Cabos telefônicos

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 - 2005), 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) 2005.
Email: [email protected]
Categoria: Infraestrutura para Telecomunicações
Nível: Introdutório
Enfoque: Técnico
Duração: 20 minutos
Publicado em: 24/01/2005
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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.
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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.
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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
-(2 Rp + Rf)
I
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.
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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
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A Resistência Elétrica (R) de um condutor é função da seção (S) do mesmo, da resistividade de seu material
( ) e do comprimento (l) considerado.
lx
R= —
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 [1+
20
( - 20)]
Onde:
R = resistência a ser calculada;
R = resistência a 20°C
20
= coeficiente de temperatura do metal dos condutores (0,00393)
= temperatura para a qual se deseja conhecer a resistência.
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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
+ µ ) 10-4 (H/km)
e —
r
d
Onde:
D = distancia entre o eixo dos dois condutores
d = diâmetro do condutor
µ = permeabilidade relativa do material do condutor
r
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 = constante dielétrica relativa do material isolante
r
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.
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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
0,17. 10-8
600
Papel e ar
0,2. 10-9
5000
Polietileno
0,7. 10-10
15000
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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 ) de uma linha homogênea é a impedância de entrada de uma linha suposta
0
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 e I respectivamente a tensão e a corrente
0 0
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 e-YL
0
I = I e-YL
0
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.
=
+jß
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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.
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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. 1991.
TOLEDO, Adalton Pereira de. REDES TELEFONICAS - Editora McGraw-Hill do Brasil Ltda. - 1977.
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., 2003.
JESZENSKY, Paul Jean Etienne. SISTEMAS TELEFONICOS - Barueri - Editora Manole Ltda., 2004.
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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?
5.454 m;
5,797 km;
5.217 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;
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