Cabos telefônicos. Sérgio Gonçalves da Silva

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1 Cabos telefônicos Este tutorial apresenta um estudo sobre os Cabos Telefônicos com o objetivo de demonstrar os cálculos para alcançar os parâmetros mínimos necessários a uma conversação telefônica. Sérgio Gonçalves da Silva Engenheiro de Telecomunicações pela Fundação Assis Gurgacz (FAG ), bacharel em Ciências com habilitação em Matemática pela Universidade Estadual do Oeste (1991) e pós-graduado em Engenharia de Telecomunicações pela Universidade Norte do Paraná (1998). Atua na Brasil Telecom desde 10/1979, sendo Coordenador da área de planejamento e projeto de redes convencionais e ópticas, com responsabilidade pela análise de indicadores operacionais, acompanhamento de obras, fiscalização de instalações e serviços de telecomunicações. Atua também como instrutor de cursos de formação em Projetos e Planejamento de Redes Convencionais. Atualmente exerce atividades na área de Comunicação de Dados e ADSL, acompanhando os circuitos críticos e os indicadores operacionais, e apresentando sugestões para melhorias nos serviços e equipamentos ADSL empregados. Foi também selecionado para a fase classificatória do I Concurso Teleco de Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) Categoria: Infraestrutura para Telecomunicações Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 20 minutos Publicado em: 24/01/2005 1

2 Cabos Telefônicos: Introdução As redes telefônicas são formadas pelos cabos telefônicos, linhas telefônicas, postes, canalização subterrânea e demais acessórios necessários à sustentação, fixação e proteção dos cabos e linhas. Os cabos e linhas telefônicas são constituídos de condutores, sendo estes os elementos básicos de sua formação possuindo características físicas e elétricas que exercem influencia importante na qualidade da transmissão dos sinais. Quando uma ligação telefônica é completada, a qualidade do sinal recebido pelo assinante chamado (intensidade sonora) pode variar em função de certos parâmetros: o tipo do aparelho telefônico, a distancia entre os aparelhos chamador e chamado, em relação às respectivas centrais locais, a quantidade de centrais comutadoras no circuito de conversação, a classe dessa comunicação (local, interurbana, internacional). O trabalho destina-se a demonstrar os cálculos para alcançar os parâmetros mínimos necessários a uma conversação telefônica, onde o enfoque dar-se-á entre a central local e o assinante. 2

3 Cabos Telefônicos: Equivalente de Referência O CCITT, órgão responsável pela normatização de todas as questões referentes a telefonia, criou, o "Equivalente de Referencia" visando padronizar um patamar, a partir do qual as ligações telefônicas estariam vinculadas. As comunicações cujos níveis situam-se acima deste patamar podem ser consideradas como melhores que a comunicação de referencia, e caso contrario, piores. O equivalente de referencia define a atenuação do sinal transmitido, através de uma comunicação telefônica, supondo que o assinante chamador envie uma informação e o chamado a receba. O processo de medição desse equivalente é baseado na comparação do sistema a ser avaliado com um circuito padrão, conhecido pela sigla NOSFER. Os equivalentes de referencia para o sistema de assinante e central local são padronizados em 14,5dB para transmissão e 5,5 db para recepção, independente da classe da central de transito interurbana com a qual a central local esta interligada. Nesses equivalentes está incluído o valor adotado de 0,5 db como perda nos elementos comutadores. Para determinar o equivalente de referencia de uma rede telefônica (cabos telefônicos e linhas de assinante), que irá balizar os valores máximos de atendimento temos: Para transmissão: ERT (equivalente de referencia de transmissão, total) = 14,5 db ERTfone (equivalente de referencia de transmissão, fone) = 5,4 db ERC (equivalente de referencia da estação local) = 0,5 db ERTrede (equivalente de referencia de transmissão, rede) = 8,6 db ERTrede = ERT - ERTfone - ERC ERTrede = 14,5 db - 5,4 db - 0,5 db = 8,6 db Para recepção: ERR (equivalente de referencia de recepção, total) = 5,5 db ERRfone (equivalente de referencia de recepção, fone) = -3,0 db ERC (equivalente de referencia da estação local) = 0,5 db ERRrede (equivalente de referencia de recepção, rede) = 8,0 db ERRrede = ERR - ERRfone - ERC ERRrede = 5,5 db - (-3,0 db) - 0,5 db = 8,0 db Logo, considerando os resultados encontrados, e identificando que a pior situação está na recepção, será adotado este valor para os cálculos do equivalente de referencia da rede telefônica. 3

4 Cabos Telefônicos: Limite de Supervisão O circuito elétrico estabelecido entre o DG (distribuidor geral), localizado na estação telefônica local e o aparelho telefônico do assinante, é interligado através de condutores dos pares de cabos telefônicos, instalados em redes subterrâneas e redes aéreas, possui limites que são determinados pelos seguintes parâmetros: Ponte de Alimentação: é o circuito do sistema de alimentação da central telefônica local, destinado a transferir ao enlace do assinante a tensão elétrica necessária para suprir a corrente que circula na cápsula transmissora do aparelho telefônico; Limite de Supervisão: é a máxima resistência ôhmica admitida pelo equipamento de comutação, para o enlace do assinante mais o aparelho telefônico; Limite de Resistência de Enlace: é a máxima resistência ôhmica admitida para um enlace de assinante, essa máxima resistência depende diretamente da ponte de alimentação, do tipo de aparelho telefônico e do tratamento de enlace utilizado; Corrente de Linha: é a mínima corrente admitida pela cápsula microfonica do aparelho telefônico e foi definida em 20 ma, com a finalidade de facilitar os cálculos de transmissão. Conhecendo a resistência da ponte de alimentação, a tensão de alimentação do enlace, a resistência interna a corrente continua do aparelho telefônico e a corrente microfonica mínima, o limite de resistência de enlace pode ser calculado através da formula discriminada abaixo: RL = V I -(2 Rp + Rf) RL = limite de resistência de enlace; V = tensão de alimentação; I = corrente microfonica mínima; Rp = resistência da ponte de alimentação; Rf = resistência do telefone e fio externo. 4

5 Cabos Telefônicos: Caracteristicas Primárias Rede Subterrânea e Rede Aérea: Composta por Cabos Telefônicos Os parâmetros primários das linhas físicas e metálicas são características obtidas diretamente a partir da natureza dos circuitos, da disposição geométrica dos condutores e do material utilizado. Esta linha possui dois tipos de parâmetros primários: Longitudinais: são as características que existem ao longo dos condutores que constituem a linha, tais como: Resistência por unidade de comprimento - R ( /km) Indutância por unidade de comprimento - L (H/km) Transversais: são as características que existem entre os condutores que constituem a linha, tais como: Capacitância por unidade de comprimento - C (F/km) Condutância do dielétrico por unidade de comprimento - G (mho/km) Figura 1: Parâmetros Longitudinais e Transversais. Como são visto, as características primarias dependem do diâmetro dos condutores (resistência ôhmica), do afastamento entre os condutores (capacitância), do material empregado como isolante entre os condutores, sua espessura e ainda a disposição dos condutores dentro do cabo telefônico. Resistência elétrica a corrente contínua 5

6 A Resistência Elétrica (R) de um condutor é função da seção (S) do mesmo, da resistividade de seu material ( ) e do comprimento (l) considerado. R = l x S A resistência do par de condutores é o dobro da resistência do condutor, desta forma podemos melhorar a formula da seguinte maneira: S = x r² r = D / 2 l = 1000 m Então podemos reescrever a fórmula da seguinte maneira: R = = /km Considerando que é utilizado nos cabos telefônicos, o cobre eletrolítico recozido, o diâmetro dos condutores está padronizado, podemos usar como referencia a tabela abaixo. Figura 2: Tabela de Resistência Ôhmica. Os valores apresentados são referentes às temperaturas de 20 C para as redes subterrâneas e 45 C para as redes instaladas na rede aérea, isto para facilitar a elaboração dos projetos, mas para a aceitação elétrica dos parâmetros as temperaturas são corrigidas para a temperatura ambiente, conforme discriminado abaixo. R = R 20 [ 1 + ( - 20)] Onde: R = resistência a ser calculada; R 20 = resistência a 20 C = coeficiente de temperatura do metal dos condutores (0,00393) = temperatura para a qual se deseja conhecer a resistência. 6

7 Indutância A indutância do circuito é a relação entre o fluxo que atravessa o espaço que separa os dois condutores e a corrente que o produz, pois como sabemos quando dois condutores de um circuito telefônico são percorridos pela mesma corrente, mas com sentidos contrários, um campo magnético é criado no espaço compreendido entre os mesmos. A indutância, por unidade de comprimento, é dada pela expressão: 2D L = (4log e d + µ r ) 10-4 (H/km) Onde: D = distancia entre o eixo dos dois condutores d = diâmetro do condutor µ r = permeabilidade relativa do material do condutor Para os cabos telefônicos, os valores de indutância, para um par de condutores, são muito pequenos, em função da distancia entre os condutores, este valor esta na faixa de 0,60mH/km. Capacitância A capacitância mútua entre dois condutores é obtida pela relação abaixo discriminada: C = = F/km Sendo: E r = constante dielétrica relativa do material isolante D = espaçamento interaxial entre condutores, em km d = diâmetro dos condutores, em km Para o calculo da capacitância em cabos, alguns fatores tornam-se importantes, tais como: Disposição geométrica dos condutores; Espessura do dielétrico entre os condutores; Material do dielétrico; Distancia entre condutores; Espessura das camadas de ar entre os condutores. O valor aproximado de capacitância mutua de cabos multipares, gira em torno de 50nF/km. 7

8 Condutância É um parâmetro cuja determinação exata só é possível através de medidas de laboratório, basicamente ele representa o inverso de uma resistência e depende de alguns fatores, tais como: Do estado de conservação das linhas; Da qualidade dos isoladores; Do comprimento da linha; Das condições atmosféricas. A tabela abaixo apresenta os valores de condutância para alguns condutores e alguns tipos de isolamento. Tipo de Isolamento do Condutor Condutância (S/km) Resistência de Isolamento Mínima MO/km Em PVC 0, Papel e ar 0, Polietileno 0,

9 Cabos Telefônicos: Caracteristicas Secundárias As características secundarias das redes telefônicas são funções das suas características primarias, as quais se determinam pela disposição geométrica dos condutores e pelas propriedades dos materiais utilizados. Os parâmetros secundários são importantes para elaboração de projetos e analise de conexões, analisaremos os seguintes parâmetros: Impedância característica; Constante de propagação (atenuação e constante de fase); Velocidade de propagação. Impedância Característica A impedância característica (Z 0 ) de uma linha homogênea é a impedância de entrada de uma linha suposta infinitamente longa. Z 0 = Para cabos multipares, dependendo da faixa de freqüência que se trabalha, são admissíveis certas simplificações, assim em freqüência de voz, 0 a 3,4kHz, é valida a expressão. Z 0 = Constante de propagação A constante de propagação, representada pela letra grega " ", caracteriza a maneira pela qual uma onda se propaga ao longo da linha de transmissão, com respeito às variações de fase e amplitude da mesma. Assim, se uma linha de transmissão homogênea de pares simétricos e de comprimento infinito estiver sendo percorrida por uma tensão e uma corrente senoidais e, sendo V 0 e I 0 respectivamente a tensão e a corrente no inicio da linha, a tensão e a corrente, num ponto a uma distancia L do inicio da linha, será obtido as seguintes relações: V = V 0 e -YL I = I 0 e -YL A constante de propagação é composta de uma parte real, a, chamada de constante de atenuação e de uma parte imaginária, ß, chamada de constante de fase. = + j ß 9

10 A expressão geral da constante de propagação em função dos parâmetros primários de uma linha de transmissão é: = Para a freqüência de voz podemos utilizar a seguinte formula, para calcular os valores de atenuação: = 8,686 = db/km Em função da expressão matemática acima, foi montada a seguinte tabela de referencia: A parte imaginaria da constante de propagação, ß, chamada de constante de fase caracteriza a mudança de fase experimentada pela onda ao se propagar ao longo da linha de transmissão e sua expressão geral é: ß = = rad/km A constante de fase é importante na determinação do comprimento de onda, conforme discriminado abaixo: = = km Velocidade de propagação A velocidade de propagação de um sinal ao longo de uma linha de transmissão, em km/s, é dada pela seguinte relação: v = = km/s Em linhas de transmissão é desejável que se tenha a velocidade de propagação constante com a freqüência, para evitar que ocorra dispersão do sinal, ou seja, que existam componentes de diferentes freqüências propagando-se a velocidades diferentes. 10

11 Cabos Telefônicos: Conclusões Podemos observar que para os cálculos dos parâmetros de uma linha de transmissão, tudo fica mais facilitado pela utilização de tabelas ou de formulas reduzidas, facilitando em muito a atividade dos projetistas, técnicos e engenheiros. Mas de tudo que foi demonstrado posso como acadêmico de Engenharia de Telecomunicações tirar como uma grande lição. "Tudo pode ser tabelado e facilitado, mas fica ai a grande diferença em saber o que se faz ou simplesmente utilizar tabelas, não aproveitar o embasamento teórico e saber demonstrar o por que das coisas." São em livros e principalmente nestes tutoriais que podemos aprender de onde vem as tabelas e o por que dos cálculos, pois são escritos por pessoas comprometidas com o aprendizado e com o despertar do conhecimento, e principalmente em divulgar uma experiência adquirida ao longo dos anos. Referências NETO, Vicente Soares; RATTES, Túlio Manoel F.; da SILVA, Roberto Corrêa e da SILVA, José Corrêa. TELEFONIA EM SISTEMAS LOCAIS TOPICOS AVANÇADOS - São Paulo - Editora Erica Ltda TOLEDO, Adalton Pereira de. REDES TELEFONICAS - Editora McGraw-Hill do Brasil Ltda Manual de Projetos de Rede Externa. Telecomunicações do Paraná S. A. - Grupo Rede Metálica. TANENBAUM, Andrew. REDES DE COMPUTADORES - tradução Vandenberg D. de Souza. - Rio de Janeiro - Elsevier Editora Ltda., JESZENSKY, Paul Jean Etienne. SISTEMAS TELEFONICOS - Barueri - Editora Manole Ltda.,

12 Cabos Telefônicos: Teste seu Entendimento 1. Quais são os parâmetros primários longitudinais de uma linha de transmissão, utilizando cabos metálicos? R e L; C e G; Z0. 2. Calcule a distancia máxima de atendimento de um cliente, sabendo-se a atenuação total do circuito é de 7,2dB e esta sendo utilizado um cabo aéreo com condutores de diâmetro 0,50mm? m; 5,797 km; m. 3. Calcule a resistência de linha de um circuito, sabendo-se que a resistência do aparelho e fio externo é de 450 W, a resistência da ponte da estação é 250 W e a tensão de alimentação de 36 V? 850 W; 1100 W; 1350 W. 4. Qual a resistência de um cabo telefônico com condutores de diâmetro de 0,65mm para uma temperatura de 32? 122 W; 111 W; 106 W; 12

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