Alimentaci

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Alimentación de Equiposen Redes de CATV

• Ing. Juan Ramón Garcia Bish
• Jrgbish_at_hotmail.com

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Agenda

• Técnicas para alimentación de equipos en redes de
  CATV.
• Diferentes tipos de fuentes de alimentación.
• Métodos de inserción de la alimentación.
• Cálculos de Diseño.
• Nuevas exigencias para la alimentación de redes

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Técnicas para alimentaciónde equipos en Redes de
CATV

• Alimentación centralizada .
  Desde un punto central se
  trata de alimentar todos los equipos (típica de
  los sistemas telefónicos).
  Ventaja Fácil de respaldar con grupo
  electrógeno y bat Desventaja Gran manejo de
  energía en un solo punto.
• Alimentación distribuida.
  Multiples fuentes de
  alimentación distribuidas.
  Ventaja Fuentes de
  alimentación mas pequeñas. Desventaja
  Múltiples puntos de falla .
• Alimentación local
  Una
  fuente de alimentación individual para cada
  equipo. No se utiliza.

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Tipos de Alimentación

• Alimentación de Corriente Continua
  - Facil de generar y transportar
  - No se utiliza
  por problemas de corrosión
• Alimentación senoidal de Corriente Alterna
  - Fácil de generar y transportar
  (transformador) - Mala regulación de
  línea y falta de protecciones.
• Alimentacion cuasi-cuadrada de Corriente Alterna
  - Fuente ferro-resonante pesada y de bajo
  rendimiento - Buena regulación y protección ante
  cortos y transit. - Buena para implementar
  sistemas tipo standby

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Fuentes de alimentacionOnda Cuasicuadrada

• Tensión de salida típica 60 a 90 Veficaces.
  En algunos sitios la legislación local la
  limita por problemas de seguridad y riesgo
  electrico
• Dos tipos básicos
  - Fuentes sin respaldo,
  solo ferroresonante. - Fuentes
  con respaldo, tienen inversor y baterias.
• Dos tipos de fuente con respaldo
  - Standby, inversor normalmente
  inactivo - UPS, inversor
  trabaja permanentemente

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Fuentes Ferroresonantes
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Fuentes FerroresonantesCaracterísticas

• Estabiliza la tensión de salida frente a
  variaciones de la tensión de entrada y de la
  carga. Valor tipico de
  variación de la tensión de salida /- 4
  frente a variaciones de /- 15 en la tensión de
  entrada y variación entre 20 y 100 de carga.
• Atenuación de picos de tensión, transitorios y
  ruido de RF presente en la entrada. Atenuación
  primario secundario de 120 dB para señales de
  modo común y 60 dB en seales de modo diferencial.
• Limitación de la corriente de cortocircuito

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Fuentes FerroresonantesCaracterísticas
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Fuentes FerroresonantesValor Eficaz Valor Medio
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Fuentes FerroresonantesVariación Forma de Onda
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Fuentes FerroresonantesVariación Lectura Tensión
Corriente de Carga Voltimetro V. Eficaz Voltímetro Standard Porcentaje de error
0 A 62.4 V 67.1 V 7.5
5 A 61.3 V 65.7 V 7.2
10 A 60.4 V 63.7 V 5.5
15 A 59.8 V 61.4 V 2.7
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Fuentes FerroresonantesCorriente Cortocircuito
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Fuentes Tipo StandbyDiagrama en Bloques
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Fuentes Tipo StandbyPartes Principales
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Fuentes Tipo StandbyPartes Principales

• Interruptor de entrada Permite cortar la
  alimentación para hacer el service y protege ante
  sobrecorrientes.
• Relay de transferencia Desconecta el primario
  de la linea de alimentación.
• Tarjeta lógica Contiene el circuito de control
  para el inversor, cargador baterias, monitoreo y
  transferencia.
• Transformador ferroresonante
• Capacitor Resonante
• Circuito inversor
• Cargador de baterías Regula la corriente de
  carga
• Baterias Tipo libre mantenimiento con
  electrolito gel (tip 36 VDC)
• Fusible de Baterias Protege ante inv polaridad.
  Permite desconectar.
• Fusible de Salida 60 VAC Protección ante
  sobrecargas y cortocircuitos

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UPS Inversor Off Line
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UPS Inversor On Line
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Inserción de la Alimentación
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Insertor de Alimentación
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Alimentación en Redes Arbol y Rama

• Dos posibilidades de Alimentación
  - Tipo L Solo hacia un lado de la
  fuente. - Tipo T Hacia ambos
  lados de la fuente.
• En alimentacion tipo L casi toda la corriente
  que suministra la fuente circula por el primer
  tramo de cable coaxil . Gran corriente gran
  caida de tensión
• Conviene alimentar en T y tratar de que ambas
  ramas sean simetricas (igual corriente)

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Alimentación en Redes Árbol y Rama
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Nodos de Fibra ÓpticaAlimentacion Distribuida
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Nodos de Fibra ÓpticaAlimentación Centralizada
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Diseño de la Alimentación

• Elementos a tener en cuenta en el diseño
  - Corriente requerida a la fuente
  - Mínima tension en
  el activo mas alejado.
• Los cables coaxiles no solo atenuan la señal de
  RF sino que tambien poseen una resistencia de
  lazo (blindaje o conductor externo conductor
  interno) la cual origina una caida de tensión.
• El consumo de los amplificadores no es constante
  sino que depende de la tensión de alimentación.

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Resistencia de los Cables Coaxiles
Los cables coaxiles tradicionales no fueron
pensados para transportar grandes corrientes. Su
resistencia de lazo es elevada y en el caso de
conductor central de aluminio esta es la
dominante RG59 .500
.750 QR540 TX565 Central 158
4.43 1.90 3.34 3.15 Malla
21 1.18 0.56 1.94
1.12 Loop 179 5.61 2.46
5.28 4.27
ohm/Km ohm/Km
ohm/Km
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Cálculo de las Caidas de Tensión
VR4 (IL4 x R4)
VR3 (IL3 IL4) x R3
VR2 (IL2 IL3 IL4) x R2
VR1 (IL1 IL2 IL3 IL4) x R1
PT (IL1 IL2 IL3 IL4) x VT
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Nuevas Exigencias para la Alimentación

• Existe una mayor demanda de energía
• Se necesita mejorar la eficiencia
• Los nuevos servicios interactivos (telefonía) y
  la competencia de otros prestadores requieren
  incrementar la confiabilidad
• Nuevas exigencias para los equipos

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Mayor Demanda de Energía

• Hay mayor cantidad de equipos
• Los nuevos equipos tienen mayor consumo -
  PHD reemplaza al PP (Push-Pull)
  - Nuevos equipos tienen un hibrido por salida
  - El hibrido de retorno es casi standard
  - Mayor confiabilidad requiere monitoreo.
• Nuevos servicios requieren alimentar la terminal
  de abonado

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Consumo de los Equipos
750 MHz
450-550 MHz 220-330 MHz Troncal
90 W 54 W
36 W 60 V - 1.5 A
60V - 0.9 A 60V - 0.6 A
90 V - 1 A Amp. Ext. 36
W 30 W 18
W 60 V - 0.6 A
60 V - 0.5 A 60 V - 0.3 A
90 V - 0.4 A Nodo 150
W 60 V - 2.5 A
90 V - 1.7 A N.I.U.
4 W
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Consumo de la Terminal de Abonado

• Modo Standby Esperando Comunicación
  88 de las terminales .....................
  ............ 3 W
• Cursando una comunicación
  10 de las terminales
  ................................. 4 W
• Haciendo sonar la campanilla del teléfono
  2 de las terminales ....................
  .............. 12 W
• Para el dimensionamiento del sistema de
  alimentación computar un consumo de ..... 4 W

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Evolución de las Necesidades de Energía
Sector analizado 150 Manzanas con 6000 hogares
pasados Alimentación considerada 60V-900W
90V-1350W BW NODOS TRK
L.E. N.I.U. TOTAL FUENTES
Qty Con Qty Con
Qty Con Qty Con 60V
90V 220-330MHz 3 108
40 720 828 W 1
1 450-550MHz 4 216
60 1800 2016 W 3
2 HFC 750MHz 3 450 27 2430 105 3780
6660 W 8 5 HFC 750MHz
3 450 27 2430 105 3780 2400 9600
16260W 19 13 40 telefonia HFC 750MHz 12
1800 27 2430 105 3780 6000 24000 32010W
36 24 100 telefonía
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Necesidad de Mayor Eficiencia

• Mayores consumos exigen optimizar la eficiencia .
• Optimizar la eficiencia de las fuentes de
  alimentación del sistema . Para ello se requiere
  mejor rendimiento y mayor capacidad de manejo de
  potencia.
• Fuentes de alimentación de mejor rendimiento en
  amplificadores y nodos ópticos. Utilizar fuentes
  de tipo conmutado (switching) en vez de lineales.
• Reducir la perdida de potencia en los conductores
  de energia. Utilizar coaxiles con conductor
  central de cobre o cables especiales tipo power
  express.

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Equipos con Fuentes de Alimentación Conmutadas

• Tienen un mejor rendimiento que las lineales.
• Funciona dentro de un amplio rango de tensión de
  entrada.
• Son cargas de potencia constante. Al disminuir la
  tensión de alimentacion toman mayor corriente.
• Son potencialmente inestables. Conviene limitar
  la tensión mínima de trabajo.
• Toman una elevada corriente en el transitorio de
  arranque. Conviene limitar el pico inicial.

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Fuentes Conmutadas Carga de Potencia Constante
V I. Rs Vn P I . Vn Despejando gt I2
. Rs - V . I P 0
35
Modelos de DC en Redes
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Reducción de la disipación en Cables Coaxiles

• Reducir el valor de la corriente
  gt Subir la
  tensión de alimentación a 90 V.
• Reducir la resistencia de lazo de los cables
  coaxiles
  gt Utilizar
  cables de mayor porte 1 en vez de .750
  gt Conductor central de
  cobre en vez de aluminio. gt Cables
  especiales para alimentación Power Express
  gt Las lineas QR y TX compensan la mayor
  resistencia del conductor externo (blindaje de
  aluminio mas delgado) con una menor resistencia
  del conductor central.

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Cables Convencionalesy Power Express
Coaxiles Convencionales
Power Express .500 .750
QR540 TX565 PF625 MI29631 Central 4.43
1.90 3.34 3.15 0.509
0.72 Malla 1.18 0.56 1.94
1.12 0.443 0.75 Loop 5.61
2.46 5.28 4.27 0.952 1.47
ohm/Km ohm/Km
ohm/Km Imped Car. 75
75 75 75 NO 50
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Cable de Cobre versusCable Coaxil y Power Express
Cable Par de Cu Coaxil 1160 Power
Expres
7 mm dia.
PF625 Resist Loop
1.049 0.983 0.95
ohm/km Dia. paquete 2.50
3.80 2.37 cm Peso
paque. 1.17 0.708
0.601 kg/m
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Rigidez en funcióndel Diámetro del cable
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Exigencia de Mayor Confiabilidad

• Fuentes de Alimentacion Ininterrumpida
  - UPS Uninterrumpible Power Supply
  - ZTT Zero Transfer Time
• Redundancia
• Suministro de energía alternativo
• Extensión del tiempo de standby
  - Baterías de mayor capacidad
  - Respaldo con
  grupo electrógeno.
• Alimentación centralizada
• Monitoreo de estado

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Nuevos requisitos para los Equipos

• Mayor capacidad de paso de Corriente
  - Insertores 20 A de
  entrada y 15 A cada rama. -
  Acopladores y divisores 15 A
  - Amplificadores 15 A
  -
  Derivadores domiciliarios (taps) 10 A
• Cambio de modulos con el equipo en servicio.
  Hot Swap
• Operación en modo de falla
• Permitir el paso de corriente hacia el abonado
  (power passing taps)

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Alimentación Centralizada Ventajas

• Menor costo de instalación
• Mayor confiabilidad Redundancia N1
  
  
  
  
  Grupo
  electrógeno
  
  
  
  
  Suministro alternativo
• Monitoreo de estado menos módulos
• Optimización Costo vs Potencia.
• Rutinas de mantenimiento más simples.
• Back up más económico se comparte
• Facilidad de expansión futura más flexible

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Alimentación Centralizada Fuentes de 60V-15A vs
90V22 A
44
Alimentacion Centralizada Escalabilidad
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Alimentación CentralizadaDesventajas

• Dificultad de obtención permisos de instalación
• Menor flexibilidad para la elección del lugar
  
  
  
  
  No siempre puede ubicarse la fuente en el
  nodo
• Se sacrifica en parte la eficiencia.
  
  
  
  
  Para compensar Operar con 90V
  
  
  
  
  Utilizar
  power feeder.
  
  
• Mayor area afectada en caso de falla.
• Mayores cuidados al operar con mayor tensión.
• Operar con 90V exige cambio de equipos.

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AlimentaciónBases de Diseño

• SIN PLANES DE AMPLIACIÓN
  
  
  
  
  gt Siga utilizando alimentación distribuida
  60 V
  
  
  
  gt En fuentes nuevas use equipos de
  90V
  
  
  
  configurados para operar
  en 60 V
• AMPLIANDO CAPACIDAD a 550 MHz
  
  
  
  
  gt Considere operar en 75 V o en 90 V
  
  
  
  
  gt Analice pasar a alimentación
  centralizada.
• RECONSTRUYENDO a 750 / 860 MHz
  
  
  
  
  gt Trate de implementar alimentación
  
  
  
  
  centralizada con operacion en
  90 V
  
  
  
  gt No Olvide los grupos
  electrógenos

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Consideraciones de Diseño

• Limitar la tensión mínima en los finales de línea
  
  
  
  
  40 V en diseños con 60V y 45 V en el caso
  de 90V
• Evite cargar las fuentes de alimentación al 100
  
  
  
  
  Se aconsejan valores del 85 o 90.
• Evite excesiva disipación en los coaxiles
  
  
  
  
  Si la caida en el tramo supera 25V usar
  power feed.
• Evite la inestabilidad en fuentes conmutadas
  
  
  
  
  Usar corte por baja tensión y limitar la
  corriente de
  
  
  
  arranque.

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Alimentación CentralizadaElementos Clave

• Encontrar lugar adecuado para instalar los
  
  
  
  
  gabinetes y pedestales de mayor tamaño.
• Encontrar lugar para los grupos electrógenos.
  
  
  
  
  Considerar el problema de Ruidos molestos
  a vecinos
• Abastecimiento de Combustible para los grupos
  electrógenos.
  
  
  
  
  Considerar la
  posibilidad de utilizar Gas natural
• Decidir cuando debe utilizarse power feeder.