Alimentación de EquiposAlimentación de Equiposen Redes de CATVen Redes de CATV
Ing. Juan Ramón Garcia Bish
AgendaAgenda
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 alimentaciónTécnicas para alimentaciónde equipos en Redes de CATVde equipos en Redes de CATV Alimentación centralizadaAlimentación 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 distribuidaAlimentación distribuida. Multiples fuentes de alimentación distribuidas. Ventaja : Fuentes de alimentación mas pequeñas. Desventaja : Múltiples puntos de falla .
Alimentación localAlimentación local Una fuente de alimentación individual para cada equipo. No se utiliza.
Tipos de AlimentaciónTipos de Alimentación
Alimentación de Corriente ContinuaAlimentación de Corriente Continua - Facil de generar y transportar - No se utiliza por problemas de corrosión
Alimentación senoidal de Corriente AlternaAlimentación senoidal de Corriente Alterna - Fácil de generar y transportar (transformador) - Mala regulación de línea y falta de protecciones.
Alimentacion cuasi-cuadrada de Corriente AlternaAlimentacion 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 alimentacionFuentes de alimentacionOnda CuasicuadradaOnda 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 FerroresonantesFuentes Ferroresonantes
Fuentes FerroresonantesFuentes FerroresonantesCaracterísticasCaracterísticas
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 FerroresonantesFuentes FerroresonantesCaracterísticasCaracterísticas
Fuentes FerroresonantesFuentes FerroresonantesValor Eficaz – Valor MedioValor Eficaz – Valor Medio
Fuentes FerroresonantesFuentes FerroresonantesVariación Forma de OndaVariación Forma de Onda
Fuentes FerroresonantesFuentes FerroresonantesVariación Lectura TensiónVariación 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 FerroresonantesFuentes FerroresonantesCorriente CortocircuitoCorriente Cortocircuito
Fuentes Tipo StandbyFuentes Tipo StandbyDiagrama en BloquesDiagrama en Bloques
Fuentes Tipo StandbyFuentes Tipo StandbyPartes PrincipalesPartes Principales
Fuentes Tipo StandbyFuentes Tipo StandbyPartes PrincipalesPartes 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 LineUPS – Inversor Off Line
UPS – Inversor On LineUPS – Inversor On Line
Inserción de la AlimentaciónInserción de la Alimentación
Insertor de AlimentaciónInsertor de Alimentación
Alimentación en Redes Alimentación en Redes Arbol y RamaArbol 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 Alimentación en Redes Árbol y RamaÁrbol y Rama
L 2 L 3
L 1 L 1
L 2
L 2
L 2
L 3
L 4
L 3
L 3
L 4
~~60V
Nodos de Fibra ÓpticaNodos de Fibra ÓpticaAlimentacion DistribuidaAlimentacion Distribuida
L 3 L 2
L 2 L 2
L 2
L 3
L 4
L 3
L 3
L 4
Node
~~ ~~
~~ ~~PowerSupply
PowerSupply
PowerSupply
PowerSupply
Nodos de Fibra ÓpticaNodos de Fibra ÓpticaAlimentación CentralizadaAlimentación Centralizada
L 3 L 2
L 2 L 2
L 2
L 3
L 4
L 3
L 3
L 4
Node ~~PowerSupply
Diseño de la AlimentaciónDiseño 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 Resistencia de los Cables CoaxilesCables 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
60 H
z
R 1 R 2 R 3 R 4
L 1 L 2 L 3 L 4
60V I1 I2 I3 I4
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
L 2
L 4
L 3
Node ~~PowerSupply
Cálculo de las Cálculo de las Caidas de TensiónCaidas de Tensión
Nuevas Exigencias Nuevas Exigencias para la Alimentaciónpara 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 EnergíaMayor 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 EquiposConsumo de los Equipos
750 MHz750 MHz 450-550 MHz450-550 MHz 220-330 MHz220-330 MHz
Troncal Troncal 90 W 54 W 36 W 60 V - 1.5 A 60V - 0.9 A 60V - 0.6 A 90 V - 1 AAmp. ExtAmp. 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 ANodo Nodo 150 W 60 V - 2.5 A 90 V - 1.7 AN.I.UN.I.U.. 4 W
Consumo de la Consumo de la Terminal de AbonadoTerminal 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 Evolución de las Necesidades de Energíade Energía
Sector analizado : 150 Manzanas con 6000 hogares pasadosAlimentación considerada : 60V-900W 90V-1350W BWBW NODOS NODOS TRK TRK L.E.L.E. N.I.U.N.I.U. TOTALTOTAL FUENTESFUENTES Qty Con Qty Con Qty Con Qty Con 60V 90VQty 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 1340% telefoniaHFC 750MHz 12 1800 27 2430 105 3780 6000 24000 32010W 36 24100% telefonía
Necesidad de Mayor EficienciaNecesidad 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 Equipos con Fuentes de Alimentación ConmutadasAlimentación 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.
Tensión y Corriente en función de la carga
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 40 70 100
130
160
190
220
250
280
310
340
370
400
420
450
I
V
I
Rs
V=90 V Amp P P.S.
V = I. Rs + VnP = I . VnDespejando ===> I2 . Rs - V . I + P = 0
Fuentes ConmutadasFuentes ConmutadasCarga de Potencia ConstanteCarga de Potencia Constante
Modelos de DC en RedesModelos de DC en Redes
Reducción de la disipaciónReducción de la disipación en Cables Coaxiles 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 ConvencionalesCables Convencionalesy Power Expressy 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 versusCable de Cobre versusCable Coaxil y Power ExpressCable 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 funciónRigidez en funcióndel Diámetro del cabledel Diámetro del cable
Exigencia de Mayor Exigencia de Mayor ConfiabilidadConfiabilidad
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 Nuevos requisitos para los Equipospara 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 CentralizadaAlimentación CentralizadaVentajasVentajas
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
L 3 L 2
L 2 L 2
L 2
L 3
L 4
L 3
L 3
L 4
Node
L 4
L 5
L 3
L 4
L 4
~90V AC
~
L 3
L 4
L 5
L 5
90V 22ACentral Power
Node
Alimentación CentralizadaAlimentación CentralizadaFuentes de 60V-15A vs 90V–22 AFuentes de 60V-15A vs 90V–22 A
ENTRANCE AREA
VEN
TIL
ATIO
ND
UC
T
AUXILIARY CONTROL MODULE
COAX FEEDER
12V100
BAT-1003
MEU-AFD-F
MEU-AFD-F
NP-GENERATOR
GENERAC
RV1 5 A MPF U S E
B R E A K E R S
L IN ES T A R T
S T OP
#2
#1
#3
#5
FRONT
REAR
AUTOMATICTRANSFER
SWITCH
SPARE RACK SPACE
SPARE RACK SPACE
TRANSPONDER (SMIU)
MODULE
POWERSUPPLY POWER
MODULE
#4
SUPPLY
REDUNDANCY MODULE
SPARE RACK SPACEMODULE
POWERSUPPLY
MODULE
POWERSUPPLY
MODULE
POWERSUPPLY
equipmentCustomer Supplied
19" Rack Mount
19" Rack Mountequipment
Customer Supplied
Customer Supplied Equipment
72"
72"
48"
72" x 48" x 46"
SE
RV
ICE
AR
EA
VIEWLEFT SIDE
VIEWFRONT
VIEWINTERIOR SIDE
CONCRETEPAD
INTERNALRAIL
SYSTEM
4 X MEU Module
SERVICE
AREA
LINE CONDIT IONER
LINE
LVOLTSTEST
10A/VAMPSTEST
J UMPERBY PASS
INP UT
7 56 0
OUT PUT TAP
9 0
MODULE
ON
ST
BY
OU
TP
UT
OUTPUT
ACIAUX120V
N
WARNING
SHUTDOWN
BULK15
18
21
TE
ST
CH
G
ACCEPT
FLOAT
PUSH
INPUTPROBETEMP
BRE AKERCIRCUIT
3
6
9
12
CO
MM
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X
OU
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UT
C HA
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P SB
AC
SY
S
MODULEPOWER
INVERTER
ALARM
COMM
TEST
PRESENT
J UMPER
I NVERTER
BATTERY
F USE
24
27
30
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AC
A
B
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CH-
CH-
COMM
ALARM
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A L A R M
SM
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NET WORKINTER FAC E
SYSTEMC ONTROL MODULE
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R S 4 8 5
H S 4 8 5
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1 2 0 VA U X
S
LINE CONDITIONER
LINE
LVOLTST EST
10A/VAMPST EST
J UMPERBY PASS
INPUT
7 56 0
OUTPUT TAP
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MODULE
ON
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ACIAUX120V
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BULK15
18
21
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3
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ALARM
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LINE
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J UMPERBYPASS
INPUT
7 56 0
OUTPUT TAP
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MODULE
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ACIAUX120V
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18
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3
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9
12
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ALARM
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27
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LINE CONDITIONER
LINE
LVOLTSTEST
10A/VAMPSTE ST
J UMPERBYPASS
INPUT
7 56 0
OUTPUT TAP
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S
1 2 0 VA U X
S
BIU4 8 V Bat .
96V OUT
Generator
96V OUT
4 8 V Bat .
BIU Battery
54"
26"24"
CE-7 CPSEquipment Units
Interface Unit
AIR FLOW
HEATINGWINTER
FAN
A-HR
BATTERY
40 SPI
COOLINGSUMMER
FANSPI
AUXILIARY CONTROL MODULECOOL
WARM
COOL WARM
EXHAUST
75
BATTERYA-HR 7560 90
L N
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MM
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12
9
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18
15
PROT ECT IVE
MODUL EINT ERFACE
-HC
-HC
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XS
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Air Flow Deflector
Air Flow Deflector
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NO
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Air Flow Deflector
GS1350 +SCM
RedundantBase
OptionalMeter
DisconnectService"SUSE" rated
BATTERY
A-HR
40
40
A-HR
BATTERY BATTERY
A-HR
40
40
A-HR
BATTERY BATTERY
A-HR
40
40
A-HR
BATTERY BATTERY
A-HR
40
(Ignition)
Generator
40╜"
SE-3 BPS40╜" x 26╜" x 72"
GS1350
Unit #1
GS1350Unit #1
72.0"
SE
RV
ICE
AR
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VIEWLEFT SIDE
VIEWFRONT
VIEWINTERIOR SIDE
INTERNALRAIL
IPM, PIM,GS1350 orGS2000
SERVICEAREA
SPI
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J UMP ERBY PASS
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J UMPER
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CH-
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SYSTEMCONTROL MODULE
CO
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A L A R M
C O M M
C O M M
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MODULE
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52.00"
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BIU w/ Gen
SYSTEM
Alternate SPI
Status
Monitoring1U Space
24.00"
Alimentacion CentralizadaAlimentacion CentralizadaEscalabilidadEscalabilidad
Alimentación CentralizadaAlimentación CentralizadaDesventajasDesventajas
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.
AlimentaciónAlimentaciónBases de DiseñoBases 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 DiseñoConsideraciones 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 CentralizadaAlimentación CentralizadaElementos ClaveElementos 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.