電力線通信技術有哪些電磁兼容問題?測量的方法有哪些?

電力線通信技術有哪些電磁兼容問題？測量的方法有哪些？

工程師黃明星 發表於 2018-07-21 11:25:00

電力線通信技術即PLC技術，是英文Power LineCommunication的簡稱，現在代表著一種新興的技術——「電力線上網」，它是利用電力線載波通信技術和電力線的入戶功能來實現多媒體數據的網絡化傳輸。這種方式從傳輸媒質上來講，與電話線上網並沒有區別，都是利用金屬導線作為傳輸媒質，不同的只是兩者所採用的傳輸頻率不同（PLC一般為1.7～30 MHz）。理論上電力線作為通信線路的通信速度，根據不同的頻率可達每秒3兆比特或10兆比特，與光纖大致相同。用戶只需要添加一個特製的數據機就可以與網絡連接。

PLC技術做為長距離調度的通信手段，早已有之。它以電力線路為傳輸通道，具有通道可靠性高、投資少見效快、與電網建設同步等得天獨厚的優點。

1．PLC技術的輻射幹擾問題

電力線相當於天線，它一方面將產生的電磁波向外輻射，另一方面吸收來自外界的電磁波。PLC使用2～30 MHz的頻帶傳輸數據時，可能會對該頻段的短波無線電廣播、業餘愛好者無線電臺以及其它電信設備的正常工作產生影響。在電力線數據機工作時，電力線通信設備和電力線會產生洩漏電波，這些洩漏電波將變成無線通信中的噪音，有可能會對無線通信造成幹擾，但是電力線輻射電磁波的能力遠遠沒有電力線通信設備輻射電磁波的能力大，且無線通訊應用的頻帶比較窄，所以影響的程度不大。洩漏的電磁波對於有線通信來說，經過調製接收到的是類似於白噪聲的幹擾，會使設備間通信的誤碼率提高，信噪比升高，影響通信質量。在10 m的距離上、用9 kHz的帶寬測量其電磁輻射，頻率在10 MHz以下時達到66 dBμV/m，在100～200 m範圍內，它會干擾無線電通信和電子設備。但是，當頻率到達10 MHz以上時，電磁波隨距離增加衰減加劇，通過電力線傳輸寬帶信號造成的輻射影響迅速下降。電力線通信設備此時會對其周圍電子設備的工作造成嚴重影響。

為了避免這種幹擾，各國制定了相應的一些標準和規範。英國的MPT 1570、德國的NB30是專門針對高速PLC通信制定的法規，加上美國的通用電磁兼容標準FCC Part 15，實際上高速PLC現有三個電磁兼容標準。三個標準中，FCC Part 15最為寬鬆，NB 30次之，MPT 1570最嚴格。這些標準或規範規定的限值要求見圖1。

主管信息通信產業的日本總務省，已開發利用電力線作為通信網絡線路的技術，以促進社會信息化的發展總務省據此制定一項法令，從2002年起準許使用電力線作通信網絡的線路，同時還準備在年內開發可供家用電腦等使用的萬能插口等裝置。日本60家有關企業設立了聯合機構「電力線載波通信設備開發部」，研究用輸電線做通信線路的技術。將來只要把電腦的電源插頭插入插座，即可接入網際網路。目前，在日本網際網路主要是通過電信線路連接電腦。新設立的聯合研究機構將研究使電力線發揮通信線路作用的技術。

德國聯邦議院議會上院新近通過一項議案，批准使用能使網際網路信息通過電力線和牆上電源插座傳輸的技術。聯邦議會投票通過的這項議案為今後在廣播波段範圍內通過電力線上網鋪平了道路。議案還同意，在2010年電視信號、2015年標準無線電的傳輸分別完全實現數位化的時候，它們的波段也將接入網際網路業務。

德國聯邦參議院和聯邦通信與郵政管理局頒布了「電網在線」條例，在為PLC提供法律保障的同時也對輻射問題規定了具體指標。據了解，德國多特蒙德大學的研究表明，在64臺計算機同時使用五類雙絞線上網時，產生的電磁輻射都已經超過了NB 30標準的限值，見圖2所示。由此可見，該標準限值的設定不是十分科學。

通過和美國的FCC part 15比較，德國規定的缺點是明顯的。例如，在2MHz左右，美國限值比德國的建議限值高30 dB，這就意味著傳送功率高1000倍或者可能的數據傳輸速率大約高10倍。與美國相比，目前德國的限值已經成為PLC系統發展的嚴重障礙。一些國際組織如PLC論壇正在致力於推翻該標準。

英國的情況更糟，因為其建議的限值更低，一般比德國的NB 30低20 dB左右，這大體上相當於將可能的傳輸速率降低到60%左右。在這種環境下，不能指望電力公司對PLC技術進行投資。此外，從技術方面考慮，這樣低的限值也有很大的問題，通常有線電視、計算機網絡、甚至電話線的電磁輻射都會超過這些限值。

2．PLC的傳導騷擾測量方法在CISPR 22中，電源埠和電信埠都要求測量。

但是PLC數據機僅僅採用了一個埠就完成了供電和通信的功能。因此，我們可以把這種埠定義為多用途埠。測量方法基於以下考慮：

（1）用戶使用的供電電源是非平衡的騷擾源，因此採用V型網絡（A M N）來衡量幹擾程度是合理的。

（2）對於電信設備而言，引起輻射的共模對稱信號遠遠小於差模信號。採用T-ISN來測量差模信號，並根據適當的網絡性能的非平衡（LCL）典型值來增加差模到共模的轉換。

2.1限值應用

限值同時採用電源埠和電信埠的限值。多用途埠應當測量2次，如下所述：通信功能不激活，採用AMN測量，並符合電源埠的限值要求;通信功能激活，採用T-ISN測量，並符合電信埠的限值要求。

測量應當同時滿足平均值和準峰值的要求。通信功能測量時，應當滿足電壓限值或電流限值的要求。如果測量讀數靠近限值，那麼在每個頻率點的測量時間不少於15 s。

2.2測量方法

應當忽略AE（輔助設備）對EUT電源埠騷擾電平的貢獻。因此，電力線終端適配器或PLC網絡模擬傳輸應當調整到使EUT電力線傳輸功能正常所需要的最小電平。應當按正常使用方式，將EUT搭接到金屬參考接地平板或是絕緣。

EUT的不用於P L C的電源埠不按上述要求進行測量，但是應當滿足相關電源埠的限值要求。總的說來，T-ISN應當在電源電壓上端接。出於對操作人員安全的考慮，應當有良好的絕緣或其它可接受的方法。

2.3應用T-ISN測量步驟

T-ISN的電路如圖3所示。

測量布置見圖4所示，將T-ISN直接與參考接地平板相連。

如果採用電壓測量，就直接在T-ISN的埠測量，但是讀數需要根據T-ISN的分壓係數進行修正。

如果採用電流測量，就使用電流探頭直接測量，並與電流限值直接比較。

為了確保電源供電埠在任何測量頻率上的無用信號不會影響測量，可能需要在T-ISN和AE之間插入一個低通濾波器。該濾波器在150 kHz～30 MHz頻率範圍內對差模和共模電壓的衰減推薦值至少為40 dB。當濾波器插入時，應當滿足以下所規定的阻抗要求。濾波器的所有元件應當封裝在金屬屏蔽殼內，而且該屏蔽外殼應當直接與參考接地平板相連。

在1.6～30 MHz頻率範圍內的RF低通濾波器與T-ISN或與AE的差模阻抗，應當至少比EUT發射模式或AE接收模式下的差模阻抗大20倍。

T-ISN應當具有以下特性：

（1）在150 kHz～30 MHz頻率範圍內的共模端接阻抗應當為150±20Ω，相位為0～20。

（2）T-ISN應當對AE的騷擾提供足夠的隔離。T-ISN對來自AE的共模電壓或電流的騷擾衰減應當低於測量騷擾限值10 dB以下。

所要求的隔離度至少為：

在150 kHz～1.5 MHz頻率範圍內大於35～55 dB，隨頻率對數線性增加。

在1.5～30 MHz頻率範圍內大於55 dB。註：隔離是指T-ISN對來自AE共模騷擾的衰減。

（3）在該頻率範圍內，T-ISN的LCL為36 dB±3 dB。註：1）上述頻率的LCL值是安裝在典型環境的典型電源網絡的相線和中線之間的近似典型值。這個規定還在繼續研究中，可能在以後會修訂。 2）LCL的定義是基於ITU-T建議G.117:1996。

（4）由於T-ISN的插入，可能會造成在有用信號頻段內的信號衰減失真或信號質量的其它劣化。但是這些情況不應當影響EUT的正常運行。

（5）如果T-ISN上的電壓埠可用，那麼其電壓隔離因子的準確度應當在±1.0 dB之內。電壓隔離因子是EUT和T-ISN之間的共模阻抗電壓與T-ISN測量埠和接收機輸入埠之間的測量電壓之間的差值。該數值用對數表示。例如：對於150Ω共模阻抗和50Ω接收機輸入阻抗，電壓隔離因子為20 log10 （50/150）= -9.5dB

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