Curso de Comunicaciones 3

Supervisión de sistemas de protecc protección, ión, control y comunicación en sistemas de transmisión y transformación de energía eléctrica de potencia

Módulo TRES Sistemas de comunicaciones para subestaciones eléctricas

UNIDAD TRES Tema 5. Sistema de comunicación por fibra óptica

Unidad UNO

Tema 5. Sistema de comunicación por fibra óptica

Objetivo

1

Introducción

1

Contenido

1

Tema 5. Sistema de comunicación por fibra óptica óptica

1

5.1

Conceptos Básicos

1

5.1.1

Definiciones

1

5.1.2

Acrónimos

4

5.1.3 5.1.4 5.1. 4 5.1.5

El principio básico de comunicación óptica Composición básica de una fibra óptica Cómo viaja la luz en una fibra

6

5.1.6 5.1.7

Flujo de información Ventajas y desventajas de la fibra óptica

6 7 8 9

5.2

Tipos de Fibra Óptica

10

5.3

Clasificación de Pérdidas de Potencia Óptica (atenuación)

13

5.4

5.3.1

Extrínsecas

13

5.3.2

Intrínsecas

16

Valores Típicos de Atenuacio Atenuaciones nes 5.4.1 5. 4.1

Cálculo de un enlace

17 17

5.5

Partes que conforman los Sistemas Ópticos de Comunicaciones

20

5.6

Composición de un Cable de Guarda con Fibras Ópticas (CGFO)

22

5.6.1 5.6 .1

Consideraciones del cable de guarda con fibras ópticas

23

5.7

Objetivo del Cable De Guarda con Fibras Ópticas en una línea de transmisión

24

5.8

Herrajes y accesorios utilizados en la instalación del CGFO y CDFO

24

5.9 5.9

Procedimiento De Instalación

31

5.9.1 5.9 .1

Cuidados en el manejo del cable con fibras ópticas

31

5.9.2 5.9 .2

Datos básicos requeridos para la instalación del cable con fibras ópticas

32

5.9.3 5.9.3 5.9..4 5.9

Consideraciones para instalación Consideraciones para la instalación de cajas de empalme

34

5.9.5 5.9 .5

Información proporcionada por la contratista

35

34

5.10

Composición de un cable dieléctrico autosoportado de fibras

35

5.11

Canalizaciones para el Sistema de Comunicación por Fibra Óptica dentro la caseta de control

35

Elementos del Sistema de Comunicación óptica en la subestación

39

5.12

5.12.1

Caja de interconexión óptica

39

5.12.2

Equipos de comunicaciones ópticos

43

5.12.3

Amplificadores ópticos

50

5.13

Interpretación de características particulares

51

5.14

Montaje del equipo de comunicaciones de fibra óptica

63

5.15

Pruebas y puesta en servicio

64

5.16

5.15.1

Pruebas preoperativas

61

5.15.2

Pruebas operativas

67

5.15.3

Información necesaria para la ejecución de las pruebas operativas

68

Equipos de medición y prueba

69

5.16.1

Mediciones con generador de potencia y medidor de potencia óptica

70

5.16.2

Mediciones con OTDR Mediciones

71

Conclusión

72

Fuentes consultadas

73

Objetivo Al finalizar la unidad 3, el participante identificará los elementos, equipos de medición y pruebas, así como la normatividad aplicable para el Sistema de Comunicación por Fibra Óptica. Así mismo, distinguirá los conceptos básicos, normatividad, procedimientos de pruebas preoperativas y de puesta en servicio

Introducción En la actualidad el Sistema de Comunicación por Fibra Óptica representa el principal tipo de comunicación del Sistema Eléctrico Nacional, ya que mediante este sistema, los centros de control regionales se enlazan o comunican con los equipos del Sistema de Control Supervisorio de las subestaciones para monitoreo y control de las subestaciones y líneas. Así mismo provee de canales o enlaces de comunicación para que las áreas operativas de transmisión y de distribución gestionen los equipos de protección, control y medición; y con ello realicen su monitoreo e implementen controles discretos (teleprotecciones) de las subestaciones y líneas a su cargo.

Tema 5 Sistema de comunicación por fibra óptica 5.1

Conceptos Básicos

5.1.1

Definiciones

A continuación se relacionan algunas de las definiciones más frecuentes a considerar para el conocimiento de los sistemas ópticos:

Atenuación: valor o magnitud de pérdida de potencia en la fibra óptica en decibeles (dB). Las pérdidas que se producen en una fibra óptica son dos: pérdidas intrínsecas y pérdidas extrínsecas. Caja de empalme intermedia: elemento donde se alojan los empalmes o uniones que sirven para dar continuidad a la fibra óptica del cable de guarda con fibras ópticas o del cable dieléctrico con fibras ópticas. 1

Caja de empalme de transición : elemento donde se alojan los empalmes o uniones que sirven para dar continuidad a la fibra óptica del cable de guarda con fibras ópticas que llega de la línea de transmisión o distribución, a través del cable dieléctrico con fibras ópticas. Marco de remate o estructura de remate: estructura ubicada dentro de la subestación en donde se instala la caja de empalme de transición. Herrajes: todos los accesorios necesarios para el montaje e instalación del cable de guarda con fibras ópticas o cable dieléctrico con fibras ópticas tipo autosoportado en las líneas de transmisión o distribución. Caja de interconexión óptica (CIO/ODF) : dispositivo de interconexión entre el cable dieléctrico con fibras ópticas proveniente de la caja de empalme de transición. Comunicación asíncrona : tipo de comunicación cuya característica principal es que el control no depende de una referencia de tiempo (señal de reloj). Comunicación síncrona : tipo de comunicación cuya característica principal es que está controlada por una referencia de tiempo (señal de reloj). Sistema PDH: Jerarquía digital plesiócrona (basado en la comunicación asíncrona) bajo esta jerarquía se rigen las señales de los servicios que se ingresan al equipo multiplexor. Sistema SDH: Jerarquía Digital Síncrona (basado en la comunicación síncrona) bajo esta jerarquía se rigen las señales de trasporte ingresadas al equipo de enlace final. STM-1: señal base empleada en SDH se denomina STM-1 (Synchronous Transport Module 1) y se caracteriza por ser transmitida a una velocidad de 155Mbps. Las señales de mayor velocidad, se construyen a partir de múltiplos exactos de esta velocidad en factores de 4. E1: nivel 1 de comunicación de un Sistema de Jerarquía Digital Plesiócrona (PDH, “Plsesiochronous Digital Hierarchy”) el cual tiene una capacidad de transmisión de datos de 2.048Mbps. Ethernet: estándar (IEEE 802.3) para las redes tipo LAN/WAN, con acceso al medio que define las características de cableado y señalización de nivel físico y los formatos de trama de datos. Nodo SDH: equipo que enlaza o comunica la subestación con la red nacional de fibra óptica. El cual en la red de fibra óptica maneja capacidades de transmisión de datos, de sistemas de jerarquía digital síncrona (SDH, Synchronous Digital Hierarchy) de nivel STM-1, STM-16 hasta STM-N y proporcionar servicios de comunicación en la subestación de capacidades de E1 y Ethernet 10/100 base TX. Equipo multiplexor tipo banco de canales: equipo del sistema PDH o RED PDH el cual combina los canales de información, de voz, datos y teleprotección hacia un canal E1 del equipo nodo SDH. 2

Sistemas de comunicaciones para subestaciones eléctricas

Equipo terminal óptico: se denomina el equipo final de interconexión entre los enlaces de subestaciones. Utilizan como medio de enlace de comunicaciones, el cable de guarda con fibras ópticas instalado en líneas de transmisión aéreas o cable dieléctrico con fibras ópticas, instalados en líneas de transmisión subterráneas. Tramas: son bloques o paquetes de información, en los cuales se organiza la información. Jumper óptico o Patch Cord óptico: cable de 1 o 2 fibras ópticas mediante el cual se pueden interconectar los equipos ópticos, estos pueden ser la caja de interconexión óptica (CIO) y el nodo SDH, módulos ópticos de relevadores de protección y CIO, entre otros. Interfaz: (interface) se entiende un dispositivo (circuito, convertidor, adaptador) que sirve para conectar o enlazar dos equipos, con el objeto de que intercambien información. Interfaz G.703: estas interfaces son para la interconexión de componentes de red digitales, equipos multiplexores, centrales telefónicas, equipos de teleprotección, relevadores de protección, entre otras. Frecuentemente se utilizan interfaz en 64 Kbps (G703.1) codireccional y en 2048 Kbps (G703.6). Interfaz Ethernet : tipo de interfaces utilizadas para las interconexiones con las redes tipo LAN a través de puertos tipo RJ-45 para conexiones en cobre o también puertos para fibra óptica (LX, FX, SX, entre otras). Interfaz Tipo V.24/28 : tipo de interfaces utilizadas para la transmisión de señales digitales, en comunicaciones de tipo Serie (RS-232). Esta interfaz tipo Serie (RS-232) generalmente en las subestaciones se aplica para la conexión hacia el equipo del sistema de control supervisorio (UTR unidad terminal remota, servidor SCADA entre otras). Interfaz V.35: es una interfaz para comunicación tipo serie capaz de manejar capacidades desde 48Kbps hasta 2Mbps. Tipos de enlaces 1+1: cuenta con redundancia es decir tiene un enlace principal y uno de respaldo. Longitud de onda ( V ): distancia que existe de una cresta a otra de las ondas de radiación electromagnéticas que forman la luz y que se mide en nanómetros. V

Ventanas de operación o de trabajo : son las longitudes de onda en las que puede operar la fibra óptica sin presentar pérdidas (atenuación) significativas, las tres primeras ventanas de operación y que comúnmente se utilizan en el sistema de comunicación por fibra óptica son: 850Nm, 1310Nm y 1550Nm. Conectores: accesorio terminal instalado en los extremos de los jumpers de fibra, al final de los pigtails en las CIO, entre otras, que sirven para unir mecánicamente las fibras ópticas con la capacidad de ser desconetable. 3

Dispersión cromática: propiedad intrínseca no deseable de la fibra óptica que provoca un grado de afectación de la señal óptica causada por la desviación de la longitud de onda original a grandes velocidades de transmisión. Dispersión modal: esta dispersión es debida por la multiplicidad de caminos de transmisión o modos de propagación en el interior de la fibra óptica, ocasionando que las señales enviadas a través de la fibra se distorsionen, de forma que los pulsos de luz enviados se ensanchen, es por ello que la dispersión modal limita el ancho de banda y con ello la velocidad de los datos. Refracción: cuando un rayo de luz viaja de un medio a otro, se dobla en la frontera que separa ambos medios. Reflexión: sucede cuando la señal lumínica rebota en las paredes del núcleo de la fibra óptica permitiendo así su propagación en ella. Pigtails: hilos de fibra óptica que se encuentran dentro de las CIO a las cuales se empalma las fibras ópticas del CDFO. Enlace óptico: comunicación directa entre dos equipos a través de una fibra óptica. Cocas de fibra: son las vueltas o circunferencias que se dejan al inicio y al final de un tramo como reserva de cable. Servicio de comunicación: son las conexiones o enlaces de comunicación que entrega o tiene disponible el equipo nodo SDH. Bit: es la unidad mínima de medida de información, correspondiente a un digito binario (cero o uno).

5.1.2

Acrónimos

En la tabla 1 se presentan las abreviaturas frecuentemente encontradas en los documentos técnicos relacionados con los sistemas ópticos:

4


FO PDH

P LSESIOCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY (JERARQUÍA DIGITAL PLESIÓCRONA)

SDH

SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY (JERARQUÍA DIGITAL SÍNCRONA)

OPGW

OPTICAL GROUND W IRE (CABLE DE GUARDA CON FIBRAS ÓPTICAS)

CDFO

CABLE DIELÉCTRICO CON FIBRAS ÓPTICAS

ADSS ETO SFP E&M

ALL-DIELECTRIC SELF -SUPPORTING (CABLE ÓPTICO TOTALMENTE DIELÉCTRICO AUTOSOPORTADO).

EQUIPO TERMINAL ÓPTICO ACTOR P LUGGABLE T RANSRECEPTOR SMALL F ROM-F

E AR AND MOUTH (OÍDO Y BOCA)

FXS

F OREIGN E XCHANGE SUBSCRIBER (SUSCRIPTORA DE INTERCAMBIO REMOTO)

FXO

XCHANGE OFFICE (OFICINA DE INTERCAMBIO REMOTO) F OREIGN E

STM

SINCHRONOUS T RANSPORT MODULE

CIO

CAJA DE INTERCONEXIÓN ÓPTICA

UM, SM MM

FIBRA ÓPTICA

Kbps MKbps

UNIMODO MULTIMODO KILO BITS POR SEGUNDO MEGA BITS POR SEGUNDO

BDB

DECIBEL

DBM

DECIBEL CON RESPECTO A UN 1MW

OTDR UTR LASER LC ST SMA

(MÓDULO DE TRANSPORTE SÍNCRONO)

OPTICAL T IME DOMAIN REFLECTOMETER (REFLECTOMETRO ÓPTICO EN EL DOMINO DEL TIEMPO)

UNIDAD TERMINAL REMOTA AMPLIFICACIÓN DE LUZ POR EMISIÓN ESTIMULADA DE RADIACIÓN LUCENT CONECTOR

O LOCAL CONNECTOR

(CONECTOR LUCEN O CONECTOR LOCAL)

SET AND TWIST (PUNTA RECTA) SUBMINIATURA A (CONECTOR COAXIAL RF MINI PARA PUERTO E1)

SC

SUBSCRIBER CONNECTOR O STANDARD CONNECTOR (CONECTOR ESTÁNDAR O CONECTOR SUSCRIPTOR)

FC

F IBER CONNECTION

APC PC

(CONEXIÓN DE FIBRA)

ANGLED P HYSICAL CONTACT (CONTACTO FÍSICO ANGULADO) P HYSICAL CONTACT (CONTACTO FÍSICO)

SPC

SUPER P OLISHED PC (PULIDO SÚPER PC)

UPC

ULTRA P OLISHED PC (PULIDO ULTRA PC)

MTRJ

REGIRESTED J ACK (TRANSFERENCIA MECÁNICA)

Tabla 1. Abreviaturas

5

5.1.3

Principio básico de comunicación óptica

El principio básico es el siguiente: La señal de información a transmitir controla una fuente de luz encendiéndola y apagándola en una secuencia codificada particular o variando la intensidad de la luz. La luz se acopla a una fibra óptica que la guía a lo largo de la distancia de comunicación. En el extremo del receptor, un detector decodifica la luz y reproduce la información de la señal. En la figura 1 se muestra un diagrama básico de un sistema de comunicación óptica donde los elementos que la conforman son:

Fuente Emisor de luz

Medio Fibra óptica

Receptor Detector de luz

Figura 1. Diagrama básico en un sistema de comunicación óptica

Fuente: es el dispositivo que genera la luz, también conocido como emisor de luz. Medio: fibra óptica, la cual es un filamento de vidrio, sílice capaz de guiar la luz a lo largo de la distancia de la comunicación. Receptor: es el dispositivo que detecta la luz, recibe la secuencia de bits ópticos y la transforma en una secuencia de bits “eléctricos”. 5.1.4

Composición básica de una fibra óptica

Las fibras ópticas son fabricadas a base de material cristalino. El conductor de fibra óptica está compuesto por tres elementos básicos: el núcleo (core), el revestimiento (cladding) y el recubrimiento. El material del núcleo y el revestimiento tienen distinto índice de refracción, para conformar así un medio propagador de las ondas luminosas. El recubrimiento es el elemento más externo y el que impide que la luz exterior interfiera con la señal luminosa que viaja por el núcleo de la fibra. En la figura 2 se muestra en perspectiva de corte las partes principales que conforman una fibra óptica. 6


Recubrimiento

Recubrimiento (de 250 a 500 µm) Revestimiento ( 125 µm) Nucleo ( De 8 a 65 µm)

Núcleo Revestimiento

Figura 2. Partes principales que conforman una fibra óptica

5.1.5

Cómo viaja la luz en una fibra

Cuando un rayo de luz se propaga sin obstáculos por un medio como el aire o el vidrio, viaja en línea recta. La refracción se produce cuando el haz de luz incidente se encuentra con el plano de separación de los medios y presenta una variación con respecto a la trayectoria original del haz. Dicho haz se propaga a través del nuevo medio siguiendo una nueva trayectoria. A este cambio de dirección se le llama refracción, el cual se puede apreciar en la figura 3.

Figura 3. Ejemplo de Refracción

7

Cuando un rayo de luz rebota durante el cambio de medio o material de propagación, se le llama reflexión (ver figura 4).

Figura 4. Ejemplo de Reflexión

Conducción de luz en un conductor de fibra óptica Recubrimiento n2 aire n2=1

(90º -a0)

a0

Eje del conductor de fibra óptica Núcleo n1>n2 Recubrimiento n2

Con estos conceptos, podemos entender que cuando la luz viaja a través del núcleo, va rebotando en el revestimiento a lo largo de la distancia de comunicación. Mientras la fibra se mantenga en línea recta, el haz de luz seguirá hasta que exista un doblez o curva en la fibra en donde el haz se reflejará en el revestimiento y seguirá hasta golpear nuevamente con el revestimiento. Así sucesivamente hasta llegar hasta el otro extremo de la fibra. Cabe mencionar que durante el viaje, parte de la luz se pierde en el revestimiento ya que no se refleja el 100%, por tal motivo, la distancia máxima que puede viajar un haz de luz, depende de la calidad del núcleo y del revestimiento de la fibra. 5.1.6

Flujo de Información

Como se puede observar en la figura 5, la señal eléctrica de información llega al transmisor a través de un convertidor, a cuya salida se tiene una señal luminosa proporcional generada por un emisor de luz; esta señal luminosa es introducida a un elemento que es una fibra óptica por la cual viajará cierta distancia; esta señal es recibida por un elemento convertidor a través de un detector de luz, y posteriormente es convertida a una señal eléctrica que finalmente es la que originalmente se transmitió. 8


Fibra óptica

Señal electrica (información) E/O

Emisor de luz

Detector E/O de luz

Convertidor eléctrico-óptico

Transmisión de la señal óptica

Convertidor óptico-electrico

Figura 5. Flujo de Información

5.1.7

Ventajas y desventajas principales

Los criterios para tomar en cuenta la utilización de la fibra óptica como medio de comunicación siempre requieren evaluar los aspectos que se pueden apreciar en la tabla 2.

Ventajas

Desventajas

Gran capacidad: Por este medio se tiene la capacidad de transmitir grandes cantidades de información simultánea. Tamaño y peso: Un cable de fibra óptica tiene un diámetro pequeño y, es más ligera que un cable de cobre, esto la hace más fácil de instalar.

PorConversión electro-óptica: Se requieren de equipos especiales para la conversión de la señal eléctrica a óptica y viceversa lo cual se refleja en el costo del enlace. Instalación especial: Se requieren técnicas y herramientas especiales para la su instalación. Reparaciones: Se requieren herramientas especiales para la realización de reparaciones, durante las cuales se necesita destreza y habilidad, al igual que equipo especial de empalmado.

Interferencia eléctrica: La fibra óptica no se ve afectada por señales de radio o por interferencias electromagnéticas. Aislamiento: La fibra óptica es un dieléctrico (aislador), ya que no conduce la electricidad.

Tabla 2. Ventajas y desventajas de la fibra óptica

9

5.2

Tipos de Fibra Óptica

Las fibras ópticas pueden clasificarse según el modo de propagación de la luz en el interior del núcleo, es decir, dependerá de las distintas formas en que se propaga la luz dentro de la fibra. El siguiente cuadro sinóptico muestra en forma resumida la gama de tipos en los que se puede clasificar las fibras ópticas.

Salto de índice o índice escalonado

Multimodo

Índice gradual

Fibras SMF ( Estándar single mode fiber ) Recomendación ITU 652 Multimodo NZ - DSF ( NON -ZERO Dispersión shifted fiber ) Recomendación ITU 655

10


Índice de refrección

Impulsión de entrada

Impulsión de salida

Fibra a salto de índice

Fibra a gradiente de índice

Fibra monomodo

Figura 6. Clasificación de fibras ópticas

Para efectos prácticos los tipos de fibras ópticas más utilizadas en la infraestructura de comunicaciones de CFE son:

Fibra monomodo: en estas fibras la luz sólo se propaga en un modo (un solo camino), esto se debe al pequeño tamaño de su núcleo (menos de 9 µm) lo cual permite tener enlaces ópticos de mayores distancias y velocidades de transmisión elevadas, tal como se muestra en la figura 7.

Energía luminosa

Figura 7. Fibra monomodo o unimodo y modo de propagación de la luz en la fibra óptica

11

Fibra multimodo: en este tipo de fibra la luz se puede propagar de varios modos (caminos para los rayos de luz), de forma simultánea. El diámetro del núcleo de este tipo de fibras suele ser de 50mm o de 62.5mm ver figura 8.

Energía luminosa

Figura 8. Fibra multimodo y modo de propagación de la luz en la fibra óptica

En la figura 9 se muestran los dos tipos de fibra óptica en perfil de corte así como sus dimensiones típicas: 125 µm

50/62.5

µm

a)

125 µm

9 µm

b)

Figura 9. Dimensiones de fibras ópticas: (a) 50/62.5µm en la fibra multimodo (b) 9 µm en la fibra monomodo

Un parámetro extrínseco a la fibra óptica es la ventana de trabajo. Cuando se habla de ventanas de trabajo se refiere a la longitud de onda central de la fuente luminosa que se utiliza para transmitir la información a lo largo de la fibra. La utilización de una ventana u otra determinará parámetros tan importantes como la atenuación que sufrirá la señal transmitida por kilómetro. Las ventanas de trabajo utilizadas son: primera ventana a 850nm, segunda ventana a 1300nm y tercera ventana a 1550nm. La atenuación es mayor si se trabaja en primera ventana, y menor si se hace en tercera.

12


Ventajas de trabajo

Pérdidas netas

Figura 10. Ventana de trabajo

5.3

Clasificación de pérdidas de potencia óptica (atenuación)

Las pérdidas o atenuaciones de las señales luminosas en las fibras ópticas pueden clasificarse de dos tipos: extrínsecas e intrínsecas. 5.3.1

Extrínsecas

Provocan atenuación de la señal luminosa por causas a agentes externos a la naturaleza de la fibra óptica. Dentro de las principales están: •

Pérdidas por curvatura

•

Pérdidas por empalme

•

Microfisura

Pérdidas por curvatura: Las curvas a las que son sometidas las fibras ópticas se pueden clasificar en macro curvaturas (radio del orden de 1cm o más) y microcurvaturas (el eje de la fibra se desplaza unas decenas de micra sobre una longitud de unos pocos milímetros) ver figura 11. 13

•

Macrocurvaturas (macrotorcimiento): la presencia de una curva en la fibra puede afectará el índice refractivo y el ángulo crítico del rayo de luz en esta área específica, dando como resultado, que la luz que viaja en el núcleo pueda refractarse, la pérdida de la señal es reversible una vez que desaparece el doblado. A fin de prevenir esto los cables de fibra tienen como mínimo un ángulo de curvatura.

•

Microcurvaturas (microtorcimiento): son irregularidades geométricas entre el núcleo y el revestimiento, generando pérdidas por radiación luminosa.

Núcleo

Macro-torcimiento

Bindaje

Núcleo

Bindaje

Micro-torcimiento

Figura 11. Tipos de Pérdida por Curvatura

14


Pérdidas por empalmes: Se producen cuando una parte de la luz que sale de un núcleo no incide en el otro núcleo y se pierde. Por tanto, las pérdidas por esta causa constituyen un factor muy importante en el diseño de sistemas de transmisión; particularmente en enlaces de telecomunicaciones de gran distancia. Pueden ser de manera mecánica cuyas atenuaciones van de 0.2dB a 0.5dB, o por fusión cuyas atenuaciones por lo general son menores a 0.1dB. Ver figura 12.

Figura 12. Empalmes

Técnicas de empalme Existen 2 técnicas de empalme que se emplean para unir permanentemente entre sí fibras ópticas. La primera es el empalme por fusión que actualmente se utiliza en gran escala, y la segunda el empalme mecánico, ver figura 13. Empalme por fusión: Se realiza fundiendo el núcleo, siguiendo las etapas de: •

Preparación y corte de los extremos a empalmar

•

Alineamiento de las fibras, mediante un equipo empalmadora de fusión

•

•

Soldadura por fusión, los extremos de las fibras se funden mediante un arco eléctrico generado entre los electrodos de la empalmadora. Protección del empalme, la fusión realizada anteriormente es protegida mediante un manguito o tubo termo contráctil con refuerzo de acero inoxidable

15

Empalme mecánico Se usa en el lugar de la instalación donde el desmontaje es frecuente, es importante que las caras del núcleo de la fibra óptica coincidan exactamente. Consta de un elemento de auto alineamiento y sujeción de las fibras y de un adhesivo adaptador de índice que fija los extremos de las fibras permanentemente.

Empalme de fibra óptica de tipo mecánico

Empalme de fibra óptica de tipo mecánico Figura 13. Técnicas de empalme

5.3.2

Intrínsecas

Son pérdidas inherentes de la fibra óptica, dependen de su construcción y no se pueden eliminar. Las principales son:

Pérdidas por la calidad de la fibra Son las inherentes a la fibra que dependen de la calidad y pureza del material con que se fabrica el núcleo de la fibra como es sílice o vidrio. Pérdidas por proceso de fabricación Son las provocadas debido a las irregularidades durante el proceso de fabricación de la fibra. Pérdidas por distancia y refracción Son las que se pierden por la refracción de la luz en el revestimiento y por la longitud de la fibra.

16


5.4

Valores típicos de atenuaciones

Los valores de atenuaciones o pérdidas típicas de la señal óptica para efectos de realizar cálculos de un enlace se pueden apreciar en la tabla 3: Fibra Multimodo Fibra Monomodo Empalme X Fusión Multimodo Empalme X Fusión Monomodo Conectores

0.5 dB/km 0.22 dB/km 0.15 dB 0.10 dB 0.50 dB

Tabla 3. Valores de atenuaciones típicas de la señal óptica

Con base en los valores de pérdidas plasmados en la tabla de arriba, se muestra un ejemplo de cálculo de la pérdida de potencia óptica esperada en un enlace típico entre subestaciones.

5.4.1

Cálculo de un enlace

Para calcular la atenuación de un enlace de fibra óptica, debemos sumar cada una de las atenuaciones que tendremos a lo largo del enlace considerando: •

La atenuación del cable (cada carrete)

•

La cantidad de empalmes por fusión (cajas de empalme)

•

La cantidad de conectores a utilizar

Ejemplo de cálculo de un enlace: Se requiere un enlace vía fibra óptica monomodo entre la subestación a y b con una distancia de 30km. ¿Cuál será la atenuación total del enlace? Para resolverlo primero se calcula la atenuación del cable, ver figura 14:

17

30 Km x 0.22 dB/km = 6.6 dB Atenuación por kilometro de fibra monomodo

Longitud del enlace

S.E. A

S.E. B

30 Km

Figura 14. Cálculo de la atenuación del cable

Después, se calcula la cantidad de cajas de empalme a instalar (ver figura 15) considerando que cada carrete tiene una longitud de promedio de 3km, por lo que cada 3km se colocará una caja de empalme.

30 Km Longitud del enlace

3 Km = 10 cajas de empalme + 1 del extremo

Longitud de cada carrete

Figura 15. Cálculo de cajas de empalme a instalar

Considerando que cada caja de empalme o empalme de fusión (Ver figura 16) tiene 0.1 dB se tendrá que:

18


11x 0.1 = 1.1 dB por cajas empalme S.E. A

S.E. B

30 Km Figura 16. Cálculo por cajas de empalme

En un enlace por lo general se consideran 2 conectores por extremocuando se utiliz el equipo de mediciòn generador y medidor óptico, por o que en total son 4. Y cuando se utiliza el equipo OTDR se deben consierar 2 conectores. Entonces: 4 x 0.5 dB = 2 dB (considerando generador y medidor) Por lo tanto si sumamos todas las atenuaciones: Del cable Por empalme Por conectores Total

6.6 dB 1.1 dB 2 dB 9.7 dB

Por lo que se espera tener una pérdida de señal de 9.7dB. Para efectos prácticos este valor será muy cercano al que se realice con equipos de medición. Más adelante en la unidad se mostrará que hay otros elementos a tomar en cuenta para que el cálculo sea más preciso. Ejemplo de cálculo de atenuación estimada: Se tiene un carrete de cable OPGW con fibra óptica monomodo de 4.5km, para calcular la atenuación total de este carrete se multiplica el valor del tamaño del carrete por el coeficiente de atenuación: T. Carrete x c. Atenuación= 4.5km x 0.22 dB/km = 0.99dB Por lo que el valor de atenuación que presentarán las fibras ópticas del carrete de OPGW será de 0.99dB. 19

5.5

Partes que conforman los sistemas ópticos de comunicaciones

Los sistemas ópticos de comunicaciones en CFE están conformados por los elementos que están ubicados en las subestaciones eléctricas y en las líneas de transmisión. Los elementos que están ubicados en las líneas de transmisión se pueden apreciar en la figura 17, y son: •

OPGW o cable de guarda con fibras ópticas (para líneas de transmisión aéreas)

•

ADSS o cable dieléctrico (para líneas de transmisión subterráneas y área)

•

Herrajes de tensión, suspensión, amortiguadores, entre otros.

•

Cajas de empalmes

Figura 17. Elementos de un sistema de óptico de comunicaciones en la línea de transmisión

20


Para el caso de las líneas de transmisión aéreas, las cajas de conversión, generalmente se instalan en los marcos de remate de las subestaciones y se integran en el alcance de la obra de la línea. Los elementos que están ubicados (ver figura 18) en las subestaciones son: •

CDFO o cable dieléctrico de fibras ópticas

•

Caja de interconexión óptica o ODF

•

Jumpers de conexión a equipo óptico

•

Amplificadores (en caso de enlaces ópticos muy largos)

•

Equipos terminales ópticos

Figura 18. Elementos de un sistema óptico de comunicaciones en las subestaciones

21

5.6

Composición de un Cable de Guarda con Fibras Ópticas (CGFO)

Ahora bien, el cable de guarda tiene una constitución muy parecida a los cables conductores normales (ver figura 19), con la excepción de que en su interior tiene alojadas las fibras ópticas, las cuales están cubiertas por diferentes materiales que la protegen de la humedad y daños mecánicos.

Alambres de acero Alambres de aluminio Tobo de aluminio Núcleo óptico Material de relleno

Alambre de acero

Figura 19 Ejemplo de la constitución de un cable OPGW

22


Dependiendo de cada fabricante es el diseño final y ordenamiento de las fibras en el cable. En general los fabricantes deben cumplir con lo solicitado sobre su composición en la especificación CFE E0000-21 y CFE E0000-35 . Derivado del cumplimiento de lo indicado en la especificación, los diferentes fabricantes obtendrán las constancias de aprobación de LAPEM, con lo que el supervisor de obra tendrá un documento que garantice la aprobación para su utilización en las obras de líneas, de transmisión de CFE, ya sea para su adquisición o para su suministro por parte de las contratistas en obras.

5.6.1

Consideraciones del cable de guarda con fibras ópticas

Otro de los elementos, para la evaluación de un cable de guarda con fibras ópticas se deberán revisar las siguientes características considerando lo indicado en la especificación de CFE E0000-21. •

•

•

Número de fibras: Debe ser mayor o igual a 36 fibras por cable de guarda Corriente de cortocircuito Se refiere a la capacidad de disipación de corrientes o de disipación térmica ante una corriente de falla, la cual debe ser de mayor igual a 87 (kA) 2s Descargas atmosféricas Es la capacidad de transferencia de energía ante una descarga atmosférica, la cual debe ser 100C.

•

Carga de ruptura Es la carga a la cual se rompe un cable a sección completa, siendo como esperado mayor o igual a 70KN

•

Diámetro del cable Para la norma E0000-21 se considera un diámetro menor o igual a 16.2mm

•

Condiciones ambientales El cable debe ser capaz de soportar las diferentes condiciones ambientales o climas (seco, húmedos, salinos, entre otros)

23

5.7

Objetivo del cable de guarda con fibras ópticas en una línea de transmisión

El cable de guarda con fibras ópticas u OPGW es instalado en la parte superior de las torres de las líneas de alta tensión de la red eléctrica de CFE, ver figura 20. Las razones principales de su instalación son: •

•

Servir de medio de comunicación para la transmisión de información entre las subestaciones y centros de control regional. Evitar descargas atmosféricas y cortocircuitos en la línea

Figura 20. Cable de guarda con fibras ópticas instalado en parte superior de las torres

5.8 Herrajes y accesorios utilizados en la instalación del CGFO y del CDFO El cable de guarda con fibras ópticas, va montado en la parte superior de las torres de las líneas de transmisión a lo largo de su trayectoria. Para tal fin se requiere de una serie de herrajes y accesorios con los cuales se dará continuidad y la correcta sujeción al cable de guarda. Estos herrajes y accesorios se aprecian en la tabla 4.

24


Nombre del herraje

Uso Elemento mecánico utilizado para iniciar Herraje de tensión de o terminar un tendiinicio o final do de cable de guarda con fibras ópticas.

Herrajes de tensión doble pasante

Elementos mecánicos para mantener la continuidad del tendido de cable de fibra óptica en torres o postes.

Herrajes de tensión doble bajante

Elementos mecánicos utilizados para guiar el cable OPGW hacia las cajas de empalme.

Foto

Comentario Para diámetro de cable OPGW, 13.0 a 16.2mm

Para diámetro de cable OPGW, 13.0 a 16.2mm

Para diámetro de cable OPGW, 13.0 a 16.2 mm

Elementos mecánicos utilizados para manHerraje de suspensión tener suspendido el colgado pre formado cable OPGW a lo largo del tendido.

Para diámetro de cable OPWG 13.0 a 16.2mm

Herraje de suspensión tipo montado

Elementos mecánicos utilizados para mantener suspendido el cable OPGW a lo largo del tendido.

Para diámetro de cable OPWG 13.0 a 16.2mm

Herrajes de guía y fijación con o sin neopreno

Elemento utilizado para sujetar y guiar los extremos de un cable tendido hacia la caja de empalme sobre el poste o torres.

Fabricados en acero al carbono galvanizado por inmersión en caliente. Neopreno resistente a rayos UV

Amortiguador de vibraciones

Reduce las vibraciones eólicas o de factores externos que generen movimiento en cables de FO.

Su uso es en líneas de alta tensión para calibres del 13.0 al 16.2 25

Herraje de almacena- Sirve para almacenar miento la coca de OPGW

Recubrimiento para herraje de tensión

Fabricado en PVC ARBOR resistente a rayos UV, intemperie, guano de aves y altas temperaturas.

Caja de empalme

Accesorio donde se unen los extremos de los cables OPGW de cada carrete utilizado en las líneas de transmisión.

Fabricado en acero al carbón galvanizado por inmersión en caliente

Brinda una mayor protección al herraje.

Fabricado en acero galvanizado. Con sellado hermético contra humedad.

Tabla 4. Relación de herrajes y accesorios

En la tabla 5, se relacionan los herrajes y accesorios más comúnmente usados en el tendido y montaje de CDFO tipo ADSS, utilizado en subestaciones y en las líneas de transmisión aéreas. 26


Nombre del herraje

Uso Soporta cables tipo ADSS de 8 a 20mm de Herraje tipo J Para diámetro para claro líneas de transmisión de 150 metros como máximo. Es una grapa especial de suspensión tangencial diseñada para cables ADSS instalados con tensiones ba jas en vanos cortos. La base y la cubierta de la grapa están unidas mediante un cierre que permite un Soporte de aluminio fácil acceso a la zona para ADSS interior de la grapa en la que se montan unos manguitos de poliuretano que agarran el cable de forma firme y segura a la vez, evitando presiones excesivas sobre el mismo que lo podrían dañar.

Suspensión de aluminio

La base y la cubierta de la grapa están unidas mediante un cierre que permite un fácil acceso a la zona interior de la grapa en la que se montan unos manguitos de poliuretano que agarran el cable de forma firme y segura a la vez, evitando presiones excesivas sobre el mismo que lo podrían dañar. Las varillas de refuerzo permiten ángulos de línea mayores y longitudes de vano más largas.

Foto

Comentario Fabricado en acero galvanizado con protección de neopreno resistente a los rayos UV.

Puede fijarse a la estructura tanto mediante tornillo como mediante una banda: con tornillo cuando se monte en poste de madera y mediante la banda metálica cuando se monte en poste de hormigón o metálico.

El manguito viene adaptado a un determinado rango de diámetros de ADSS y sólo se debe usar para ese rango. Las varillas de refuerzo están diseñadas para un rango de diámetros del cable específico y sólo se debe usar para ese rango de diámetros.

27

Los amortiguadores en espiral preformados son accesorios diseñados para amortiguar las vibraciones Amortiguadores para de alta frecuencia que cableado ADSS se producen en los cables de fibra óptica, tanto OPGW como ADSS, instalados en líneas aéreas.

Estos accesorios están fabricados en PVC. Son por tanto ligeros, están exentos de la posibilidad de corrosión, no producen una presión puntual sobre el cable, lo que en el caso de los cables de fibra óptica es especialmente importante, y no son afectados por el galope.

Almacena el excedente de cable ADSS en su diámetro 27 interior de 60cm. Fabricado en acero galvanizado.

Fabricado en acero galvanizado.

Almacenador para ADSS

Remate de tensión para cable ADSS

Recubrimiento para herraje de tensión

Caja de empalme para cable ADSS

Fabricado en termoplástico resistente a rayos UV así como en acero inoxidable. Fabricado en PVC ARBOR resistente a rayos UV, intemperie, guano de aves y altas temperaturas. Es apta para distintos tipos de ambientes ya que está sellado herméticamente con pinza y sistema de o’rings. Cuenta con kits de cable para sellados adecuados.

Las pinzas del remate permiten una fijación rápida y segura en cable de ADSS con diámetro de 8 a 20mm.

Brinda una mayor protección al herraje. Caja de empalme para cable ADSS, para diferentes diámetros de cable, cuenta con un puerto oval y 6 a 18 puertos redondos para entrada o salida.

28


Acepta de 1 a 4 charoCaja de empalme de las con capacidad de 2 a 4 vías 12 a 24 fibras alojando como máximo 72.

Se fija a torre o poste por medio de tornillos sin perforar.

Tabla 5. Herrajes y accesorios más comúnmente usados en el tendido y montaje de CDFO tipo ADSS utilizado en subestaciones y en las líneas de transmisión aéreas

En la tabla 6 se muestran los herrajes y accesorios comúnmente usados en el tendido y montaje de CDFO utilizado en trincheras de las subestaciones.

Nombre del herraje

Uso

Foto

Comentario

Se utiliza para protección de CDFO en línea Tubo PEAD y abrazade transmisión subtederas tipo omega rráneas y en trincheras de la subestación.

De 2 pulgadas (50mm) de diámetro.

Se utiliza en los extremos de la tubería PEAD, y sirve para sellar el tubo únicamente permitiendo el paso del CDFO, evitando la penetración de humedad y roedores.

Reduce el diámetro de 50mm a 14.5mm

Se utiliza para el jalado del CDFO en las trincheras de líneas subterráneas.

Son caja de sellado hermético y se le pueden realizar los orificios para continuidad del ducto en cualquier dirección.

Tapón reductor

Caja hermética para jalado de CDFO

Tabla 6. Herrajes y accesorios más comúnmente usados en el tendido y montaje de CDFO utilizados en trincheras de las subestaciones 29

En la figura 21 se muestran algunos de los herrajes y accesorios utilizados en los enlaces ópticos entre subestaciones de CFE. Se puede apreciar la ubicación que comúnmente llevan dichos elementos a lo largo de las trayectorias de las líneas de alta tensión, esto es importante para que el supervisor de obra pueda identificarlos correctamente durante la supervisión de la obra en lo que respecta al montaje del OPGW.

Figura 21. Aplicación de herrajes en la Línea Figura retomada del catálogo de Prysmian.

30


5.9 Procedimiento de instalación En la figura 22, se indican los elementos que normalmente se utilizan para las actividades de tendido, referente al montaje de cable OPGW en las torres de líneas de alta tensión.

Bobina cable OPGW Freno Polea Alacrán 2.3m

Calcetín Antitorsión Hilo piloto

>2h Traccionadora

h

Bobina piloto

>2h Figura 22. Esquema de elementos para el tendido del OPGW

5.9.1

Cuidados en el manejo del cable con fibras ópticas

Durante el manejo de un cable con fibras ópticas, se deben tener cuidados especiales, debido a las propiedades vítreas de las fibras, ya que es posible que se rompan, aunque visiblemente el cable parezca estar en perfecto estado. Por lo tanto, se debe tener especial cuidado en: •

Radios de curvatura

•

Tensión y velocidad de tendido

•

Cuidado general

31

Radios de curvatura Cada fabricante debe incluir dentro de las características de su cable, el radio mínimo de curvatura, el cual debe ser respetado en todo momento durante los trabajos de tendido e instalación. En caso contrario, las fibras del cable pueden dañarse, y provocar atenuaciones por encima de las especificadas por el fabricante. En la figura 23 se visualiza un ejemplo del enrollamiento que se realiza al dejar las cocas de OPGW, en donde se respeta el radio de curvatura para no dañar internamente las fibras ópticas.

Radio de curvatura mínimo

Figura 23. Coca de OPGW en torre

Tensión y velocidad de tendido Un cable con fibras ópticas tiene una tensión y velocidad de tendido más baja que la de los cables convencionales. Las máximas tensiones de tendido están especificadas por el fabricante y no deben de excederse en ningún momento. Una vez que se ha verificado que las poleas trabajan adecuadamente y que la guía está a la altura conveniente, se inicia el tendido del cable, soltando el freno lentamente y accionando la traccionadora, vigilando en el dinamómetro que la tensión no sobrepase los 11,800 N (1,200 Kgf). Al inicio, la velocidad de instalación debe ser de 5 ó 6 m/min y debe aumentarse poco a poco hasta llegar a 40 m/min aproximadamente. Puede llegar a la máxima velocidad que permita la máquina de tracción, siempre y cuando se mantenga la tensión constante, sin jaloneos.

Cuidado general El manejo inapropiado del cable con fibras ópticas provoca que sean alteradas sus características de transmisión. Por lo tanto, se deben tener cuidados para evitar maltratarlo. De igual forma, los extremos deber ser cubiertos con una capucha colocada térmicamente o cinta aislante para evitar que la humedad penetre al cable, lo cual puede ocasionar cambios en las características del mismo y alterar su tiempo de vida. 32


5.9.2

Datos básicos requeridos para la instalación del cable con fibras ópticas

El supervisor de preferencia, debe tener los siguientes documentos para efectos de la correcta supervisión del tendido del OPGW en las obras de líneas de transmisión. •

Programa de tendido

•

Planos de localización de estructuras

•

Listas de distribución de torres

•

Planos y perfiles de la línea

•

Tablas de flechas y tensiones

•

Listados de herrajes requeridos

•

Recomendaciones del fabricante

Estos documentos pueden ser consultados en las bases del contrato de obra o solicitados al contratrista encargada de la obra, como documentos ya aprobados para construcción.

5.9.3

Consideraciones para instalación

Como recomendación se deben tener en cuenta los siguientes parámetros y datos para supervisar la correcta realización del tendido del OPGW: •

Localización de las cajas de empalmes en la línea de transmisión

•

Radio de curvatura del cable

•

Nivel de tensiones

•

Puestas a tierra (instalación de cola de rata)

5.9.4

Consideraciones para la instalación de cajas de empalme

Accesibilidad: Se refiere a las estructuras en donde se colocarán las cajas de empalme, las cuales deberán estar en lugares de fácil acceso.

Montaje de las cajas de empalme: La distancia al suelo puede variar aunque se recomiendan las siguientes: 33

Tipo de estructura Torres Poste Subestación

Tipo de estructura 7m mínimo 5m mínimo 2m (máx.)

Todo lo anterior, se realiza para facilitar los procedimientos de empalme, mantenimiento y en su caso reparación de fallas. Por ello, es importante tener especial cuidado con los herrajes empleados para la sujeción de las cajas de empalme a las torres y/o postes (ver figura 24), ya que pueden variar de acuerdo con cada fabricante, y deben considerarse en todo momento las recomendaciones del mismo, a fin de asegurar una correcta fijación a las estructuras. Para casos especiales se pueden realizar las adecuaciones necesarias a dichos herrajes o incluso, acondicionar un herraje para algún caso específico, siempre y cuando las cajas de empalme y el cable de guarda con fibras ópticas, tengan una fijación que iguale o supere las recomendaciones del fabricante. Punta del cable flechado

Caja de empalme

Posición final de la punta Figura 24. Ejemplo de colocación de caja de empalme. Figura tomada del manual de técnico “Instalación de cable de guarda con fibras ópticas OPGW)” de CONDUMEX

34


5.9.5

Información proporcionada por el contratista

Se refiere a la información que el supervisor debe recibir del contratista, previamente a la ejecución de las pruebas operativas del enlace completo por fibra óptica, por parte del personal técnico del área operativa. A continuación se relaciona dicha información que debe obtenerse al realizarse las pruebas preoperativas por parte de la contratista cuando se incluye el suministro y tendido como alcance de la obra: •

Resultados de las pruebas de atenuación del fabricante

•

Datos de la longitud de los carretes utilizados

•

Ficha técnica del cable

•

Lista de distribución de carretes en la línea

•

Resultados de las pruebas de atenuación antes de la instalación (en sitio)

•

Resultados de las pruebas del enlace punto-punto con OTDR

•

Resultados de las pruebas de enlace con generador-medidor óptico

•

Certificados de calibración de los equipos de medición

Lo anterior para la verificación del adecuado suministro e instalación del cable de fibras ópticas. Para el caso en que el suministro sea por parte de CFE y el alcance de la obra sea solo el tendido por parte de la contratista, se deberán realizar las pruebas ópticas y procedimiento indicados en la Especificación de construcción de líneas de transmisión en el apartado sobre recepción de carretes de fibra óptica.

5.10

Composición de un cable dieléctrico de fibras ópticas

El cable dieléctrico con fibras ópticas es un tipo de cable exteriormente no metálico y en su elemento más interno lleva alojadas las fibras ópticas. Tiene características ideales para su utilización tanto en exteriores como en interiores llevando los recubrimientos necesarios dependiendo de la aplicación específica. Para el caso que nos ocupa que son las subestaciones eléctricas de CFE el tipo de CDFO utilizado está conformado típicamente como se muestra en la figura 25.

35

Vaina Hilo de desgarre Hilo sintéticos de kevlar Cinta antiflama Cinta de mylar Loose Buffers Fibras Hilo de drenaje de humedad Elemento central dieléctico Figura 25. Partes de un cable dieléctrico con fibras ópticas

Para el tendido del CDFO en la subestación, a lo largo de la trayectoria desde la caja de conversión OPGW/CDFO ubicada en marco de remate hasta la caseta de control principal, se considera que debe ser instalado a través de ductos exclusivos y/o en el interior de tubo PEAD, en paredes de trincheras hasta llegar a la caseta de control de la subestación, debiendo continuar en su interior a través de las charolas exclusivas para el sistema de comunicaciones (en caso de aplicar), hasta llegar al gabinete donde se alojará la caja de interconexión óptica (CIO) a la cual serán finalmente empalmadas las fibras ópticas del cable. En el caso específico de las líneas subterráneas se utilizan cables dieléctricos con fibra óptica (CDFO) el cual deberá cumplir con lo expuesto en las especificaciones CFE E0000-35 “Cables de fibra óptica para postes y ductos de distribución” y CFE E000-21, así como lo indicado en la recomendación G.652.D para las fibras ópticas del cable. Por otra parte, existe un tipo de cable dieléctrico el cual tiene la característica de tener un elemento metálico adicional el cual que permite utilizarlo para su tendido, frecuentemente, por postería en líneas de distribución o subtransmisión. Este cable es de tipo ADSS (All Dielectric Self Supporting). En la figura 26 se aprecia un cable dieléctrico tipo ADSS “figura 8” o con mensajero

36


Figura 26. Cable ADSS, su corte transversal y sus elementos principales

5.11

Canalizaciones para el sistema de comunicación por fibra óptica dentro la caseta de control

Siempre se debe verificar que, dentro de la caseta de control se cuenten con las canalizaciones necesarias para la interconexión de los diferentes equipos del sistema de comunicaciones. Para el caso de los sistemas de comunicación por fibra óptica, existen tres tipos de canalizaciones que son las siguientes:

La canalización con charolas tipo malla (cablofil) se utiliza principalmente para cableado de cobre tipo estructurado (como puede ser cables para red o cable multiconductor (ver figura 27), este tipo de charolas debe estar aterrizado al sistema de tierra y puede ser instalada en la parte posterior a las charolas o canalizaciones de los cables de control. 37

Figura 27. Canalización con charolas tipo malla

La canalización por canaleta plástica (fiberguide o panduit) se utilizan generalmente para cableado de FO (jumpers) dentro de la caseta de control de la subestación (ver figura 28), esta canalización se fija generalmente a través de un brazo lateral el cual se sostiene de las charolas de canalización del cable de control y fuerza.

Figura 28. Canaleta tipo Fiberguide/Panduit. Canalización con canaleta tipo plástica

38


La canalización por charola de aluminio (ver figura 29), que normalmente se utiliza para canalizar los otros cableados del área de tableros. Como sugerencia se recomienda utilizar tubería flexible para proteger los cables ópticos (jumpers) al exterior de los tableros.

Figura 29. Canalización con charola de aluminio

5.12

Elementos del sistema de comunicación óptico en la subestación

Los elementos o equipos que conforman el sistema óptico de una subestación eléctrica están ubicados en el área de tableros de comunicaciones, en la caseta principal. En algunos casos se tienen en un cuarto por separado de los demás tableros. Como elementos principales que el supervisor debe identificar están los gabinetes de las cajas de interconexión óptica (ODF), y los gabinetes de los equipos terminales ópticos.

5.12.1

Caja de interconexión óptica

Este elemento se encontrará montado dentro de un gabinete, en la caseta de control de la subestación. Su objetivo principal, es recibir los cables de fibras ópticas tipo monomodo por las cuales se tendrán los enlaces de la subestación, con sus colaterales en la red eléctrica. También se utilizan para los enlaces ópticos entre casetas en una misma subestación o cuando se utilizan cables de fibras ópticas tipo multimodo. Pueden tener capacidad de empalmar cables ópticos de 12, 36 o 48 fibras (ver figura 30). Están compuestos internamente por unos latiguillos o pigtails, los cuales son cables de fibra que terminan en un conector mecánico (tipos FC, SC, ST, entre otros). Sus extremos, quedan disponibles para ser empalmados con el CDFO que llega 39

desde la caja de conversión o caja de empalme de transición. Los puertos ópticos son los que se utilizan para interconectar a través de jumpers ópticos a los equipos ópticos, o a los relevadores de protección de tipo de fibra óptica dedicada. A continuación se muestra un tipo de caja de interconexión óptica o distribuidor óptico.

Pigtails

Puertos ópticos CDFO

Casettera de empalmes

Figura 30. Empalmado de fibras en un distribuidor óptico

40


5.12.1.1

Tipos de conectores ópticos

Para el supervisor de obra es importante identificar los tipos de conectores más comunes, que se utilizan en los cables ópticos o jumpers en la infraestructura de comunicaciones de las subestaciones eléctricas de CFE. De esta manera, el supervisor podrá verificar con certeza que el contratista o el proveedor están suministrando los jumpers ópticos del tipo requerido para un proyecto dado. Tales conectores se encuentran descritos en la tabla 7.

Conector tipo FC macho y hembra

Conector tipo LC macho y hembra

Conector tipo SC macho y hembra

41

Conector tipo ST macho y hembra

Conector tipo E-2000 APC macho y hembra

Conector tipo MT-RJ macho y hembra

Tabla 7. Tipos de conectores

Los cables ópticos pueden suministrarse de tipo simplex, cuando se tiene un sólo cable con sus dos conectores en los extremos, o de tipo duplex cuando vienen juntos los dos cables con sus respectivos conectores en los extremos. Otro dato importante es que el cable de los jumpers con fibras tipo monomodo se suministran de color amarillo y de color naranja las fibras multimodo. Finalmente, cuando son suministrados los jumpers ópticos se requiere que sean certificados por fábrica para garantizar su correcta alineación y pulido de las fibras en sus conectores, así como pasar las pruebas ópticas satisfactorias de fábrica.

42


Figura 31. Conectores Pulidos

5.12.2

Equipos de comunicaciones ópticos

Los equipos de comunicaciones ópticos, conocidos también como equipos terminales ópticos (ETOs), son dispositivos que convierten las señales eléctricas en pulsos de luz y viceversa. La función es intercambiar información entre dos puntos para su procesamiento o en su caso reenviarla a otro punto de procesamiento. Todo esto mediante la fibra óptica instalada entre estos. En la figura 32 se muestra un equipo marca ABB modelo FOX515 el cual es utilizado en muchas subestaciones de la red eléctrica de CFE.

43

Figura 32. Equipo terminal óptico marca ABB modelo FOX515

•

Componentes

Los equipos de comunicaciones ópticos, (ver figura 33) están compuestos por tres partes principales:

a) b) c)

Generador de luz (transmisor) Detector de luz (receptor) Convertidor óptico/eléctrico

Figura 33. Componentes de los equipos de comunicaciones ópticos

44


a)

Generador de luz (transmisor)

Existen dos tipos de generadores de ópticos los cuales son: •

Diodos emisores de luz (LED)

Son dispositivos electrónicos de estado sólido tipo semiconductor, hechos a base de silicio dopado, a los cuales mediante un tratamiento se les da la propiedad de emitir luz. Son económicos y se emplean para generar luz de baja potencia que permita cubrir enlaces ópticos de corta distancia. •

Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

Son muy similares a los LEDs pero de diferente estructura que genera el efecto de emisión estimulada que permite obtener radiación de luz de forma concentrada. Son más costosos pero generan luz de forma sintonizada a longitudes de onda aptas para su utilización en la transmisión de datos. Tienen una potencia de salida elevada, con la cual puede cubrir mayores distancias y manejar gran cantidad de datos a altas velocidades.

b)

Detector de luz (receptor)

El detector de luz, es el elemento que recibe la señal de luz enviada por el generador. Mientras más sensibles sean a la luz, mayor será su costo. Cada detector de luz acepta un determinado nivel de luz, en caso de superarse, el detector se satura y el equipo no funciona; en esos casos, es necesaria la colocación de atenuadores ópticos en el transmisor, los cuales disminuyen la intensidad de luz enviada, evitando así la saturación en el receptor.

c)

Convertidor óptico/eléctrico

En esta etapa, la señal eléctrica que recibe el generador de luz, es convertida a luz para poder ser enviada. De igual manera, el receptor de luz, realiza la conversión de la luz recibida a eléctrica para poder ser interpretada. A los equipos de comunicaciones ópticos se les suele representar en planos con el símbolo que se muestra en la figura 34.

Figura 34. Símbolo que representa al equipo de comunicación óptico. 45

Otro elemento que forma parte de un equipo terminal óptico se denomina multiplexor. En este se combina y canaliza las señales de los diferentes servicios requeridos en las subestaciones eléctricas; las señales son ordenadas y entregadas al transmisor quien las hará llegar al equipo terminal óptico en otra subestación. También realiza la operación inversa recibiendo la señal combinada y restituyendo cada señal de servicio original. En una subestación eléctrica requerimos que se procesen las señales de los siguientes servicios: •

Telefonía o voz

•

Datos

•

Teleprotección

•

Video

El dispositivo capaz de lograr esta combinación de señales se llama multiplexor; en los planos suele representarse con el símbolo que muestra la figura 35.

Figura 35. Símbolo con el que se representa el multiplexor

En forma básica los multiplexores trabajan de la siguiente manera: Las señales recibidas son divididas en segmentos de determinado valor en tiempo. Cada segmento es enviado a un punto común en una unidad de tiempo a la cual esta sincronizado el equipo, para su ejemplificación ver figura 36.

46


Figura 36. Función básica de un multiplexor en una subestación

Las señales transformadas en una sola, son inyectadas al equipo de comunicaciones óptico para ser enviadas al equipo remoto. El equipo receptor recibe dicha información la cual es desmultiplexada para formar de nuevo la información generada originalmente, ver figura 37.

Figura 37. Ejemplificación de señales transformadas en una sola y viceversa

47

Interfaces de los equipos ópticos Las interfaces en los equipos ópticos son los elementos o puntos de entrada y/o salida para las señales de los diferentes servicios requeridos en las subestaciones eléctricas. Estas interfaces son del tipo apropiado para una aplicación en específico y obedecen a ciertas normas y estándares internacionales de comunicaciones con el objeto de lograr un alto grado de compatibilidad entre marcas y modelos de equipos. En la figura 38 se muestran algunos tipos de puertos de interfaces con las cuales se conectan los diferentes equipos de PCYM, telefonía, tele protección, entre otros, en una subestación

Conector Tipo Microcoaxial para Interfaz G.703.6 a 2Mbps

Conector tipo DB25 para interfaces V.35, V.24/28 y 64 Kbps codireccional

Conector tipo Krone para interfaces FXS,FSX, E&M y 64 Kbps codireccional

Conector tipo Rj 45 para interfaces Ethernet de cobre

Figura 38. Ejemplos de puertos de interfaces

48


Así mismo existen las interfaces tipo óptico que normalmente se utilizan para conectarse directamente a las fibras ópticas de los enlaces entre subestación. Las interfaces típicas que se mane jan son de los siguientes tipos: •

STM-1 a 155 Mbps

•

STM-4 a 622 Mbps

•

STM-16 a 2.5 Gbps

•

STM-64 a 10 Gbps

Dependiendo del fabricante es posible que se manejen módulos ópticos tipo SFP (Small FromFactor Pluggable Transreceptor) insertables. Se les puede denominar también tranceivers. Ver figura 39.

Figura 39. Módulo óptico Tipo SFP

En otros casos el transreceptor ya viene integrado a la tarjeta de interface óptica. Para el caso particular de los equipos FOX 5615 de ABB existe la tarjeta llamada Tebit, la cual tiene interface tipo óptico para enlazar por fibra multimodo los equipos digitales de teleproteccion ubicados en las casetas distribuidas que están en zona de bahías y alejadas de la caseta. En la figura 40 se muestra un equipo terminal óptico SDH/PDH marca ECI que se están incluyendo en los nuevos proyectos de subestaciones de la red eléctrica de CFE.

49

Figura 40. Equipo nodo óptico marca ECI modelo BG-64 con módulo de ampliación BG-30E

5.12.3

Amplificadores Ópticos

Estos equipos se instalan para enlaces ópticos que tienen distancias muy largas, y sirven para incrementar la potencia de transmisión y recepción de las señales ópticas para el ETO, se conectan entre el ETO y la CIO a través de jumpers de FO, y generalmente estos van colocados en gabinetes independientes. De la misma forma se pueden presentar casos en que se requieran de otros equipos que ayudan a adecuar la señal óptica para que no pierda su potencia, integridad y sincronía, como son los regeneradores y conversores de longitud de onda. En la figura 41 se muestran un amplificador óptico y un convertidor de longitud de onda, generalmente utilizados en algunos enlaces ópticos de CFE.

Amplificador óptico marca MPB Serie 1 RU

Convertidor de longitud de onda marca MPB Serie 1 RU Figura 41. Amplificador Óptico y convertidor de Longitud de Onda 50


5.13

Interpretación de características particulares

Una de las actividades que se debe realizar con más cuidado por el supervisor de obra es la verificación de los equipos de comunicaciones de acuerdo con las características técnicas solicitadas, en sitio o almacén. Dentro del proceso de verificación se toma como base que los equipos cumplan al 1 00% con lo que se indica en el documento de las características particulares de equipos de comunicaciones de la obra que corresponda. En este documento de indican tanto la descripción, cantidad y parámetros principales que deben cumplir los equipos a entregar por el contratista. A continuación se incluye un ejemplo de características particulares de un equipo óptico. Se indican en negritas los puntos más importantes a identificar: Nodo de acceso de comunicaciones SDH, marca Alcatel modelo OPTINEX 1660 SM. Cantidad: 1 (una) pieza. Que cumpla con las siguientes características: •

Equipado con interfaces modulares e intercambiables

•

Fuente de alimentación para 48VCD, duplicada y con transferencia automática en caso de falla [ 1 ]

•

Incluye el equipamiento, licencias y/o programas para aceptar e integrarse al sistema de gestión, el cual permita el direccionamiento, parametrización y consulta del nodo y de las interfaces, en forma local y remota, mediante pc compatible (local craft terminal) o mediante el sistema de gestión existente (sistema de gestión Alcatel 1353Nm/1354Rm)

•

Diseñado y equipado para operarse con funciones de ADD, DROP, o CROSS CONECT en E1, E3, STM1 y STM4, en la misma matriz de CROSS CONEXIÓN

•

Todas las interfaces del nodo (STM-1, STM-4, STM-16 STM-64, Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) deben ser 100% compatibles con las correspondientes a los nodos de la marca Alcatel existente en la red a la que se conectará, así también con el Sistema Operativo del Sistema de Gestión existente

•

Diseñado para operar en el rango de temperatura de 0 a + 45°C

•

Equipado con la unidad de control duplicada y, en caso de que la matriz de cross conexión no resida en la unidad de control, esta también deberá ser duplicada (operación 1+1) [ 2]

•

Montado y completamente alambrado en gabinete, con puerta transparente y cerradura, con ventilación y previsto para ingresar el cableado por la parte superior (por charolas). 51

•

Equipado con bornera de conexiones para cable calibre 14 AWG (cableado externo)

•

Este suministro incluye los cables y conectores necesarios (eléctricos y ópticos), las herramientas y/o accesorios especiales (en caso necesario) requeridos para mantenimiento, pruebas o instalación, así como la ingeniería y/o diagramas de alambrado

•

El contratista entregará con el equipo sus manuales de instalación, operación, mantenimiento, reprogramación y puesta en servicio, en medios impresos originales y CD ROM (un ejemplar y un CD ROM por cada equipo)

•

Este suministro incluye panel distribuidor para 21 interfaces E1, con salida BNC 75ohms, y panel distribuidor Ethernet que deben ser cableados hacia la tarjeta de interfaces E1 y tarjeta Ethernet respectivamente [ 3 ]

•

El panel distribuidor de los 21 E1s y panel distribuidor Ethernet deben quedar alojados y alambrados en gabinete de 19” denominado “Distribuidor de Señales” el cual se debe suministrar y será exclusivo para la interconexión de interfaces y servicios

•

Equipado con canal de servicio y su respetivo aparato

•

El release debe ser el más reciente en el mercado, con capacidad de crecimiento hasta STM-64

•

El equipo debe contar con servicio de soporte y garantía por el fabricante en México

•

Equipado con las siguientes interfaces:

•

Una interfaz Ethernet 10/100 base Tx (equipada con 11 puertos) [ 4 ]

•

Una interfaz óptica a 622 Mbps (STM-4), (recomendaciones uit-t aplicables), trabajando en configuración 1+1 (la interfaz de respaldo debe estar incluida en otra tarjeta independiente de la principal), con las siguientes características:

Para conexión a fibra unimodo de 9/125 µm, norma ITU-T G.652-D [ 5 ] •

•

Transmisor láser, para cubrir las atenuaciones del enlace óptico choacahui – lousiana (aproximadamente 30km ópticos), para un ber ≤ 10-10 y un margen de reserva ≥ 3 dB del presupuesto total de atenuación Esta interfaz debe ser 100% compatible con la interfaces (módulos SFP Small Form Factor Pluggable Module) requeridas para su colateral en la SE louisiana

52


•

Con protección automática para el apagado del emisor láser en caso de corte de la línea óptica

•

Veintiún interfaces eléctricas a 2 Mbps (recomendación ] ITU-T G.703) [ 6 ]

•

Montaje e instalación en la subestación eléctrica X, en base a las tablas de distribución de gabinetes incluido en este documento

•

Pruebas; a este respecto, aplica lo indicado en el inciso [8] de requerimientos generales

Notas:

[1] Por compatibilidad con la red existente, el suministro de esta partida debe ser de la marca Alcatel, modelo OPTINEX 1660 Sm [2] El equipo deberá incluir los elementos necesarios de software y hardware, así como las licencias necesarias para el equipo y el sistema de gestión, correspondientes para integrarse al sistema de administración Alcatel 1353Nm/1354Rm existente [3] Todas las actividades deben coordinarse con personal de CFE La figura 42 ayudará para la identificación de las características indicadas:

3 1 6

4

5 2

Figura 42. Puntos a considerar para identificar el equipamiento de un Nodo SDH o Equipo Óptico

53

A continuación se incluye un ejemplo de las características particulares de un equipo multiplexor. En este caso específico, es para un equipo marca Alcatel/Newbridge. Se indican en negritas los puntos más importantes a identificar.

Equipo multiplexor tipo banco de canales, marca Alcatel/Newbridge, modelo 3600 Cantidad: 1 (una) pieza. Que cumpla con las siguientes características: Multiplexor digital tipo banco de canales con administración de ancho de banda y capacidad máxima de 32 E1, con las siguientes características: •

Equipo multiplexor digital inteligente, tipo banco de canales para conectarse al nodo SDH

•

Diseñado para trabajar en ambientes de alta inducción (subestaciones eléctricas), deberá operar satisfactoriamente en el rango de temperatura de 0 a +45°C, y de 0 a 95% de humedad relativa sin condensación.

•

Fuente de alimentación para -48VCD con positivo a tierra, duplicada 1+1, y con transferencia automática en caso de falla [ 1 ]

•

Posibilidad de redundancia en el control central y fuente de alimentación

•

Interfaz de 2.048Mbps a 75ohms

•

Interfaz analógica a 2 y 4 hilos tipo E&M, FXO, FXS a 600ohms [ 3 ]

•

Interfaz digital RS-232.

•

Release 1118 o más reciente en el mercado

•

Debe poder utilizarse todos los slots del shelf(bastidor) con doble ancho de banda

•

Debe ser compatible en un 100% con el protocolo de administración CPSS (control packet switched system) de Newbridge Networks.

•

Incluye el equipamiento, licencias y/o programas para aceptar e integrarse al sistema de gestión, el cual permita el direccionamiento, parametrización y consulta del equipo y de las interfaces, en forma local y remota, mediante PC compatible (craft terminal) o mediante el sistema de gestión existente

•

Equipado con interfaces modulares e intercambiables en ranuras tipo universal

•

Incluye gabinete metálico con puertas y cerradura, para su montaje y alambrado

54


•

Con distribuidor de tablillas tipo krone con herramienta para ponchar cableados, para los servicios de voz y datos, el cual debe estar alojado y cableado dentro del gabinete llamado “Distribuidor de Señales”

•

Equipado con diferentes interfaces programables, de acuerdo a lo siguiente: interfaces de voz digitalizadas según ley a sin compresión, con ajuste de niveles de Tx y Rx por software; interfaces de datos programables y reprogramables para distintas velocidades, parámetros de sincronía, y modo de transmisión, con facilidades de Super-rate N x 64Kbps hasta 2Mbps

•

Equipado con cables y accesorios para la instalación, operación y mantenimiento El contratista entregará con el equipo sus manuales de instalación, operación, mantenimiento, reprogramación y puesta en servicio; así como el software para la administración local en medios impresos originales y CD ROM (un ejemplar y un CD ROM por equipo)

•

•

Con el siguiente equipamiento: •

Dos interfaces de voz LGS ley a y sus respectivos aparatos telefónicos (abonado remoto de la SE)

•

Cuatro interfaces eléctricas 2 Mbps (E1, G.703.6), 75ohms, (2 tarjetas E1 dual). [ 2 ]

•

Cuatro interfaces eléctricas v.24/v.28, 1.2 a 19.2 Kbps de forma asíncrona; y hasta 64Kbps de forma síncrona; incluye terminación en conectores dB25. [ 4 ]

•

Diez interfaces eléctricas a 64Kbps (g.703.1) codireccional para la conexión del equipo digital de teleprotección. [ 5 ]

•

Montaje e instalación en la subestación eléctrica X.

•

Pruebas; a este respecto, aplica lo indicado en el inciso [8] de requerimientos generales.

55

11 33

22 4 4

5 5

Figura 43. Puntos a considerar para identificar el equipamiento de un multiplexor

Veamos otro equipo óptico, en este caso es para un equipo marca ECI modelo BG-30, abajo se indican en subrayado los puntos más importantes a identificar:

Equipo Terminal Óptico marca ECI modelo BG-30 Cantidad: 1 (un) equipo •

El equipamiento debe estar integrado en una sola marca y familia de equipo

•

Diseñado para trabajar en ambientes de alta inducción (subestaciones eléctricas). Éstos equipos deben cumplir con las pruebas tecnológicas indicadas en el volumen I de esta convocatoria

•

Equipado con interfaces modulares e intercambiables

56


•

Con fuente de alimentación de 48 VCD duplicada en configuración 1+1 y con ransferencia automática en caso de falla. Debe alimentarse de un interruptor termo magnético independiente. [ 1 ]

•

Incluye el equipamiento y/o programas (licencias) para aceptar e integrarse al sistema de gestión que opere en plataforma Unix o , el cual permita el direccionamiento, parametrización y consulta del nodo y de las interfaces, en forma local y remota, mediante PC compatible (local craft terminal) y ambiente gráfico de ventanas ( windows).

•

El equipo terminal óptico deberá integrarse al sistema de gestión ubicado en el COREFO en la SE Mexicali II ubicado en la Cd. de Mexicali B.C. la información sistema de gestión es: servidor Sun FX4170, sistema operativo solaris 10, licencia de interfaz northbound (para conectarse a gestor superior lightsoft), licencias de software para gestionar hasta 50 equipos BG-30/64, licencia de lightsoft para gestionar su EMS- BGF y licencia de software gestión EMS- BGF

•

Diseñado y equipado para operarse como estación terminal, con funciones de ADD&DROP y cross connect en E1 y hasta STM-16

•

Diseñado para operar en el rango de temperatura de -25 a +70°C

•

Con tarjetas de cross-conexión en configuración (1+1)

•

Con tarjeta de procesamiento y control ( ) que no afecte el tráfico de la red en caso de extracción o falla

•

Montado y completamente alambrado en gabinete metálico, con puerta frontal transparente y posterior metálica con cerradura, con marco giratorio de 19” con ventilación y previsto para ingresar el cableado por la parte frontal y posterior (por charolas), equivalente al de la marca RITAL.

•

Este suministro incluye panel distribuidor para 21 interfaces E1, con salidas BNC 75ohms, cableados hacia la tarjeta de interfaces E1

•

Este suministro incluye panel distribuidor para un mínimo de 8 interfaces Ethernet con salida RJ45 y cableados hacia la tarjeta de interfaces Ethernet

•

Este suministro incluye panel distribuidor de conexiones tipo krone para los servicios de voz indicados en el equipamiento

•

El panel distribuidor E1, panel de conexiones tipo krone y panel distribuidor Ethernet deben quedar alojados y alambrados dentro del gabinete mismo del equipo terminal óptico aquí solicitado

57

•

Este suministro incluye los cables y conectores necesarios (eléctricos y ópticos), las herramientas y/o accesorios especiales requeridos para mantenimiento, pruebas o instalación, así como la ingeniería y/o diagramas de alambrado

•

El equipo debe contar como mínimo con un canal de órdenes (EOW) para lo cual se debe incluir el software y hardware necesarios para tal fin, así mismo el aparato telefónico con teclado de marcación

•

Se debe instalar panel de interconexión para alarma de bajo voltaje y temperatura. La alarma de bajo voltaje se deberá cablear desde el cargador y para la de temperatura se deberá incluir un termostato digital dentro del gabinete también cableado al panel de interconexión de alarmas

•

El contratista entregará con el equipo sus manuales de instalación, operación, mantenimiento, reprogramación y puesta en servicio, en medios impresos originales y CD ROM (un ejemplar y un CD ROM por cada equipo)

•

El equipo debe contar con servicio de soporte y garantía por el fabricante en México

•

Equipado con los módulos necesarios para los servicios de baja velocidad (BG-30E/SM/10E)

Con capacidad para manejar interfaces FXO, FXS a 600ohms e interfaz digital RS-232 (V.24), debiendo soportar conexiones punto multipunto

•

•

Equipado con las siguientes interfaces: •

Veintiún interfaces eléctricas a 2Mbps (recomendación ITU-T G.703) desbalanceados [2]

•

Seis interfaces eléctricas a 19,2Kbps V.24/V.28, (síncrono/asíncrono seleccionable por software) [ 4 ]

-

•

Cuatro interfaces Fast/Ethernet 10/100 base T (autosense) [ 3 ]

Cuatro interfaces telefónicas a 2 hilos lado abonado (FXS) ley a con generador de llamadas, con sus respectivos aparatos telefónicos (CFE/GRTBC realizaráel enrutamiento y entregara servicios correspondientes)

Una interfaz óptica a 155 Mbps ( STM-1), (con tarjeta XIO30Q_1&4 para módulo SFP) (recomendaciones UIT-T aplicables), con las siguientes características: [ 5 ]

58


•

Conexión a fibra Unimodo de 9/125 µm, norma ITU-T G.652-D

•

Transmisor láser, para cubrir las atenuaciones del enlace óptico Wisteria –la rosita para un Ber ≤ 10-10y un margen de reserva ≥ 3dB del presupuesto total de atenuación

Una interfaz óptica a 155Mbps (STM-1), (con tarjeta XIO30Q_1&4 para módulo SFP) (recomendaciones UIT-T aplicables), con las siguientes características:

•

•

Conexión a fibra Unimodo de 9/125 µm, norma ITU-T G.652-D

•

Transmisor láser, para cubrir las atenuaciones del enlace óptico Wisteria – cerro prieto II, (aprox. 43 km ópticos), para un Ber ≤ 10-10 y un margen de reserva ≥ 3dB del presupuesto total de atenuación.

•

Con protección automática para el apagado del emisor láser en caso de corte de la línea óptica

•

Montaje e instalación en la S.E. Wisteria, en base a las tablas de distribución de gabinetes incluido en este documento

•

Pruebas; a este respecto, aplica lo indicado en el inciso [8] de requerimientos generales.

Notas: [1] El licitante debe considerar que por compatibilidad con el sistema de gestión próximo a instalarse en el COREFO el suministro de esta partida debe ser de la marca ECI modelo BG-30. La figura 44 ayudará para la identificación de las características indicadas arriba:

59

4 3

1

5

2

Figura 44. Puntos a considerar para identificar el equipamiento de un multiplexor

Para el caso de los cables CDFO utilizados en las subestaciones eléctricas a continuación se muestran las características particulares utilizada s. Se subrayan las características que se deben verificar al suministro y/o tendido:

Cable dieléctrico con fibras ópticas (CDFO) integradas unimodo Cantidad: 1 lote •

Número de fibras: 36 (treinta y seis) [ 1 ]

•

Tipo de fibras: unimodo (recomendación G.652 del UIT-T) [ 2 ]

•

Temperatura de operación (ambiente): -20 a +60°C

•

Atenuación de las fibras: ≤ 0,36 dB/km (1310 nM)

•

Resistencia del cable a la compresión en 15cm: 300kg

•

Completamente dieléctrico, incluyendo el elemento de tensión

≤0,22 dB/km (1550 nM)

60


•

Para instalación en ducto (exclusivo para la fibra) o en tubos de polietileno de alta densidad (PEAD) tipo II diámetro 2”, color rojo o anaranjado RD13.5 conforme a la norma de referencia CFE NRF 057, perfectamente sellados en sus extremos que se fijará en la pared interior de las trincheras-parte superior. [ 3 ]

•

Con protección de las fibras contra la humedad

•

Para operar en caso necesario, cubierto temporalmente por agua

•

Montaje e instalación en la S.E. xxx con base al diagrama incluido en este documento

•

Pruebas, a este respecto, aplica lo indicado en el inciso [8] de requerimientos generales

Cable dieléctrico con fibras ópticas (CDFO) integradas multimodo Cantidad: 1 lote •

Número de fibras: 2 x 12 (doce) [ 1 ]

•

Tipo de fibras:

•

Temperatura de operación (ambiente): -20 a +60°C

•

Atenuación de las fibras: ≤ 1,0 dB/km (1300 nm)

•

Resistencia del cable a la compresión en 15 cm: 300 kg

•

Completamente dieléctrico, incluyendo el elemento de tensión

•

Para instalación en ducto(exclusivo para la fibra) o en tubos de polietileno de alta densidad (PEAD) tipo II diámetro 2”, color rojo o anaranjado rd13.5 conforme a la Especificación CFE 100-23 perfectamente sellados en sus extremos que se fijara en la pared interior de las trincheras-parte superior [ 3 ]

•

Con protección de las fibras contra la humedad

•

Para operar en caso necesario, cubierto temporalmente por agua

multimodo (recomendación G.651 del UIT-T) [ 2 ]

La figura 45 ayudará para la identificación de las características indicadas descritas arriba:

61

1

2

3

Figura 45. Cables CDFO utilizados en las subestaciones eléctricas

Caja de interconexión óptica (organizador óptico) •

Una caja de interconexión óptica, con charola tipo deslizable para cables de 36 fibras ópticas, tipo unimodo y conectores FC hacia el exterior, completamente equipada para la entrada y salida de las fibras [ 1 ]

•

Debe incluir todos los materiales requeridos (puentes ópticos conectorizados, marcos de montaje para organizadores ópticos, entre otros) [ 2 ]

•

Que permitan llevar a cabo su interconexión con los distintos equipos del proyecto, de conformidad con el diagrama incluido en este documento

•

Se debe incluir gabinete con marco giratorio de 19” para el montaje de la caja de interconexión óptica [ 3 ]

•

Montaje e instalación en la subestación eléctrica xxx, con base a las tablas de distribución de gabinetes incluido en este documento

•

Se deben realizar los empalmes (con atenuación ≤ 0.1 dB/empalme) entre la caja de interconexión ópticas y el cable dieléctrico de fibras ópticas de la acometida hacia la línea de transmisión xxx

Nota: [1] Los licitantes deben considerar que las cajas de interconexión óptica se instalarán en su propio gabinete en la caseta principal de control donde se ubique el nodo y protecciones diferenciales. La figura 46 ayudará para la identificación de las características indicadas: 62


Figura 46. Imágenes de distribuidores ópticos Obtenida de: http://www.fibrasopticasdemexico.com

5.14 Montaje del equipo de comunicaciones de fibra óptica Tratándose de proyectos de subestaciones eléctricas de CFE, son todas las actividades dentro del alcance contractual de la obra o de la requisición de servicios correspondientes a fin de preparar y dejar instalados todos los equipamientos y accesorios que conforma un enlace de comunicación. Con la finalidad de transmitir y recibir los servicios requeridos para el óptimo funcionamiento de una subestación eléctrica y sus colaterales asociadas. Ahora bien, como actividades principales se tienen las siguientes: •

Montaje de los equipamientos de comunicaciones

•

Fijación y nivelación de las secciones de tableros

•

Verificación del estado físico de los componentes

•

Instalación de caja de interconexión óptica

•

Verificación del tendido y conectado del cable dieléctrico de fibra óptica

•

Alambrado y conexiones eléctricas

•

Conexiones al sistema de alimentación 63

•

Pruebas eléctricas

Como parte del proceso constructivo el supervisor debe verificar la correcta realización de las actividades mencionadas, con base en: •

Planos de ubicación de equipos en caseta aprobados para construcción

•

Ingeniería del proyecto de comunicaciones

•

Reportes de pruebas satisfactorias de fábrica

•

Características particulares de comunicaciones

•

Especificaciones de CFE aplicables

•

Normas de referencia de CFE aplicables

•

Fichas técnicas de los equipos y materiales dentro del alcance contractual de la obra

•

Documento P-IPS-CM-12 “Procedimiento de pruebas preoperativas y operativas del sistema de comunicación por fibra óptica”

•

Documento de pruebas preoperativas incluidas en el paquete de licitación

5.15 Pruebas y puesta en servicio Una vez realizada la instalación de los equipos de un sistema de comunicaciones vía fibra óptica, se procede a realizar las pruebas preoperativas y al atestiguamiento durante la puesta en servicio por parte del área operativa. A continuación, se presenta un resumen de puntos a considerar para la supervisión de la correcta realización de las pruebas preoperativas por parte de la contratista, de acuerdo con el procedimiento NB 8318. Así mismo, se deben seguir las indicaciones del procedimiento P-IPS-CM-12, que es parte de los documentos que se integran en los paquetes de obras de subestaciones de CFE.

64


5.15.1

Pruebas preoperativas

Son las actividades de configuración y pruebas que debe realizar personal del fabricante a los equipos ópticos, a fin que el contratista garantice que los enlaces de comunicaciones quedan funcionando a satisfacción de CFE, de acuerdo al alcance de comunicaciones del contrato de obra. Como resultado de estas pruebas, el contratista entregará al supervisor, los reportes con los resultados obtenidos al aplicar el procedimiento de pruebas preoperativas P-IPS-CM-12. En resumen se realizan las siguientes actividades:

a)

Al equipo nodo óptico y ampliaciones (ETO, nodo SDH Alcatel, ECI, FOX, Multiplexor, entre otros):

•

Instalación y montaje con base a ingeniería propuesta •

Anclaje y nivelación del gabinete donde está alojado el equipo

•

Conexión a tierra en base a ingeniería propuesta

•

Alambrado interno de acuerdo a diagrama esquemático de conexiones

•

Equipamiento con base a la ingeniería propuesta •

•

•

Verificación del equipamiento Pruebas locales con base a protocolo de pruebas del fabricante previamente aceptado por CFE. Pruebas principales:

•

Verificación de voltajes de alimentación

•

Medición de potencia óptica en el sentido de transmisión

•

Pruebas de bucle a nivel óptico

•

Comprobación de acceso al sistema de administración y gestión

•

Verificación de alarmas Pruebas de enlace con base a protocolo de pruebas del fabricante previamente aceptado por CFE. Pruebas principales:

65

•

Medición de potencias ópticas en el sentido de transmisión

•

Medición de potencias ópticas en el sentido de recepción

•

Medición de sensibilidad del receptor óptico

•

Pruebas de protección de línea y de tarjetas

•

Medición de la tasa de error (BER) en agregados y tributarias

•

Acceso remoto al sistema de administración y gestión

•

Comprobación de la matriz de tráfico

•

Medición de jitter y wander de la fuente de sincronía

•

Comprobación de la sincronía de los nodos

•

Pruebas de interfaces

•

Verificación de alarmas

b) Amplificadores ópticos externos •

Instalación y montaje con base en ingeniería propuesta •

Ubicación de equipo de acuerdo con ingeniería de detalle

•

Conexión a tierra con base en ingeniería propuesta

•

Alambrado internado de acuerdo con diagrama esquemático de conexiones

•

Equipamiento en base a la ingeniería propuesta •

Verificación del equipamiento Pruebas locales con base en protocolo de pruebas del fabricante previamente aceptado por CFE. Pruebas principales:

•

•

Verificación de voltajes de alimentación

•


66


•

Comprobación de acceso al sistema de administración y gestión

•

Medición del rango de operación

•

Verificación de alarmas

•

Pruebas de enlace con base en protocolo de pruebas del fabricante previamente aceptado por CFE. Pruebas principales: •


c) Cable de fibra óptica •

Pruebas principales: •

Pruebas con OTDR de cada una de las fibras

•

Pruebas de atenuación total del enlace de cada una de las fibras ópticas

•

Pruebas de dispersión total del enlace para cada una de las fibras ópticas

d) Herrajes y accesorios para montaje del cable de fibra óptica •

Herrajes de tensión, herraje de suspensión, amortiguadores, grapas de sujeción, cajas de empalme, distribuidores ópticos •

Inspección visual de estado físico

•

Verificación del montaje de acuerdo a diagrama esquemático del fabricante 5.15.2

Pruebas Operativas

Las pruebas operativas las realiza el personal de comunicaciones de las áreas operativas al realizar la entrega de las instalaciones al final del proceso constructivo de las obras de subestaciones eléctricas. Previo al inicio de esta etapa, el supervisor de obra debe contar con toda la documentación técnica (planos, estudios, memorias técnicas, entre otros) y reportes de pruebas preoperativas que realizó el personal técnico del fabricante, a fin entregarlas al área operativa y, asegurar que las pruebas operativas de los enlaces ópticos funcionarán a satisfacción de CFE. Por contrato, se indica que, durante esta etapa se deberá contar con el soporte técnico suficiente, en caso de presentarse algún inconveniente por causa directa de mal funcionamiento de los equipos, siempre y cuando esté, dentro del alcance contractual de la obra entregada. De 67

presentarse el caso, el supervisor hará las gestiones necesarias al contratista para proporcionar con dicho soporte técnico o aplicación de las garantías de fábrica de los equipos. De acuerdo al procedimiento P-IPS-CM-12 se realizan las siguientes actividades:

a) Pruebas y verificaciones operativas •

Conexión de servicios de usuarios según aplique •

Datos

Teleprotección

•

•

•

Voz

Comprobación de alarmas y servicios desde el centro de administración y gestión

B) Reporte de inspección y revisión •

El área operativa debe realizarlo con base en el anexo 1 del procedimiento P-IPS-CM-12 5.15.3

Información necesaria para la ejecución de las pruebas operativas:

Se refiere a la información que se indica en el punto 3 del procedimiento P-IPS-CM-12. Con base en esta información, el área operativa ejecutará las pruebas operativas del enlace del sistema de comunicaciones vía fibra óptica. Esta información, es la que proporciona el contratista o la genera el área operativa o el área de control, a la que reportará dicha subestación eléctrica. Principalmente se requerirá: •

Ingeniería del proyecto a detalle

•

Características particulares de equipos de comunicaciones para subestaciones aplicable al proyecto

•

Protocolos de pruebas de fábrica

•

Protocolos de pruebas locales y de enlace del fabricante de equipos ópticos previamente aceptado por CFE

•

Manuales de los equipos

68


•

Software de programación

•

Licencias de software

•

Fichas técnicas de características principales

•

Formatos de los reportes de puesta en servicio

5.16 Equipos de medición y prueba Para la verificación de un enlace óptico, se requieren equipos especiales, para asegurar que dicho enlace se encuentre dentro de los márgenes de aceptación y sea confiable su empleo en las comunicaciones entre subestaciones o instalaciones enlazadas. Los equipos requeridos para tal propósito son:

Generador óptico Equipo mediante el cual se genera un rayo de luz estable, que es inyectado a la fibra óptica desde el distribuidor óptico.

Medidor de potencia óptica Equipo mediante el cual se mide la potencia que se recibe en el extremo opuesto al generador óptico a través del distribuidor óptico.

69

Reflectómetro óptico en el dominio del tiempo (OTDR) Comúnmente llamado OTDR ( optical time domain reflectometer), mediante el cual se representan con gráficas los valores y localización de atenuaciones a lo largo de la línea. Generalmente para la realización de las pruebas con el OTDR, se conecta entre el equipo OTDR y la CIO una bobina de disparo, la cual es un cable o hilo de FO de determinada distancia, que sirve debido a que los equipos OTDR tienen al principio de la medición un umbral de incertidumbre y para evitar este umbral se coloca la bobina.

Medidor de relación de errores DE BIT (BER) Equipo utilizado durante las pruebas de punto a punto del enlace para garantizar la no pérdida de transmisión/recepción de información en un enlace.

Tabla 8. Equipos de medición y prueba para la verificación de un enlace óptico

5.16.1

Mediciones con Generador de Potencia y Medidor de Potencia Óptica

En la figura 47 se aprecia un esquema para realizar la medición de atenuación real de un enlace óptico. Esto se hace conectando el generador óptico, en un extremo del enlace óptico, dicho generador maneja una potencia de transmisión y, lo que se hace es verificar cuánta potencia es recibida en el otro extremo de la fibra a través de un medidor de potencia óptica.

70


GENERADOR ÓPTICO

MEDIDOR DE POTENCIA ÓPTICA

Figura 47. Esquema que ilustra la medición de atenuación real de un enlace óptico

5.16.2

Mediciones con OTDR

Para realizar mediciones con con el OTDR, únicamente únicamente se conecta en un extremo extremo de la fibra a éste equipo y él realiza las mediciones de las pérdidas del enlace óptico (empalmes, conectores, dobleces, rupturas, entre otras) representada en forma gráfica y numérica. A través de una gráfica se puede detectar si existen daños a lo largo de la FO. Ver figura 48

REFL REFLEC ECT T METR METRO O OTD OTDR R Figura 48. Mediciones con OTDR

71

En la figura 49 se anexa una gráfica ejemplo de una prueba realizada a una fibra óptica. óptica.

Figura 49. Gráfica de una prueba realizada a una fibra óptica

Conclusión Durante esta unidad se identificó que el Sistema de Comunicación por Fibra Óptica está integrado por el cable con fibras ópticas (OPGW/CDFO) y sus herrajes (suspensión, tensión, caja de empalme, entre otros) con la aplicación de cada uno de ellos en línea de transmisión transmisión tanto para líneas subterráneas como aéreas. Otra parte del Sistema de Comunicación Comunicación por Fibra Óptica Óptica es la subestación y el equipamiento que se instala en la caseta de control los cuales son: caja de interconexión óptica, jumpers ópticos, equipos terminales ópticos, multiplexores, amplificadores y canalizaciones. También se revisó la aplicación de cada uno en este Sistema de Comunicación Comunicación Por último, se enlistó la documentación necesaria (planos de ubicación de equipos, ingeniería aprobada, características particulares, procedimientos de pruebas preoperativas y operativas, entre otras) para la realización de las pruebas preoperativas y operativas y los equipos de medición de fibra óptica que se utilizan para la ejecución de las pruebas.

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Fuentes consultadas

•

ABB. (2010). Utility communications multi-service multiplexer FOX515. Recuperado el día 01 de julio de 2010, de http://www.abb.com/communicationnetworks

•

ABB (2012). Technical data of FOX512 & FOX515. Recuperado el día 15 de febrero de 2012, de: http://www.abb.com/utilitycommunications

•

ALCATEL. (2008). Alcatel Optinex TM1660 SM STM-16multiservice metro node ficha técnica.

•

ALCATEL. (2007). Alcatel Optinex TM1660 SM STM-16 multiservice metro node ficha técnica. Recuperado de: http://www.alcatel-lucent.com/products

•

•

•

CFE. (2011). Especificación CFE E0000-21 Cable de guarda con fibras ópticas y accesorios CFE. (2002). Especificación CFE E0000-35 Cables de fibra óptica para postes y ductos de distribución CONDUMEX. (2009). Manual técnico Instalación de cables de guard con fibras ópticas.

•

Corning. (2009). ITU-T G.652 white paper. Recuperado en septiembre de 2009, de: http://www.corning.com

•

ECI. (2009). BG-64 application note. Recuperado de: http://www.ecitele.com

•

ITU. (2008). ITU-T G.652 Characteristics of a single-mode optical fibre cable. Recuperado el día 20 de agosto de 2013, de: http://www.itu.int/rec/T-REC-G.652-200010-S/en 73

•

Textos científicos.com (2006). Empalmes y conexión de fibras ópticas. Recuperado el 11 de septiembre de 2013, de http://www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica/empalmes-conexiones

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Curso de Comunicaciones 3

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