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1 DAE-E INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO CAMPUS CUIABÁ CURSO TÉCNICO INTEGRADO EM TELECOMUNICAÇÕES Cuiabá-MT, 31/07/2014 INFRAESTRUTURA EM TELECOMUNICAÇÕES Professor: Fabiano de Pádua Departamento: Eletroeletrônica (DAEE) (65) Aluno(a): Turma: Obs.: este material foi desenvolvido baseado nas referências bibliográficas e não tem intenção de esgotar o assunto tratado.

2 2/4 OBJETIVO Aprender os conceitos e práticas básicas em infraestruturas em telecomunicações. Objetivos Específicos Parte I: Compreender a proteção de sistemas de telecom. Parte II: Compreender o sistema de energia elétrica.

3 3/4 Parte II

4 4/4 SUMÁRIO Objetivo... 2 Objetivos Específicos Introdução Sistema de Fornecimento de Energia Elétrica Sistema Elétrico de Potência Componentes do Sistema Elétrico Desequilíbrio na Tensão Trifásica Cálculo de Demanda Sistemas de Suprimento de Energia Elétrica Condicionamento de Energia Interrupções de Energia Distribuição Elétrica em uma Sala de Telecom Infraestrutura de Sistemas de Energia Suprimento de Energia para Telefonia Aterramento Conversores Utilizados em Telecom Conversor Trifásico CA/CC (Retificador) Conversores CC/CA (Inversor) Conversores CC/CC Acumuladores Elétricos (Bateria) Bloco de Baterias Bateria Convencional Bateria Selada Ligação de Baterias Dimensionamento Sistemas de Energia Ininterrupta (UPS) Nobreaks Banco de Baterias Grupo Motor Gerador Influência do Fator de potência Redundância N Dimensionamento do UPS Cuidados com a Arquitetura dos Ambientes Grupo Motor Gerador Acionamento de um GMG Classificação segundo sua aplicação Data Center Fontes Alternativas de Energia Hidráulica Gás Natural Petróleo Carvão Nuclear Biomassa Eólica Solar Geotérmica Marítima Biogás BIBLIOGRAFIA...40

5 5/4 1. INTRODUÇÃO A eletricidade se tornou a principal fonte de luz, calor e força utilizada no mundo moderno. Atividades simples como assistir à televisão ou navegar na internet são possíveis porque a energia elétrica chega até a sua casa. Fábricas, supermercados, shoppings e uma infinidade de outros lugares precisam dela para funcionar. Grande parte dos avanços tecnológicos que alcançamos se deve à energia elétrica. Obtida a partir de todos os outros tipos de energia, a eletricidade é transportada e chega aos consumidores no mundo inteiro por meio de sistemas elétricos complexos, compostos de quatro etapas: geração, transmissão, distribuição e consumo. Dada a natureza dos sistemas que implementam as telecomunicações do planeta, para o pleno funcionamento de todos os equipamentos, em regime contínuo, torna-se necessária uma infraestrutura que permita o fornecimento continuo de energia elétrica, devidamente protegida contra perturbações internas e externas na rede elétrica, em ambiente com climatização adequada e proteção contra eventos que possam levar a incêndios imprevistos, e com sistemas de automação que permitam a rápida atuação dos Centros de Operação de Redes na ocorrência de falhas.

6 6/4 2. SISTEMA DE FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA A energia elétrica proporciona à sociedade trabalho, produtividade e desenvolvimento, e aos seus cidadãos conforto, comodidade, bem-estar e praticidade, o que torna a sociedade moderna cada vez mais dependente de seu fornecimento e mais suscetível às falhas do sistema elétrico. Em contrapartida esta dependência dos usuários vem se traduzindo em exigências por melhor qualidade de serviço e do produto. A energia elétrica é uma das mais nobres formas de energia secundária. A sua facilidade de geração, transporte, distribuição e utilização, com as consequentes transformações em outras formas de energia, atribuem à eletricidade uma característica de universalização, disseminando o seu uso pela humanidade. No mundo de hoje, eletricidade, como alimento e moradia, é um direito humano básico. Eletricidade é a dominante forma de energia moderna para telecomunicações, tecnologia da informação, e produção de bens e serviços. Os crescimentos da população mundial e da economia nos países em desenvolvimento implicam, necessariamente, no aumento do consumo de energia, porém a produção de energia deve seguir os conceitos de desenvolvimento sustentável e de responsabilidade ambiental. Os sistemas elétricos são tipicamente divididos em segmentos como: geração, transmissão, distribuição, utilização e comercialização. A oferta da energia elétrica aos seus usuários é realizada através da prestação de serviço público concedido para exploração à entidade privada ou governamental. As empresas que prestam serviço público de energia elétrica o fazem por meio da concessão ou permissão concedidos pelo poder público. O sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil pode ser classificado como hidrotérmico de grande porte, com forte predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários. A maior parte da capacidade instalada é composta por usinas hidrelétricas, que se distribuem em12 diferentes bacias hidrográficas nas diferentes regiões do país de maior atratividade econômica. São os casos das bacias dos rios Tocantins, Paranaíba, São Francisco, Paranaíba, Grande, Paraná, Tietê, Paranapanema, Iguaçu, Uruguai e Jacuí onde se concentram as maiores centrais hidrelétricas Sistema Elétrico de Potência A estrutura do sistema elétrico de potência compreende os sistemas de geração, transmissão, distribuição e subestações de energia elétrica, em geral cobrindo uma grande área geográfica.

7 7/ Geração de Energia Elétrica Para produzir energia elétrica é obter a força necessária para girar as turbinas das usinas de eletricidade. Essa força pode ser obtida de diversas fontes de energia primária. No Brasil, a energia elétrica vem, em primeiro lugar, de usinas hidrelétricas; depois, de termelétricas; e, por último, de usinas nucleares. As usinas de energia elétrica são, geralmente, construídas longe dos centros consumidores (cidades e indústrias) e é por isso que a eletricidade produzida pelos geradores tem de viajar por longas distâncias, em um complexo sistema de transmissão. Ao sair dos geradores, a eletricidade começa a ser transportada através de cabos aéreos, revestidos por camadas isolantes e fixados em grandes torres de metal. Chamamos esse conjunto de cabos e torres de rede de transmissão. Outros elementos importantes das redes de transmissão são os isolantes de vidro ou porcelana, que sustentam os cabos e impedem descargas elétricas durante o trajeto. Na geração de energia elétrica uma tensão alternada é produzida, a qual é expressa por uma onda senoidal, com frequência fixa e amplitude que varia conforme a modalidade do atendimento em baixa, média ou alta tensão. Essa onda senoidal propaga-se pelo sistema elétrico mantendo a frequência constante e modificando a amplitude à medida que trafegue por transformadores. Os consumidores conectam-se ao sistema elétrico e recebem o produto e o serviço de energia elétrica. Toda a energia gerada para atender a um sistema elétrico é sob a forma trifásica, alternada, tendo sido fixada a frequência de 60 Hz (60 ciclos/segundo) para uso em todo o território brasileiro, por decreto governamental. No Brasil, cerca de 90% da energia gerada são através de hidrelétricas, porque o nosso País possui um rico potencial hidráulico. As termoelétricas existentes no Brasil utilizam combustíveis fósseis (petróleo, carvão mineral, etc.), combustíveis não fósseis (madeira, bagaço de cana, gás, etc.), combustível nuclear (urânio enriquecido). Os geradores industriais de eletricidade necessitam de energia mecânica (energia cinética) para fazerem girar os rotores das turbinas, nos quais estão acoplados, no mesmo eixo, os rotores dos geradores de eletricidade. Então a geração necessita de uma turbina (hidráulica ou térmica) e de um gerador síncrono, montados no mesmo eixo, em geral vertical. Sistema Interligado Nacional (SIN): O sistema de transmissão brasileiro, considerado o maior do mundo, é controlado pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), que conta com a participação de empresas de todo o país, trabalhando de forma interligada. A Eletrobras possui mais da metade das linhas de transmissão do Brasil e tem participado ativamente da expansão do Sistema Interligado Nacional (SIN). O SIN, formado basicamente por empresas de geração, transmissão e distribuição do país, permite o intercâmbio de energia elétrica entre as diversas regiões brasileiras.

8 8/4 Isso significa que a eletricidade que chega até a sua casa pode ter viajado centenas ou milhares de quilômetros em linhas de transmissão. Além disso, pode ter sido gerada por diferentes usinas ao longo do ano. Apesar de o SIN abastecer a maior parte do país, alguns sistemas menores e isolados também são utilizados, principalmente nas regiões Norte e Nordeste. Os sistemas isolados geram a energia que vai ser consumida apenas em uma determinada localidade ou até mesmo por uma só indústria Transmissão de Energia Elétrica A rede de transmissão liga as grandes usinas de geração às áreas de grande consumo, onde predomina a estrutura de linhas aéreas. As tensões mais usuais em corrente alternada nas linhas de transmissão são 69, 138, 230, 400 e 500 kv. A partir de 500 kv, somente um estudo econômico vai decidir se deve ser usada a tensão alternada ou contínua, como é o caso da linha de transmissão de Itaipu, com 600 kv em corrente contínua. Neste caso, a instalação necessita de uma subestação retificadora, ou seja, que transforma a tensão alternada em contínua, transmitindo a energia elétrica em tensão contínua e, próxima aos centros consumidores, de uma estação inversora para transformar a tensão contínua em tensão alternada outra vez, antes de distribuir aos consumidores. A segurança é um aspecto fundamental para as redes de transmissão. Qualquer falta neste nível pode levar a descontinuidade de suprimento para um grande número de consumidores. A energia elétrica é permanentemente monitorada e gerenciada por um centro de controle Distribuição de Energia Elétrica A distribuição é a parte do sistema elétrico já dentro dos centros de utilização (cidades, bairros, indústrias). As redes de distribuição alimentam consumidores industriais de médio e pequeno porte, consumidores comerciais e de serviços e consumidores residenciais. Os níveis de tensão de distribuição são assim classificados: Alta tensão de distribuição (AT): tensão entre fases cujo valor eficaz é igual ou superior a 69kV e inferior a 230kV. Média tensão de distribuição (MT): tensão entre fases cujo valor eficaz é superior a 1kV e inferior a 69kV. Baixa tensão de distribuição (BT): tensão entre fases cujo valor eficaz é igual ou inferior a 1kV. A distribuição começa na subestação abaixadora, onde a tensão da linha de transmissão é baixada para valores padronizados nas redes de distribuição primária (11 kv; 13,8 kv; 15 kv; 34,5 kv etc.). Das subestações de distribuição primária partem as redes de distribuição secundária ou de baixa tensão. As redes de distribuição primária podem ser: radial, em anel ou radial seletivo. A parte final de um sistema elétrico é a subestação abaixadora para a baixa tensão, ou seja, a tensão de utilização (380/220 V, 220/127V Sistema trifásico e 220/110V sistema monofásico com tape). No Brasil há cidades onde a tensão fase-neutro é de 220V (Brasília, Nordeste, etc.) e outras em 127V (Rio de Janeiro, São Paulo, Sul etc.). As redes de distribuição dentro dos centros urbanos podem ser aéreas ou subterrâneas. Nas redes aéreas, os transformadores podem ser montados em postes ou em subestações abrigadas; nas redes subterrâneas, os transformadores deverão ser montados em câmaras

9 9/4 subterrâneas. Os transformadores-abaixadores nas redes de distribuição de energia elétrica podem ser monofásicos, bifásicos (iluminação pública) ou trifásicos. As redes de distribuição primária e secundária, normalmente, são trifásicas, e as ligações aos consumidores poderão ser monofásicas, bifásicas ou trifásicas, de acordo com a sua carga. O sistema trifásico possui três tensões com a mesma frequência e amplitude, mas defasadas de 120 entre si. A entrada de energia dos consumidores finais é denominada de ramal de entrada (aérea ou subterrânea). A ligação da rede de distribuição secundária ao consumidor (ramal) poderá ser feita por cabos subterrâneos ou aéreos, com entrada única para luz e força. Chamamos luz a todo circuito destinado unicamente a fins de iluminação ou pequenos motores monofásicos (geladeiras, máquinas de lavar, aparelhos eletrodomésticos, ventiladores etc.). Chamamos força a todo circuito destinado à força motriz, aquecimento, solda ou outros fins industriais. Em edifícios residenciais, usamos força nas bombas, elevadores, incineradores etc. É quase sempre trifásica Componentes do Sistema Elétrico Gerador A energia trifásica (sinais de tensão e corrente CA) sai do gerador e segue para a subestação de transmissão na usina elétrica. Essa subestação utiliza grandes transformadores para elevar a tensão do gerador (que está em um nível de milhares de volts) até tensões extremamente altas, para a transmissão de longa distância através da rede de transmissão. A figura a seguir ilustra um exemplo: (1) As duas extremidades da armadura de um gerador de corrente alternada ligam-se a anéis condutores, a que se apoiam escovas de carbono. (2) A armadura gira e a corrente flui no sentido anti-horário. A escova do anel A conduz a corrente para fora da armadura, permitindo que uma lâmpada se acenda; o anel B devolve a corrente à armadura. (3) Quando a armadura gira paralelamente ao campo magnético, não há geração de corrente. (4) Uma fração de segundos depois, a armadura volta a girar paralelamente ao campo magnético, e a corrente inverte seu sentido: a escova do anel coletor B a conduz para fora da armadura e a do anel A a devolve à armadura.

10 10/ Turbina Turbina é uma máquina construída para captar e converter energia mecânica e térmica contida em um fluído em trabalho de eixo. Os principais tipos encontrados são: Turbinas a vapor; Turbinas a gás; Turbinas hidráulicas; Turbinas aeronáuticas; Turbinas eólicas Transformador Um transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro, induzindo tensões, correntes e ou de modificar os valores das impedâncias elétricas de um circuito elétrico Disjuntor

11 11/ Os disjuntores são equipamentos geralmente fornecidos para uso em subestações. Ele permite abrir ou fechar um circuito com ou sem carga Chave Seccionadora Chave seccionadora ou chave faca (sua lâmina de contato lembra uma faca) é um dispositivo destinado a isolar (seccionar) partes de circuitos elétricos (subsistemas, equipamentos, etc.). São instaladas em pontos estratégicos Retificador Retificador é um dispositivo que permite que uma tensão ou corrente alternada (CA), normalmente senoidal, seja constante transformada em contínua. Existem vários tipos de retificadores e métodos complexos para seu projeto e construção, normalmente sendo empregados no circuito diodos e tiristores (amplamente utilizado em retificadores de alta potência). Os retificadores mais simples são do tipo meia-onda, onda completa com center tape e onda completa em ponte. O pior retificador é o retificador de meia-onda, pois ele gera muita interferência na onda, porém, é o mais barato e usa apenas um diodo. Os sistemas retificadores/carregadores de baterias monofásicos e trifásicos são dimensionados de acordo com as especificações técnicas do projeto e as necessidades dos consumidores Desequilíbrio na Tensão Trifásica Em uma rede elétrica trifásica, uma carga monofásica, um aparelho de ar condicionado, por exemplo, conectado entre duas fases, ou entre fase e neutro, pode provocar um desequilíbrio de tensão. Dependendo da potência desse aparelho, seu efeito sobre a rede elétrica poderá ser significativo, interferindo no correto funcionamento de outros equipamentos mais sensíveis como àqueles destinados à rede de computadores, como switches, roteadores, entre outros. A distribuição de energia elétrica através de um sistema com duas ou três fases e um neutro foi concebida como uma maneira eficaz de conciliar a necessidade de um valor de tensão seguro, com um cabeamento economicamente viável. Entretanto, os desequilíbrios de tensão que ocorrem nesse sistema elétrico afetam a qualidade da distribuição da energia para os consumidores finais. A alternativa para os problemas de desequilíbrio na tensão é um estudo detalhado do projeto da rede elétrica a fim de equilibrar a distribuição das cargas monofásicas alimentadas pelos diversos circuitos elétricos nos consumidores finais, sejam eles industriais, comerciais ou residenciais.

12 12/ 2.4- Cálculo de Demanda Quando a conta de luz chega ao consumidor, ele paga a compra de energia (remuneração do gerador), a transmissão (os custos da empresa transmissora) e a distribuição (serviço prestado pela distribuidora), mais os encargos e tributos determinados por lei, destinados ao poder público. Mesmo se o consumidor não usa a energia elétrica por um determinado período, quando viaja de férias, por exemplo, a distribuidora cobra o valor mínimo na fatura. Isso ocorre porque a empresa tem que manter seu sistema elétrico e sua estrutura de atendimento em perfeito funcionamento para que o consumidor possa utilizar a energia no momento em que desejar. Ou seja, mesmo que o interruptor não seja acionado, deve ser mantida em estado de prontidão toda a rede elétrica para atendimento à unidade consumidora. É o chamado custo de disponibilidade, presente nas tarifas aplicáveis ao faturamento de unidades consumidoras atendidas em baixa tensão de fornecimento. A Resolução 456/2000 a ANEEL estabeleceu os valores mínimos para cada perfil de unidade consumidora residencial. Para as unidades monofásicas e bifásicas com dois condutores, o valor em moeda corrente será o equivalente a 30 kwh, mesmo que não haja consumo. Para as unidades bifásicas a cobrança mínima será equivalente a 50 kwh, e para as unidades trifásicas o valor corresponderá a 100 kwh. Para que esse valor não seja cobrado, o consumidor tem a opção de solicitar a concessionária o desligamento da sua unidade consumidora da rede de distribuição. Entretanto, quando decidir restabeler o consumo de energia, terá que pagar uma taxa para a execução do religamento da rede Cálculo de Consumo Todo equipamento elétrico possui uma potência apresentada em Watts (W). Normalmente esta informação vem estampada no equipamento ou na embalagem. Exemplos: lâmpada incandescente = 100 W, chuveiro = W, geladeira = 200 W, etc. Para calcular o consumo de um equipamento multiplique sua potência pelo tempo de funcionamento em horas. Exemplo: um chuveiro que funciona 2 horas por dia, logo seu consumo é W x 2 horas = Wh/dia. Em seguida, deve-se fazer uma conversão de Wh (Watts hora) em kw (quilo Watts hora). Apenas divida o valor encontrado por Pelo exemplo, o chuveiro consome Wh/dia = 7,2 kw/dia. Desta forma, para calcular o consumo de energia elétrica por mês utilize a expressão: Potência em Watts Horas Dias Consumo 1000 Seja o seguinte exemplo: Para dois equipamentos. Duas lâmpadas de 100 W funcionando 8 horas por dia pelo período de 1 mês (30 dias). Consumo Lâmpada 2100W kwh / mês Um computador de 150 W funcionando 10 horas por dia durante 1 mês (30 dias) W Consumo PC 45 kwh / mês 1000 Consumo total destes equipamentos= = 93 kwh/mês Este cálculo deve ser feito para todos os equipamentos elétricos porque o medidor de energia elétrica vai medir, durante um determinado período, em média 30 dias, o consumo de todos os aparelhos elétricos. Para saber quanto custa o funcionamento de cada aparelho elétrico multiplique o

13 13/ valor encontrado pelo valor da tarifa vigente em seu Estado. Veja no site da sua concessionária de energia elétrica o valor da tarifa Consumo Residencial Baseado no simulador da empresa Copel segue uma tabela resumida do consumo de energia elétrica de uma residência. Local Aparelho Quantidade Potência Tempo (W) Uso Período kwh/mês Batedeira Minuto/Dia 0,10 Fogão Minuto/Dia 4,56 Cozinha Geladeira Hora/Dia 93,6 Lâmpada Hora/Dia 0,54 Liquidificador Minuto/Dia 0,30 Microondas Minuto/Dia 1,20 Ar Condidionado Hora/Dia 150,00 Quarto Computador Hora/Dia 9,00 Lâmpada Hora/Dia 0,54 Ventilador Hora/Dia 28,80 Barbeador Minuto/Dia 0,01 Banheiro Chuveiro Minuto/Dia 8,75 Lâmpada Hora/Dia 0,54 Secador Cabelo Minuto/Dia 3,50 Aparelho DVD Minuto/Dia 3,00 Aparelho Som Minuto/Dia 0,48 Computador Hora/Dia 17,83 Impressora Minuto/Dia 0,08 Sala Lâmpada Hora/Dia 0,54 Televisão Hora/Dia 5,94 Central Alarme Hora/Dia 2,85 TV Assinatura Hora/Dia 4,76 Ventilador Hora/Dia 14,27 Vídeo Game Minuto/Dia 0,02 Ferro Elétrico Minuto/Dia 2,97 Lavanderia Lâmpada Hora/Dia 0,11 Lavadora Roupa Hora/Dia 4,16 Total 440, Watt e Volt Ampere Os equipamentos eletroeletrônicos possuem indicação de seu consumo (potência), indicação esta expressa em Watts ou VA. Normalmente esta indicação está descrita na parte traseira do produto ou no manual que acompanha o produto. Watts e VA não são unidades similares. Potência aparente de um circuito percorrido por uma corrente alternada senoidal com valor eficaz de 1 ampere, sob uma tensão elétrica com valor eficaz de 1 volt. A potência real (em Watt), também chamada de potência ativa, é igual a potência aparente (em VA) multiplicada pelo Fator de Potência (FP) do circuito. O valor da potência em Watts sempre será menor ou igual que o valor correspondente em VA, devido ao Fator de Potência (FP). Ou seja, W = VA x FP. O Fator de Potência é um número entre 0 e 1 que representa a fração da corrente que provê energia disponível para a carga. Apenas com cargas resistivas puras, por exemplo, em filamentos de lâmpadas incandescentes, o fator de potência é igual a 1 (um). Para circuitos mais complexos, como motores de indução ou com capacitores (e.g., computadores), o Fator de Potência é normalmente menor do que 1. Nestes casos a potência em W (efetivamente consumida) será menor do que a potência em VA (Aparente).

14 14/ Em outros equipamentos, nem toda a corrente disponível consegue ser utilizada e uma parte é retornada ou perdida. Esta corrente retornada composta de distorções ou de corrente reativa é devida a natureza das cargas eletrônicas. Portanto, para converter VA (ou kva) em Watt, e vice-versa, não existe um fator único de conversão, é preciso conhecer o Fator de Potência do circuito em questão Tarifa Social de Energia Elétrica Regulamentada pela Lei no , de 20 de janeiro de 2010 e pelo Decreto no 7.583, de 13 de outubro de 2011, é caracterizada por descontos incidentes sobre a tarifa aplicável à classe residencial das distribuidoras de energia elétrica, sendo calculada de modo cumulativo de acordo com a tabela a seguir: Parcela de Consumo Mensal (PCM) Desconto PCM <= 30 kwh 65% 30 kwh < PCM <= 100 kwh 40% 100 kwh < PCM <= 220 kwh 10% 220 kwh < PCM 0% As famílias indígenas e quilombolas inscritas no Cadastro Único que atendam aos requisitos tem desconto de 100% (cem por cento) até o limite de consumo de 50 (cinquenta) kwh/mês. Para ter direito ao benefício da Tarifa Social de Energia Elétrica devem ser satisfeitos um dos seguintes requisitos: Família inscrita no Cadastro Único para Programas Sociais do Governo Federal Cadastro Único, com renda familiar mensal per capita menor ou igual a meio salário mínimo nacional; Quem receba o Benefício de Prestação Continuada da Assistência Social BPC, nos termos dos arts. 20 e 21 da Lei no 8.742, de 7 de dezembro de 1993; Família inscrita no Cadastro Único com renda mensal de até 3 (três) salários mínimos, que tenha portador de doença ou deficiência cujo tratamento, procedimento médico ou terapêutico requeira o uso continuado de aparelhos, equipamentos ou instrumentos que, para o seu funcionamento, demandem consumo de energia elétrica.

15 15/ 3. SISTEMAS DE SUPRIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA Contar com uma alimentação elétrica confiável em processos críticos é um desafio contínuo para sofisticadas redes de comunicação atuais. Os sistemas necessitam de energia limpa e contínua para maximizar o seu tempo de funcionamento e rentabilidade. Para aplicações críticas, o fornecimento de energia ininterrupta é uma necessidade. Sistemas de comunicações (e.g., rede de computadores) são aplicações que necessitam de energia elétrica com alta disponibilidade e livre de distúrbios. No atendimento dessas aplicações, na complementação ou substituição da eletricidade fornecida pela concessionária de energia, pode-se contar com fontes de energia elétrica de reserva, capazes de suprir a demanda de um sistema de comunicação com total confiabilidade Condicionamento de Energia Condicionar energia significa estabelecer padrões de comportamento (continuidade no fornecimento, limites especificados, isenção de distúrbios) previsíveis para que a energia fornecida pelo sistema público de distribuição seja utilizada pelos consumidores de forma eficiente e sem riscos de acidentes pessoais e materiais. Um dispositivo para condicionamento de energia recebe a energia elétrica fornecida pela concessionária, normalmente carregada de distúrbios e eventos potencialmente destrutivos e imprevisíveis, e a transforma em energia condicionada com um comportamento previsível e aceitável para a maioria das cargas que dela dependem. O condicionamento da energia para uma rede de computadores pode ser conseguido pela utilização de quatro tipos básicos de dispositivos: UPS: Quando existe queda ou interrupção da rede elétrica, a energia suprida por um conjunto de baterias que, através de circuitos específicos, converte a energia da forma contínua para alternada. Estabilizador de Tensão: Mantém a tensão fornecida aos equipamentos dentro dos limites especificados, indicados como um valor percentual da tensão de operação (tensão nominal). Filtro: Filtra os ruídos de alta frequência provenientes da rede elétrica, como as interferências de radiofrequência (RFI) e eletromagnéticas (EMI). Protetor de Surto: Dispositivo destinado a suprimir tensões perigosas da rede elétrica (proteção contra surtos de tensão e sobrecarga, descargas atmosféricas, indução, etc.) Interrupções de Energia As interrupções no fornecimento de energia podem ser caracterizadas por alterações instantâneas ou temporárias nos níveis da tensão fornecida aos consumidores. Essas interrupções geralmente têm pouco duração e possuem origens diversas, podendo ser causadas pela alimentação/desligamento de cargas que requerem altas correntes de partida ou por falhas intermitentes nas conexões do sistema elétrico. Dados estatísticos das concessionárias de energia elétrica revelam que cerca de 75% das falhas no sistema elétrico são de natureza temporária. A maior parte dos consumidores não sentem os efeitos de uma interrupção temporária de curta duração. Porém, comércio e indústria possuem cargas mais sensíveis que estarão sujeitas a tais efeitos, a menos que a instalação elétrica seja dotada de unidades de condicionamento de energia que evitem maiores consequências da operação destes equipamentos Distribuição Elétrica em uma Sala de Telecom A distribuição elétrica é crítica e deve garantir a operação segura e confiável do sítio (site). Isso pode requerer sistemas sofisticados, e quanto maiores os requisitos de uptime (tempo de duração) e redundância, mais sofisticados e complexos serão esses sistemas. O sistema elétrico de uma sala de telecom deve contar com os seguintes elementos básicos:

16 16/ Entrada de alimentação elétrica proveniente da concessionária. Grupo moto-gerador. Chaveadores (chaves de transferência). Sistema UPS. Quadros/painéis de distribuição. Uma chave de transferência é um dispositivo usado para conectar uma ou duas fontes de alimentação a uma carga comum. Quando a fonte de alimentação normal falha, a chave de transferência automática (ATS Automatic Transfer Switch) detecta isso e envia um comando de partida para o gerador. Os sistemas de UPS (Uninterruptable Power Supply) mantêm as cargas em operação contínua durante o período de chaveamento. As características de projeto e operação dos sistemas elétricos de um sítio estão diretamente associadas a sua capacidade e eficiência. A capacidade do sistema elétrico é a potência (kw) necessária para alimentar a carga do sítio com alguma margem de projeto, como consideração para crescimento futuro Infraestrutura de Sistemas de Energia Há dois métodos de distribuição de energia elétrica que podem ser usados efetivamente em uma sala de telecomunicações: distribuição em CA e distribuição em CC Sistema de Energia CA O Sistema de Energia CA é um conjunto de infraestrutura de componentes e equipamentos eletroeletrônicos que tem por finalidade prover o suprimento, distribuição e supervisão de energia em corrente alternada (CA) de baixa tensão para as cargas de sistemas e equipamentos instalados em estações de telecom. As cargas consumidoras da energia CA nas estações de telecomunicações são basicamente: Sistema de iluminação geral e tomadas; Sistema de energia CC (24 ou -48 Vcc); Sistema de ar condicionado; Alimentação de motores em geral, tais como bombas e elevadores. As instalações dos sistemas de energia de corrente alternada merecem um tipo comum de classificação segundo o porte de demanda do consumo de energia, dimensionado em KVA (kilo Volt- Amperes). Essa classificação determina, portanto três tipos sistemas de energia CA: Sistema Demanda Aplicação Pequeno Porte Até 60 KVA Estações do tipo ERBs Médio Porte 60 a 300 KVA Estações centrais Grande Porte Acima de 300 KV A Estações e edifícios de grande consumo de energia Um sistema de energia AC para aplicação na indústria de telecom é dimensionado de maneira a prover alimentações de 127, 220 ou 440 volts AC, monofásico e trifásico, para os consumidores internos de uma planta de telecom, a partir e fontes de energia provenientes da rede de energia elétrica de concessionárias comerciais ou, na falta desta, por geradores locais de energia.

17 17/ Se observado o diagrama a seguir, podemos identificar os principais componentes constituintes de um sistema de energia AC. Fonte de Energia de Entrada - Representa uma fonte de energia de CA de propriedade de uma concessionária local de suprimentos de energia comercial. Essa fonte de energia pode ser em Alta Tensão ou em Baixa Tensão. Quadro ou Cabine de Entrada - A distribuição interna ao site de telecom é sempre em Baixa Tensão, em valores de tensão padrões de 127, 220 ou 440 volts AC. No caso de fornecimento em Alta Tensão, o site de telecom terá uma cabine ou subestação local que transforma em uma rede de Baixa Tensão. Este quadro ou cabine de energia é o ponto é o ponto de interface entre o fornecimento externo de energia e os demais elementos do sistema internos à estação. Grupo Moto Gerador (GMG) - É uma fonte de energia local na própria estação de telecom, constituída por um ou mais grupos moto geradores (GMG). O GMG é um equipamento constituído por um motor a diesel acoplado a um alternador síncrono trifásico, montado sobre uma base comum. Ele poder ser estacionário (fixo) na estação, ou então pode ser um móvel (GMG-M), que é levado e conectado à estação em situações em que houver a falta de energia principal da concessionária. Quadro de Distribuição Geral - É o quadro que alimenta as cargas instaladas, devendo sempre existir em qualquer configuração de um sistema de energia CA. É desse quadro que é feita a distribuição para outros quadros intermediários de distribuição de energia ao longo da estação telecom. Pelo fato de haver um compromisso de custo de disponibilidade de energia elétrica, as instalações são projetadas considerando o grau de criticidade das cargas. Para tanto, as cargas de energia AC de uma estação podem ser classificadas em normais ou essenciais, ligadas em barramentos de conexões independentes e isolados. Unidade de Supervisão de Corrente Alternada (USCA) - É a unidade que recebe, controla, protege e comanda a transferência das fontes de energia CA disponíveis na estação, sinalizando seu estado de funcionamento para dispositivos locais ou a sistemas de gerenciamento remoto. Alimentação DC da USCA - As unidades USCA são alimentadas por uma fonte de energia independente, normalmente proveniente do sistema de energia DC - alimentado por banco de baterias. Quadro de Transferência Manual/Automático - Destinado a efetuar a comutação automática ou manual da alimentação do barramento essencial pelas fontes de energia CA - comercial ou GMG Sistema de Energia CC Dentre os sistemas de facilidades da infraestrutura de um site de Telecomunicações, o Sistema de Energia CC (corrente contínua) tem por finalidade o fornecimento de alimentação nas tensões de -48 ou 24 volts aos equipamentos eletrônicos do site.

18 18/ Ele tem por objetivo alimentar todas as cargas críticas e essenciais à operação e manutenção da estação, garantindo níveis e oscilação de tensão compatível com os equipamentos eletrônicos, além de suprir a alimentação durante períodos de falta de energia principal do site, proveniente do sistema de energia CA (corrente alternada). Além da alimentação dos equipamentos específicos para telecomunicações, as seguintes cargas são normalmente alimentadas pelo sistema de energia CC: Sistema de iluminação de emergência; Sistema de combate a incêndio; Sistema de ventilação de emergência dos equipamentos eletrônicos de telecomunicação; Sistema de controle de alarmes. Nas instalações no Brasil existem três tipos mais populares de configurações dos Sistemas de Energia CC: em containers, gabinetes e estações centrais. Sistemas em Container Neste tipo de aplicação, em que o ambiente é fechado (indoor), a estrutura é construída em concreto, aço ou alumínio. No Brasil é muito comum a utilização também de construções de alvenaria. Estas estruturas são normalmente equipadas com equipamentos de Ar Condicionado (HVAC Heating, Ventilating and Ar Conditioning) para o controle climático necessário ao bom funcionamento dos equipamentos eletroeletrônicos. Esses sites podem ser de diversos tamanhos, dimensionados em função da finalidade a que se destinam, tais como estações repetidoras ou então ERBs em redes wireless. Usualmente são utilizados uma ou duas fileiras de banco de baterias do tipo selada (VLRA Valve Regulated Lead Acid), numa configuração paralela para energia standby necessária para as aplicações de telecomunicações. Estes sites utilizam +24Vcc ou -48Vcc como fonte de energia. Para o caso de falta de energia CA da concessionária publica, ou fornecida por um GMG (Grupo Moto Gerador), o banco de baterias é normalmente dimensionado para prover energia ininterrupta por 8 a 12 horas. Sistemas em Gabinete Outdoor Este tipo de aplicação é típica para gabinetes remotos de sistemas wireless do tipo outdoor. Nestes casos as dimensões vão desde pequenos gabinetes instalados em postes até gabinetes maiores instalados em topos de prédio ou terrenos urbanos ou rurais; como é o caso de aplicação em telefonia. O equipamento de energia CC é normalmente integrado com o gabinete, ou então montado num armário ao lado do gabinete. O banco de baterias é normalmente dual, provendo paralelismo para energia standby, com baterias do tipo seladas. Nestas aplicações são comuns também alimentações de +24Vcc ou -48Vcc. Sistemas em Estações Centrais Este tipo de aplicação é diferente das duas anteriores apenas na magnitude dos equipamentos dos equipamentos de energia e no número de fileiras de baterias, que são requeridas para suportar a falta de energia por longos períodos de tempo, ou por falha nos equipamentos de energia. Alguns sistemas podem chegar de 10 a 20 fileiras de baterias do tipo seladas (VRLA) ou

19 19/ não seladas (FVLA - Free Vented Lead Acid). Estes sistemas podem ter que suportar diretamente correntes contínuas na ordem de A ou mais. Em sistemas nesta escala, encontram-se grandes barramentos de cobre, equipamentos de energia de alta capacidade, em configurações por gabinetes em paralelo que permitam fornecer potências para toda a estação de telecomunicações. Devido ao esquema complexo de distribuição de energia no site, existem gabinetes de distribuição intermediária, que provêm uma proteção e distribuição secundária, que alimentam os quadros de distribuição onde estão alimentados os equipamentos de consumo final. É comum também os arranjos de distribuição paralela em dois circuitos independentes de energia. Baterias Mesmo se tratando do uso para telecomunicações, existe uma série de tipos e arranjos de baterias determinados pela aplicação, tecnologia e custos. Tipos de baterias segundo a composição do material interno: Alcalinas (Níquel-Cádmio) e Ácidos (Chumbo Ácido). Tipo de baterias segundo seu aspecto construtivo: Seladas (VRLA - Valve Regulated Lead Acid) e Não-Seladas (FVLA - Free Vented Lead Acid). É mais comum a utilização das seladas pela não liberação de gases ao ambiente e redução de intervenções de manutenção. Quando utilizadas as não-seladas, devido a emissão de gases nocivos, elas devem ser instaladas em salas exclusivas, com sistemas especiais de controle do ar ambiente. Vida Útil Projetada ou Tempo Médio de Duração: As baterias são fabricadas e devem ter garantia para ter uma vida média de 10 anos, desde que trabalhando em temperaturas adequadas, que normalmente é em torno de 25ºC. Tensões de Flutuação (Volts): Tensão na qual a bateria está em plena carga e sem carga conectada. Para uma célula de bateria seladas de 2Vdc, a tensão normal de flutuação é de 2,23 a 2,27 volts. Flutuação é o regime de carga da bateria quando o fornecimento de corrente para os consumidores é feito pela URCC, não havendo débito de corrente por parte das baterias. A corrente consumida pelas baterias (fornecida pela URCC) é destinada a compensar as perdas por auto-descarga dos elementos e manter a carga completa das mesmas. Capacidade em Ampere-Hora (Ah): É a capacidade de fornecimento de energia definida em ampére-hora. Existe uma gama muito grande de fornecimentos segundo a capacidade, podendo variar de 50 a 3000 Ah. Dimensões (cm) e Peso (Kg): Estes dois parâmetros são importantes para o dimensionamento do espaço em que as baterias estarão instaladas. Uma bateria de um elemento de 2 Vdc, de 100(L)x200(P)x400(A) cm, pode pesar de 20 a 30 Kg. Banco de Baterias: Nas aplicações em telecomunicações é muito comum a necessidade de grandes autonomias para operações por parte das baterias, que se traduz na definição da capacidade de carga de uma bateria. Um banco de bateria é um arranjo serial de elementos de baterias que permite configurações de grandes autonomias de energia CC. A dimensão física desses arranjos de baterias é proporcional à necessidade de autonomia de energia. Assim, verdadeiras salas de baterias são por vezes encontradas nas plantas de telecomunicações, como é o caso das centrais descritas anteriormente. Unidade Retificadora de Corrente Contínua De igual maneira que as baterias, existem uma quantidade grande de soluções de Unidades Retificadoras no mercado. É usual os fabricantes fornecerem uma solução conjunta com a Unidade de Sinalização de Corrente Contínua (USCC).

20 20/ Tensão de Alimentação de Entrada AC: 127 ou 220 Vca nominais, podendo ser monofásica ou trifásica, dependendo do tipo de retificador. Faixa de Variação de Tensão de Entrada: +/- 15% em relação ao valor nominal. Faixa de frequência: Especificação da frequência da rede elétrica de entrada ou do GMG, que para o Brasil é de 60 Hz +/- 5%. Cuidado em espacial quando o for o caso de importação de regiões em que o fornecimento é de 50 Hz. Níveis de Saída de CC: Para a alimentação de -48Vcc, a norma estabelece as seguintes faixas: Faixa estreita (consumidores com fontes não reguladas) - 44 a - 52 V; Faixa larga (consumidores com fontes reguladas): - 36 a - 60 V. Alarmes e Sinalizadores: As sinalizações e comandos mais comuns presentes tanto nos painéis locais quanto disponíveis nas interfaces de comunicações com sistemas remotos de gerenciamento do sistema de energia CC são: Manutenção; Flutuação Anormal das Baterias; Retificador Anormal; Bateria Desconectada; Alimentação AC Anormal; Bateria em Descarga; Tensão Alta para o Consumidor; Bateria em Carga; Comando Remoto de GMG suprindo AC Suprimento de Energia para Telefonia O suprimento de energia (alimentação) para os equipamentos de comutação é do tipo centralizado. A rede pública de energia elétrica fornece 115/220 Vca de corrente alternada que um retificador converte para 48 Vcc de corrente contínua. Esse sistema atende tanto à central telefônica quanto as baterias que trabalham em regime de compensação, isto é, atende às variações bruscas de energia necessária aos equipamentos de comutação. A energia fornecida pelo retificador é uma energia média que acarreta carga ou descarga das baterias. Quando há falha do suprimento de energia pública, as baterias assumem temporariamente o fornecimento de energia, evitando corte do serviço, até o momento em que uma chave comutadora é acionada para a transferência de energia da rede pública para o motor gerador que foi acionado. Além do mais, os sistemas de transmissão também possuem um sistema de energia semelhante ao descrito para a comutação, que os alimenta eletricamente. Os geradores de energia para a garantia do fornecimento aos sistemas de telecomunicações podem ser de vários tipos. Por exemplo, em alguns modelos são usados geradores de motor a óleo diesel, semelhantes àqueles utilizados no provimento de energia a prédios comerciais Aterramento Dentre as causas mais comuns que podem ocasionar distúrbios e danos à segurança das pessoas e equipamentos numa estação de telecom estão as descargas atmosféricas, as sobretensões provenientes da rede elétrica comercial e aquelas provocadas por diferenças de potenciais elétrico entre os componentes dentro da estação. Para evitar ou mitigar tais efeitos as infraestruturas nos sites de telecomunicações são providas com Sistema de Aterramento, formados por um conjunto de componentes e equipamentos eletroeletrônicos que tem por finalidade prover: Segurança do pessoal de operação, manutenção e usuários contra tensões perigosas; Proteção contra sobretensões elevadas que possam provocar danos nos equipamentos; Limitação dos níveis de ruído e diafonia (transferência indesejável de energia de um canal "interferente" para outro "interferido"); Uso do terra como caminho de retorno para um dos condutores do circuito de corrente contínua;

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