e vs S/N en PSK M-ario.

58
CAPÍTULO 4. DISEÑO
4.1.3. Niveles de señal
Unas especificaciones importantes en el estándar EN50065 con respecto a la
Banda A CENELEC, son los niveles de tensión máximos de la señal, de 134 dBµV
(equivalentes a 5 V) especificado en 9 kHz, y de 120 dBµV (equivalentes al 1 V)
especificado en 95 kHz. Otro parámetro importante que fija la norma, es el nivel de
potencia máximo de transmisión, el cual no debe exceder de 500 mW.
4.1.4. Elección del método de acoplamiento
Se seleccionará el método de Acoplamiento Capacitivo, debido a que es tipicamente
utilizado en líneas aéreas de media tensión. Este tipo de acoplamiento es
ampliamente utilizado, ofreciendo un buen rendimiento, tanto en banda angosta como
en banda ancha, independientemente del tipo de cable y de la configuración de la
Red. También presenta una mínima atenuación de la señal, es de tamaño reducido,
ideal para lugares poco espaciosos, etc..
El principio de operación de este dispositivo cumple con las características de
propagación que se han mencionado anteriormente (fase y neutro), por lo tanto,
debido a que los datos técnicos de dicho Acoplador se adapta a los requerimientos
pretendidos, se seleccionó el Acoplador Capacitivo CMC12 5N0 de Cipunet 2 .
En la Figura 4.5 se muestra la imagen del Acoplador Capacitivo seleccionado.
Figura 4.5: Acoplador Capacitivo CMC12 5N0.
2 Los datos técnicos del Acoplador Capacitivo se presentan en el Apéndice C

4.2.
DISEÑO GENERAL 59
4.2. Diseño General
Debido a que hay estudios realizados con respecto al ruido en baja tensión, y teniendo
conocimiento de que este ambiente se vé más perjudicado por este fenómeno,
con respecto a las líneas de media tensión, y a su vez la ausencia de estudios hechos
para esta última, se ha optado por seleccionar el nivel de ruido más desfavorable
presente en baja tensión. El nivel que se utilizará a continuación será adquirido del
estudio realizado en [10] y tiene un valor de 34 dBmV.
De lo mencionado en la sección anterior, el nivel máximo de salida es de 5 V
(equivalente a S o = 134 dBµV o bien 74 dBmV); y teniendo en cuenta las distintas
pérdidas:
la pérdida por acoplamiento, P a = 2 x 1.4 dB = 2.8 dB.
la pérdida por atenuación tomando el peor caso de la atenuación de línea (20
kHz)siendo este, P α = 12.03 dB/km.
la pérdida debido al ruido presente en la línea, N L = 34 dBmV.
obtenemos el valor de la S/N presente en 1 km de línea
S o − P a − P α − N L = S/N (dB/km) (4.15)
El resultado es =⇒ S/N = 25 dB/km
Como nuestra elección de S/N mínima es de 14 dB y en 1 km obtuvimos 25 dB,
tenemos 11 dB por encima del nivel mínimo indispensable, lo cual nos permite un
margen de 900 m más. De esta manera habría que colocar un repetidor cada 1,9 km
aproximadamente.

60
CAPÍTULO 4. DISEÑO
Por lo tanto con todos los parámetros seleccionados y calculados se presenta a
continuación, a modo de resumen lo siguiente:
Tipo de transmisión ............................. serie, half-duplex.
Modo de operación................................ asíncrona.
Tipo de modulación............................... OQPSK.
Rango de frecuencias............................. 9 a 95 kHz.
Tasa de transmisión............................... 9600 bps
Frecuencia de portadora........................ 20 kHz.
Nivel máximo de tensión a 9 Khz......... 5 V ≡ 74 dBmV
Nivel máximo de tensión a 95 Khz........ 1 V ≡ 60 dBmV
Umbral de S/N...................................... 14 dB
BER....................................................... 10 −6
Impedancia característica...................... Z 0 = 445.5 Ω
Atenuación............................................. α = 7.03 a 12.03 dB/km
Tipo de acoplamiento............................. Capacitivo (fase - neutro)

Capítulo 5
Conclusiones
En este Capítulo se exponen las conclusiones obtenidas a través del desarrollo
del trabajo. En la Sección 5.2 se proponen algunos trabajos futuros a seguir bajo
esta misma línea de investigación.
5.1. Conclusiones
En este trabajo se presentó el análisis y diseño de un Sistema de Comunicaciones
PLC de Banda Angosta, para líneas de media tensión. El objetivo principal fué hacer
un estudio sobre este nicho de la tecnología PLC, el cual se encuentra muy poco desarrollado.
Debido a esto se decidió resolver estas inquietudes, según las necesidades
del Ente Provincial de Energía del Neuquén y/o empresas de servicios eléctricos.
Luego de realizar la elección de un método de modulación robusta, como lo es
QPSK, junto con el codificador diferencial de código de GRAY que aporta una detección
de errores más eficiente que la modulación QPSK convencional, se realizó el
diseño a nivel de bloques de un MODEM PLC, que si bien no se brindaron detalles
como se haría con un dispositivo de mercado, se exhibieron y calcularon los
parámetros más destacados que hacen a la función de éste.
A partir de considerar, como se mencionó anteriormente, que el Sistema PLC
sobre lineas de media tensión no se encuentra tan desarrollado como los hay en baja
61

62
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES
tensión, se tomaron en consideración estudios realizados en baja tensión y sabiendo
que estos presentan características más hostiles, se decidió emplear el peor caso de
ruido presente en la red de baja tensión.
Otra cuestión importante fué contrastar el valor de la Impedancia Característica,
obtenido teoricamente, con respecto a estudios realizados por una importante empresa
de comunicaciones como lo es Cipunet, los cuales dieron valores aproximados.
De esta manera se pudo llegar a calcular el valor de la atenuación lo cual es muy
importante, para saber hasta que distancia se propaga la señal sin la necesidad de
un repetidor y para dejar un precedente para futuros trabajos que se realizen sobre
el tema.
Es importante destacar que todo este diseño, fué realizado bajo un marco teórico,
y llevarlo a la práctica puede implicar realizarle ciertas correcciones, pero siempre
tomando como patrón los valores obtenidos en este proyecto.
Por lo expuesto anteriormente y teniendo en cuenta los resultados de los cálculos
realizados, consideramos que el Sistema de Comunicaciones PLC diseñado, alcanza
satisfactoriamente los objetivos propuestos para este trabajo.
5.2. Trabajos futuros
Dado que la realización de este trabajo se formuló de manera teórica debido
a cuestiones económicas, ya que realizar una implementación práctica del diseño
implicaría un elevado costo y una demanda de tiempo que supera el alcance de esta
tesis de grado, se propone como una continuación, emplear este proyecto como base
para realizar pruebas de campo con un empresa proveedora de servicios eléctricos.
Otro aplicación referida a los sistemas de telemedición PLC, podría ser la realización
de un canal de voz, paralelo a la transmisión de datos de control, dado el poco
requirimiento de ancho de banda que necesita la voz. Esto sería una implementación
muy útil, ya que permitiría a un operario comunicarse con la Central de Operaciones
y comunicar el problema a resolver.

Apéndice A
Puerto Serie RS-232 y UART
A.1.
Puerto serie RS232
El puerto serie de la PC es compatible con el estándar RS-232C. A raíz de que
muchas empresas fabricaban equipos con diferentes interfaces entre ellos la EIA
(Asociación de Industrias Electrónicas) llevó a cabo las especificaciones RS 232
identificando la descripción mecánica, eléctrica y funcional para la interfaz entre el
DTE (Equipo Terminal de Datos, PC) y el DCE (Equipo de terminación de Circuito
de Datos, habitualmente modem ).El estándar especifica 25 pins de señal, y que el
conector de DTE debe ser macho y el conector de DCE hembra. Los conectores mas
usados son el DB-25 macho, pero muchos de los 25 pins no son necesarios. Por esta
razón en muchos PC modernos se utilizan los DB-9 macho. Los voltajes para un
nivel lógico alto están entre -3V y -15V. Un nivel lógico bajo tendrá un voltaje entre
+3V y +15V. Los voltajes más usados son +12V y -12V. La interfaz RS 232 esta
diseñada para la transmisión serial de datos, hasta 20000 bps para una distancia de
15 mts o menos.
Las señales más utilizadas se listan a continuación:
/DTR (Data-Terminal-Ready): El PC indica al modem que esta encendido y
listo para enviar datos.
/DSR (Data-Set-Ready): El modem indica al PC que esta encendido y listo para
63

64
APÉNDICE A. PUERTO SERIE RS-232 Y UART
transmitir o recibir datos.
/RTS (Request-To-Send): El PC pone esta señal a 1 cuando tiene un caracter
listo para ser enviado.
/CD (Carrier-Detect): El modem pone esta señal a 1 cuando ha detectado el
ordenador.
/CTS (Clear-To-Send): El modem esta preparado para transmitir datos. El ordenador
empezara a enviar datos al modem.
TxD: El modem recibe datos desde el PC.
RxD: El modem transmite datos al PC.
A.2.
UART
El circuito integrado que convierte los datos de paralelo a serie y viceversa se
llama UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter). El UART se usa para
transmisión asíncrona de datos, entre el DTE y el DCE. La transmisión asíncrona
significa que un formato de datos asíncronos se usa y no hay información de medida
transferida entre el DTE y el DCE. Las funciones primarias del UART son:
Realizar una conversión de datos de serial a paralelo y de paralelo a serial.
Realizar una detección de errores insertando y revisando los bits de paridad.
Insertar y detectar los bits de arranque y parada.
Antes de datos en cualquier dirección, se debe programar una palabra control en
el registro de control UART, para indicar la naturaleza de los datos, tales como el
numero de bits de datos, si se usa paridad, y si así es, si es par o impar; y el numero
de bits de parada. Esencialmente, el bit de arranque es el único bit que no tiene
opción; siempre hay un solo bit de arranque y debe ser 0 lógico.
Ocho bits de datos (D0-D7) conectan la UART al bus de datos del PC. La
entrada de chip select habilita el circuito integrado cuando es seleccionado por el

A.2. UART 65
bus de control de la PC. Este circuito integrado tiene dos direcciones internas, una
dirección de control y una de datos. La dirección de control queda seleccionada
cuando la entrada /CD ( Carrier detect, el modem pone esta señal a 1 cuando ha
detectado el ordenador) esta seleccionada a nivel alto. La dirección de datos queda
seleccionada cuando la entrada /CD esta a nivel bajo. La señal de RESET resetea
el circuito integrado. Cuando /RD esta a nivel bajo el ordenador lee un byte de
control o de datos byte. La señal /WR es habilitada por PC para escribir un byte.
Las dos señales están conectadas a las señales de control del sistema con los mismos
nombres.
El UART incluye cuatro registros internos:
THR: Registro temporal de salida.
TSR: Registro de salida.
RDR: Registro de entrada.
RSR: Registro temporal de entrada.
Cada carácter a transmitir es almacenado en el registro THR. La UART añade
los bits de comienzo y de parada. Luego copia todos los bits (datos, comienzo y
parada) al registro TSR. Para acabar el proceso los bits son enviados a la línea a
través de la señal TD.Cada carácter recibido de la línea RD es almacenada en el
registro RSR. Los bits de comienzo y parada son eliminados y la UART escribe el
carácter en el registro RDR. Para acabar el proceso el carácter es leído por el PC.
Control de flujo
Un aspecto importante de la comunicación serial es el concepto de control de
flujo. Esta es la habilidad de un dispositivo de decirle a otro que pare de enviar
datos por un tiempo. Los comandos Request to send (RTS), Clear To Send(CTS),
Data Terminal Ready(DTR) y Data Set Ready(DSR), son usados para permitir el
control de flujo. El control de flujo funciona así, el modem puede parar el flujo de
datos de la computadora antes de que agote el buffer del modem. La computadora

66
APÉNDICE A. PUERTO SERIE RS-232 Y UART
está enviando constantemente una señal de Petición de Envió (RTS) y checando por
una señal en el pin Libre para enviar (CTS). Si no hay una respuesta por este pin,
la computadora para de enviar información, esperando hasta que le llegue la señal
CTS para resumir. Esto permite que el modem mantenga un flujo de datos corriendo
finamente.

Apéndice B
Hojas Características: PIC 16F7X
y LM 1596/1496
En este Apéndice se adjuntan las hojas caracterítisticas de los dispositivos empleados
en el MODEM PLC.
B.1.
PIC 16F7X
En la Sección B.1, se presenta uno de los dos módulos serie del dispositivo, el
cual será configurado para trabajar en modo full duplex con operación asíncrona.
En las Figuras B.1 y B.2 se muestra lo mencionado anteriormente.
B.2. LM 1596/1496
En la Sección B.2, se describe el modulador - demodulador balanceado LM
1596/1496, que produce una señal de salida proporcional al producto de una tensión
de entrada con la señal portadora. En la Figura B.3 se presenta lo ya señalado
anteriormente.
67

68
APÉNDICE B. HOJAS CARACTERÍSTICAS: PIC 16F7X Y LM 1596/1496
Figura B.1: PIC 16F7X

B.2. LM 1596/1496 69
Figura B.2: PIC 16F7X

70
APÉNDICE B. HOJAS CARACTERÍSTICAS: PIC 16F7X Y LM 1596/1496
Figura B.3: LM 1596/1496

Apéndice C
Acoplamiento Capacitivo y Cables
“Pirelli”
En este Apéndice se anexan las hojas caracterítisticas del dispositivo de Acoplamiento
Capacitivo y del tipo de cable empleado en las líneas aéreas de media tensión.
C.1.
Acoplamiento Capacitivo
Luego de haber realizado una busqueda exaustiva sobre este tipo de dispositivos
en el mercado, se decidió recurrir al producto CMC12 5N0 fabricado por Cipunet,
dado que ha sido el que mejor se adaptó a los requerimientos del diseño.
C.2.
Cables Pirelli
Se realizó la elección de este tipo de cable, debido a que según información brindada
por gente idónea en el tema, el cable más utilizado en las líneas de media tensión
es el cable marca Pirelli, el cual se adjunta la hoja característica a continuación.
71

72
APÉNDICE C. ACOPLAMIENTO CAPACITIVO Y CABLES “PIRELLI”
Figura C.1: Acoplador Capacitivo CMC12 5N0

C.2. CABLES PIRELLI 73
Figura C.2: Datos técnicos del cable Pirelli

74
APÉNDICE C. ACOPLAMIENTO CAPACITIVO Y CABLES “PIRELLI”

Bibliografía
[1] Bruce Franca, “Broadband Over Power Line”, Office of Engineering and Technology
Federal Communications Commission.
[2] Mainnet Official Website, URL: http:// www.mainnet-plc.com
[3] DS2 Official Website, URL: http://www.ds2.es
[4] R. Gómez, M. Leiva Benegas, “Sistema de Telecomunicaciones por Redes de
Energía Eléctrica”, Publicación ejemplar COPITEC.
[5] José E. Briceño M.,“Transmisión de datos”, Mérida, Abril 2005
[6] CENELEC Official Website, URL:http://www.cenelec.org
[7] PLC Technology by Josef Lehmann CEO cipunet Holding AG Switzerland.
[8] Wayne Tomasi, “Sistemas de Comunicaciones Electrónicas”, 2da edición, 1996.
[9] Donaldson, R.W. and Onunga, J.O., A Simple Packet Retransmission Strategy
for Throughput and Delay Enhancement on Powerline Communication Channels,
IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 8, No. 3, July 1993.
[10] Jero Ahola, Applicability of power-line communicactions to data transfer of online
condition monitoring of electrical drives, Lappeenranta University of Technology,
Finland, August 2003.
[11] John J. Grainger, William D. Stevenson Jr., “Análisis de Sistemas de Potencia”,
McGraw - Hill, 1996.
75

76 BIBLIOGRAFÍA
[12] Departamento de Ingeniería de Potencia, EPEN (Ente Provincial de Energía
del Neuquén).
[13] Departamento de Electrotécnia (Área de Potencia), Facultad de Ingeniería, UN-
Co (Universidad Nacional del Comahue).
[14] Dan Xu, Mingsheng Tang, “Optimal Topology Discovery for Automatic Meter
Reading Using Powerline Carrier”, 2003.
[15] Gerd Bumiller, Markus Sebeck, “Complete Power-Line Narrow Band System
for Urban- Wide Communication”.
[16] Skilling
[17] “Tipos de Acopldores”, Yitran Official Website, URL: http:// www.yitran.com
[18] PIC16F7X Datasheet, Microchip, 1999, USA.
[19] J. Huloux, L. Hanus, ST7537 Power Line Modem Application, ST Microelectronics.
[20] P. A. Brown, “Power Line Communications - Past Present and Future” , 3rd
International Symposium on PowerLine Communications and It´s Applications,
Lancaster UK 30.5-1.4.1999, pp. 1-7.
[21] González Ruiz, Martínez García, González Casado, García Fernández, “Introducción
a las Redes de Computadoras”, Universidad de Almería, Almería 2002.
[22] “Manual del electricista”, Viakon Official Website, Conductores Monterrey,
URL: http:// www.viakon.com
[23] S. Haykin, “Communication Systems”, Wiley, 1994.
[24] International Electrotechnical Commission, Publication 663, “Planning of power
line carrier systems”.
[25] RMI Official Website, URL:http://www.RMI.com.ar