Powerline-Netze in der Niederspannung

Foto: shutterstock

Mit der Digitalisierung der Energiewende gewinnt die Powerline- Kommunikation massiv an Bedeutung. Wir informieren über wichtige Parameter bei der Netzplanung.

Foto: shutterstock

Die Powerline-Kommunikation (Powerline Communication, PLC) ist eine seit über hundert Jahren bewährte Technologie. Der Ansatz, neben elektrischem Strom auch gleichzeitig nachrichtentechnische Signale über vorhandene Stromleitungen zu übertragen, wurde bereits 1899 zum Patent angemeldet. Die Erteilung durch das Kaiserliche Patentamt in Berlin folgte im Jahre 1901. Als Rundsteuertechnik knippst PLC seit 1930 Laternen an (und wieder aus) und gibt einfache Schaltbefehle im Stromnetz.

Im Zuge der Digitalisierung und Dezentralisierung der Energieversorgung erfährt der Datentransport über die Stromleitung jetzt eine neue, erweiterte Bedeutung. Georg Offner, Leiter Produktmanagement Smart Grid bei devolo: „Smart-Grid-Anwendungen wie die Überwachung des Netzzustands, die Ansteuerung der Netzleittechnik oder die Kommunikation zwischen Einspeisern und Verbrauchern werden immer wichtiger und benötigen ohnehin eine neue kommunikative Anbindung. Die Rundsteuertechnik ist veraltet und die Analog- und ISDN-Telefonie wird gerade abgeschaltet. Die IP-basierte Powerline- Technologie bietet hier eine Lösung.“

Vorhandene Infrastruktur nutzen

Die Infrastruktur ist bereits überall vorhanden und verbindet sämtliche Geräte und Anlagen, zusätzlicher Aufwand für die Installation der Kommunikationstechnik entsteht in der Regel nicht: „Der Einbau ist selbst in engen Verteilerschränken und kompakten Ortsnetzstationen möglich, sodass ein PLC-Netz leicht skalierbar ist und flächendeckend ausgerollt werden kann“, ergänzt Georg Offner. Überdies stellt er die Sicherheit der Übertragungstechnik heraus:

• Die Installation der PLC-Modems in Ortsnetzstationen (ONS) und Kabelverteilerkästen (KVS) gewährleistet bereits einen physischen Schutz gegenüber Unbefugten.

• Darüber hinaus sollte ein PLC-System über eine Low-Level-Verschlüsselung nach AES128 verfügen. Diese stellt eine erhebliche Hürde für Eindringlinge dar.

• Ferner sollten sowohl die Management- als auch die Datenkommunikation über abgesicherte VPN-Tunnel stattfinden. Mit der BSI-konformen Datenverschlüsselung auf Smart Meter Gateway (SMGW)-Level kommt eine weitere Verschlüsselungsebene hinzu.

Nutzen für das Messwesen

Die Technologie punktet speziell auch durch ihre ausgezeichnete Gebäudedurchdringung:„Jeder Zählplatz, auch im dritten Untergeschoss eines Einkaufszentrums, wird zuverlässig über die Stromleitung erreicht,“ sagt Georg Offner. „Einfacher lässt sich ein intelligentes Messsystem beim Endkunden nicht an das WAN (Wide Area Network) anschließen.“ Vor diesem Hintergrund bietet es sich für den Verteilnetzbetreiber an, das Kommunikationsnetz zusätzlich dem Messstellenbetreiber anzubieten.

Wie man bei devolo berechnet hat, lohnt sich der Aufbau eines PLC-Netzes bereits mit zehn angeschlossenen intelligenten Messsystemen – zumal bei dieser Kommunikationsform im Gegensatz zu Funkanbindungen keine laufenden Kosten entstehen. „Bezieht man neue Geschäftsmodelle wie das Submetering in die Betrachtung ein, werden schnell positive Skaleneffekte erzielt“, ergänzt Offner.

Hohe Datenraten

Möchte der Netzbetreiber das PLC-Netz für Smart Grid- und Smart Metering-Szenarien nutzen, erwartet er von der Kommunikationsverbindung dementsprechend hohe Datenraten und schnelle Reaktionszeiten. Georg Offner: „Genau das bietet Breitband-Powerline (BPL). Mit sicher planbaren 20 Mbit/s (netto) werden selbst Anwendungen mit sehr hohem Datenvolumen realisierbar. Die im Feld gemessenen Datenraten der devolo BPL-Modems sind hoch genug, um die Datenkommunikation beim Smart Metering inklusive Mehrwertdiensten zuverlässig über die Stromleitung zu führen.“

Aufbau eines PLC-Netzes

Für die Errichtung eines schnellen und hochverfügbaren Powerline-Netzes sind im Wesentlichen drei Faktoren zu berücksichtigen: Leitungslängen, Energieaufteilungsverluste und Störquellen. Dabei erweist sich der Netzplan als wertvolle Grundlage. Er enthält alle erforderlichen Informationen. Um ein PLC-Netz robust und zugleich (kosten-)effizient zu planen, kann der Netzmeister eine PLC-Auslegungssoftware nutzen, welche die individuellen Parameter berücksichtigt.

1. Leitungslängen
Die typischen Kabelstrecken zwischen Ortsnetzstation und Kabelverteilern liegen im Bereich von rund 30 Metern bis zu 400 Metern. Für die Auslegung eines PLC-Netzes ist dabei wichtig zu beachten: Jeder Meter Leitung zehrt eine kleine Menge Signalenergie auf. Die Berechnung der Kabeldämpfung hängt von der verwendeten PLC-Technologie ab. devolo setzt auf den modernen Standard ITU-T G.9960 (‘G.hn’). Dieser überzeugt nach Herstellerangaben durch deutlich besseren Umgang mit Dämpfungen als ältere BPL-Standards. „Grob kalkuliert kann man beim Einsatz von G.hn eine Dämpfung von 5 dB/100 m annehmen”, erläutert Offner.

2. Energieaufteilungsverluste
Bei der Auslegung eines PLC-Netzes sind zudem die Verluste durch die Energieaufteilung zu beachten. Bei der kapazitiven Daten-Einkopplung der PLC-Modems teilt sich das PLC-Signal auf alle Kabelabgänge gleichmäßig auf. Bei der Berechnung der Signalverluste hilft der Netzplan. Dort ist bei jedem KVS die Anzahl der Abgänge eingetragen. Daraus lässt sich der Aufteilungsverlust mathematisch bestimmen.

3. Störquellen
Schließlich sind Störquellen im Netzcluster zu berücksichtigen. PV-Anlagen sollten theoretisch mit einer Frequenz von 50 Hz auf die Leitung einspeisen. Doch in der Praxis erzeugen sie zeitweise auch Störpegel in höheren Frequenzbereichen. Sind solche Störpegel zu hoch, stockt die Datenverbindung oder bricht ganz ab. Daher setzt devolo auf die MIMO-Technik. Bei MIMO (Multiple Input Multiple Output) werden alle vier Leitungen (L1, L2, L3, N) zur Datenkommunikation genutzt.

Foto: devolo AG

Zwei Wege L1/N und L2/L3 sorgen dafür, dass die Datenpakete den schnellsten Weg zu ihrem Ziel finden. Wenn Störsignale und Dämpfungen einen der Wege verlangsamen oder eine Übertragung verhindern, wird die Datenkommunikation über den zweiten Kanal aufrechterhalten. Das Ergebnis ist eine deutlich bessere Netzdurchdringung und eine stabilere Powerline-Kommunikation.

Kontakt: devolo AG, Georg Offner, 52068 Aachen, Tel. +49 (0) 241-18279-0, Georg.Offner@devolo.de

Lesen Sie auch: