1 dorival n. andrade

8/8/2019 1 Dorival N. Andrade

1/48

Avaliao da confiabilidadeAvaliao da confiabilidadedos Cabos OPGWdos Cabos OPGW

Professor: Alexandre PiantiniPIPGE/USP

Dorival Nunes de Andrade


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PIPGE/USP

2

Funo adicional dos cabos pra-raios OPGW: suportar feixe de FO.

- Funo original doscabos pra-raios:

Exercer a blindagemcontra DA diretas noscondutores fase.

Cabos pra-raios com fibras pticas para linhasareas de transmisso - OPGW: Optical Ground Wire


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PIPGE/USP

3

Estrutura dos Cabos OPGWEstrutura dos Cabos OPGW

Seo tpica do Cabo OPGW

Vista do Cabo OPGW

Cabo Pra-Raios ConvencionalOHGWOHGW: Overhead Ground WireOverhead Ground Wire

01- Elemento Central de Trao

02-Tubete Plstico03-Fibra ptica04-Composto de Preenchimento05-Enfaixamento06-Tubo de Alumnio07-Fios de Alumnio


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PIPGE/USP

4

As redes de longa distncia que so construdas utilizandocabos pticos OPGW instalados nas linhas de transmissode alta tenso tm baixo ndice de acidentes.

Confiabilidade do OPGW cerca de 20 x mais seguro quecabos enterrados.

A rede ptica da Eletrobrs conta com 16.000km de cabosem operao em 18 estados brasileiros, quase quetotalmente em cabos pticos OPGW.

Confiabilidade do cabo OPGW


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PIPGE/USP

5

Avaliar o desempenho dos cabos

OPGW frente a descargas atmosfricas.Estudo da confiabilidade quanto a descargas

atmosfricas, confrontando a experincia comprevises tericas e anlise de alternativas para

ensaios do cabo.

OBJETIVO


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PIPGE/USP

6

Primeira experincia brasileiraPrimeira experincia brasileira

na implantao do cabo OPGWna implantao do cabo OPGW Tucuru -

Subestao 1,5 km

(Pirelli - 1984)

Acordo daELETROSUL E DA

TELESC emFev/1991 LT 230 kVJoinville-Siderpolis


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PIPGE/USP

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CTEEPCTEEP -- PROJETO TELECOMPROJETO TELECOM -- CABOS PTICOSCABOS PTICOS


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X A V A N T E S

70MW

P . C O L M B I A

G U A R U L H O S

B O M J A R D IMC A B R E V A

X A V A N T E S

S T A . B R B A R A

S O J O S E D O S C A M P O S

Q U I R I N P O L I S

R I O D O S B O I S

A P A R E C I D A

0 00 5

0 0

Q U I R I N P O L I S

R I O D O S B O I S

0 2 0 2

TOCANTINS

02

02

02

02

TOCANTINS

0 2

02

02

02

02

E X I S T E N T E F U T U R O

ELETROBRS

Diagrama do Sistema Eltrico

SUBESTAES750 kV 650 kV 500 kV 345 kV 230 kV 138 kV TOTAL

ELETRONORTE 3.240 3.854 749 7.843 63CHESF 3.111 12.559 384 16.054 82FURNAS 2.114 1 .612 6 .604 5 .616 1.883 1.393 19.221 41ELETROSUL 2.437 4.284 2.153 8.874 26TOTAL 2.114 1.612 15.391 5.616 22.580 4.679 51.992 212

LINHAS DE TRANSMISSO (km)


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9

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@ A

B C

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F

L e g e n d a

HorG

zonteBelo

Diagramadas Rotas pticasDiagramadas Rotas pticas


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10

MOT ES MOT ES O parque de cabos OPGW no Brasil constitui

uma fonte dispersa de experincias einformaes que reunidas constituiro umferramenta til para implementaes futuras nosetor;

Melhorar ou garantir o desempenho de um cabo

OPGW, melhorar o desempenho da linha detransmisso, melhorando o sistema em termosde disponibilidade, confiabilidade e portanto namelhoria da qualidade deste servio;

Alm do setor eltrico, o setor detelecomunicaes tambm ser beneficiado;

Prover conhecimentos que possam garantir alongevidade deste equipamento garantir oretorno esperado do investimento, e portanto dareduo de custos para a sociedade.


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6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7

QUALIFICAO XCAPTULO 1 XCAPTULO 2 XCAPTULO 3 X XCAPTULO 4 X X X XCAPTULO 5 X X X X

CONCLUSES XDEPSITO/DEFESA X X

1 INTRODUO

1.1 OBJETIVO

1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO2 DESCRIO DO CABO OPGW

2.1 CARACTERSTICAS MECNICAS, ELTRICAS, DIMENSIONAIS, FUNCIONAMENTO, OPERAO

2.2 ENSAIOS RECOMENDADOS: NORMAS BRASILEIRAS/INTERNACIONAIS

PRINCIPAIS CAUSAS DE PROBLEMAS

2.3 REDE DE CABOS OPGW DA CTEEP: DESCRIO, EVOLUO E DADOS DE FALHAS

3 CONFIABILIDADE DO CABO OPGW

3.1 DESCARGAS ATMOSFRICAS EM LINHAS DE TRANSMISSO

3.2 SUPORTABILIDADE DO CABO OPGW A DESCARGAS ATMOSFRICAS4 AVALIAO DO DESEMPENHO DO CABO OPGW FRENTE A DA's.

4.1 DEFINIO DE CRITRIO DE FALHA

4.2 SIMULAES (AVALIAO DO N MDIO ANUAL DE PROBLEMAS CAUSADOS POR DA's/100 kM DE LINHA

4.3 Comparao com dados de campo

5 ANLISE DOS MTODOS DE ENSAIOS PARA DETERMINAO DOS EFEITOS DAS DA's

6 CONCLUSES

REFENCIAS BIBLIOGRFICAS

ATIVIDADESMS

CRONOGRAMA E ESTRUTURA CAPITULAR


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Avaliao da confiabilidadeAvaliao da confiabilidade

dos Cabos OPGWdos Cabos OPGW

Dorival Nunes de Andrade

OBRIGADO

PERGUNTAS E RESPOSTAS


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PIPGE/USP

13

BibliografiaBibliografia

1 NISHIMURA, F; CICARELLI,L.D.;CESSO,P.R.; MASUDA,M.;SANTOS, J.; ISSICABA,I.; BOER,

M.A.; PEREIRA,S.; FRANCISCO,Q.P.; Implantao doSistemaOP-GW-Experincia Nacional"; (IEEEELECTRON 19? 1993?). [XIISNPTEE- GrupoIII- Linhas de Transmisso;Outubro/93).

2 (1) SUAREZ, V.H.Q.; "Sistemas"


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14

Efeito de Blindagem contra D.A. diretasEfeito de Blindagem contra D.A. diretas


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Explanao 1Explanao 1

FO. Elemento filamentarcilndrico vtreo, prote ida mecanicamente poruma camada de silicone

ou acrilato curado a U.V. (chamado de revestimento prim rio) estruturado em duas re ies concntricas de diferentes ndices de refrao que permite o confinamento e uiamento de sinais pticos incidentes dentro de uma faixa an ularem relao ao eixo do cilindro.

Caractersticas:

devida baixa atenuao: entre 0,25 e 0,5 dB/km (alta transparncia devida a alta pure a eestruturao material)

baixa disperso de sinais pticos implica em elevada capadiade de transmisso de sinais (altataxa de transmisso de sinais di itais e alta bbanda de de passa em para sinais analgicos)

Vantagens:

Excelente meio de comunicao longas dist ncias alta tx de transmisso de dados largura de banda muito superiorao de outros meios ho e em uso; Total imunidade contra interferncias eletromagn ticas; Alta imunidade a descargas atmosf ricas Alta confiabilidade Compactao e segurana


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PIPGE/USP

16

As empresas de energia eltrica - as EEE's - vislumbram o quanto valiosa

a sua infra-estrutura para as empresas de telecomunicaes.

Alta valorao da infraestrutura passou a ser considerada nos projetos de

telecomunicaes.

Nmeros que demonstravam que, em um projeto de telecomunicaes,

os investimentos com infra-estrutura representam 40% do total do projeto.

As distribuidoras de energia, que possuem altssima capilaridade atingindoquase 99% dos domiclios urbanos, e funcionaria como last miles, atravs deredes de acesso,subterrneas, utilizando fibras pticas.


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ndice de refraondice de refrao Confinamento e guiamento pticoConfinamento e guiamento ptico v

c

n !

Lei deSnell

Refrao

1

1

)en(

)en(

n

n!

U

U

A fibra pticaA fibra ptica


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18

ngulo crtico Abertura numrica

Nmero deModos

se nnAnmx

U

1

2)sen(n

n

c!U

Abertura Numrica

Fibra ptica: meio de comunicaoFibra ptica: meio de comunicao


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Atenuao Disperso

Degradao do Sinal pticoDegradao do Sinal ptico


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Formas de aplicao de FOFormas de aplicao de FO

cabos diel tricos enterrados cabos ADSS (All Dieletric Self-Supporting Cable) cabo ptico espinado GWWOP (Ground Wire

Wrapped optical cable)

OPGW (Optical Ground Wire Cable) OPPW (Optical Phase Wire) OPMW (Optical MessengerWire) spacer

Usando as vantagens da infraestrutura das LTsUsando as vantagens da infraestrutura das LTs

Famlia de cabos pticos met licosFamlia de cabos pticos met licos


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PIPGE/USP

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Consideraes para o projeto deConsideraes para o projeto de

cabos OPGW:cabos OPGW: Menordimetroepesos,similaresaoOHGW; EquivalnciaeltricaemecnicaaoOHGW; Temperatura docaboinferiora 180 C,quando

doescoamento decargas; Suportarvibraeselicas;

Suportarcorrosoporfatoresambientais; SuportaDA diretassemalteraes;


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Suportabilidades Correntes devido deSuportabilidades Correntes devido de

CurtoCurto--Circuitos (faltas)Circuitos (faltas) Corrente de curtoCorrente de curto--circuito tende a decrescer na medidacircuito tende a decrescer na medida

em que o ponto de falta de afasta das extremidadesem que o ponto de falta de afasta das extremidades

Variao da correntede curto-circuito o longoda linha de transmisso

Efeitos dinmicosEfeitos dinmicos Efeitos trmicosEfeitos trmicos

Dimensionamento vo a voDimensionamento vo a vo

Para curto-circuitos a Ampacidade w pulso I2t;


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Suportabilidades Correntes devido aSuportabilidades Correntes devido aDescargas atmosfricas diretasDescargas atmosfricas diretas

Corrente de continuidade de muito menor valor que oCorrente de continuidade de muito menor valor que ovalor de crista (valor de crista (PPs)s), mas com muito maior durao (ms)., mas com muito maior durao (ms).



Para D.A a Ampacidade w Q = I dt;

FormaOnda Corrente

Descarga

Atmosfrica


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Estudos de Falhas Ocasionadas porEstudos de Falhas Ocasionadas porDescargas Atmosfricas mostram que:Descargas Atmosfricas mostram que:

Danos causados so semelhantes no cabo convencional ou OPGW :Danos causados so semelhantes no cabo convencional ou OPGW :

Di metros dos fios (tentos) da camada externa (Di metros dos fios (tentos) da camada externa ( > > suscetibilidade) suscetibilidade)

Acabamento externo e material dos fiosAcabamento externo e material dos fiosTentos de Al ou ligas (Alumoweld) so mais suscetveis que o aoTentos de Al ou ligas (Alumoweld) so mais suscetveis que o aodevido maiorreatividade do Al com Odevido maiorreatividade do Al com O22 do arno canal de plasmado arno canal de plasma

uma reao exot rmica > queuma reao exot rmica > que potenciali a o efeito do dano.potenciali a o efeito do dano.


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As pesquisas mostram que:As pesquisas mostram que:

Taxa observada de 98% de descargas ( - ) e 2% de descargas ( + ) (5 anos)

Estima-se para LT de 45

m de altura de torre, Ng = 1 descarga/km/ano:pico negativo de corrente de descarga atmosf rica 270 kA

total de carga negativa da corrente de descarga atmosf rica -188 C

total de carga positiva da corrente de descarga atmosf rica 80 C


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Desempenho da Linha de TransmissoDesempenho da Linha de Transmisso

Desempenho Depende do N de Descargas Atmosfricas:Desempenho Depende do N de Descargas Atmosfricas:

Principais Carctersticas das DescargasPrincipais Carctersticas das Descargas AtmosfricasAtmosfricas

Primeiro impulso de polaridade negativa oupositiva

possveis Impulsos subsequentes

FormaOnda Corrente

Descarga

Atmosfrica

IEEEbh

NgNt

;10

)28( 0,6 !

N mero de descargas diretas porkm porano

possvel Impulso de longa durao


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27

Blindagem do CG em uma LTBlindagem do CG em uma LT

])31

*(1[

1*)(6,2I

IIP

!"


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28

Probabilidade acumulada do valor da Corrente

de Crista 1 Descarga ultrapassar um valor I*

])31

*(1[

1*)(6,2I

IIP

!"

05,0)90(95,0)4(

!

!

kAP

kAP

Efeito de Blindagem contra D.A. diretasEfeito de Blindagem contra D.A. diretas


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29][

100

FxLNY

kmPx

!

Ex

PxkxQx

1

11

!

x Ex kx

negativo 1,7 7

positivo 2 85

Equao da Carga total das descargas atmosfricas

Q: Parmetros tpicos de D.Aer erdescar as descar as

o s.5 : Qm dia 5

5 : Q 5

o om


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30

Primeira descarga com tf < 25 Ps, td < 500 Ps, Icr 200kA 10%, 2 (kA)2s

Segunda onda com decaimento exponencial, Icr 2kA, td < 5ms, Q = 10 C

Terceira componente: longa dur.(50-500ms), bx I(100-1000A), Q(20-200 C)

Quarta simul. descarga subseq., Icr 100 kA 10%,0,25 (kA)2s, td < 500 Ps

Sempre monitorando a atenuao das Fibras pticas

Impulso Atmosf rico Normali adoImpulso Atmosf rico Normali ado RecomendaoRecomendaoIEC 1138IEC 1138 -- Quatro componentesQuatro componentes

IEEE Std 1138-1994; NBR 14586 DA; NBR 13981 CC


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PIPGE/USP

31

ObjetivoObjetivo

Apresentar o cabo OPGW na substituio do cabopra-raios convencional utilizado em linhas de

transmisso, com a finalidade de proteo contra

descargas atmosfricas e correntes de falta almda transmisso de sinais de telecomunicaes.

Mostrar suas principais caractersticas pticas,

mecnicas e eltricas, bem como aspectos dostestes de altas correntes tanto para curtos circuitos

como para descargas atmosfricas.


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PIPGE/USP

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Parmetros Mecnicos do Cabo OPGWParmetros Mecnicos do Cabo OPGW

Seo nominal Dimetro externo e interno dos tubos metlicos

Peso linear (kgf/m) Capacidade de ruptura nominal do cabo OPGW Mdulos de elasticidade inicial e final do cabo

Mximatenso

DilataoRuptura


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PIPGE/USP

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Ensaios de Qualificao MecnicaEnsaios de Qualificao Mecnica

Protuberncias internas no tubo metlicoProtuberncias internas no tubo metlico Fadiga do cabo quanto vibrao elicaFadiga do cabo quanto vibrao elica Ensaio de puxamento pela poliaEnsaio de puxamento pela polia Ensaio de raio mnimo de curvaturaEnsaio de raio mnimo de curvatura

Ensaio de tensoEnsaio de tenso--deformaodeformao

VibraoElica

TensoDeformao


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PIPGE/USP

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Parmetros pticos dos Cabos OPGWParmetros pticos dos Cabos OPGW

Sistema de comunicao pticoSistema de comunicao ptico Confinamento e guiamento pticoConfinamento e guiamento ptico Luz como ondaLuz como onda -- partculapartcula ndice de refraondice de refrao

fhE !

f

c!P

v

cn !

Lei deSnell

Refrao

1

1

)en(

)en(

n

n!

U

U


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PIPGE/USP

35

Parmetros das Fibras pticasParmetros das Fibras pticas

ngulo crtico

Abertura numrica Modos de propagao Converso de modos

Nmero deModos

se nnAnmx

U

1

2)sen(n

nc!U

!

22

2

g

gVNm

Abertura Numrica

An

aV

o

!

P

T )(


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36

Degradao do Sinal pticoDegradao do Sinal ptico

Atenuao Disperso

desempenho do sistema distncia para repetio-regenerao custo

Absoromaterial

do ed

E]] !)(

Modosvazantes

Irradiaopormicrocurvatura


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PIPGE/USP

37

Fatores de AtenuaoFatores de Atenuao

Fatores construtivos e de instalao Diferenas de J, An e perfil de ndice g Rugosidade nas extremidades

Desalinhamentos angular e axial Deslocamento longitudinal

Derivadores

Chaves

AcopladoresEmendas

Conectores


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PIPGE/USP

38

Disperso e Largura de BandaDisperso e Largura de Banda

Modelo do pulso Gaussiano Disperso cromtica, modal e de guia

de onda

W

187,0!Bw

LDt cc ( P

LDtmm

22

1

cmtt

R

! R:taxa detransmisso

cteLBw !

])2(

)([

0

0

)(W

!

tt

ePtP


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39

Descarga Atmosfrica Atingindo Linhas de TransmissoDescarga Atmosfrica Atingindo Linhas de Transmisso

Falhas Ocasionadas por Descargas AtmosfricasFalhas Ocasionadas por Descargas Atmosfricas

Concluses de Experincias de Simulao RealizadasConcluses de Experincias de Simulao Realizadas

Danos causados so semelhantes no cabo convencional ou OPGW se:Danos causados so semelhantes no cabo convencional ou OPGW se:Dimetros dos fios (tentos) da camada externa (Dimetros dos fios (tentos) da camada externa ( suscetibilidade) suscetibilidade)Acabamento externo e material dos fiosAcabamento externo e material dos fiosTentos de Al ou ligas (Alumweld) so mais suscetveis que o aoTentos de Al ou ligas (Alumweld) so mais suscetveis que o aodevido maiorreatividade do Al com Odevido maiorreatividade do Al com O22 do arno canal de plasmado arno canal de plasmauma reao exot rmicauma reao exot rmica potenciali a o efeito de dano.potenciali a o efeito de dano.

DescargaAtmosfrica

AmostraDanificada


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PIPGE/USP

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Capacidade de Corrente de CurtoCapacidade de Corrente de Curto--CircuitoCircuito


Parmetros para Dimensionamento do Cabo OPGWParmetros para Dimensionamento do Cabo OPGW


Retorno da corrente de curto-circuito ocorre parte pelaterra e parte pelo cabos OPGW

Considerar a possibilidade de religamento

Ampacidade pulso I2t; para CC; 30 ciclosAmpacidade w Q = I dt; para D.A.

IEEE Std 1138-1994; NBR 14586 DA; NBR 13981 CC


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PIPGE/USP

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Impulso Atmosf rico Normali adoImpulso Atmosf rico Normali ado RecomendaoRecomendao

IEC 1396 (1996)IEC 1396 (1996) -- Quatro componentesQuatro componentes

Primeira descarga com tf < 25 Ps, td < 500 Ps, Icr 200 kA 10%, 2 (kA)2s Segunda onda com decaimento exponencial, Icr 2 kA, td < 5ms, Q = 10 C Terceira componente: longa dur.(50-500ms), bx I (100-1000A), Q(20-200 C) Quarta simul. descarga subseq., Icr 100 kA 10%, 0,25 (kA)2s, td < 500 Ps

Mtodos de teste, no que refere aos eletrodos de descarga:- Banco de Baterias- Welding Arc

- Ponta de Tungstnio imerso em gs (argnio) [s/resduo]- Plasma Cutting Arc (simula um canal real 30000 K)

Sempre monitorando a atenuao das Fibras pticas

- Pulso de corrente na frequncia industrial de acordo com

a ampacidade esperada de solicitao.


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PIPGE/USP

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ConclusoConcluso

O cabo OPGW possui em relao ao cabo pra-raios convencional:

As mesmas funes de proteo Similar desempenho mecnico e eltrico

A vantagem adicional de permitir a transmissode grandes quantidades de informao a baixocusto por canal

Interligar centros em menor distncia Baixo impacto ambiental adicional

Maior suscetibilidade descargas atmosfricas Possibilidade de explorao comercial Maiores custos de implantao e manuteno


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PIPGE/USP

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Revisando, apresentamosRevisando, apresentamos

Objetivo

Funes do cabo OPGW

Composio do cabo OPGW

Alguns parmetros mecnicos e pticos

Descargas atmosfricas em cabos OPGW

Recomendaes EIA e normas ABNT

Concluso


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Aspectos Comerciais e EconmicosAspectos Comerciais e Econmicos

Associaes entre as concessionrias de energiaeltrica e empresas de telecomunicaes

De rio 500 kV 230 kVValorGlobal 284 605 137.800

Cabo Pra-raio Con en ional 1 6 1 9

Cabo OPGW(12 Fibras ) 6,5 13,4

Linha e ans iss ( $ )

a a e


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45

Parmetros MecnicosParmetros Mecnicos

Fibras pticas Cabo OPGW Ensaios de qualificao mecnica

Flecha

Vo

Catenria


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Lanamento do Cabo OPGWLanamento do Cabo OPGW

Praas de lanamento Aterramentos mveis Distncias de segurana

Estabelecimento das flechas Vos de conferncia Limite de trao

Polia

Freio

Tramo


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PIPGE/USP

47

Parmetros das Fibras pticasParmetros das Fibras pticas

Nmero V

Tipos de fibras: parmetro g Perfil de ndice de refrao

-

(!

g

a

rnrn 1)( 1

An

aV

o

!P

T )2(Multimodo

Dimetro Normalizado

Monomodo

1

21 )(nnn

!(


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Confiabilidade do Sistema

VentosTemperatura

Lei de Hook Acomodao do cabo Condies de governo

Trao

1 dorival n. andrade

Documents