Alimentación de Equipos en Redes de CATV Ing. Juan Ramón Garcia Bish Jrgbish@hotmail.com

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

Técnicas para alimentación de 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.

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

Fuentes de alimentacion Onda 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

Fuentes Ferroresonantes

Fuentes Ferroresonantes Características 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

Fuentes Ferroresonantes Características

Fuentes Ferroresonantes Valor Eficaz – Valor Medio

Fuentes Ferroresonantes Variación Forma de Onda

Fuentes Ferroresonantes Variación 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 %

Fuentes Ferroresonantes Corriente Cortocircuito

Fuentes Tipo Standby Diagrama en Bloques

Fuentes Tipo Standby Partes Principales

Fuentes Tipo Standby Partes 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

UPS – Inversor Off Line

UPS – Inversor On Line

Inserción de la Alimentación

Insertor de Alimentación

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)

Alimentación en Redes Árbol y Rama

Nodos de Fibra Óptica Alimentacion Distribuida

Nodos de Fibra Óptica Alimentación Centralizada

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.

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

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

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

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

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

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

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

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.

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.

Carga de Potencia Constante Fuentes Conmutadas Carga de Potencia Constante V = I. Rs + Vn P = I . Vn Despejando ===> I2 . Rs - V . I + P = 0

Modelos de DC en Redes

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

Cables Convencionales y 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

Cable de Cobre versus Cable 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

Rigidez en función del Diámetro del cable

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

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)

Alimentación Centralizada Ventajas Menor costo de instalación Mayor confiabilidad: Redundancia N+1 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

Alimentación Centralizada Fuentes de 60V-15A vs 90V–22 A

Alimentacion Centralizada Escalabilidad

Alimentación Centralizada Desventajas 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.

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

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.

Alimentación Centralizada Elementos 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.