Ученые Швеции доказали, что 5G не скоро заменит кабельные сети в энергетике

Ученые из Лулео Технологического университета в Швеции решили выяснить, сможет ли связь 5G заменить привычные кабели в цифровых подстанциях. В ходе серии экспериментов они проверили, как новая технология справляется с ключевыми задачами — работой защит, передачей измерений и синхронизацией времени. И оказалось, что хотя беспроводная связь и обладает колоссальным потенциалом, до полного отказа от кабельной сети в энергетике пока далеко.

Долгие годы подстанции строились на медных проводах: аналоговые сигналы 4–20 мА или 0–10 В тянулись километрами, что было дорого и сложно. С развитием цифровых технологий появился стандарт IEC 61850 и Ethernet-сети: измерения стали оцифровываться, команды и события передаваться по сети. Это сильно упростило управление, но кабельное хозяйство все равно оставалось громоздким. Поэтому инженеры обратили внимание на беспроводные технологии. Первые решения вроде Wi-Fi или LTE подходили лишь для мониторинга — задержки были слишком велики (10–100 мс). 5G обещал революцию: теоретически задержку до 1 мс, гигабитные скорости и возможность подключать тысячи устройств.

Однако в реальных условиях картина оказалась не такой радужной. В экспериментах средняя задержка в 5G составила 8,5 мс, а иногда доходила до 17–20 мс. Для сравнения, в Ethernet задержка стабильно составляет около 1 мс. Этот показатель критично важен для релейной защиты: если сигнал запаздывает, резервная защита может сработать раньше основной и отключить не только аварийный участок, но и работающие линии. Чтобы этого избежать, приходится увеличивать интервалы срабатывания, но тогда общее время отключения вырастает с привычных 65–75 мс до недопустимых для сетей сверхвысокого напряжения.

Сложности возникли и с потоками измерений (Sampled Values). В сети 50 Гц формируется 4000 пакетов в секунду, и они должны идти строго по порядку. В Ethernet это выполняется, а в 5G пакеты часто приходят вперемешку. Чтобы выровнять их, нужны буферы в 6–10 раз больше обычных, а это повышает задержку обработки до 11 мс. Без буферов защита вообще не распознает аварийный ток, а с ними реагирует слишком медленно.

Третья проблема — синхронизация времени по протоколу IEEE 1588 (PTP). Для корректной работы защит нужна точность до микросекунд. Ethernet такую точность обеспечивает. В 5G же все иначе: достичь погрешности меньше 0,1 мс удается лишь в 14% случаев, а даже в пределах 1 мс — только примерно в 65% случаев. Это означает, что синхронизация постоянно срывается.

Таким образом исследователи пришли к выводу, что в текущей конфигурации 5G не может заменить Ethernet для самых быстрых и ответственных задач в подстанциях. Она подходит для мониторинга, диспетчеризации и учета, но не для мгновенных отключений и точной синхронизации. Поэтому сейчас 5G — это скорее дополнение к кабельной сети, а не альтернатива. В будущем, с развитием технологий вроде URLLC, сетевого slicing и edge-computing, роль беспроводной связи вырастет. Но полного отказа от кабелей энергетике ждать еще рано.

Узнавайте первыми главные энергетические новости и актуальную информацию о важных событиях дня в России и мире.

Подписывайтесь на наш Telegram-канал

"ГИС-Профи. Информационное сопровождение предприятий энергетической отрасли"