 |
3.
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DE CABOS METÁLICOS
As redes telefônicas são constituídas
basicamente por cabos telefônicos, fios telefônicos e dispositivos associados
a estes elementos. É fundamental conhecer as características físicas e elétricas
dos fios condutores, que se constituem nos elementos básicos de composição do
cabo, cujas características e parâmetros associados determinam diretamente a
qualidade da transmissão dos sinais.
Vamos descrever rapidamente os
principais parâmetros e sua nomenclatura.
3.1.
PARÂMETROS ELÉTRICOS DE UM CONDUTOR
A Resistência
(R), ou a resistência de corrente contínua, resistência de enlace,
resistência de “loop”, ou ainda resistência ôhmica é a parte real da
impedância e representa a resistência à passagem da corrente contínua. É
medida em Ohms [W].
A
Indutância (L) é a propriedade
de um circuito em fazer oposição à qualquer mudança na circulação da
corrente. É a propriedade de um circuito em desenvolver uma força
contra-eletromotriz, quando uma corrente variável circula pelo circuito. É
medida em Henries [H].
A Condutância
(G) é a capacidade de conduzir a eletricidade num circuito de corrente
contínua. É o inverso da resistência. Medida em Mhos.
A Capacitância
(C) é a propriedade que dois condutores, separados por um dielétrico
isolante, têm de armazenar cargas elétricas. A unidade básica é o Farad [F].
A Reatância
(X) é a oposição à circulação da corrente alternada devido aos
efeitos da indutância e capacitância do circuito. Também é medida em Ohms [W].
A Impedância (Z) é a oposição total de um circuito à passagem tanto para o sinal alternado como para o contínuo. É a resultante da soma da resistência e da reatância do circuito. É medida em Ohms [W].
3.2.
CIRCUITOS SIMÉTRICOS
Os circuitos utilizados para transmissão
de sinais em uma linha telefônica são formados por dois condutores idênticos,
formando um par. Em telefonia, denominam-se os condutores do par por fio
a e fio b.
Denominamos
de circuito simétrico a um par de fios de mesmas características físicas e elétricas
(comprimento, bitola, resistência, isolação, etc.).
Os circuitos bifilares, que são
circuitos simétricos, são caracterizados pelos seus parâmetros distribuídos
(por unidade de comprimento). No caso dos cabos telefônicos, estes parâmetros
são apresentados em suas respectivas unidades por quilômetro de cabo.
3.3.
RESISTÊNCIA ELÉTRICA DE UM CONDUTOR
A resistência elétrica de um fio está associada ao material condutor r, ao comprimento L do condutor e à área de condução S:
R = r ( L / S) [W]
Para
o caso dos cabos de telefonia, o fabricante do cabo fornece o valor da resistência
do condutor por quilômetro de cabo, em função da bitola do cabo. Os valores típicos
para Corrente Contínua / canal de fonia são:
|
BITOLA
# (mm) |
0,40 |
0,50 |
0,65 |
0,90 |
|
Resistência
(W/Km) |
140 |
90 |
54 |
28 |
Para
corrente alternada, a resistência sofre um aumento, devido a outros fatores
inerentes à construção do cabo:
-
Efeito
pelicular: quando a freqüência do sinal aumenta, aumenta a repulsão entre as
cargas elétricas no interior do condutor, provocando a migração da corrente
elétrica para a superfície do condutor. Este efeito pelicular reduz a área útil
que conduz a corrente, provocando o aumento da resistência de condução.
-
Efeito
da proximidade: entre dois condutores (a e b) submetidos a uma DDP, surge uma
força elétrica entre as cargas elétricas presentes nos condutores. Na figura
da esquerda, existe uma força de repulsão, empurrando as cargas de mesmo sinal
para as superfícies opostas dos condutores. Já na figura da direita, ocorre a
força de atração entre as cargas opostas. Consequentemente a área útil de
condução reduz-se ainda mais, aumentando a resistência de condução.
- Efeito de indução: a corrente circulando pelos condutores a e b em sentido oposto, provoca o aparecimento uma força magnética de repulsão, que também provocará o aumento da resistência do condutor.
 |
Resistência
no cabo 0,40 de plástico rígido
|
Freqüência
(KHz) |
Resistência
(W/Km) |
Até 20
|
140 |
100
|
145 |
150
|
151 |
200
|
158 |
300
|
175 |
500
|
209 |
700
|
240 |
1000
|
283 |
3.4.
CONDUTÂNCIA ENTRE FIOS
A condutância representa as perdas que
se tem fora dos condutores, através do dielétrico. Ela é composta das perdas
através da resistência de isolação do dielétrico e da capacitância
distribuída ao longo do cabo. Quanto maior a freqüência, maior tende a ser a
perda pelo dielétrico.
A resistência de isolação depende do
material utilizado como isolante dos condutores e da distância entre eles. A
capacitância também depende destes fatores, além do comprimento do cabo. Os
condutores correndo paralelos constituem um capacitor.
A condutância para os cabos com
isolante de papel aumenta com o aumento da freqüência.
A condutância para os cabos com
isolante de PVC diminui com o aumento da freqüência. Os cabos com isolação
de PVC mais empregados em instalações internas.
Os cabos com isolante de polietileno
(plástico sólido e plástico expandido) apresentam condutância constante e de
valor muito menor que os cabos anteriores.
Podemos
concluir que quanto menor é a condutância, menor serão as perdas e também,
melhor será o cabo.
3.5.
CAPACITÂNCIA ENTRE FIOS
Dois condutores de área “A”, separados a uma distância “d” e isolados por um material de constante dielétrica “e”, constituem um capacitor:
C = e(A / d) [F]
No caso dos pares telefônicos, a e b,
surgirá também um capacitor cujas placas serão formadas pelas áreas externas
dos condutores a e b. Quanto maior o comprimento do cabo, maior será a área
externa do condutor e também sua capacitância.
O valor típico de capacitância para o
papel e polietileno é 50nF/Km. Já o PVC apresenta capacitância da ordem de
120nF/Km.
3.6.
INDUTÂNCIA ENTRE FIOS
Quando um circuito é percorrido por
uma corrente elétrica variável, ele produz um fluxo magnético “f” capaz de induzir uma corrente em outro
condutor nas imediações (Lei de Lenz).
f
= B.A. cos a
[Wb]
A corrente do circuito determina o
valor do vetor indução magnética B
e a área externa do condutor ao longo do comprimento do cabo, determina a área
A. O ângulo a é determinado pelo ângulo entre os
condutores em questão. Note que para condutores paralelos, o ângulo vale
“0” e o coseno vale “1”, implicando no máximo fluxo devido à
geometria. Para reduzir a indução, os pares são trançados, provocando uma
alternância no sentido do vetor B ao longo do cabo, de forma que a resultante
de B tende a ser nula.
3.7.
IMPEDÂNCIA
A impedância característica (Zo)
de uma linha de transmissão é a impedância de uma linha, de comprimento
supostamente infinito, e é dada pela relação entre a tensão e a corrente de
pico na linha.
A impedância de uma linha não depende
de seu comprimento, mas dos detalhes construtivos e da constituição da mesma.
A impedância da linha varia com a freqüência
do sinal aplicado.
|
Aplicação |
Freqüência |
Impedância |
|
Voz |
1KHz |
950W |
|
Dados |
> 80KHz |
135W |
3.8.
CIRCUITO BALANCEADO
Um circuito balanceado é um circuito de dois condutores, no qual ambos os condutores apresentam a mesma impedância em relação ao potencial terra.
O balanceamento faz com que o ruído na
linha seja igual nos dois condutores, de forma que eles se cancelem na carga. Se
um dos fios possuir uma impedância para o potencial de terra menor que a do
outro, surgirá um corrente de fuga para o terra e uma tensão parasita sobre a
linha, maior que a gerada pelo ruído na outra linha. Assim, a diferença da
amplitude do sinal induzido pelo ruído no final da linha aumenta.
3.9.
ATENUAÇÃO
A atenuação representa as perdas na
linha devido à resistência e à condutância. As perdas ôhmicas são as
preponderantes. Quanto mais longa e menor o diâmetro da linha, maior a atenuação.
A atenuação aumenta com o aumento da freqüência.
Na figura abaixo, representamos os
valores típicos de atenuação para cabos com isolamento plástico, em função
da freqüência e da bitola do cabo.
O tipo de isolamento dos pares no interior do cabo também interfere na atenuação. Nas tabelas apresentadas na página seguinte, pode ser observado que a atenuação introduzida por cabos de isolamento de papel é maior que a dos cabos de plástico.
Vejamos alguns valores típicos de
atenuação, em dB/Km, para cabos de polietileno
rígido (plástico):
|
Freqüência (KHz) |
0,90mm |
0,65mm |
0,50mm |
0,40mm |
|
2,5 |
1.0 |
1.7 |
2.2 |
2.8 |
|
10 |
1.9 |
3.0 |
4.1 |
5.4 |
|
30 |
2.1 |
3.8 |
5.8 |
8.3 |
|
40 |
2.3 |
4.0 |
6.2 |
9.0 |
|
50 |
2.5 |
4.2 |
6.4 |
9.5 |
|
100 |
3.4 |
5.1 |
7.3 |
11.0 |
|
150 |
4.2 |
6.1 |
8.2 |
11.9 |
|
200 |
4.9 |
6.9 |
9.0 |
12.6 |
|
300 |
6.1 |
8.5 |
10.7 |
14.3 |
|
500 |
8.1 |
11.2 |
13.7 |
17.5 |
|
1000 |
11.6 |
16.2 |
19.6 |
24.8 |
Vejamos alguns valores típicos de
atenuação, em dB/Km, para cabos de isolamento
de papel:
|
Freqüência (KHz) |
0,90mm |
0,65mm |
0,50mm |
0,40mm |
|
2,5 |
1.0 |
1.7 |
2.2 |
2.8 |
|
10 |
1.9 |
3.1 |
4.1 |
5.4 |
|
30 |
2.4 |
4.2 |
6.2 |
8.3 |
|
40 |
2.6 |
4.5 |
6.5 |
9.2 |
|
50 |
2.8 |
4.7 |
6.8 |
9.8 |
|
100 |
3.8 |
5.7 |
7.9 |
11.4 |
|
150 |
4.8 |
6.7 |
8.9 |
12.5 |
|
200 |
5.7 |
7.8 |
9.9 |
13.5 |
|
300 |
7.3 |
9.8 |
12.0 |
15.5 |
|
500 |
9.8 |
13.2 |
16.1 |
19.8 |
|
1000 |
14.6 |
19.8 |
24.3 |
29.4 |
3.10.
dB e dBm:
Em
telecomunicações, a medida denominada decibel
é muito utilizada. O decibel é uma unidade relativa, que representa uma relação
logarítmica entre dois valores lineares. A unidade principal é o Bell. Como o
Bell é uma unidade muito grande, o foi adotado o submúltiplo decibel como padrão
para representação dos valores de ganho e atenuação em sistemas de
telecomunicações.
O
ganho logarítmico de potência medido em decibel é definido como:
G(log) = 10 log (Psaída / Pentrada) [dB]
O
nível da amplitude dos valores lineares pôde ser representado na escala logarítmica.
Foi adotada a unidade dBm
como unidade de potência relativa à potência linear de 1mW.
P(log) = 10 log (P[mW] / 1mW) [dBm]
As
razões para se adotar as unidades logarítmicas em telecomunicações são várias:
·
A nossa audição tem sensibilidade logarítmica das freqüências;
·
A grande variedade de magnitudes de sinais manipulados;
·
A simplicidade da matemática na escala logarítmica.
É
importante salientar a correspondência entre as operações matemáticas na
escala linear e na logarítmica:
·
Multiplicar
na escala linear eqüivale a somar
na escala logarítmica;
·
Dividir
na escala linear eqüivale a subtrair
na escala logarítmica;
·
Potenciar
na escala linear eqüivale a multiplicar
na escala logarítmica;
· Radiciar na escala linear eqüivale a dividir na escala logarítmica;
3.11.
EXEMPLOS DE CARCTERÍSTICAS DE CABOS TELEFÔNICOS
Os
fabricantes de cabos telefônicos obedecem à nomenclatura:
CTX
- APL – YY – CC - PPPP
CT = Cabo Telefônico;
X = P (plástico), S (Foam Skin) ou
Papel (sem letra);
APL = capa isolante e protetora externa à
base de polietileno, com blindagem de alumínio;
YY = sem letra (cabo normal), AS
(auto-sustentado) e G (geleado);
CC = Calibre do par (40, 50, 65, 90);
PPPP = capacidade de pares do cabo (200,
400, 600,..,2400,...).
CT-APL
Material de Isolamento: Papel seco e
ar.
Resistência elétrica média (0,40mm):
140,2 W/Km.
Desequilíbrio resistivo: <2%.
Capacitância: 45 a 54nF.
Resistência de isolamento: 5.000 MW.Km.
Impedância característica a 1KHz: 950
W.
Atenuação a 1 KHz: 1,79 dB/Km.
Aplicação: Rede externa, cabo tronco
ou primário, subterrâneo.
CTP-APL
Material de Isolamento: Polietileno ou
polipropileno.
Resistência elétrica média (0,40mm):
140,2 W/Km.
Desequilíbrio resistivo: <2%.
Capacitância: 45 a 54nF.
Resistência de isolamento: 15.000 MW.Km.
Impedância característica a 1KHz: 950
W.
Atenuação a 1 KHz: 1,79 dB/Km.
Aplicação: Rede externa, distribuição ou secundário, subterrâneo/aéreo.
CTP-APL-AS
Material de Isolamento: Polietileno ou
polipropileno.
Resistência elétrica média (0,40mm):
140,2 W/Km.
Desequilíbrio resistivo: <2%.
Capacitância: 45 a 54nF.
Resistência de isolamento: 15.000 MW.Km.
Impedância característica a 1KHz: 950
W.
Atenuação a 1 KHz: 1,79 dB/Km.
Aplicação: Rede externa, distribuição
ou secundário, aéreo.
CTP-APL-G
Material de Isolamento: Polietileno ou
polipropileno.
Resistência elétrica média (0,40mm):
140,2 W/Km.
Desequilíbrio resistivo: <2%.
Capacitância: 45 a 54nF.
Resistência de isolamento: 16.000 MW.Km.
Impedância característica a 1KHz: 950
W.
Atenuação a 1 KHz: 1,79 dB/Km.
Aplicação: Rede externa secundária,
em dutos ou diretamente enterrados.
CTS-APL
Material de Isolamento: Polietileno
expandido (Foam Skin).
Resistência elétrica média (0,40mm):
140,2 W/Km.
Desequilíbrio resistivo: <2%.
Capacitância: 50nF.
Resistência de isolamento: 15.000 MW.Km.
Impedância característica a 80 KHz:
135 W.
Aplicação: Rede externa, instalações
subterrâneas em dutos.
CTS-APL-G
Material de Isolamento: Polietileno
expandido (Foam Skin).
Resistência elétrica média (0,40mm):
140,2 W/Km.
Desequilíbrio resistivo: <2%.
Capacitância: 50nF.
Resistência de isolamento: 10.000 MW.Km.
Impedância característica a 80 KHz:
135 W.
Aplicação: Rede externa, instalações
subterrâneas em dutos.
CCE-APL
Material de Isolamento: Polietileno ou
polipropileno colorido.
Resistência elétrica média (0,50mm):
89,5W/Km.
Desequilíbrio resistivo: <1,5%.
Capacitância: 56nF.
Resistência de isolamento: 15.000 MW.Km.
Impedância característica a 1 KHz:
750 W.
Atenuação a 1 KHz: 1,43 dB/Km.
Aplicação: Conexões externas,
instalação aérea ou subterrânea em dutos.
CI
Material de Isolamento: Polietileno ou
polipropileno cinza.
Resistência elétrica média (0,50mm):
97,8W/Km.
Capacitância: 120nF.
Resistência de isolamento: 600 MW.Km.
Impedância característica a 1 KHz:
750 W.
Atenuação a 1 KHz: 1,43 dB/Km.
Aplicação: Uso interno em centrais
telefônicas e prédios, PABX, KS, PBX.