Estrutura Basica Telecom Ufsmpdf

7/26/2019 Estrutura Basica Telecom Ufsmpdf

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3 ESTRUTURA BSICA DO SISTEMA DE TELECOMUNICAES

O sistema brasileiro de telecomunicaes foi privatizado por volta dos anos

2000. Inmeras empresas, desde ento, possuem licenas para explorar o servio.

No entanto, poucas detm a concesso para a explorao em nvel nacional. O foco

deste trabalho est em aproveitar a estrutura predial, oriunda do antigo sistema

TELEBRS, para criar um sistema de microgerao distribuda com fontefotovoltaica.

Conforme apresentado nos captulos anteriores, a estrutura de alimentao

dos sistemas de telecomunicaes realizada com corrente contnua, na tenso de

48 V. Com isso, tem-se a possibilidade de aproveitar a gerao fotovoltaica para

suprir, ao menos, parte da energia dos equipamentos, atravs dos bancos de

baterias existentes.

Nesta etapa do trabalho busca-se demonstrar as similaridades existentesentre a gerao com fonte solar e a alimentao do sistema em corrente contnua,

alm de dar mais subsdios sobre as tecnologias e sistemas de operao e

manuteno atuais da rea de telecomunicaes.

3.1 Principais equipamentos do sistema de telecomunicaes

Os sistemas de telecomunicaes, em sua concesso, tm de estar

disponveis todas 24h do dia, todos os dias. Para que isso ocorra, os cuidados com

a estrutura de alimentao dos equipamentos extremo, de forma a garantir a

continuidade da prestao do servio.

Os equipamentos so alimentados com tenso de 48 V, em corrente contnua.

Assim, instalado um banco de baterias antes da sada de energia em CC para os

consumidores, de forma a estabilizar a tenso em corrente contnua e garantir uma

autonomia mnima em caso de falta da energia em CA, proveniente da

concessionria de distribuio local. Quando o banco de baterias est plenamente


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55para manuteno em caso de alguma falha e comutar o GMG em caso de falta na

alimentao AC da concessionria de energia.

Figura 3.2 USCA na entrada de energia de uma estao de telecomunicaes de mdio porte.

O GMG apresentado na Figura 3.3 e quando for estacionrio composto de

um motor diesel, sua bateria de partida e o controle de acionamento. Onde no est

fixado um motor a gasolina que pode ser transportado por um tcnico at o local

da falta de energia da concessionria, como o apresentado na Figura 3.4.

Figura 3.3 Grupo Motor Gerador estacionrio a diesel.

As entradas de energia, por sua vez, variam em trifsico, em mdia ou baixa

tenso, e algumas monofsicas para as estaes de menor carga instalada.


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Figura 3.4 Grupo Motor Gerador porttil a gasolina.

3.1.2 Estrutura intermediria de retificao

Aps a estrutura principal de alimentao AC o sistema possui retificadores

que so adequados carga instalada de cada estao. Assim, para estaes

maiores so fornecidos retificadores de grande porte onde cada UR Unidade

Retificadora capaz de fornecer 50, 100 ou at 500 A. Para as estaes de

pequeno porte utilizam-se vrias URs de 15 ou 25 A de acordo com a demandanecessria e a tecnologia do fabricante da fonte.

A Figura 3.5 apresenta uma UR, mdulo retificador, que compe o conjunto

conhecido como FCC Fonte de Corrente Contnua de pequeno porte. Neste caso,

cada UR uma fonte chaveada moderna e controlada eletronicamente, permitindo,

inclusive, a conexo com computadores para ajustes via console computacional.

A FCC, alm de fornecer a potncia para as cargas, controla os eventos de

carga e descarga dos bancos de baterias sob sua superviso. Assim, importanteque exista uma folga considervel entre a capacidade de fornecimento de energia

pela fonte e a demanda solicitada pelos equipamentos, pois essa diferena que

ser utilizada para recarregar os acumuladores de energia aps um perodo de

descarga, suprindo as cargas da estao. Por exemplo, para uma fonte de 45 A com

a corrente da carga em torno de 30 A, sobrariam 15 A de capacidade para efetuar a

carga do banco de baterias aps retorno da energia CA e quanto maior essa folga,

mais rapidamente ser reposta a capacidade dos acumuladores. Alm disso,


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57importante o ajuste correto da FCC para fornecer a tenso e corrente de carga

correta para o banco de baterias de forma a prolongar sua vida til.

Figura 3.5 Modelo de UR de 25 A em retificador (FCC) de estaes de pequeno porte.

A Figura 3.6 apresenta uma UR de um retificador de grande porte, 500 A de

corrente na sada. A foto foi obtida com a porta aberta para permitir a visualizao

interna do equipamento onde se observa que os componentes possuem dimenses

maiores, so discretos e formam um conjunto aplicado da eletrnica de potncia

convencional, com ajustes manuais, no computacionais.

Figura 3.6 Modelo de UR de 500 A em retificador (FCC) de grande porte.


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583.1.3 Estrutura final da alimentao em corrente contnua

Aps a retificao da energia o sistema de estabilizao composto de umou vrios bancos de baterias que atendam a demanda necessria a todos os

equipamentos da estao, por um tempo mnimo de 8 horas. Assim, em caso de

falta de energia a partir da concessionria os acumuladores devem manter o

funcionamento dos equipamentos pelo menos por todo esse perodo.

Dependendo do fabricante das baterias podem ocorrer variaes, mas

geralmente existe um nvel de tenso recomendado para recarga e para tenso de

flutuao, de acordo com a temperatura do local e o tipo de composto utilizado na

fabricao dos dispositivos utilizados. Para que isso seja efetivo faz-se necessrio o

ajuste preciso da FCC de forma a prolongar a vida til dos elementos instalados em

cada estao, o que faz com que sempre sejam utilizados acumuladores de energia

de um mesmo lote e de um mesmo fabricante, devido s caractersticas intrnsecas

dos mesmos.

Alguns conceitos so importantes para melhorar a capacidade e durabilidade

dos bancos de baterias (TELECO, 2010):

Tenso de carga uma tenso maior que visa readequar a carga de

todos os elementos do banco e repor a energia aps a descarga.

Tenso de flutuao uma tenso um pouco menor que a tenso de

carga e serve para manter a carga no banco de baterias enquanto h

energia CA na entrada da FCC.

Corrente de carga a corrente empregada durante o processo de

carga das baterias, onde medida que a carga dos elementos vai

equalizando, esta circulao de corrente vai diminuindo.

Corrente de descarga a corrente necessria para suprir todos os

consumidores ligados nas baterias, seja diretamente em CC ou via

inversores de tenso CC-CA.

Condutividade dos elementos a capacidade das baterias de adquirir

e manter a carga necessria de fornecimento aos consumidores.

Temperatura de operao Depende do fabricante e da capacidade dos

elementos, mas geralmente calculada para 25 C.


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59A Figura 3.7 apresenta um exemplo de banco de baterias com capacidade de

1200 Ah/10h, ou seja, podem fornecer 1200 Ah de energia por 10h.

Figura 3.7 Bancos de baterias para estabilizao e autonomia em caso de falta de energia CA.

3.1.4 Diagrama completo de uma estao de pequeno porte

A estrutura predial de uma estao de telecomunicaes apresentada na

Figura 3.8. Pode-se verificar nesse leiaute do prdio que todos os equipamentos so

alocados em pontos organizados por filas e bastidores que so alimentados atravs

de esteiras.

O cabeamento lgico est instalado em esteiras que ficam numa altura

diferente dos cabos de alimentao. Com isso, diminui a probabilidade de

interferncia eletromagntica gerada pelos prprios componentes de

telecomunicaes. O aterramento utilizado o modelo TT (PEREIRA F., 2002) e

compartilha o esteiramento com a alimentao dos equipamentos.


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Figura 3.8 Estrutura predial de uma estao tpica.

3.2 A operao e manuteno O&M do sistema de telecomunicaes

Para que a prestao do servio no seja interrompida e mantenha a

qualidade, as empresas de telecomunicaes adotam uma diviso de tarefas que

visa otimizar a produo das equipes de trabalho e especializar os tcnicos na

execuo de atividades similares.A seguir sero apresentadas as reas tcnicas e um resumo das principais

atividades que cada equipe responsvel por realizar.

3.2.1 Transmisso - TX

Esta rea tcnica responsvel pela comunicao entre as diversas estaes.

Geralmente, possui equipamentos interligados fisicamente por fibra tica ou atravs

do ar, com enlaces de rdio. Quanto maior o nmero de conexes de transmisso


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61numa mesma estao, maior ser seu consumo de energia e a importncia deste

ponto para a rede de telecomunicaes. A Figura 3.9 apresenta a topologia tpica

com fibra tica e a Figura 3.10, trar um exemplo de topologia com enlace de rdio.

Analisando as duas figuras pode-se perceber que possvel adotar o enlace de

rdio, com visada direta, para atendimento dos pontos D, E e F da Figura 3.9.

Figura 3.9 Topologia tpica em anel de transmisso via fibra tica.

Figura 3.10 Topologia tpica de transmisso ponto a ponto via enlace de rdio. Fonte:

(www.hardware.com)

3.2.2 Comutao - CX

Esta rea responsvel pela comutao de canais de voz de forma a permitir

a comunicao telefnica entre os clientes da rede de telefonia fixa e mvel.

Realizam testes e interagem com as equipes de campo para verificao dos defeitosa partir de plataformas de O&M centralizadas, alm de interagir com os clientes para


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62soluo de problemas pontuais como erros de discagem e encaminhamento de

chamadas telefnicas na rede.

A Figura 3.11 apresenta a hierarquia dos equipamentos de comutao na

estrutura da rede de forma a obter redundncia e diversificao de meios capaz de

garantir o atendimento do trfego telefnico.

Figura 3.11 Hierarquia da rede de comutao telefnica de voz.

As conexes de comunicao entre os nveis da Figura 3.11 so fornecidas

pelos meios atendidos pela tcnica de TX, anteriormente apresentada. As centrais

N1 esto na parte mais alta da hierarquia, enquanto as N3 na mais baixa. As

conexes so bidirecionais, permitindo a origem e a terminao das chamadas em

qualquer sentido, otimizando os meios de conexo. Por fim, esse tipo de

configurao pode ser aplicada tanto na rede fixa quanto na mvel, sendo que nesta

as centrais N3 seriam as BTSs Base Transceiver Station que conectam os

aparelhos mveis dos usurios, enquanto na rede fixa so as centrais locais que

conectam a rede de fios que leva at o telefone do usurio.

Para a telefonia fixa as centrais N2 so equipamentos de grande porte que

atendem regies especficas, direcionando o trfego de interesse local e regional.

Na telefonia mvel, por sua vez, essa analogia pode ser aplicada s BSCs Base

Station Controller que concentram o trfego gerado nas BTSs.

As centrais N1 so responsveis por concentrar o trfego de um Estado ou

pas e realizar a conexo com outras operadoras. Tambm so chamadas de

gateways. Na rede mvel, so chamadas de MSC Mobile Switching System.


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63A rede lgica para comunicao e autoconfigurao dos elementos das redes

fixa e mvel no ser abordada nesse estudo, mas formam redes paralelas para

agregar servios e funes com configuraes especficas.

3.2.3 Energia - EN

Esta rea responsvel pelo atendimento de toda estrutura de alimentao e

aterramento, presente nas estaes. Conforme argumentado anteriormente a

estrutura de telecomunicaes depende de fornecimento ininterrupto de energia e,

da segurana e imunidade eletromagntica, portanto, de um bom sistema deaterramento.

Devido forte incidncia de descargas atmosfricas na regio Noroeste do

Estado do Rio Grande do Sul (INPE/ELAT, 2013) os cuidados com aterramento,

modelo TT, so muito importantes, pois qualquer equipamento que no esteja

corretamente interligado pode sofrer danos durante esse tipo de evento ou

apresentar riscos de descarga eltrica aos usurios e tcnicos de manuteno.

A Figura 3.12, adaptada da Figura 3.1, reapresenta a estrutura de cadaestao, onde a equipe de O&M da rea de Energia atua de forma preventiva e

corretiva.

Figura 3.12 Esquema da alimentao dos equipamentos de telecomunicaes.


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64Assim, os sistemas desta rea tcnica estaro diretamente envolvidos na

nova estrutura com microgerao de energia, pois ser, provavelmente, mais uma

tarefa a ser agregada para essa equipe de manuteno.

3.2.4 Climatizao - AR

Esta rea responsvel pela manuteno da refrigerao dos equipamentos.

Devido ao funcionamento contnuo, em ambiente fechado e com acesso controlado,

todo calor gerado fica confinado na estao. Com isso, a temperatura do local tende

a elevar-se rapidamente, prejudicando a prestao dos servios e danificando oudiminuindo a vida til dos equipamentos por superaquecimento.

A Figura 3.13 apresenta um modelo de equipamento com todas as funes

que envolvem essa rea tcnica integradas, monitorando o ambiente em uma sala

de equipamentos da rea de comunicao de dados, que aparecer mais frente.

Figura 3.13 Central de controle de equipamentos de refrigerao.

Nesta rea tcnica existem inmeros dispositivos de controle e automao

dos servios, tais como:

controlador de aparelhos de ar de janela, invertendo o funcionamento de

cada aparelho conforme a necessidade;

inversores de frequncia para dar partida em compressores de maiorporte;


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medidores de temperatura para sinalizar alarmes e acionar a refrigerao;

telemedidas de temperatura que enviam a informao de forma

instantnea para sistemas de monitorao via web, painis de sinalizao

e controle, etc.

3.2.5 Comunicao de Dados - CD

Esta rea responsvel pelo atendimento dos equipamentos que prestam o

SCM (ANATEL, 2001) Servio de Comunicao Multimdia e equipamentos de

CD Comunicao de Dados que conectam grandes clientes na rede internet oufornecem o acesso para provedores de SCM.

Nessa estrutura o servio de CD geralmente formado por plataformas de

maior capacidade, enquanto o SCM composto, basicamente, de equipamentos de

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line interconectados pelo primeiro. O

prestador de servio com licena para SCM normalmente chamado de provedor de

acesso, onde se incluem todos os provedores de banda larga (ANATEL, 2011). As

operadoras de telefonia possuem as duas licenas, atuando como provedores ecomo fornecedores de banda para outros provedores.

Na estrutura apresentada na Figura 3.14 pode parecer que no h proteo

por ter diversidade de caminhos e uma hierarquia bem definida, mas nesses casos

h duplicidade nos equipamentos que concentram o trfego de dados, ou seja, h

um ativo e outro reserva, com todas as configuraes do ativo. Assim, em caso de

falha no primeiro, o sistema comuta todos os servios para o segundo de forma

automtica evitando o corte do servio aos clientes ali conectados.As conexes entre os elementos dependem da distncia entre eles. Em casos

onde esto na mesma sala, os equipamentos so conectados por cordes de fibra

tica ou cabos UTP-CAT6 ou CAT7 (TANENBAUM & WETHRERALL, 2004) de

acordo com a velocidade requerida e a distncia da conexo. Para equipamentos

distantes, em estaes diferentes ou prdios muito grandes, o sistema usa os

equipamentos da transmisso para que as informaes trafeguem entre os

elementos da rede.


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Figura 3.14 Topologia tpica da rede de comunicao de dados.

3.2.6 Telefonia Mvel - GSM

Esta rea responsvel pelo atendimento das BTSs do SMP Servio Mvel

Pessoal (ANATEL, 2000) ou GSM Group Special Mobile como mais

conhecido. No entanto, a nomenclatura correta SMP, pois GSM um tipo de

tecnologia usada na comunicao.

A equipe desta rea mantm todo o sistema que prov acesso ou conexo

aos usurios com telefones mveis, voz e dados, e as plataformas de

gerenciamento dos servios para verificao do estado de funcionamento,

configuraes e manuteno.

Assim, embora existam equipamentos que dividam o tratamento de voz e

dados nas plataformas de maior hierarquia do SMP, em nvel de conexo o

equipamento o mesmo, tendo apenas blocos adicionados ou retirados de acordo

com as demandas de servios a serem fornecidas na estao local.

3.3 A estrutura geral das estaes do sistema brasileiro de telecomunicaes

Pelo apresentado pode-se perceber que para conseguir prestar

adequadamente o servio de telecomunicaes necessrio que vrias atividadesocorram paralelamente, o que caracteriza esta rea da Engenharia Eltrica como


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67multidisciplinar. Assim, as operadoras devem possuir vrias equipes de manuteno

e implantao de sistemas capazes de suprir as necessidades instantneas e

realizar o planejamento de mdio e longo prazo.

Com a privatizao do sistema brasileiro de telecomunicaes, quaisquer

iniciativas que visem alterar ou agregar algum equipamento ou servio ao processo

devem estar claramente focadas no tipo e no quantitativo de retorno que a empresa

ter.

Dessa forma, a proposta deste trabalho baseia-se na tentativa de utilizar a

infraestrutura predial e a alimentao AC existentes, os dois primeiros pontos da

Figura 3.15, para a instalao da microgerao de energia com fonte fotovoltaica.

Nesta figura apresentado o diagrama bsico de implantao e interligao de umaestao de telecomunicaes no sistema brasileiro.

Figura 3.15 Diagrama em blocos para ativao de uma estao de telecomunicaes. Fonte:

(RODRIGUES M. F., ABAIDE, CANHA, & NETO, 2013)

3.3.1 O sistema de alimentao das estaes de telecomunicaes

Recuperando as informaes anteriormente apresentadas, o sistema

brasileiro de telecomunicaes possui tenso de alimentao em corrente contnua

de 48 V. Assim, podem-se utilizar clulas solares capazes de gerar nesta tenso,

aproveitando o sistema instalado de acumuladores e controle de carga. Assim, a

Figura 2.1 apresentada no captulo anterior mostra a adaptao do bloco de

microgerao na estrutura tpica da Figura 3.12 e incluir a interligao ao sistema de

distribuio de energia eltrica de acordo com a potncia instalada na microcentralgeradora de energia eltrica.


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68Os sistemas de alimentao tipicamente implantados nas estaes possuem

a estrutura apresentada e cada ponto tem uma funo especfica no conjunto. A

seguir so definidos os grupos para as estaes de pequeno porte.

Entrada de energia conforme norma de ligao de baixa tenso das

concessionrias de energia do RS (AES, CEEE, RGE, 2012) deve

obedecer s regras para ligaes monofsicas de BT com carga instalada

at 75 kW.

Unidades Retificadoras so fontes chaveadas e apresentam

caractersticas de comunicao que permitem inmeros ajustes nas

tenses de alimentao, tenso e corrente de carga e flutuao, alm da

sada retificada, o que acabou dispensando os conversores de tensonesse tipo de estao.

Conversores equipamentos instalados em paralelo com sada da fonte

de corrente contnua para aumentar a tenso de alimentao de 48 V para

52 V ou mais de forma a fornecer a tenso de carga para as baterias

instaladas na estao.

Bancos de baterias baterias de 1,2, 2 ou 12 V alocadas em srie at

formar a tenso de 48 V. Servem como fornecimento emergencial deenergia e tambm para fornecer estabilidade tenso de sada da fonte.

3.4 Consideraes Finais

A estrutura tpica de uma pequena estao de telecomunicaes foi

apresentada tecnicamente neste captulo. Assim, o contexto do sistema pode sermelhor entendido para adequar a microgerao de energia com fonte fotovoltaica.

No prximo captulo ser apresentada a metodologia de clculo para

desenvolvimento matemtico das anlises necessrias implementao do sistema

e viabilizao financeira do mesmo.


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4 CONDIES GERAIS PARA A MICROGERAO NAS

TELECOMUNICAES

Para que um sistema de microgerao fotovoltaica seja efetivamente aplicado

nas estaes de telecomunicaes necessrio conhecer os equipamentos

adicionais a implantar, uma estimativa de custo e retorno financeiro, payback, desta

operao e como identificar o momento em que essa prtica trar benefcios para oempreendedor.

A inteligncia da rede dever ser adicionada para que o processo possa

realmente ocorrer. Este estudo deve ser uma aplicao da teoria de Smart Grid, com

capacidade de automao da microgerao de energia eltrica e habilidade para

discernir os melhores momentos para a entrega da energia adicional rede da

distribuidora ou perodos de alto valor da energia externa, priorizando o

aproveitamento local.Para atender s expectativas acima necessrio, ao menos:

Conhecer dados sobre os painis e demais equipamentos adicionais a

utilizar, identificando custo e caractersticas tcnicas.

Apurar os custos da energia na regio em anlise.

Montar uma estrutura matematicamente ordenada que facilite ao

empreendedor identificar o retorno de seu investimento.

Os sistemas de gerao de energia a partir de painis fotovoltaicos vm setornando uma realidade em vrios pases do mundo, conforme apresentado nos

Captulos 2 e 3. Com isso, o cenrio de grandes centros est se adaptando para

essa nova realidade. Em breve, as reas livres e expostas a irradiao solar devero

ser cobertas por painis, pois como mencionado em captulo anterior, segundo

FARRET (2010), no aproveitar a energia renovvel disponvel desperdi-la

totalmente. A Figura 4.1 apresenta uma casa na Alemanha, com teto coberto por

painis solares.

Baseando-se nesse conceito, e atitude, busca-se viabilizar a instalao de

microgerao distribuda, podendo analisar, dessa forma, como uma fonte nica que

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