Oplat 2014-2. Parte II

CAM ING. – MAG. TELECOM. Y REDES

PARTE II APUNTES CURSO OPLAT

ONDAS PORTADORAS SOBRE LÍNEAS ELÉCTRICAS DE A.T.) SISTEMAS DE TELECOMUNICA TELECOMUNICACIONES CIONES EMPRESAS ELÉCTRICAS

CARLOS AGUILERA MORALES

OCTUBRE 2014

TERMINALES OPLAT

CAM

ONDAS PORTADORAS SOBRE LÍNEAS ELÉCTRICAS DE A.T.

ING. – MAG. TELECOM. Y REDES

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SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES EMPRESAS ELÉCTRICAS

CAMTEL TELECOMUNICACIONES Y REDES Enlaces OPLAT

F.O: F. O: OPG OPGW W AD ADSS SS

Voz Datos Protección

Tx/Rx

Voz

Tx/Rx Otros Cables

Enlaces Radio

PARTE II APUNTES TERMINALES OPLAT

ONDAS PORTADORAS SOBRE LÍNEAS ELÉCTRICAS DE A.T. SISTEMAS DE TELECOMUNICA TELECOMUNICACIONES CIONES EMPRESAS ELÉCTRICAS

CARLOS AGUILERA MORALES

Datos Protección

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ONDAS PORTADORAS SOBRE LÍNEAS ELÉCTRICAS DE A.T. SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES EMPRESAS ELÉCTRICAS

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INDICE DE LA MATERIA. PARTE II

CAPÍTULO II. SISTEMA ONDA PORTADORA ITEM

DESCRIPCIÓN

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SISTEMAS OPLAT – ACOPLAMIENTOS. ACOPLAMIENTOS.

8.1 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 8.2.5 8.3 8.3.1 8.3.1.1 8.3.2 8.3.3

8.3.4 8.3.5

Descripción del sistema. Configuración Configuraci ón del acoplamiento. Acoplamiento fase a tierra. Acoplamiento Acoplamiento fase a tierra con puenteo en S/E intermedia. Acoplamiento Acoplamiento fase a fase. Acoplamiento Acoplamiento inter circuito o entre ternas. Acoplamiento Modo 1. Equipos de acoplamientos Unidad de acoplamiento (filtros): Sintonizador – filtros. Cálculo de potencia PEP. Condensador de acoplamiento Trampas de ondas (bobinas de bloqueo): construcción, montaje, accesorios, circuitos eléctricos, normas técnicas, pruebas de rutina, cálculo de inductancia. Cables de enlace HF. Cable conductor Lead In.

9.

CONSIDERACIONES PARA DEFINIR ENLACE OPLAT.

9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.6.1 9.6.2 9.6.3 9.6.4

Estudio de propagación: Análisis modal, atenuación, ruidos. Relación señal a ruido (S/R). Enlaces en cascada. Ubicación de los canales OPLAT en el espectro HF. Relación señal a interferencia (S/I). Asignación de frecuencias. f recuencias. BW de los sistemas y especificación de los canales. Influencia de la red sobre la asignación de las frecuencias. Compatibilidad Compatibilidad con otros sistemas. Métodos sistemáticos para la asignación de frecuencias. frecuencias .

10.

EQUIPAMIENTO.

10.1 10.2 10.3 10.3.1 10.3.2 10.3.3 10.3.4 10.4 10.4.1 10.4.2

Características generales de equipos y dispositivos. Condiciones ambientales. Sistemas de acoplamientos. acoplamientos. Trampas de Onda. Condensador Condensador de Acoplamiento. Unidad de Acoplamiento. Acoplamient o. Cable Coaxial. Equipos terminales OPLAT. Recomendaciones y Normas. Características Generales: Generales: Tx y Rx; canales, interfaces varias.

11.

TELEPROTECCIÓN TELEPROTECCIÓN VÍA OPLAT.

11.1 11.2

Estabilidad del Sistema Eléctrico. Operación de la Teleprotección. Teleprotección.

PAG 5 5 5 7 8 8 9 10 11-13 13-24 24 24-29 29-46

46-52 52 54 54-56 56-57 58 58 59 59 59 61 63-66 68 71 71 71 71 71-72 72-73 74 74-75 75 75 76-80 82 82 82

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11.3 11.4 11.5 11.6

Evaluación y Procesamiento de Señales. Tiempos de Transmisión. Dependebilidad y Seguridad. Configuraciones.

83 83 83 84

12.

TELEMEDIDAS – TELECONTROL EN SOPORTE OPLAT

12.1 12.1.1 12.1.2 12.1.3 12.2 12.1

Telemedidas. Factores Influyentes en la relación SR. Potencia efectiva radiada. Trayectoria de atenuación. Telecontrol. Telecontrol por tonos.

87 87 88 88 89 89 89

13.

PROYECTO

13.1 13.2 13.3 13.4

Memoria Descriptiva. Planos del Sistema. Planilla de Datos Técnicos. Computo de Equipos y Elementos.

14.

CONSIDERACIONES PRÁCTICAS.

14.1 14.2 14.3 14.3.1 14.3.2 14.3.3 14.3.4 14.3.5 14.3.6

Fuentes de Energía. Medidas de Seguridad y Dispositivos de Protección. Precauciones Contra los Fenómenos Transitorios. Apantallamiento (screening). Cableados. Puesta a tierra. Dispositivos de aislación. Otros medios. Recomendaciones de instalación en los equipos OPLAT.

15

DISPONIBILIDAD OPERACIÓN (MTBF, MTTR)

15.1

15.2 15.3 15.4

Explotación: - Responsabilidad de la Explotación - Planificación del Mantenimiento - Supervisión de los Sistemas OPLAT Disponibilidad. Mantenimiento. Consideraciones Económicas.

98 98 98 98 98 99 100 101

15.

BIBLIOGRAFÍA.

102

17

LISTADO DE ANEXOS REQUERIDOS

103

A1 A2 A3

Terminología y Definiciones asociados con los OPLAT Unidades de Medida: dB, dBm, dBm0, dBr, dBa, dBmc Graficas y Diagramas CIGRE, Gr. Trabajo 04 del Comité 35

91 91 91 91 91 92 92 92 94 94 95 95 96 96 97

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CURSO OPLAT

ONDAS PORTADORAS SOBRE LÍNEAS ELÉCTRICAS DE ALTA TENSIÓN SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES EN EMPRESAS ELÉCTRICAS PARTE II CAPITULO II. CARACTERÍTICAS Y PARÁMETROS SISTEMA OPLAT 8 SISTEMAS OPLAT – ACOPLAMIENTOS. 8.1 Descripción del Sistema El primer paso del diseño radica en la descripción total y completa del Sistema de Onda Portadora con sus respectivas vinculaciones al resto de los usuarios al que servirá de transporte de información. Esta descripción debe contener: • Memoria descriptiva general del sistema OPLAT. • Planos del sistema conformados por diagramas en bloques y circuitos parciales

de los elementos constitutivos. El grado de detalle queda sujeto al criterio del diseñador y a la complejidad del sistema. En los planos debe visualizarse cuales serán los sistemas y/o equipos ajenos al Sistema OPLAT, como ser: • • • • •

Centrales telefónicas PAX y PABX. Remotas de telecontrol, centros de control. Elementos de enclavamientos. Teleprotecciones. Otros.

Es fundamental indicar las instalaciones y/o elementos que servirán como frontera del suministro, de forma tal que la visión sea integral del sistema pero con identificación de los límites de cada uno. 8.2 Configuración de Acoplamientos Como se sabe, para acoplar la señal HF OPLAT a un sistema de transmisión de energía eléctrica de A.T., en general se utilizan dos formas de acoplamientos: fase a tierra y fase a fase, ambos sistemas de acoplamientos se han mencionados como factores importantes en la atenuación de la señal en los enlaces OPLAT. La forma de acoplar una señal HF OPLAT a un sistema de transmisión en líneas de alta tensión, se rige bajo la estimación del modo de propagación de la onda dentro del circuito. Esto se debe a los modos de propagación que no se pueden predecirse de manera exacta, vale decir, en un sistema trifásico de líneas de AT, donde el acoplamiento puede ser fase a fase, todas las fases están involucradas independientemente de las fases donde se acopla el sistema.

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Lo anterior se describe mediante la teoría modal. Esta teoría está fundada en el principio de que habrá tantos modos de propagación, como conductores existan en el sistema , por tal motivo, un circuito simple de potencia eléctrico trifásico, sin transposición, tendrá tres modos naturales de propagación.

Fig. 8.1: Modos naturales de propagación Si consideramos un circuito sin transposiciones, el modo tres tiene la atenuación más baja de todos. El modo dos es más alto que el tres aproximadamente 6 veces la atenuación del modo tres, mientras que el modo uno presenta una atenuación considerablemente alta de aproximadamente cien veces la atenuación del modo tres. La atenuación en el modo uno es alta, debido a que la señal tiene que regresar por tierra. La atenuación en el modo dos es en parte más alta que en el modo uno, debido a que el campo eléctrico entre dos conductores encadena la tierra mucho más que el campo eléctrico en el modo tres. Independientemente de cómo se acople la señal HF OPLAT al sistema de transmisión de potencia, las señales se ajustarán por sí mismas a una combinación de los modos dos y tres. El modo uno se atenúa tan rápido, que resulta insignificante. Para una línea con transposiciones estos modos naturales de propagación se distorsionan con cada transposición y se mantienen reacomodándose así mismo en forma constante, perturbándose nuevamente en la siguiente transposición, al final el resultado sigue siendo la combinación de los modos 2 y 3. Tabla I. Comparación formas de acoplamiento

ACOPLAMIENTO fase a tierra fase a fase Intercircuito (entre terna) trifásico

EQUIPAMIENTO mínimo doble de fase tierra Similar fase a fase Triple del fase a tierra

ATENUACION mayor Menor que fase tierra Similar a fase a fase Mejor que fase a fase

La elección de la configuración de los acoplamientos deberá realizarse teniendo en cuenta el grado de seguridad con que se prevé transmitir la información. Está directamente ligado a: • La importancia de la línea que se prevé proteger. • La importancia del sistema eléctrico al cual pertenece.

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8.2.1 Acoplamiento Fase a Tierra En este tipo de acoplamiento los equipos terminales son conectados entre una de las fases de la línea de transmisión y la malla de puesta a tierra de la subestación, conforme como se muestra en la figura 8.2a. En este tipo de acoplamiento, cada extremo de línea de transmisión necesita de una bobina de bloqueo, un capacitor de acoplamiento y un grupo de sintonía, haciendo que este esquema tenga un bajo costo de implantación. No obstante, presenta altos valores de atenuación y baja seguridad, considerando la probabilidad de ocurrir un cortocircuito en la fase de acoplamiento.

Figura 8.2a: “Esquema de acoplamiento fase-tierra”. Para este tipo de acoplamiento, la señal entra a través del conductor de una de las fases de la línea de AT, y puede retornar por varias trayectorias, dependiendo del nivel de resistencia de la tierra y de la configuración misma de la línea de potencia. En general, este tipo de acoplamiento podrá ser utilizado en líneas de menor relevancia, donde la línea puede permanecer relativamente estable. Las condiciones de instalación son más simples y más rápidas, pero esta configuración no es utilizada para enlazar teleprotecciones por los siguientes inconvenientes: 

En caso de falla de uno de los elementos de la cadena de RF en las estaciones extremas de la línea de transmisión, se pierde totalmente el medio de comunicación.



Presenta una atenuación mayor que la de un acoplamiento fase a fase.

Por lo señalado, la configuración fase a tierra se debe analizar cuidadosamente la condición de una falla de puesta a tierra, debido a que la transmisión de los modos de propagación, no es exclusiva de la fase que se ha puesto a tierra. Respecto del tema interferencia, esta forma de acoplamiento es más afectada que el caso de un acoplamiento fase a fase.

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No obstante con lo señalado, principalmente debido a las ventajas económicas, los acoplamientos fase a tierra pueden ser empleados en los locales donde la confiabilidad en presencia de fallas en la línea, no es un requisito esencial. La experiencia demuestra que las pérdidas son menores si el acoplamiento se hace en el conductor central de la línea de transmisión en lugar de las fases laterales, debido al balanceamiento en relación con los otros dos conductores. 8.2.2. Acoplamiento Fase a Tierra con Puenteo en S/E intermedia (By Pass). Este tipo de acoplamiento es utilizado cuando la comunicación vía soporte OPLAT se requiere entre dos SS/EE terminales a través de un by pass en una S/E intermedia. En este caso, el by pass se realiza en HF por intermedio de caja de acoplamientos del tipo fase a tierra. Para este tipo de acoplamiento, valen las mismas observaciones señaladas en el acoplamiento fase a tierra. 8.2.3 Acoplamiento Fase a Fase. El acoplamiento fase a fase es cuando el equipo terminal OPLAT es conectado entre dos conductores en cada extremo de la línea de transmisión, tal como es representada en la figura 8.2b. En este caso son necesarias dos bobinas de bloqueo, dos capacitores de acoplamiento y dos grupos de sintonía en cada extremo de la línea de transmisión, lo que prácticamente duplica el costo cuando lo comparamos con el acoplamiento fase a tierra. Además, este tipo de acoplamiento proporciona ventajas importantes, incluyendo menores atenuaciones, mayor seguridad contra pérdidas de comunicación en el sistema OPLAT y menores interferencias. Su uso es justificado cuando se requiere seguridad en la operación misma, sobre todo cuando uno de los conductores de fase está en cortocircuito. Para este tipo de acoplamiento, la señal HF entra por un conductor de una de las fases consideradas, y a diferencia del acoplamiento fase a tierra, aquí si se define una trayectoria de retorno, el que queda especificado al otro conductor de fase. Las pérdidas en este caso son generalmente menores que en el acoplamiento fase tierra, esto es debido a que la trayectoria de retorno generalmente tiene una resistividad baja, tal como la resistividad del cobre o el aluminio. Otro beneficio de considerar este acoplamiento fase a fase es que se reduce drásticamente la emisión de radiación electromagnética, cancelando parcialmente la posibilidad de que el conductor se comporte como antena dado que el espaciamiento entre fase y fase es limitado, contrario a lo que sucede en el acoplamiento fase a tierra. Sin embargo, no se puede evitar totalmente que escape radiación al exterior, lo que permite obtener señal en cualquier conductor que no esté ligado directamente con los conductores que componen el circuito, aunque con una pérdida aproximada de 10 dB. El acoplamiento fase a fase es utilizado en líneas de gran importancia, donde el efecto de su costo no será determinante en su elección. Su instalación es más compleja, pero presenta la gran ventaja que en caso de falla en alguno de los elementos de la cadena de RF, así como en presencia de falla por puesta a

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tierra de una fase, solamente se incrementa la atenuación y consecuentemente empeora la relación señal a ruido (S/N) pero sin pérdida del medio de comunicación.

Figura 8.2b: “Esquema de acoplamiento fase-fase”. La configuración fase a fase presenta una atenuación baja y es menos afectada por interferencias, todo lo cual la hace que posea mayor seguridad y sea recomendable su uso en la mayoría de las instalaciones. La disposición de montaje más conveniente resulta la de dos filtros de acoplamientos independientes en configuración fase a tierra, con sus cables coaxiales independientes tendidos hasta el transformador balanceador ubicado en la Sala de Comunicaciones, próximo o dentro de los gabinetes de los equipos de OPLAT. Esta solución presenta ventajas con respecto a ubicar el transformador en el exterior ya que mantiene la independencia de los circuitos hasta llegar a los equipos de OPLAT. 8.2.4 Acoplamiento Intercircuito (entre ternas) Cuando dos líneas de transmisión son paralelas y recorren las mismas estructuras de soporte, o cuando no están en la misma estructura interligadas a las mismas subestaciones, es posible utilizar una fase de cada circuito de modo de realizar el equivalente a un acoplamiento fase a fase, o bien encamina dos fases de cada circuito, de modo de realizar un acoplamiento dual fase-fase, siendo este último, el que presenta una mayor condición de seguridad, pero a un costo más alto. Si uno de ellos es cortocircuitado o abierto, el acoplamiento se convierte automáticamente en fase a tierra. Esto presenta la ventaja de que se puede aterrizar una de las líneas o retirar del servicio uno de los circuitos sin perder el enlace de comunicaciones. Sin embargo, ocurre un aumento en la atenuación, llegando muchas veces, entorno de 12 dB. En general este tipo de acoplamiento se utiliza en el caso que se cuente con una doble terna de líneas de AT, siempre que estas tengan el mismo recorrido y

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estén soportas sobre las mismas estructuras. Para este tipo de acoplamiento, se deberá adoptarse una de estas dos variantes: • •

Un acoplamiento fase a tierra en cada una de las dos líneas, pero balanceados entre ellos como si fuera un acoplamiento fase a fase. Un acoplamiento fase a fase en cada una de las fases de las dos líneas, pero balanceando entre ellos como si fuera un doble bifásico. En el caso que las líneas (circuitos 1 y 2) lleguen a una S/E separadamente, más allá de 20 m., se deberá colocar un transformador hibrido al centro de los dos acoplamientos, con una salida central para el cable HF de interconexión OPLAT - Unidades de Acoplamientos.

Nota. La principal ventaja del acoplamiento intercircuito radica en que si se transmite la información de ambas líneas por el Sistema de OPLAT así configurado, se tendrá permanente comunicación aunque una de las dos líneas se encontrase fuera de servicio o esté puesta a tierra (redundancia de envíos). 8.2.5 Acoplamiento Modo 1 Deberá ser utilizado en instalaciones muy especiales donde: • Debe asegurarse la comunicación aun en el caso de más de una falla

simultánea (doble contingencia). • La atenuación deba ser de valores muy pequeños dado las distancias extra largas. Constituye la solución óptima de menor atenuación posible; sin embargo, su costo y complejidad de instalación es el mayor de todos y sólo está justificado por su elevada seguridad.

Fig. 8.3 “Tipos de Acoplamientos”

Fig. 8.2c: “Acoplamiento Modo 1”

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Elección del acoplamiento. La elección de una u otra configuración de acoplamiento dependerá de la necesaria seguridad en la transmisión de la información de esas líneas.

Fig. 8.3: “Tipos de Acoplamientos” 8.3 Equipos de Acoplamientos. Acoplamientos. Para poder utilizar los conductores de una línea de energía de alta tensión para fines de telecomunicaciones, se hace necesario tener dispositivos de acoplamientos que permitan inyectar las corrientes de las señales de corrientes portadoras, sin atenuación excesiva y al mismo tiempo que permita proteger el equipamiento de transmisión contra las sobretensiones. El dispositivo de acoplamiento es igualmente necesario para minimizar las pérdidas debido a la impedancia del equipamiento de la subestación, y para proporcionar la impedancia a las frecuencias portadoras razonablemente independiente del esquema de la S/E. En numerosos casos, en particular para líneas EHV con espacio de separación extensos son utilizados, los dispositivos de acoplamiento tales como aquello representados en la figura 29 (CIGRE) son

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generalmente ocupados. Para contrarrestar a la configuración de la figura 28 (CIGRE) , el efecto de una falla monofásica a tierra próxima es reducida (del orden de 5 a 10 dB) y esto es particularmente interesante para las señales de protección. Para el dispositivo de la figura 28 (CIGRE ), ), la atenuación no depende de la resistencia de bucle y puede llegar hasta 30 dB o más en las mismas condiciones. Los dispositivos de acoplamiento permiten, conjuntamente con los condensadores de acoplo, la transmisión de señales de ondas portadoras y al mismo tiempo ofrecen una protección eficaz del personal y equipos OPLAT contra los efectos de la tensión a frecuencia de red y sobretensiones transitorias. transitorias. El grupo de acoplamiento es concebido para adaptar la impedancia a la del equipo para corrientes portadoras en la banda de frecuencia entregada. Podemos tomar valores de impedancia de la línea para calcular el sistema de acoplamiento del orden de 400 Ω para un acoplamiento fase a tierra y de 600 Ω para un acoplamiento interfase, para conductores de fase formados por un solo conductor. En el caso de conductores en haces, los valores precedentes debieran ser de 300 Ω y 500 Ω respectivamente. Para los equipos OPLAT, Norma IEC 60495 especifica una atenuación de 10 dB relacionada al valor nominal de la impedancia de aquellas frecuencias portadoras. Par el grupo de acoplamiento, la IEC 60481 hace mención a una atenuación de adaptación (perdida de retorno) de ≥ 12 dB, relacionada con los valores nominales de impedancias lado línea y lado equipo, teniendo presente que en la práctica estos valores son difíciles de obtener. Otros de los valores requeridos para la atenuación de adaptación, y que es igualmente necesario, es de limitar la atenuación global de acoplamiento de el mismo. Después de la Norma IEC sobre las trampas de onda (bobina de choque o circuito bouchons) es la atenuación de puesta en derivación y la atenuación de puesta en derivación nominal, no debe sobrepasar de preferencia los 2,6 dB. Esta atenuación corresponde, en el segundo caso, a una impedancia de la trampa de onda igual 1,41 veces la impedancia característica de la línea. La publicación IEC 60481 sobre los grupos de acoplamientos para sistemas OPLAT, la atenuación compuesta aportada por el cuadripolo formado por el grupo de acoplamiento y el o los condensadores de acoplamientos asociados, no debe sobrepasar los 2 dB en todo el ancho de la banda disponible. En general la atenuación de acoplamiento, que comprende las partes dieléctricas de los condensadores de acoplamiento, es inferior a 1,5 dB.

a. Atenuación suplementaria. Si un cierto número de equipos OPLAT están conectados en paralelo a un mismo dispositivo de acoplamiento, existe una atenuación de acoplamiento suplementaria suplementaria de 0,5 a 1 dB. Esto debe considerase considerase para efectuar el cálculo cálculo de la atenuación global del enlace

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b. Variaciones de la atenuación debido a maniobras de alta tensión . Las características demandadas al grupo de acoplamiento están en la Recomendación IEC 60481. 8.3.1 Unidades de Acoplamientos UA (Unidad de Sintonía).

La unidad de sintonía o caja de sintonía o Unidades de Acoplamientos, tienen tienen por finalidad evitar interferencias y ruidos, además de proteger al terminal OPLAT de las sobretensiones y sobrecorrientes provenientes de alta tensión. También tiene como función permitir la adaptación de impedancia entre el OPLAT y la línea de alta tensión, resultando así en una mejor eficiencia en la transmisión de la señal, vale decir, permiten la adaptación de impedancias entre los terminales de onda portadora y las líneas de alta tensión, así como la sintonización del condensador de acoplo, maximizando de esta manera la potencia transmitida a la línea de alta tensión. Estas unidades de acoplamiento pueden utilizarse tanto en configuraciones de acoplamiento fase a tierra como fase a fase (mediante el transformador diferencial), y son fácilmente ajustables en terreno en todo el rango de frecuencias utilizado por los equipos de onda portadora (30 a 500 KHz). Los sintonizadores de líneas (unidades de acoplamientos) normalmente, son instalados en la estructura que soporta el condensador de acoplamiento o TPC. La razón es que la distancia entre el condensador de acoplamiento y el sintonizador sintonizador debe ser tan t an corta como sea posible. Dado a que el condensador condensador de acoplamiento es parte del circuito de filtro, el punto de conexión entre éste y el sintonizador de la línea es generalmente un punto de impedancia alta. Cualquier capacitancia a tierra en el cable de conexión causará pérdidas y cambiará las características del circuito de sintonización. Este cable es típicamente un solo conductor que está aislado de alta tensión y tiene una capacidad muy baja de derivación a tierra, tal como se en el puntos 6.5 de estos apuntes. De los sintonizadores tipo resonantes que se emplean en los sistemas OPLAT, hay dos que son ampliamente utilizados. Estos son solo los de frecuencia y de doble frecuencia, y se utilizan para los sistemas de transporte que tienen un grupo o dos grupos de canales con los requisitos de ancho de banda estrecha respectivamente. Todos los sintonizadores de la línea tendrán una unidad de protector que está conectado desde el cable de salida a tierra. Esta unidad protector debe constar de un interruptor de puesta a tierra y un gaseoso de protección. La brecha está presente para proteger el sintonizador de fallo durante grandes transitorios en la línea eléctrica. Estos transitorios tienen grandes cantidades de energía de alta frecuencia que se hace pasar por el condensador de acoplamiento y están presentes en el sintonizador porque la bobina de drenaje es de alta impedancia a estas frecuencias. El interruptor de puesta a tierra es para la protección del personal durante el mantenimiento. A veces los sintonizadores de línea se suministran con una bobina de drenaje además de la suministrada en el condensador de acoplamiento. Esta bobina de drenaje no debe ser considerada como la vía de drenaje principal. El condensador de acoplamiento siempre debe

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tener una bobina de drenaje y se considera la vía de drenaje principal de corrientes de frecuencia de alimentación.

Sintonizador: es un circuito resonante que permite seleccionar una frecuencia deseada dentro del espectro de frecuencias. Para analizar el funcionamiento de este circuito vale reducirlo al aspecto de sintonización de frecuencia simple. Como se discutió previamente el capacitor de bloqueo o de acoplamiento tiene como propósito acoplar la señal portadora por encima y fuera de la línea, pero también introduce una reactancia capacitiva en la trayectoria de la señal. Para tener un acoplamiento eficiente de la señal portadora, esta reactancia debe ser sintonizada de manera que presente una carga resistiva a un transmisor de portadora. Para sintonizar el capacitor de bloqueo o acoplo se usa un inductor serie ajustable.

Fig. 8.4: “Sintonizador con inductor ajustable” Este inductor está sintonizado de manera tal que su reactancia inductiva sea igual a la reactancia capacitiva, obteniéndose de este modo un circuito resonante serie, ajustado o sintonizado a la frecuencia de la señal portadora deseada. En dicho circuito resonante X L = Xc y las dos reactancias están desfasadas en 180°, por lo tanto, en la resonancia se cancela un o a otro, resultando en una impedancia resistiva muy baja. El circuito resonante descrito funciona muy bien, y es adecuado para el acoplamiento de una sola frecuencia a la línea. Para acoplar dos frecuencias, el sintonizador debe alterarse con la adición de un segundo circuito.

Fig. 8.5: “Sintonizador para 2 frecuencias”

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En esta aplicación las unidades de acoplamiento son insertadas en cada trayectoria para botar todo excepto la frecuencia que corresponde a la frecuencia de la portadora. El sintonizador de dos frecuencias se muestra en la Figura 8.5. No sólo proporciona una trayectoria de baja pérdida para dos frecuencias, sino que también aísla los dos conjuntos de equipos de soportes, el uno del otro. Como se ve en la figura 8.5, hay dos caminos, cada uno con su propio transformador de adaptación y el inductor serie, pero cada camino también tiene un circuito LC paralelo utilizado para bloquear la señal portadora de la otra ruta. Cada camino está sintonizado a la resonancia serie con el condensador de acoplamiento en su frecuencia dada, y los circuitos LC en paralelo se sintonizan para resonar a la frecuencia pasando por el otro camino. Para los sintonizadores de dos frecuencias, la separación de frecuencia mínima es generalmente 25 por ciento de la frecuencia más baja o 25 kHz, lo que sea menor. Las curvas de respuesta de frecuencia para los sintonizadores de línea de dos frecuencias se muestran en la Figura 8.6.

Figure 8.6: “Características típicas de un sintonizador de línea de doble frecuencia”. Para más de dos pasos de resonancia la complejidad es más considerable, las pérdidas crecen y la economía es desfavorable. El sintonizador de banda ancha generalmente se usa cuando más de dos grupos de frecuencias deben ser acoplados, vale decir, cuando se requieren más de dos canales portadores para usar el mismo capacitor de acoplo, la línea resonante sintonizada de la unidad sintonizadora puede ser reemplazada ya sea por un filtro fijo o uno sintonizable de banda ancha. Hay dos formas de acoplamiento de banda ancha utilizadas: sintonizadores de paso alto y de paso de banda.

Paso alto El sintonizador de paso alto es el más sencillo de los dos, y en la mayoría de los casos es el tipo preferido. Es por lo general lo suficientemente pequeño como para caber en la base del condensador de acoplamiento y como resultado no necesita un armario al aire libre adicional. Otra ventaja del sintonizador de paso alto es que la distancia entre el sintonizador de línea y el condensador de

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acoplamiento es muy corto y no expuesto a otros elementos. El sintonizador de paso alto se muestra en la Figura 8.7. El circuito equivalente para el sintonizador de paso alto se muestra en la Figura 8.8. Tenga en cuenta que el condensador de acoplamiento se utiliza como una de las ramas de la serie del circuito de paso alto. El punto de corte de baja frecuencia del circuito se determina por el tamaño del condensador de acoplamiento y la impedancia de terminación de la línea de transmisión. Las curvas características para el sintonizador se muestran en la Figura 8.9. Uno no debe aplicar ninguna frecuencia portadora cerca de la frecuencia de corte del circuito ya que no tiene una impedancia característica estable en esa zona. El sintonizador de paso alto tiene una entrada para el cable coaxial. Por lo tanto, todos los conjuntos de OPLAT deben ser conectados en paralelo con los principios descritos en el apartado de "Paralelo Transmisores y receptores OPLAT".

Fig. 8.7: “Sintonizador Paso Alto”.

Fig. 8.8: “Circuito Equivalente de un Paso Alto”.

Fig. 8.9: “Características Típicas de un sintonizador Paso Alto”

Paso de banda Una segunda forma de acoplamiento de banda ancha es el sintonizador de paso de banda. Este sintonizador proporciona un gran ancho de banda con una

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impedancia constante de acoplamiento sobre una banda de frecuencias portadoras. El sintonizador de banda de banda se muestra en la Figura 8.10. El ancho de banda del sintonizador de paso de banda depende de la capacitancia de acoplamiento, la impedancia de terminación, y del cuadrado de la frecuencia media geométrica (GMF) a la que está sintonizado el filtro. La Figura 8.11 muestra un gráfico de las características de ancho de banda típicos del sintonizador de paso de banda. Hay que tener cuidado en la aplicación de frecuencias demasiado cerca de los bordes de la banda de un sintonizador de paso de banda ya que esta zona puede cambiar con diferentes temperaturas y los cambios en las ondas estacionarias que se pueden producir en la línea de energía debido a los cambios en la terminación de línea

Fig. 8.10 “Sintonizador Pasa banda (Band-Pass Tuner)”

Fig. 8.11: “Ancho de Banda Típica de un Sintonizador Pasa Banda”.

Figura 8.12 “Sintonizador con filtro de banda ancha” La figura anterior, muestra la aplicación del filtro de banda ancha, este filtro también provee una impedancia de igualación entre la línea y el equipo terminal,

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pero no provee ningún medio inherente de separación o aislamiento de canales múltiples que puedan conectarse a él. Para proveer la separación requerida se utilizan unidades serie L/C, RF híbridos o filtros. Los híbridos son usados para reducir problemas tales como la intermodulación que causa interferencia en el receptor y cargas en paralelo de los transmisores, estos generalmente se usan cuando dos o más frecuencias son acopladas a una línea

Fig.8.13 “Sintonizador híbrido”

Ventajas de la sintonización híbrida de banda ancha: - Previenen la interferencia de los transmisores terminales con los receptores asociados, permitiendo así un aumento de sensitividad en los receptores. - Reducen los productos de intermodulación capaces de causar interferencias en los receptores, beneficiando con ello la sensitividad de los receptores. - Aumentan la potencia de la señal entregada a la línea por el transmisor, evitando cargar el transmisor con combinaciones en paralelo. - Proveen el máximo de rechazo a una banda de frecuencias mínimas de espaciamiento. Cabe mencionar además que el transformador de acoplamiento de impedancia, tiene el propósito de igualar la impedancia baja del equipos OPLAT aprox. 75 Ω (desbalanceado) y 150 Ω (balanceado) con la impedancia característica de la línea de transmisión generalmente en el rango ≈ de 250 Ω a 600 Ω, para tener un ajuste exacto, estos transformadores se proveen con tal que permiten variar las impedancias para un ajuste adecuado. Resumiendo, las funciones de las unidades de sintonía son: • • •

•

Sintonía del condensador de acoplo. Adaptación de impedancias entre línea de alta tensión y equipo OPLAT. Drenaje a tierra de la corriente a frecuencia de red, limitación de transitorios procedentes de la línea de alta tensión y puesta a tierra del dispositivo de acoplo a efectos de protección durante operaciones de mantenimiento. Para acoplamiento fase-tierra se necesita solo una unidad UAM. Para acoplo fase-fase o intercircuito se utilizan dos unidades UAM que pueden conectarse directamente entre sí o bien por medio de un transformador diferencial.

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Los equipos terminales de Ondas Portadoras son fabricados de forma tal que entre los terminales de salida o de entrada, a línea de transmisión (LT), representan una impedancia de 75  y/o 150 Ω. Por eso la necesidad de adaptación de impedancia con la línea de alta tensión, a través del sintonizador de línea (unidad de sintonía). Las líneas de transmisión de 500 kV y 230 kV, tienen impedancias aproximadas de 250  y 400 , respectivamente. La combinación de la caja de sintonía con el capacitor de acoplamiento ofrece un camino de baja impedancia para la señal de la portadora por la formación de un circuito resonante serie, sintonizado a la frecuencia de la portadora. El inductor de la caja de sintonía debe ajustarse de tal forma, que a su reactancia inductiva XL es igual a la reactancia capacitiva X C para la frecuencia central de la banda de paso de la portadora. De esta forma, se obtiene un circuito LC resonante en serie, el que es representado en la siguiente figura, de una impedancia alta para las frecuencias de 50 o 60 Hz.

Fig. 8.14 “Circuito LC serie”. El circuito LC serie estará en resonancia cuando X L = XC, matemáticamente tenemos: 1 X L = jω L y X C = jω C Donde: L = valor de la inductancia C = valor de la capacitancia La impedancia equivalente X L en serie con X C

Z eq = X L + X C ⇒ Z eq = ω L +

1

C Analizando las ecuaciones podemos concluir que: ω

ω

→ 0 ⇒ Z eq =

ω

→ α ⇒ Z eq = α

Cuando ω → 0 o ω → ∞ la impedancia equivalente es mucho más alta, o el circuito prácticamente se comporta como un circuito abierto. Cuando X L= XC a la frecuencia resonante, en este caso el circuito presenta una baja impedancia para la frecuencia resonante, como se muestra en la figura 8.15.

TERMINALES OPLAT



1 LC Fig.8.15: “Curva característica del filtro LC serie” . ω resonante

=

Fig. 8.16: “Caja de Acoplamiento Alstom. Vista frontal”.

Unidad de protección (Protection Unit) Está formada por los siguientes dispositivos • • •

Interruptor de tierra ( 1 ) Pararrayos (2) Bobina de drenaje ( 3 )

Fig. 8.17: “Caja de Acoplamiento Alstom”.

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Unidad de Sintonía Generalmente consiste en un filtro paso banda (circuito resonante formado por una bobina ajustable junto al condensador de acoplo).

Fig. 8.18: “Unidad de Sintonía de la Caja de Acoplamiento Alstom”.

Circuito de adaptación Formado por un transformador balanceado de aislamiento. El primario, lado de la línea, se asocia a la tierra. El secundario (lado OPLAT), balanceado por defecto, podría ser fácilmente puesto a tierra si fuese necesario (por medio de un puente).

Fig. 8.19: “Circuito de adaptación en Caja de Acoplamiento Alstom”. Para líneas cortas con poca atenuación A.F, se puede instalar un atenuador opcional. Proporciona una solución eficiente contra el efecto de las reflexiones de la línea y las variaciones de impedancia. El atenuador se coloca entre el equipo (OPLAT) y el circuito de adaptación, y su impedancia corresponde a la nominal del equipo OPLAT

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Medida Pérdidas de retorno.

Fig. 8.20a: “Principio de medida en Caja de Acoplamiento Alstom”.

Procedimientos de medida Ajuste el generador (G) en un cierto nivel (se aconseja 0 dBm) Se debe realizar un barrido en frecuencia paso a paso, anotando el nivel leído en el voltímetro para cada frecuencia. Es muy recomendable ampliar el espectro de medida por sobre la banda de uso con el fin de detectar los posibles picos de ruido próximos (por ejemplo, con el fin de anticipar una futura extensión de la red) o para comprobar la eficiencia de las trampas de onda. Se recomienda seleccionar pasos de 1 KHz en la banda de los OPLAT y de 10 KHz para fuera de banda Debido al uso de este valor (y la selección dBm), el nivel leído directamente en el voltímetro corresponde directamente con las pérdidas de retorno.

Nota: El ajuste de la Unidad de Acoplamiento, dependerá del tipo de UA considerada en el proyecto (Alstom, Siemens, ABB, etc.).

Procedimiento práctico cuando existen enlaces OPLAT : - Unidad de Acoplamiento con cuchilla de Puesta a Tierra en posición abierta. - Se desconectan equipos PLC de la línea de HF. - Se conecta a la línea de HF equipo Generador y Medidor a un extremo de la línea, con impedancia de referencia en la entrada de medición de 75 Ω. - Se conecta al otro extremo de la línea carga resistiva de 75 Ω.

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-

Se configura el instrumento para realizar medición de lecturas cada 1 kHz, y se realiza un barrido de frecuencia en el rango de 30 a 500 kHz o en el rango proyectado). - Se repite esta medición en sentido contrario con las localidades seleccionadas inicialmente. - Se recopila la información en formato digital para ser analizada.

Fig. 8.20b: “Medida Pérdidas de retorno en caja de acoplamiento”. 8.3.1.2 Cálculo de potencia PEP.. La siguiente ecuación puede ser usada para el cálculo de la potencia PEP de un canal multifunción:

∑ ( N

P = Pt [

K

⋅ R K )]

2

Donde: P: Potencia PEP Pt: Nivel de potencia del tono de prueba (test-tone) NK: Es el número de canales de Tipo k. RK: Es la razón del voltaje en cada tipo de canal al voltaje del test-tone Ejemplo para aclarar. Asumamos que se tiene un sistema en el cual el nivel del test-ton es de 28 dB (0,794 Watts), y que el canal es cargado con lo siguiente: a. Un canal de voz por el cual la potencia pick puede ser de 3 dB, cercano a la potencia del tono de prueba. Esto conlleva a un R K de 1,14 sobre este canal. b. Dos canales de tono con una potencia peak de -10 dB, bajo el tono de prueba, lo que implica que para este canal R K = 0,316. c. Seis canales de tono con una potencia peak de -6 dB bajo el tono de prueba, de manera que el R K=0,5.

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8.3.2 Condensador de acoplamiento El condensador de acoplamiento es el principal componente que permite realizar el acoplamiento eléctrico entre los equipos OPLAT (PLC) y las líneas de alta tensión. Son previstos para instalarse en continuidad con la línea, a la tensión máxima de trabajo que es igual a 3 veces del valor de la tensión máxima concatenada de línea. Desde el punto de vista constructivo, los condensadores de acoplamientos están constituidos de varios condensadores conectados en serie con elementos aislados de papel impregnado en aceite para obtener el valor deseado de tensión de trabajo. Mecánicamente están construidos de forma tal, que se puedan instalar a la intemperie y además, resistir la acción directa de los rayos solares, con bruscos cambios de temperatura (entre –25°C y +40°C), ll uvia, viento, escarcha y formación de hielo. Los condensadores para las tensiones bajas están generalmente previstos para el montaje suspendido, mientras que los de tensiones más elevadas se prevén para montaje sobre una base soporte al piso. Para este caso, están aquellos que mecánicamente puedan soportar el montaje de la bobina de bloqueo sobre la parte superior del condensador. Los capacitores empleados en los primeros años de los OPLAT f ueron de aceite, posteriormente fueron fabricados de tipo seco, con un buen número de unidades conectados en serie para atender a las proporciones de voltaje deseado, los capacitores construidos de esta forma son mecánicamente sobrepuestos para alcanzar el aislamiento deseado para los distintos valores de voltaje. Estos condensadores deben estar además dimensionados para soportar las sobretensiones de tipo impulsivo y a frecuencia industrial que puedan presentarse durante la explotación, según la norma IEC 33-2. Debido a lo anterior, estas normas preveen tensiones de prueba distintas o igual a la tensión máxima de trabajo; al menos para líneas con tensiones nominales >66 kV El capacitor de acoplamiento presenta una baja impedancia a la frecuencia portadora HF, y bloquea a la corriente de la frecuencia de 50 o 60 Hz, ofreciendo a ella un camino de alta impedancia. El condensador es usado como parte del circuito de sintonía, en conjunto con las unidades de sintonía (cajas de acoplamiento), estando conectados por una lado directamente con la línea de transmisión de A.T., y por el otro a las cajas de sintonía, evitando con estos influencias de frecuencia de red de energía (50 o 60 Hz) a los equipos terminales OPLAT. El condensador de acoplamiento tiene la propiedad de soportar las tensiones apropiadas, está ubicado entre el grupo de acoplamiento y el conductor de alta tensión, ellos generalmente tienen valores que van desde 2.200 pF a 8.800 pF (los más comunes son de 2.200 pF y 4.400 pF). Valores de hasta 10.000 pF o más pueden ser utilizados. El capacitor de acoplamiento es el elemento que nos permite inyectar la señal de alta frecuencia en la línea de alta tensión, por lo cual su impedancia debe ser mínima a estas frecuencias. A la frecuencia del sistema

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ONDAS PORTADORAS SOBRE LÍNEAS ELÉCTRICAS DE A.T. 25


de potencia (50 o 60 Hz) su impedancia es elevada. Su elección depende principalmente de dos factores, lo económico y fundamentalmente del ancho de banda y del valor más bajo de las frecuencias a transmitir.

Nota: La capacidad en pF del condensador de acoplamiento está determinada de acuerdo con la banda de frecuencia a operar con los OPLAT. En general, los fabricantes de las cajas de acoplamientos (filtros) proporcionan una tabla en la cual está indicada la banda a utilizar de acuerdo con la capacidad de condensador de acoplamiento y la impedancia de la línea de AT.

Fig. 8.21: “Corriente en el capacitor de acoplamiento Vs tensión de línea”. Aunque se fabrican capacitores de acoplamiento dedicados exclusivamente para enlaces OPLAT, normalmente es utilizado el Transformador de Potencial Capacitivo (TPC) . Los transformadores de tensión capacitivos de tipo CCV permiten realizar la medición de altos voltajes en forma precisa, además de la transmisión de las frecuencias OPLAT en un rango de frecuencias de 30 - 500 kHz. Actúan simultáneamente como un transformador de tensión y un capacitor de acoplamiento. La mayoría de los tipos de transformadores de tensión capacitivos pueden soportar trampas de onda. Los capacitores de acoplamiento de tipo CC se utilizan junto con transformadores de tensión inductivos.  Protección de líneas  Transmisión a alta frecuencia  De acuerdo con IEC, ANSI / IEEE o normas equivalentes  Reduce la pendiente de la tasa de incremento del voltaje

de recuperación

(RRRV en inglés)  Rango de tensiones: 72.5 a 800 kV Capacitancia nominal (Cn) de 2 500 a 20 000 pF Capacidad térmica hasta 1000 VA Los TPC están formados por una carcasa de porcelana, en cuyo interior se alojan varios capacitores conectados en serie, con una extremidad en la parte superior y la otra en la base. En la parte superior del condensador de acoplamiento está la conexión a la LAT y en la base la conexión la tierra, ondas

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portadoras, sistemas de medición y protección. La Figura siguiente 2.2 se muestra a un TPC típico. Además, el capacitor de acoplamiento solo puede desempeñar bien su función de ofrecer un camino de baja impedancia a la frecuencia de la portadora cuando es utilizado en conjunto con la bobina de drenaje, como muestra la figura 2.22.

TO

Donde:

C1

Bc

C1: Capacidad primaria C2: Capacidad secundaria Bc: Bobina de compensación y de bloqueo a F. Tr: Transformador auxiliar G: Grupo de acoplamiento OP: Equipo terminal OPLAT a-b: Regleta de medida bobina de bloqueo TO: Trampa de onda (bobina de bloqueo)

Tr a C2

b

G

OP

Fig.8.22: “Esquema del acoplamiento a través del divisor de tensión capacitivo”.

Línea de Transmisión

TO

Columna de Condensadores de Acoplamiento X

Conductor “Lead-In” Bobina Drenaje

“Gap” de Protección

Fig. 8.23: “Combinación capacitor de acoplamiento - bobina de drenaje”. Para que un potencial en el punto X sea bajo, es necesario que exista un camino a tierra. Además, para que la señal OPLAT no circule a tierra, es conectada a la base del capacitor de acoplamiento una bobina de drenaje, proyectada para tener una inductancia que proporcione una baja impedancia a la frecuencia industrial y una alta impedancia a la frecuencia de onda portadora HF. Para evitar cualquier sobretensión durante los transitorios en la línea de transmisión, y que estas dañen a los equipos, existe y está conectado en paralelo con una bobina de drenaje una unidad de protectora. Esta unidad

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consiste en un conectador (cuchilla) de puesta a tierra y de un “gap” de protección, cuyo objetivo es evitar que grandes cantidades de energía en altas frecuencias lleguen a la caja de sintonía, ya que la bobina de drenaje ofrece una alta impedancia a estas frecuencias. El conector de puesta a tierra se utiliza para proteger al personal durante el mantenimiento y pruebas a realizar en las cajas de sintonía. En líneas de alta y de muy alta tensión frecuentemente se emplean divisores capacitivos para la medida de tensiones. En estos casos, los mismos capacitores utilizados como divisores pueden ser empleados ventajosamente también para el acoplamiento a la línea de los equipos OPLAT. Este tipo capacitor que contiene el transformador de tensión que se utiliza para la medida de la tensión de línea, es el que se le conoce como Divisor Capacitivo de Tensión. Los transformadores de tensión capacitivos de tipo CCV permiten realizar la medición de altos voltajes en forma precisa, además de la transmisión en HF de los OPLAT en un rango de frecuencias de 30 - 500 KHz. Estos actúan simultáneamente como un transformador de tensión y un capacitor de acoplamiento. Los valores característicos de la capacitancia nominal de los TPC se encuentran entre 2.000 pF y 20.000 pF. En la figura 8.24 se muestran los condensadores CC y TPC (CCV) y el Fig. 8.25 el esquema de principio del acoplamiento efectuado a través del divisor de tensión capacitivo.

Fig. 8.24: “Condensadores CC y TPC (CCV)”.

Nota. La mayoría de los tipos de transformadores de tensión capacitivos pueden soportar las trampas de onda. Los capacitores de acoplamiento de alta tensión están formados por elementos conectados en serie. Cada elemento está fabricado con armadura de aluminio, polipropileno y papel de celulosa de alta pureza que forman los electrodos. Los elementos se apilan para formar una unidad dentro del aislador de porcelana. En la siguiente figura, se muestra un transformador de potencial capacitivo con sus partes que lo conforman.

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1 Manómetro de presión de aceite (opcional) 2 Diafragma de expansión. 3 Elementos capacitivos. 4 Aceite aislante. 5 Aislador de porcelana. 6 Juntas. 7 Cuba. 8 Caja de bornes secundarios/terminales de AF y Tierra. 9 Inductancia de compensación. 10 Transformador de media tensión.

Fig.8.25: “Transformador de Potencial Capacitivo TPC (CCV)”.

Tabla 8.1 Características eléctricas y Capacitancia

Las características que se demandan a los condensadores de acoplamiento están proporcionadas en la recomendación IEC 60358. Los datos mínimos que se deben especificar al proveedor de los condensadores CC y TPC (CCV), son: 1. Normas aplicables. 2. Frecuencia del sistema. 3. Tensión máxima del sistema. 4. Tensión de prueba de baja frecuencia. 5. Tensión de prueba al impulso de rayo. 6. Tensión de prueba al impulso de maniobra, si fuera aplicable

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7. Capacitancia nominal Cn en pF. 8. Factor de sobretensión. 9. Relación de transformación. 10. Número de secundarios. 11. Clase de exactitud y carga nominal para cada devanado secundario 12. Potencia máxima de calentamiento en VA. 13. Condiciones ambientales (altitud, temperatura, contaminación del sitio, condiciones sísmicas). 14. Distancia de fuga necesaria en mm o en mm/KV. 15. Accesorios a solicitud: Borne terminal de AT (material y dimensiones).

Nota. Para el condensador tipo CC se deben e specificar los puntos del 1 al 8, 13 y 14. Si va a montarse una trampa de onda en el CCV (TPC) o CC, especificar el peso y las dimensiones generales de la trampa de onda. 8.3.3 Trampas de ondas (Bobinas de Bloqueo) Las bobinas de bloqueo (TO) tienen la finalidad de confinar la señal de onda portadora al interior de las líneas de transmisión de alta tensión a utilizar como soporte, impidiendo que la señal de los OPLAT llegue a los equipos de la subestación. Las trampas de ondas de los OPLAT se conectan en serie con las líneas de alta tensión, por lo tanto, deben ser compatibles con la corriente de carga máxima continua, y ser capaces de soportar la corriente máxima por falla en el lugar de instalación. Las trampas de ondas son localizadas en los terminales de la línea a ser protegida, ofreciendo una baja impedancia para la frecuencia industrial y una alta impedancia para la frecuencia de onda portadora. Estas bobinas deben ser dimensionadas para soportar la corriente nominal de la línea en la frecuencia industrial y las corrientes de cortocircuito a las cuales están sujetas las líneas de transmisión. En general, el propósito de las trampas de onda es: Provisión de definición de impedancias de línea de alta tensión, independiente de la configuración de los interruptores del sistema primario. • Proveer las pérdidas de señal debido a la propagación de otras líneas. • La atenuación de las señales de RF procedentes de otras partes del sistema de energía, permite el uso múltiple de las mismas bandas. • Insensibilizar la señal de la portadora a los cambios en la impedancia de la barra de la subestación, tornándose más independiente de las condiciones de conmutación que modifican los ajustes del sistema operativo •

Entre las características que deben poseer las bobinas de bloqueo, podemos destacar: • Alta resistencia al cortocircuito • Peso reducido • Flexibilidad de montaje • Excelente enfriamiento • Dispositivos de sintonía extremamente fiables.

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El circuito conocido bajo el nombre de trampa de onda (Line Traps o Circuitos Bouchons) se ubica en serie con la línea de energía entre los puntos de enlaces del condensador de acoplamiento y la salida de la barra de la subestación eléctrica, forzando a la señal de la portadora HF a propagarse en dirección del terminal remoto de la línea. Una trampa de onda está esencialmente constituida por una inductancia concebida para soportar la corriente nominal permanente y de la corriente nominal de corta duración de la línea. Es por tanto fabricada para soportar los efectos de los cortos circuitos exteriores de la línea en las condiciones de servicio. Encontraremos trampas de onda donde la inductancia que van desde 0.1 mH hasta 2 mH. Los valores más grandes se utilizan cuando se requiere de un acoplamiento de banda ancha. Las trampas de ondas con valores altos de inductancia (entre 1 y 2 mH) pueden ser utilizadas con o sin dispositivos de filtro, mientras que aquellas de pequeña inductancia (0,1 a 1 mH) son empleadas con el fin que ésta forme parte del filtro paralelo. 8.3.3.1 Construcción

Bobina Principal La bobina principal conduce la corriente nominal de la línea de transmisión y es proyectado para soportar la corriente máxima de cortocircuito. El arrollamiento consiste en perfiles de aluminio de sección rectangular de alta resistencia mecánica. Dependiendo de la corriente, uno o más perfiles son conectados en paralelo. Cada espira es separada por trozos de fibra de vidrio. El arrollamiento es rígidamente inmovilizado por medio de crucetas de aluminio montadas en las extremidades del arrollamiento de la bobina principal y por uno o más tirantes aislados de fibra de vidrio. La bobina principal debe ser de construcción robusta y liviana. Debe ser de una estructura abierta, con aislamiento en aire, que resulte en excelentes propiedades de enfriamiento. Debido a este tipo de construcción, no debieran ocurrir grietas en la superficie de la bobina. Su baja capacidad propia implica una elevada frecuencia de auto resonancia, volviendo este proyecto particularmente adecuado para aplicaciones en alta frecuencia, tal como en los sistemas de onda portadora. Estas importantes características debieran asegurar un excelente desempeño, principalmente en la ocurrencia de un cortocircuito, permitiendo que se alcance una larga vida útil. En la siguiente fig. 8.26 se muestran las partes que conforman una trampa de onda (bobina de bloqueo)

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Fig.8.26: “Principales componentes de la bobina de bloqueo”.

Dispositivo de Sintonía. El dispositivo de sintonía es montado en el tirante central localizado en el interior de la bobina principal. Es de fácil acceso y puede también ser fácilmente reemplazado en el caso de una eventual alteración de la faja de operación, sin que sea necesario remover la bobina de bloqueo. Todos los componentes del dispositivo de sintonía son escogidos para garantizar una excepcional fiabilidad operacional y una vida útil prolongada. El dispositivo de sintonía puede ser fijo o ajustable para sintonía simple, de doble frecuencia o de banda ancha. Los dispositivos de sintonía también pueden ser suministrados para uso en bobinas de bloqueo de otros fabricantes, siendo que, para estos casos, se recomienda también la substitución del dispositivo de protección cuyas características influyen en la curva de respuesta del dispositivo de sintonía. Todos los componentes son encapsulados con una triple capa resistente a la intemperie, protegiendo el dispositivo de sintonía de los constantes cambios climáticos y eventuales choques mecánicos. Los coeficientes de temperatura de los elementos del dispositivo de sintonía son escogidos de forma que se obtenga un alto grado de estabilidad en la sintonía.

Dispositivo de Protección El dispositivo de protección es conectado en paralelo con la bobina principal y el dispositivo de sintonía, para evitar que la bobina de bloqueo sufra algún daño debido a una sobretensión transitoria. Las características del dispositivo de protección son escogidas para soportar elevadas sobretensiones transitorias, siendo que éste no debe empezar a actuar debido a la tensión que surge entre los terminales de la bobina de bloqueo en el caso de un cortocircuito, y tampoco debe permanecer en

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operación después de la respuesta a una sobretensión momentánea entre los terminales de la bobina de bloqueo, causada por la corriente de cortocircuito. En las bobinas de bloqueo se utilizan dispositivos de protección de óxido de zinc (ZnO), sin centelleador. 8.3.3.2 Montaje de las Trampas de Onda Las trampas de onda se pueden montar de las siguientes formas: Suspendidas por cadenas de aisladores en los pórticos de las subestaciones. Sobre aisladores en soportes. • Sobre condensadores y/o transformadores de tensión tipo capacitivo CCV (TPC) • •

Fig. 8.27: “Montaje de Trampas de Ondas”.

Montaje Suspendido Todas las bobinas de bloqueo deben ser suministradas con un cáncamo para izar, fijado directamente en el tirante central. Para este tipo de montaje, un cáncamo adicional es añadido a la cruceta inferior para soportar la bobina de bloqueo, evitando oscilaciones. En casos especiales, se puede proveer con dos, tres o cuatro puntos para la suspensión.

Montaje sobre Pedestal. Tipo Vertical. Para este tipo de montaje, las bobinas de bloqueo son suministradas con pedestal de aluminio. Los pedestales deben tener una altura adecuada para evitar el calentamiento excesivo del soporte del aislador o del transformador de potencia capacitivo (TPC) debido al campo magnético de la bobina principal. Las bobinas de bloqueo de tamaño pequeño o medio pueden ser montados directamente sobre un único aislador o TPC, utilizando un pedestal (pedestal vertical tipo A).

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Fig.8.28: “Bobinas de bloqueo con pedestal vertical tipo A montado sobre TPC y sobre base de montaje con aisladores”.

Fig. 8.29: “Bobinas de bloqueo con pedestal vertical tipo A”.

Fig. 8.30: “Bobinas de bloqueo con pedestal vertical B”.

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Tipo Horizontal La construcción de la bobina de bloqueo del tipo Montaje horizontal debe ser también abierta para ofrecer propiedades de enfriamiento eficientes, tal como es para la posición vertical.

Fig. 8.31: “Bobina de bloqueo con pedestal horizontal” . 8.3.3.3 Accesorios. Además del proyecto estándar de las trampas de onda, el cual consiste en un inductor principal, un dispositivo de sintonía y un dispositivo de protección, los siguientes accesorios deben estar disponibles, en caso de que sean requeridos: � Conectores de línea (aluminio o bimetal) para conexión directa del conductor

de alta tensión � Anillos anticorona. En caso de que no exista ningún requisito especial con relación al nivel de descarga del tipo corona, su instalación no es necesaria para tensiones nominales <245 kV. Si es necesario, los anillos anticorona son construidos de tubos de aluminio. Para el caso de montaje sobre pedestal, la altura total debe ser aumentada, pues el anillo anticorona inferior se proyecta sobre el pedestal. 8.3.3.4 Circuito eléctrico de las trampas de ondas. Análisis Las trampas de ondas generalmente conforman un circuito resonante paralelo que es colocado en serie con un dispositivo de baja impedancia, una barra o sección de línea de tal modo que la porción del circuito presentara una impedancia alta a la señal del sistema PLC a fin de que esta pueda inyectarse a la red eléctrica sin percibir una atenuación fuerte debido a la baja impedancia de los circuitos de eléctricos, independizando de esta manera el funcionamiento del enlace PLC de la impedancia que pueda presentar la subestación, a la vez que debe permitir el paso de la corriente de 60 Hz con las mínimas pérdidas posibles, garantizando que la línea de alta tensión se comporte como una línea de transmisión para ambas señales, este trabajo es básicamente desarrollado por una bobina llamada bobina de bloqueo.

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Fig. 8.32: “Dispositivos de bloqueo”. Considerando además que a ciertas frecuencias el sistema puede entrar en resonancia, que es el peor de los casos, las partes reactivas de las impedancias de bloqueo y de la subestación pueden cancelarse. Para evitar estos casos el circuito de bloqueo cuenta con un sintonizador cuya misión es hacer que la parte resistiva de la impedancia de bloqueo sea lo más alta posible. La recomendación de CEI 60353 establece que las pérdidas máximas que un dispositivo de bloqueo puede introducir son 2.6 dB, lo cual corresponde a una impedancia de bloqueo de 1.41 veces la impedancia característica de la línea. Estas pérdidas introducidas por los dispositivos de bloqueo debidas a la impedancia finita que presentan a la frecuencia de trabajo, indican el valor de un parámetro llamado Eficacia del bloqueo que también es una medida de la magnitud de la impedancia del dispositivo de bloqueo. Estos elementos de bloqueo son usados también para proveer aislamiento en las frecuencias portadoras deseadas, entre las líneas de transmisión y los interruptores del circuito, transformadores y equipo similar localizado en estacio-nes generadoras o sub-estaciones y otras líneas de transmisión terminando en las puntas. De esta forma si ocurre una falla en cualquier equipo de la estación o sobre otra línea, las señales portadoras no se disipan en la falla. Sin embargo, debe mantenerse cierta precaución para que estos circuitos no confinen la señal simplemente a una sección de la línea en particular, lo cual causaría que no se pudieran prevenir interferencias en alguna sección de la línea adyacente. La disposición básica de una bobina de bloqueo comprende de un circuito LC en paralelo, como se muestra en la siguiente figura, la que presenta una alta impedancia a la señal de la portadora.

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Fig. 8.33: “Circuito LC paralelo”. Cuando una frecuencia determinada a las reactancias inductivas y capacitiva son iguales XL //XC Se dice que el circuito está en resonancia o “sintonizado” en la frecuencia llamada “frecuencia resonante”. La impedancia equivalente:

X L ⋅ X C

Z eq = X L // X C =

X L + X C Sustituyendo X L y XC definidos por sus variables respectivamente: L 1 ω L ⋅ C ω C = Z eq = 1 1 ω ω L + L + ω C ω C Analizando la ecuación tenemos: ω → 0 ⇒ Z eq = 0 ω

→∝ ⇒ Z eq = 0

Cuando ω → 0 u ω → ∞, la impedancia equivalente es nula. Cuando X L = XC a la frecuencia resonante, en este caso el circuito presenta una alta impedancia para a la frecuencia resonante. En cambio, para las frecuencias bajas o altas, prácticamente no presenta ninguna impedancia, como se muestra en la siguiente figura: ω resonante

=

1 LC

Banda onda portadora

Fig. 8.34: “Curva característica del filtro LC paralelo” Las trampas de onda TO deben cumplir todos los requisitos de RF, así como todos los requisitos de energía señaladas en las últimas recomendaciones de la IEC y ANSI. Los dispositivos de alta tensión (transformadores, juegos de barra, líneas, etc.) representan una impedancia ubicada más allá de la trampa de onda, entre la

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línea y la tierra. Esta impedancia, en serie con aquella de la trampa de onda, forma una derivación para las corrientes de onda portadora. La atenuación de la señal debido a esta derivación depende de la suma vectorial de las dos impedancias que la constituyen. En el caso más desfavorable, las partes reactivas de las dos impedancias pueden ser compensadas, reduciendo también la impedancia total que se encuentra en paralelo a un valor inaceptablemente bajo. Con el fin de eliminar esta posibilidad, el filtro del circuito de la trampa de onda debe tener un elemento resistivo. Este dispositivo es utilizado con el fin de mejorar la eficacia de bloqueo de los circuitos trampas de onda, pueden ser de diferentes tipos. Aquellos de banda angosta aseguran una gran impedancia de bloqueo para un canal solamente en la gama de frecuencias portadoras; aquellas de doble banda presentan una gran impedancia de bloqueo para dos canales no adyacentes y aquellos de banda ancha permiten de explotar varios canales, conservando el valor de impedancia de bloqueo en los límites prescritos. La concepción del dispositivo debe tener en cuenta el valor de la impedancia aparente a aquellas frecuencias portadoras. Esta última puede ser diferente del valor en baja frecuencia a causa del efecto de las capacidades parásitas de la bobina principal. 8.3.3.5 Norma técnica, características y pruebas. Las especificaciones de las trampas de onda deben seguir las reglas señaladas en la Recomendación IEC 60353. Valores típicos da inductancia de una bobina de bloqueo encuentran en la banda entre 0.1 mH a 2 mH, con corrientes nominales entre 400 A y 4.000 A (ver tabla 8.2). Tabla 8.2: “Norma Técnica - Corriente Nominal - Inductancia”.

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Fig. 8.35: “Trampa de Doble Sintonía”. � Curvas: Impedancia de bloqueo y pérdida de un tapping en función de la frecuencia en sistema doble sintonía. - Circuito equivalente

Fig. 8.35: “Trampa de Simple Sintonía”. � Curvas: Impedancia de bloqueo y pérdida de un tapping en función de la frecuencia en sistema doble sintonía. - Circuito equivalente.

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Fig. 8.36: “Curva del límite de banda superior en función del límite de la banda baja, para un Rb>400 Ω, para ≠ valores de inductancia”.

Fig. 8.37: “Curva del límite de banda superior en función del límite de la banda baja, para un Rb>600 Ω, para ≠s valores de inductancia”. La bobina de bloqueo (LC en paralelo) y el capacitor de acoplamiento junto con la caja de sintonía (LC serie) están sintonizados en la banda de frecuencia que se desea transmitir la onda portadora sobre la línea de alta tensión. 8.3.3.6 Características técnicas para la especificación de las trampas de ondas . En la especificación de trampas de onda o para consulta a los fabricantes se deben indicar como mínimo las siguientes características: • • • •

Corriente nominal de la bobina principal. Corriente de corto circuito. Corriente de corta duración. Voltaje máximo del equipo.

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• • • • • • • • •


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Voltaje del sistema. Frecuencia industrial (50 o 60 Hz). Inductancia nominal de la bobina principal. Ancho de banda del dispositivo de sintonización (banda o faja de frecuencia). Tipo de dispositivo de sintonía Impedancia o resistencia mínima de bloqueo Montaje (suspendido, anclado al piso, anclado sobre un CC o TPC) Orientación de los terminales Condiciones de instalación (ej.: requisitos sísmicos, velocidad del viento, temperatura ambiente (si es por encima de 45 °C), a ltitud de operación si es mayor de 1000 m (3300 pies) por encima del nivel del mar).

Pruebas de rutina. Normas • • • •

• • • •

Medida de la impedancia de bloqueo. La impedancia de bloqueo de una trampa debe determinarse dentro del ancho de banda. Medida de las pérdidas derivadas. Pruebas tipo. Medidas de la inductancia de la bobina principal. La inductancia de la bobina principal se debe medir usando una tensión senoidal y no debe diferir por más del +/- 10 % del valor nominal especificado. También se debe medir la frecuencia de auto-resonancia, ya que la inductancia aparente a la frecuencia de transmisión (portadora) es determinada de esta medida y de la inductancia de la bobina principal. Medidas del incremento de temperatura. Pruebas de aislamiento: Prueba de tensión a la frecuencia industrial en la unidad de sintonía. Tensión de impulso.

Los siguientes ensayos de rutina por normas son aplicables:

IEC � Medición de la inductancia nominal de la bobina principal (en 100 kHz). � Medición de la inductancia de la bobina principal en la frecuencia industrial

(en 100 Hz). � Medición de la impedancia de bloqueo o resistencia de bloqueo o pérdida de inserción o pérdida de inserción basada en la resistencia de bloqueo. � Tensión aplicada en el dispositivo de sintonía.

ANSI � � � � �

Medición de la inductancia real de la bobina principal. Medición de sobretensión en el dispositivo auxiliar de protección. Medición de la impedancia de bloqueo. Medición de los elementos del dispositivo de sintonía. Prueba dieléctrico de los condensadores del dispositivo de sintonía (tensión de prueba cc por 10 segundos.

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Guía de Ensayo. La guía de ensayos de rutina en bobinas de bloqueo es ejecutado a través de un versátil sistema computadorizado de medición, el cual está específicamente desarrollado para esta finalidad. Curvas de respuesta en frecuencia pueden ser delineadas para el componente resistivo, impedancia, atenuación de bloqueo o pérdida de inserción, conforme a los parámetros definidos por el usuario.

Fig.8.38: “Muestra de la pantalla del programa de ensayos”.

Ensayos Tipos. Los ensayos tipos más comunes son: elevación de temperatura, medición de RIV y cortocircuito. Existen numerosos ensayos tipos que han sido realizados con éxito en laboratorios renombrados en todo el mundo, tales como: KEMA (Holanda), CESI (Italia), CEPEL (Brasil) e IREQ (Canadá).

Valores de inductancias recomendados . Los valores de inductancia de la bobina principal son de: 0.2; 0.25; 0.4; 0.5; 1.0 y 2.0 mH. Los valores más utilizados son: 0,2; 0,25; 0,5 y 1 mH. El valor se selecciona de acuerdo con el tipo de trampa usada, corriente nominal de corto tiempo y la impedancia característica de la línea.

Corriente continua nominal 100; 200; 400; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 4000 A: Los valores más utilizados son: 800, 1250 y 2000 A.

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Coordinación de corrientes continuas nominales y corrientes de corto tiempo Para esta coordinación existen dos (2) series con respecto a la capacidad de corto tiempo del sistema, tal como se ilustra en la tabla 1. -

Serie 1: para requerimientos normales Serie 2: para requerimientos fuertes (únicamente para inductancias de hasta 1,0 mH). Tabla 8.3. Coordinación de corrientes en trampas de ondas

Corriente Nominal

Corriente de corto tiempo

(1)

(2)

(3)

A

KA

KA

100 200 400 600 800 1000 1250 1600 2000 4000

2,5 5 10 16 20 25 31,5 40 40 50

5 10 16 20 25 31,5 40 40 50 60

Nivel de aislamiento. El nivel de aislamiento a tierra de una trampa de onda está dado por el aislamiento del elemento que la soporta. Adicionalmente debe existir un aislamiento entre los terminales para evitar arcos durante corrientes de cortocircuito. La tensión en voltios U que se desarrolla entre los terminales de una trampa de onda está dada por la fórmula:

U = 1,1 ⋅ 2π ⋅ F n ⋅ Ln ⋅ I sn Donde: Fn: Frecuencia industrial, Hz. Ln: Inductancia nominal, mH. Isn: Corriente nominal de cortocircuito, kA

Características en Alta Frecuencia de las Bobinas de Bloqueo Las frecuencias normalmente utilizadas para transmisión en alta frecuencia utilizando el sistema de onda portadora (carrier) se sitúan entre 30 kHz y 500 kHz. La función de la bobina de bloqueo es bloquear bandas de frecuencia específicas dentro de esta faja de frecuencia.

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Ciertos valores característicos, tales como la impedancia, o el componente resistivo de la impedancia, deben permanecer por encima de un determinado valor mínimo dentro de una anchura de faja especificada.

Componente Resistivo El principal componente de las características de alta frecuencia de una bobina de bloqueo es la parte resistiva de la impedancia, también llamada impedancia resistiva. Este valor es inherente a la bobina de bloqueo, mientras que otros conceptos, como la atenuación de bloqueo o la pérdida de inserción, están siempre sujetos a una comparación. La principal ventaja y razón de usarse el componente resistivo como base para evaluación es que este valor indica la impedancia mínima de la bobina de bloqueo bajo cualquier condición de operación, incluyendo la presencia de resonancia en serie parcial o total. Si un componente óhmico suficientemente elevado es obtenido, el problema de resonancia en serie en transmisiones de onda portadora queda eliminado. La posibilidad de que se excluya la aparición de una resonancia en serie es de importancia fundamental. En su circuito sintonizado (dispositivo de sintonía), cada bobina de bloqueo tiene componentes inductivos y capacitivos. Cada componente reactivo de la impedancia de la bobina de bloqueo puede ser compensado por un componente correspondiente de la subestación o de la impedancia del sistema. La conexión en serie de las dos impedancias genera, entonces, un circuito resonante en serie, cuya frecuencia de resonancia puede ser cualquier frecuencia carrier. En este caso, y en defecto de un componente resistivo suficiente de la impedancia de la bobina de bloqueo, casi la totalidad de la energía de alta frecuencia es descargada, un fenómeno con efectos dañinos en transmisiones OPLAT. Para evitar que esto ocurra, las bobinas de bloqueo son suministradas con dispositivos de sintonía proyectados de tal suerte que la impedancia de la bobina de bloqueo tenga siempre el componente resistivo necesario en cada faja de frecuencia especificada.

Modos de Atenuación La evaluación de bobinas de bloqueo basada en pérdida de inserción y atenuación de bloqueo debe ser mencionada. Esto involucra la comparación de la impedancia de la bobina de bloqueo en una determinada frecuencia con la impedancia del sistema vista del local de instalación de la bobina de bloqueo. Dependiendo de las normas aplicadas, la impedancia de la línea (impedancia característica) es asumida entre 300 y 600 ohms (usualmente, 400 ohms en el caso de acoplamiento fase-tierra y 600 ohms para acoplamiento fase-fase), permitiendo una base de comparación uniforme. La pérdida de inserción, At, y la atenuación de bloqueo, Ab, son diferentes parámetros para medir la eficiencia de una bobina de bloqueo. Ambos de los valores son el resultado de una relación de tensión y pueden ser expresados en nepers o en decibeles a través de las siguientes fórmulas:

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At = ln 1 +

Z L

2 Z [ N P ]

Ab = ln 1 +

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Z Z I

Donde:

At: pérdida de inserción. ZL: impedancia de la línea ( ). Z: impedancia de la bobina de bloqueo ( ). Ab: atenuación de bloqueo. Zl: impedancia del sistema (usualmente, 400 300  para acoplamiento fase-fase). 1 Np = 8.7 dB.

 para

acoplamiento fase-tierra y

Características en Alta Frecuencia de la Bobina Principal El proyecto de la bobina principal, con un único cilindro, aislado en aire y abierto, resulta en capacitancias parásitas muy bajas, entre 30 y 100 pF, dependiendo del tamaño de la bobina de bloqueo. Por esta razón, las bobinas de bloqueo poseen elevadas frecuencias de auto resonancia. Además, los valores específicos de estas capacitancias inherentes son prácticamente constantes debido a la baja tolerancia de producción en términos de diámetro de la bobina y distancia entre espirales. Con el uso de bobinas de bloqueo, es posible efectuarse la substitución de un dispositivo de sintonía, en el caso de una alteración en la banda de frecuencia, sin la necesidad de remoción de la bobina de bloqueo. 8.3.3.6 Cálculo de la Inductancia.

Bobinas de Bloqueo con Sintonía Simple Cuando un condensador es conectado en paralelo con una inductancia relativamente baja, el resultado es un circuito resonante con elevada impedancia Z en la frecuencia de resonancia, f r. El circuito tiene una banda de frecuencia de operación muy selectiva. Este dispositivo de sintonía ofrece un componente resistivo de la impedancia muy bajo en las extremidades de la anchura de faja, pero posee una elevada impedancia de bloqueo en la frecuencia de resonancia (muestra de curva de respuesta ilustrada en la fig. 7). El componente resistivo mínimo deseado es obtenido amortiguándose el circuito resonante paralelo, esto es, introduciendo una resistencia en serie con el condensador de sintonía. El componente resistivo mínimo de la impedancia de bloqueo y la impedancia mínima en el modo de sintonía simple son obtenidos a través de las siguientes fórmulas: R min = k ⋅ π ⋅ L

f 2 ⋅ f 1 f 2 − f 1

Z min =

2 ⋅ k ⋅ π ⋅ L

f r = f 2 ⋅ f 1

f 2: frecuencia: superior de la banda.

f 2 ⋅ f 1 f 2 − f 1

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f 1: frecuencia inferior de la banda. k: es determinado según tabla. Los valores intermedios deben interpolarse.

Fig. 8.39: “Muestra de curva de respuesta para sintonía simple”.

Bobinas de Bloqueo con Sintonía de Banda Ancha Para una misma frecuencia geométrica media (fr), la bobina principal ofrece el doble de la anchura de faja para un dispositivo de sintonía de banda ancha, comparado con un dispositivo de sintonía simple. El componente resistivo mínimo se establece en los límites y en el centro de la anchura de faja bloqueada (muestra de curva de respuesta ilustrada en la fig. 8). El componente resistivo mínimo de la impedancia de bloqueo y la impedancia mínima en el modo de sintonía de banda ancha son obtenidos a través de las siguientes fórmulas: f ⋅ f f ⋅ f R min = k ⋅ 2π ⋅ L ⋅ 2 1 Z min = 2 ⋅ k ⋅ 2π ⋅ L ⋅ 2 1 f 2 − f 1 f 2 − f 1 Donde k es determinado de la misma tabla que para la sintonía simple

. Fig. 8.40: “Curva de respuesta para sintonía de banda ancha”.

Nota: Anchuras de faja más anchas pueden ser obtenidas usando un circuito de sintonía de banda ancha especial, como ilustrado en la siguiente figura.

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Fig. 8.40: “Muestra de curva de respuesta para sintonía de banda ancha especial”.

Bobinas de Bloqueo para Sintonía de Doble Frecuencia Dispositivos de sintonía de doble frecuencia pueden ser usados para bloquear dos frecuencias no adyacentes (muestra de curva de respuesta ilustrada en la Fig. 8.41.

Fig.8.41: “Muestra de curva de respuesta para sintonía de doble frecuencia”.

Dispositivos Ajustables Dispositivos de sintonía ajustables pueden ser de sintonía simple, banda ancha o doble frecuencia. Este tipo de dispositivo de sintonía es considerado en casos en que la faja de frecuencia de la bobina de bloqueo puede sufrir alteraciones después de su instalación. 8.3.4 Cables de enlace HF. Los cables coaxiales son usados para interconectar los equipos OPLAT con las unidades de sintonía (cajas de acoplamientos o filtros) o entre las cajas de sintonías (master – esclava) cuando son acoplamientos del tipo fase a fase, garantizando que las conexiones sean en baja impedancia, consiguiendo una baja pérdida en la conexión. Se debe tener presente en la interconexión que los equipos terminales OPLAT están localizados en las salas de control o de telecomunicaciones de las subestaciones, en cambio las unidades de sintonía se encuentran ubicadas en el patio de AT de la subestación, en el sector de acoplamiento de la línea de transmisión a utilizar. Estos cables de enlaces son

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también utilizados cuando es necesario realizar la interconexión entre unidades de sintonía separadas por largas distancias, . Para el acoplamiento fase a fase, este cable se encuentra ubicado entre los bornes secundarios de la unidad de acoplamiento (maestra) y el equipo OPLAT, y entre las cajas de acoplamientos maestra y esclava. Para el acoplamiento fase a tierra, este cable HF se encuentra entre los bornes secundarios de la unidad de acoplamiento (filtro) y el equipo OPLAT. Este cable puede ser simétrico o desbalanceado según sea la impedancia del equipo OPLAT. Los valores de impedancias son de 150 Ω (cable simétrico) o 75 Ω (cables desbalanceados). Sin embargo, también son usados cables desbalanceado de 50 Ω. Los cables de enlace presentan generalmente una atenuación de 1 a 5 dB/Km. para una gama de frecuencia comprendida entre 30 KHZ y 500 KHz. La precaución en tensión del cable, así como su selección, debe satisfacer las exigencias de la unidad de acoplamiento y la del equipo OPLAT Es un cable eléctrico compuesto de un conductor interno encapsulado en una capa tubular aislante con una constante dieléctrica alta, todo recubierto por una capa conductora (lo que comúnmente llamamos malla), y finalmente envuelto por otra capa aislante.

Figs. 8.42: “Cables HF”.

Como el propio nombre nos indica, gracias a esta estructura, el conductor interno y externo se mantiene siempre en el mismo eje. Los cables coaxiales nos ofrecen una atenuación mucho menor que los cables de pares metálicos, e incluso dentro de los coaxiales, según sus parámetros, unos serán mejores que otros. Los parámetros principales son:    

Diámetro externo del conductor interno. Diámetro interno del conductor externo. La constante dieléctrica, es decir, la permitividad ε. La constante magnética, es decir, la permeabilidad µ.

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Esos parámetros dotarán al cable de una capacitancia C, una inductancia L, una resistencia R y una conductancia G, que determinarán de un modo muy importante a su respuesta en frecuencia y características. En la mayoría de los casos tendremos que la conductancia G es prácticamente nula. Estos parámetros siempre se suelen tratar por unidad de longitud, es decir, Ω /km, C/km, F/km, etc.

Impedancia característica (Z 0) de un cable HF. Para dar una definición sencilla, Z 0 es la impedancia de entrada que ofrece una línea de transmisión (por ej., el cable coaxial). Cuando esa línea es infinita. Nace de un modelo básico para representar una línea de transmisión. Su expresión general es la siguiente: El cable coaxial es un tipo de línea de transmisión, y como tal se rige por los fundamentos de propagación eléctrica. Por lo tanto se distinguen los siguientes parámetros de transmisión. •

Parámetros primarios    

•

Parámetros secundarios .    

•

R: Resistencia (Ohm/Km) L: Inductancia (Henry/Km) C: Capacidad (Farad/Km) G: Conductancia o resistencia de aislación (Ohms/Km) .

Z0: Impedancia característica (Ohm) γ: Constante de propagación α: Constante de fase (rad/Km) β: Constante de atenuación (Neper/Km)

Relaciones entre parámetros Las fórmulas que relacionan estos parámetros son las siguientes:

Constante de propagación y = α + j β o y = (R + j ωL)•(G + jωC)

Donde: ω = 2π f

Impedancia característica :

(Z0)2 = (R + jωL)2 / (G + jωC)2

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Z 0 =

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R + jω L

G + jω C Esta expresión nos indica la independencia de la impedancia característica con respecto a la banda de frecuencias, y pasa a depender de parámetros físicos, en particular de la relación de diámetros y de la constante dieléctrica. Si consideramos (para la mayoría de los casos)) que: ωL >> R y ωC >> G → Z 0

=

L C

Adaptación de impedancias. Importancia. Cuando conectamos 2 líneas de transmisión (2 cables por ejemplo) nuestra intención, en principio, es poder transmitir la máxima potencia de una a otra. La manera de conseguir esto, es hacer que la impedancia de salida sea igual a la de entrada de la siguiente etapa. Por el contrario, si las impedancias no están adaptadas, sufriremos una serie de ondas reflejadas en el cambio de una línea a otra, que provocarán una onda estacionaria. Cuando la desadaptación es grande, incluso puede que la onda reflejada (producida al intentar pasar del primer medio al segundo) pueda dañar la fuente del primer medio.

Atenuación Uno de los parámetros más relevantes del cable coaxial es la atenuación, definida como la relación entre la potencia de señal de entrada con respecto a la potencia de señal de salida para una determinada longitud del cable. Si consideramos que la impedancia de entrada es igual a la de salida y corresponde a 75 Ohms, entonces la atenuación expresada en decibeles queda: At = 10•log(P1 / P2) = 20 log(E1 / E2) Donde: �

P1, P2: son las potencias de entrada y salida respectivamente medidas en Watts o mW.

�

E1, E2: son los voltajes de entrada y salida respectivamente medidos en Volts o mV.

La atenuación nominal de un cable coaxial se especifica para una longitud standard de 100 metros o 100 pies (30,48 m) a una temperatura de 20 grados. Esto último es necesario indicarlo, ya que la atenuación var ía con la temperatura. La atenuación es un parámetro eléctrico que representa las pérdidas de la señal en su paso por el cable. La primera contribución a dicha atenuación la hacen los

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parámetros primarios R (resistencia del conductor) y G (fugas en el dieléctrico), siendo más significativa la primera.

Conexionado cables HF en enlaces OPLAT. Para los enlaces OPLAT, la malla de cobre o cobre estañado del cable coaxial HF debe ser conectada a tierra en los equipos terminales OPLAT o en una de las cajas de sintonía, cuando hay interconexión entre unidades de sintonía. Sin embargo, cuando la malla es equipotencial con un bajo valor de resistencia de puesta a tierra, y el equipamiento OPLAT y las cajas de sintonía se encuentran bajo la misma malla de puesta a tierra, es aconsejable aterrizar la malla de blindaje del cable HF en ambos extremos. Normalmente el cable coaxial HF utilizado para los enlaces OPLAT (Equipo terminal OPLAT – Unidades de acoplamiento), posee un doble blindaje (eléctrico y mecánico). Para el caso en que las mallas de PaT sean equipotenciales, es aconsejable que el blindaje exterior (blindaje mecánico) del cable coaxial, se conecte a tierra en ambos extremos: equipos OPLAT y caja acoplamiento Máster; y entre Máster y Esclava. En cambio, la malla de cobre o cobre estañado, se debe poner a tierra en el lado equipo terminal OPLAT. Para el caso de conexión entre cajas de acoplamiento (Máster – Esclava), la malla de cobre debe conectarse a tierra en el lado Máster. CABLE 75 Ω Frecuencia Atenuación MHz (dB/100m)

CABLE 50 Ω Frecuencia Atenuación KHz (dB/Km) 30 50 100 150 200 300

1,25 1,44 1,80 2,17 2,53 2,95

OTROS PARÁMETROS EN CABLE 75 Ω 5-300 MHz 300-600 MHz 600-960 MHz Factor de apantallamiento Capacitancia Mutua

>24 dB >20 dB 1,80 >90 dB 67,5 pF/m

1 15 40 100 200 230 270 300 580 700 1000

0,1 1,9 3,1 5,1 7,4 8,1 8,8 9,2 12,4 15,3 19,0

Para los Sistemas de Acoplamientos OPLAT, donde se consideran varios equipos terminales. El cable HF principal (desbalanceado o balanceado), en el lado terminal OPLAT, se conecta a una caja de empalme múltiple con conectores RF (75 Ω) o en una mufa (o regleta de conexión) para cables simétricos de 150 Ω. La conexión en las cajas de sintonía se conecta en regletas o en conectores según sea el tipo y marca. Las reglas de seguridad y las precauciones son tratadas en los puntos “Medidas de Seguridad y Dispositivos de Protección” y “Protecciones contra los Fenómenos Transitorios”, mientras que el estudio para seleccionar el cable (simétrico o coaxial) está señalado en la CE 57 de la IEC.

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Condiciones de Servicio. 

Todos los cables serán instalados en canaletas y ductos subterráneos existentes en las SS/EE, adosados con otros cables, los cuales estarán sometidos temporalmente a una intensa humedad durante una parte del año, llegándose en ocasiones a encontrarse sumergido en agua.  Los cables HF deberán soportar la acción de roedores e insectos de hábitat húmedo.  Los cables coaxiales HF serán tendidos dentro del predio de la S/E, la que poseerá una misma malla de tierra, por lo cual en la propuesta del oferente se deberá detallar el criterio de conexionado del blindaje del cable coaxial a los chicotes de tierra de la malla de la subestación, en sus extremos: Sala de Equipos; cables de puesta a tierra dentro de canaletas; en filtro de acoplamiento; en chicote de la fundación del capacitor de acoplamiento o TPC.  Los cables coaxiales HF serán cerrados y sellados en los extremos hasta la colocación de conectores y vinculación con los equipos, para evitar la entrada de humedad  Los cables coaxiales HF deberán operar, sin degradación de sus características garantizadas, en las siguientes condiciones externas: � � � �

Temperatura ambiente: - 10 °C a + 50 °C Humedad relativa (Higrometría): hasta 100% (inmersión esporádica en agua). Altura msnm: < 2.000 m.s.n.m. Contaminación: resistente a ácidos, álcalis y corrosión electrolítica.

Recomendaciones y Normas. En aquellos aspectos no mencionados explícitamente, todos los cables HF para los sistemas OPLAT deberán cumplir con las regulaciones aplicables de las siguientes recomendaciones y normas en su última edición: � UIT � EN 50117 � MIL-C-17

Características mecánicas del cable. Normalmente se requiere de un cable coaxial armado, cuya armadura deberá ser de acero, en cinta continua, contando con el dieléctrico necesario para separarlo del área coaxial.

Fig. 8.43: “Cable coaxial HF típico para sistemas OPLAT”.

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El conductor central del cable coaxial HF deberá ser de cobre recocido y estañado, con dieléctrico de polietileno y su cubierta exterior de PVC, la que debe ser resistente a roedores y radiación UV. La malla de blindaje debe ser doble, una laminada en cobre y la otra en trenza de cobre desnudo, cuya cobertura sea ≥ 90%

Características eléctricas del cable HF. 

Normalmente el cable coaxial HF utilizado en los sistemas OPLAT es del tipo desbalanceado, con una impedancia característica de 75 ohm.  El blindaje que posea el cable coaxial HF deberá evitar el efecto de perturbaciones electromagnéticas externas de baja frecuencia originadas en la línea ó en los equipos de baja tensión (rectificadores, etc.). Asimismo, deberá evitar las perturbaciones de alta frecuencia provenientes del accionamiento (conexión/desconexión) de equipos eléctricos de patio (playa) y/o de las corrientes de cortocircuito del sistema de alta tensión y/o de descargas atmosféricas circulando por la línea (cable de guardia, etc.). Para minimizar el efecto de baja frecuencia se requerirá de una resistencia medida en corriente continua suficientemente baja. En cambio, para minimizar el efecto de alta frecuencia se requerirá una eficiencia de blindaje muy elevada. Las características eléctricas del cable son: Capacitancia Nominal: 67,5 pF/m. Impedancia Característica: 75 . Razón de velocidad: > 66%. Velocidad de propagación: 200 m/µs. Constante dieléctrica: 2,29. Factor de disipación del dieléctrico a 1 MHz: 0,0002. Prueba de de voltaje interior/exterior del conductor: 6 KV. Prueba Spark interior/exterior de la chaqueta: 5 KV. Resistencia en CC: Conductor interior: 14,4  /Km y Conductor exterior: 4,8  /Km. • Pérdida de retorno: 5 – 300 MHz: > 24 dB.   300 – 600 MHz: > 24 dB.  600 – 960 MHz: > 24 dB. • • • • • • • • •

8.3.5 Cable conductor Lead In: Interconexión condensador acoplamiento con la

unidad de sintonía (máster o esclava)

El conductor conocido como lead-in , es utilizado para conectar la unidad de sintonía con el capacitor de acoplamiento. Se debe utilizar para este fin, un cable conductor simple aislado. Como este cable une dos puntos de alta impedancia, que forma el circuito LC resonante serie, el efecto de la capacitancia a tierra y la corriente de fuga por la conductancia afectaría el desempeño global del circuito, ya que el cable pasaría a comportarse como un capacitor, originado la pérdida de señal a tierra. Por lo tanto, es, recomendable utilizar un cable con tensión de aislación alta, lo suficiente para mantener alguna rigidez dieléctrica (mejor que 10 KV).

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Para conectar el condensador de acoplamiento al equipo de sintonía de línea (máster o esclava), se utiliza un conductor individual aislado (cable de bajada).

Nota. Se debe tener presente que no debe utilizarse conductores desnudos para esta aplicación, ya que es posible introducir una fuga excesiva a tierra. La conexión entre el sintonizador de línea y el condensador de acoplamiento es un punto de alta impedancia en el circuito sintonizado en serie, formado por el inductor de sintonización y el condensador de acoplamiento. La capacitancia parásita y de fuga a tierra incrementarán las pérdidas del sintonizador, afectando el ancho de banda. Se recomienda un cable nominal para un alto voltaje y de tamaño suficiente para mantener una cierta rigidez (10 kV). Para reducir las corrientes de fuga de capacitancia, cualquiera de los métodos siguientes puede utilizarse: 1. El conductor se debe instalar de la forma más directa y recta posible entre sus terminaciones requeridas. El aislamiento del conductor debe ser solamente interrumpido en sus extremos para mantener bajas fugas. Debe apoyarse en los aisladores y se alimenta a través de casquillos de entrada en el condensador de acoplamiento y en el sintonizador de línea. Bucles de goteo deben utilizarse cuando sea necesario para desviar el agua entre en el sintonizador de línea o acoplar carcasas de condensadores.

Nota: Por motivo de seguridad para el personal que interviene las cajas de acoplamientos (maestra o esclava), se recomienda que el aislamiento del cable conductor Lead In sea interrumpido en el centro del cable, con una apertura tal, que se alcance a instalar una pértica de PaT. Esto obedece a una razón de seguridad, en el caso que la cuchilla de PaT de la caja de sintonía no opere en condiciones normales, como por ejemplo cuchillas sulfatadas) 2. El aislamiento del conductor se puede instalar en un PVC u otro conductor de plástico que se debe apoyar con separadores o aislantes. Si una parte significativa de la longitud del conductor se encuentra fuera del conductor, este debe estar apoyado en aisladores y conectarse a través de casquillos a la entrada.

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9. CONSIDERACIONES PARA DEFINIR UN ENLACE OPLAT. Las siguientes consideraciones deben tenerse siempre presente para definir un enlace de onda portadora OPLAT: 9.1 Estudio de Propagación El proyecto de un sistema de comunicaciones OPLAT deberá basarse en el estudio de los modos de propagación presentes en la línea, de manera de conocer la relación entre la potencia emitida y la efectivamente recibida en el extremo receptor opuesto. Sin el estudio de propagación no se puede conocer el desempeño del Sistema de Comunicaciones y consecuentemente no podrán determinarse los valores de la relación señal a ruido esperables. En dicho estudio deberán desarrollarse: a. Análisis Modal El cálculo modal deberá desarrollarse en base a: • • •

El modo de acoplamiento elegido. Las características de la línea. Las bandas de frecuencias posibles de utilizar (en caso de restricciones).

El procedimiento de cálculo analítico combinando los modos básicos de propagación a lo largo de la línea deberá realizarse con un programa de aplicación del propio usuario o a través de programas de los fabricantes de equipos debidamente homologados. Del cálculo surgirá la atenuación esperada por los modos de propagación y con el agregado de la atenuación adicional que introducirán las no-homogeneidades de la línea, como ser: • Transposiciones. • Resistividad del terreno (diferencias en las secciones). • Configuración de la línea (cambios en la geometría, alturas, etc.). • Presencia de hielo/nieve. • Conexiones en Tap Off (T) en la Línea. • Fase de puesta a tierra. • Otras.

Estas no-homogeneidades interactúan con los modos de propagación presentes en cada lugar y los modifican, produciendo atenuación adicional a las señales de OPLAT. b. Atenuación de Enlace Deberá realizarse el cálculo de la atenuación de cada enlace de OPLAT, teniendo en cuenta:

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• • • •


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La atenuación de la línea en proyecto (a L). La atenuación adicional que introduzca una falla por fase puesta a tierra (aad). Las pérdidas en la cadena de acoplamiento de cada extremo de línea (pacop). Las pérdidas agregadas por condiciones especiales (p ag).

La atenuación total del enlace debe considerarse desde la salida de RF del transmisor A hasta la entrada de RF del receptor B en el extremo opuesto (colateral): Atenuación enlace A B = aL + aad + pacopA + pacopB + pag Debe tratarse cuidadosamente el efecto de la atenuación introducida por una puesta a tierra de una fase debido a que las pérdidas introducidas dependen de: • • •

La combinación de los modos presentes en el punto que se produjo la puesta a tierra. El conductor de fase sobre el que se produjo la puesta a tierra. El tipo de puesta a tierra monofásica o trifásica; etc.

c. Ruido Corona El ruido corona se genera en las descargas parciales existentes en los elementos constitutivos de la línea de alta tensión y se encuentra presente dentro del espectro del RF de onda portadora en forma inversamente proporcional a la frecuencia a transmitir. Posee una distribución Gaussiana aproximada al ruido blanco y su análisis deberá referirse a un ancho de banda específico. Depende fuertemente de los valores del gradiente de campo eléctrico y de las condiciones de la superficie de los conductores y elementos de amarres y sujeción. En general, el valor del campo se considera Delta V = 15 a 17 KV/cm. Las condiciones atmosféricas pueden aumentar los niveles de ruido corona en forma importante, por lo cual se deberán determinar los valores de ruido corona para las peores condiciones atmosféricas y ambientales como con presencia de hielo, lluvia, polución y salinidad. Deberá tenerse en cuenta que en las líneas nuevas, la polución inicial en ellas introduce alto nivel de ruido corona, que luego de cierto período de envejecimiento, queda reducido a valores estables. Usualmente los valores normalizados se indican en el punto de conexión del condensador de acoplamiento a la línea. Las tablas y curvas generalmente se refieren al ruido corona medido en un ancho de banda, BW = 4kHz en tal

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punto. Este valor en el cálculo de relación señal a ruido (S/N), afectará al ancho de banda de la señal a transmitir. d. Ruido Impulsivo A diferencia del ruido Gaussiano, producido permanentemente sobre la línea, el ruido impulsivo se produce cuando se accionan equipos eléctricos en el patio de maniobras, así como cuando se producen descargas, como ser: • • •

Apertura o cierre de seccionadores. Descargas atmosféricas. Arcos por fallas de puesta a tierra

Este último es especialmente importante pues co-existe con el envío de las señales de teleprotección. Se producen transitorios de altos valores de amplitud sobre la línea, cuyo tiempo de crecimiento es muy pequeño, todo lo cual lleva a impulsos de forma de onda delta de Dirac. La señal de teleprotección deberá enviarse al mismo tiempo, por lo que deberá determinarse cuánto se atenúa la señal útil bajo la condición de falla y cuánto será el ruido impulsivo de peor condición. En general los valores de ruido impulsivo se especifican a la salida del filtro de acoplamiento, (posterior a la acción del descargador) y referidos a un ancho de banda de 4 KHz Diferente situación se produce para aquellos ruidos impulsivos que puedan generar disparos intempestivos. Es conveniente realizar mediciones sobre seccionadores existentes de iguales características a los que se van a instalar. Caso contrario, podrán utilizarse los valores estandarizados referenciales que establece la CIGRE SC35 WG04 en el punto 4.2.3.2; o la norma IEC 60663 en la Tabla III. Las peores condiciones se refieren a seccionadores con ruido impulsivo de 500 a 1500 mseg y las descargas atmosféricas con hasta 1000 mseg de duración. 9.2 Relación Señal a Ruido (S/R) Con los parámetros fundamentales obtenidos anteriormente, como son las pérdidas de acoplamientos, la atenuación del enlace, el valor de ruido corona y el valor de ruido impulsivo, el paso siguiente será realizar el cálculo de S/N para cada función dentro de cada canal de OPLAT Es importante calcular al menos tres valores de S/R: a) Relación (S/R)1 para condiciones ambientales buenas. b) Relación (S/R)2 para condiciones ambientales de peor caso.

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c) Relación (S/R)3 para condiciones de ruido. Para los puntos a) y b) los valores de S/N requeridos deberán corresponder a los de peor caso para transmisión de datos y voz. Para el punto c) los valores de S/N deberán corresponder a los de ruido impulsivo para funciones de teleprotección. Los valores mínimos a cumplir por los enlaces y funciones dentro de ellos, deberán ser establecidos en etapa de diseño por el proyectista teniendo en cuenta la mayor o menor seguridad requerida a su Sistema OPLAT. En la norma IEC 60663 y CIGRE SC35 WG04, se recomiendan los siguientes valores para la peor condición: Función voz Datos

S/N (dB) ver Nota 15

Para funciones de teleprotección es recomendable requerir no menos de una relación de S/N de 17,5 dB para ruido impulsivo.

Nota: Para la función de voz, que no posee la criticidad de la teleprotección, podrían aceptarse valores hasta una relación de S/N de 20 dB en las peores condiciones. Deberá ponerse especial atención a que los valores de S/N en condiciones favorables pueden ser de gran magnitud (orden de 30 dB o mayores) e inducir al error de considerar como aceptable a un sistema al analizarlo en condiciones favorables. Ello no es una garantía de que, durante la etapa crítica de funcionamiento (condiciones adversas de hielo; falla de puesta a tierra; etc.), los valores de S/N caerán por debajo de la seguridad necesaria. 9.3 Enlaces en Cascada En general los cálculos de S/N se referirán a una línea en particular (información cursada entre SS/EE punto a punto), para lo cual valdrá lo antes mencionado. En el caso de información que transita por canales de diferentes líneas (caso típico de transmisión de datos), deberá calcularse la relación S/N entre los puntos extremos de la transmisión, como sigue:

S N ]CASC = 10 log

1

 − S N   − S N   + ....... + 10 ⋅ exp⋅    10 1  10  n

10 ⋅ exp⋅ 

En términos globales, se puede inferir que la relación S/N total de aquella información que transita la cascada, será menor que la peor de las S/N de todas los tramos.

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9.4 Ubicación de los Canales de OPLAT en el Espectro de RF Dado la limitada posibilidad del espectro de frecuencias posibles de transmitir (entre 30 y 500 KHz según normas y entre 20/24 y 600 KHz según la práctica) y debido a la cantidad de canales de OPLAT existentes, es necesario considerar ciertos criterios básicos en el diseño y proyecto del Sistema OPLAT, de forma de optimizar la utilización del espectro: a) Las frecuencias a utilizar deben resultar del Análisis Modal antes descrito y no ser prefijadas arbitrariamente. En general para los tramos de longitud de línea largos prevalecerá la utilización de frecuencias bajas donde la atenuación de línea es baja, mientras que para líneas de corta longitud debería resultar conveniente el uso de frecuencias altas. De cualquier forma estos criterios no son siempre aplicables y pueden ser modificados por las condiciones de nohomogeneidad de las líneas y otros efectos. b) Las frecuencias de radiofaros y otras frecuencias de emergencia aeronáutica deben ser claramente identificadas por alguno de los dos métodos siguientes: • •

Información de la Dirección de Aeronáutica y Armada de Chile u otros entes vinculados al tema. Efectuar un barrido del espectro con un analizador de espectro, de manera de detectar las frecuencias realmente existentes en el área.

c) Las frecuencias de los enlaces OPLAT existentes que transcurren en paralelo a la línea en ciertos tramos de ella y/o que la cruce en forma no ortogonal. d) Las frecuencias de los enlaces de OPLAT existentes que se utilicen en las áreas próximas a las SS/EE extremas del nuevo enlace a diseñar. El término “próximas” no es preciso y su real incidencia se vera al desarrollar el tema de relación señal a interferencia. Es típico considerar la re-utilización de aquellas frecuencias de enlaces que se encuentren distantes (espaciadas) hasta dos tramos de línea y tres estaciones transformadoras, para los casos de igual nivel de tensión en las líneas. Cuando se trata de frecuencias de enlaces sobre líneas de diferente nivel de tensión, al menos es recomendable incluir la información distante a no menos de un tramo de línea y un transformador de rebaje. Deberá confeccionarse un Plan de Frecuencias general que incluya las estaciones transformadoras involucradas, las distancias entre ellas, las frecuencias de cada enlace, su denominación según el usuario que las disponga y las nuevas frecuencias y/o bandas a utilizar en el nuevo enlace. Las frecuencias existentes de otros servicios, líneas que transcurran paralelas, etc., deben delinearse claramente como bandas conflictivas. La ubicación de las bandas deben disponerse de acuerdo a las recomendaciones del IEC 60663 punto 4.5.2, y CIGRE SC35WG04, punto 4.5.

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9.5 Relación Señal a Interferencia Las frecuencias de canales nuevos a incorporar al espectro de RF deberán en lo posible utilizar frecuencias no utilizadas previamente por otros enlaces. En caso de no lograrse esta condición de seguridad, deberá requerirse el cumplir con un valor mínimo de relación señal a interferencia (S/I) de 60 dB. Esto significa que la relación entre la señal útil a transmitir y la señal interferente proveniente de otro enlace ya utilizado, debe ser tal que la señal interferente debería encontrarse prácticamente enmascarada con el ruido corona en buenas condiciones. La re-utilización de frecuencias deberá evitarse en lo posible, para lo cual una conveniente práctica es re-ubicar otros canales existentes dentro de la posibilidad que le permiten los anchos de banda de las trampas de onda. Con ello se crean espacios en el espectro de RF para nuevos canales. Otra práctica habitual consiste en desplazar los canales existentes a posiciones del espectro más acordes a su longitud, o sea, realizar una optimización del espectro. En general la re-utilización de frecuencias puede realizarse intercalando dos tramos de líneas y sus estaciones consecuentes, cuando el nivel de tensión de las líneas se mantiene. En el caso de existir transformadores entre dos líneas de diferente nivel de tensión, la atenuación que introduce el transformador será de no menos de 50 dB, con lo cual se permite intercalar sólo un tramo de línea. Como último recurso pueden utilizarse circuitos de desacoplamiento (sumideros, nodos de RF) en una estación para desacoplar un enlace de otro. 9.6 Asignación de Frecuencia . Un problema importante es aquel que está relacionado con la utilización y conservación en el tiempo del espectro de frecuencia que son asignadas a los enlaces OPLAT. Con el objetivo de hacer un buen uso de las bandas disponibles, teniendo presente la existencia de perturbaciones entre los enlaces OPLAT y con otros sistemas, examineremos algunos de los principales problemas que están relacionadaos con la asignación de frecuencia. 9.6.1 Ancho de Banda de los Sistemas y Espaciamiento de los Canales . Cuando el estudio y la la ubicación en un lugar de una red de OPLAT, es muy importante de seleccionar el sistema los inconvenientes mínimos de frecuencia para satisfacer a aquellos servicios demandados. La gama de frecuencia asignada a los OPLAT está dividida en bandas nominales de 4 y 2,5 kHz, lo que provoca dos planos de asignación de frecuencias diferentes. Los sistemas OPLAT correspondientes son diferentes en lo que concierne a la calidad de la vía telefónica y al número de canales de señalización. No es recomendable de mezclar los dos sistemas, ya que esto provocará un mal uso

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del espectro de frecuencia, por lo que es indispensable escoger el espaciamiento de 2,5 KHz o 4 Khz . Entregaremos a continuación una lista de los parámetros que se deben examinar para realizar esta selección. a. Se debe estimar la capacidad total a 10 o 15 años. Por cada enlace de esta red, se debe evaluar el número de canales de diferente naturaleza, como por ejemplo: -

Número Número Número Número

de canales de canales de canales de canales

telefónicos de teleprotección de señalización (50, 100, 200, … baudios). de transmisión de datos.

Es conveniente de escoger para los canales telefónicos entre la banda de 300 a 2000 Hz o una banda más ancha de 300 a 2400 Hz. La banda más ancha debe de todas maneras ser utilizada en la red, ya que ello permitirá dividirla en dos o tres segmentos en serie. En función de los servicios, es posible de calcular la utilización de espectro global. b. Los módems normalizados para las vías de transmisión de datos emplean frecuentemente una frecuencia central igual a 1700 o 1800 Hz, lo que implica que no es conveniente utilizar un sistema de 2,5 KHz. c. Un espaciamiento de 4 KHz es fácil de adaptar a las normas de administración de los servicios públicos de numerosos países, y a los equipos de modulación de los enlaces de radio de las compañías de energía eléctrica, las que frecuentemente emplean la banda de 4 kHz. Además, también es fácil de enlazar un sistema OPLAT de 4 kHz con un enlace de radio o un circuito de voz público, si los problemas de monopolio no se oponen. En lo que concierne al espaciamiento de frecuencias para los dos sentidos de transmisión de un enlace OPLAT, es interesante de emplear las bandas laterales, ya que el plan de frecuencia es más fácil, con la ventaja que los circuitos de acoplamiento son más eficaces y más baratos. En ciertos casos (potencia importante a transmitir por la línea de energía) puede ser necesario de tener uno, dos o un múltiplo de dos canales de separación por la frecuencias asignadas para los dos sentidos de transmisión. Desde el punto de vista económico, puede aparecer seductor de utilizar equipos con una selectividad mediocre. Aquello es posible en una pequeña red, pero la mala utilización del espectro conllevará a problemas que aumentarán con el tiempo, a medida que la red se desarrolle y que se requieran cada vez más enlaces OPLAT. 9.6.2 Influencia de la Red sobre la Asignación de las Frecuencias. Las líneas de energía empleadas para la transmisión de señales, son sistemas con trampas de ondas. Si bien es cierto que estos últimos limitan la transferecia de energía en alta frecuencia de la línea hacia la S/E, según la configuración de alta tensión, no es seguro una eficacia total. Para obtener una mejor eficiencia,

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debemos tomar medidas particulares, de no utilizar sobre la línea una frecuencia empleada sobre una línea adyacente. Para reducir la diafonía, los circuitos de voz que utilizan la misma frecuencia portadora deben de estar separados geográficamente por una distancia, de manera de asegurar de preferencia una diferencia de 60 dB entre el nivel de señal útil y aquella señal perturbadora (atenuación diafónica de 60 dB). También la diafonía se situa en cualquier parte hacia el sonido audible y ella será generalmente marcado por el nivel de ruido de fondo. Una relación señal a ruido de 40 dB es sufuiciente para las aplicaciones de la teleconducción. Para asegurar el debido respeto de estas exigencias, es necesario conocer el grado de atenuación de una señal de frecuencia portadora a través de una S/E, de una línea a otra. Sin embargo, desgraciadamente es imposible de proporcionar valores de atenuación valederos en las SS/EE, ya que depende de la frecuencia, de la dimensión de la S/E, del modo de acoplamiento (acoplamiento fase a fase o fase a tierra), de la estructuras de las lineas, de los conductores escogidos para el acoplamiento y de la impedancia de los circuitos de trampas de onda. La experiencia ha demostrado que los siguientes valores mínimos son válidos para la atenuación a través de las SS/EE sin considerar el transformador de potencia: -

Acoplamiento fase a tierra: 10 a 15 dB. Acoplamiento interfase : 15 a 20 dB.

Nota: En la banda defrecuencia de 50 a 500 kHz. Hemos notado un aumento notable de estos valores para frecuencias más elevadas. De una manera general, conviene considerar dos tramos de línea (3 S/E) entre dos enlaces OPLAT, empleando las misma frecuencias sobre una red dada. Sin embargo, antes de aplicar esta regla, es prudente asegurar que no es ubicable en las condiciones desfavorables (S/E de pequeñas dimensiones, líneas cortas presentan una pequeña atenuación), en particular verificar que las frecuencias bajas no sean empleadas. El sentido de transmisión es igualmente importante. En la Fig. 46 CIGRE se muestran tres ejemplos de reutilización de las mismas frecuencias en una red. En elprimer ejemplo, la atenuación diafónica es independiente en dos tramos de líneas utilizadas como soportes de transmisión. En el ejemplo 2 por el contrario, la atenuación diafónica disminuye en el receptor cuando la atenuación de la línea aumenta unicamente sobre el tramo concerniente a la causa, por ejemplo, debido a hielo o de una puesta a tierra de la línea. En el ejemplo 3, la atenuación diafónica es más pequeña para el receptor situado en la S/E B, de un valor igual a la atenuación del tramo AB; y el problema de la reutilización de las mismnas frecuencias después de dos solamente o después tres tramos debe ser cuidadosamente estudiado. En las SS/EE conformadas por transformadores de dos redes de tensión diferentes y de un juego de bancos para estas dos redes, la atenuación puede llegar a 60 dB a lo menos, si bien que, en este caso particular, ello puede ser posible de utilizar las mismas frecuencias sobre cada red. La condición previa es

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sin embargo de conocer con precisión la atenuación de la S/E para todas las configuraciones de alta tensión posibles. En muchos casos, las SS/EE no están dispuestas en serie como se muestra en la Fig. 46 de la Guía CIGRE: GT 04, CE 35 , pero forman los nudos de una red mallada. Esta configuración hace posible la reutilización de frecuencias difíciles. Podemos tener recursos de aumento de atenuación de S/E a medida que existan circuitos de desacoplaje en las redes de alta tensión. La impedancia de entrada de una S/E es generalmente capacitiva; y con los circuitos de trampas de onda forman un filtro con características de paso bajo (ver Fig. 4 de la Guía CIGRE: GT 04, CE 357 ), ya que la atenuación en pasa banda es particularmente interesante en este caso. Sin embargo, la atenuación de la S/E es limitada, ya que la energía de corriente portadora se propaga igualmente sobre los conductores que no son usados para el mensaje de transmisión y que no están equipados con circuitos de trampas de onda. La atenuación de una estación entre dos líneas, cada línea representa un sistema trifásico, lo que puede incrementar en un sobre costo. En el caso de acoplamiento interfase, será suficiente con equipar de un circuito trampa de onda al tercer conductor de cada línea. Para SS/EE de pequeñas dimensiones, puede ser interesante aumentar la capacidad, agregando condensadores con el fin de obtener una atenuación satisfactoria para aquellas frecuencias bajas comprendidas entre 50 y 100 KHz Los transformadores capacitivos de tensión existentes o utilizados por los equipos OPLAT, pueden en este caso ser ventajoso de emplear para este efecto. Al utilizar circuitos con trampas de onda con un choque de 2 mH, se obtiene una impedancia de bloqueo suficientemente grande, con lo cual es posible de obtener una atenuación en una S/E de más de 25 dB. El mismo método puede ser fácilmente adoptado para las líneas conectadas entre dos redes de distribución. En este caso, los conductores no sirven para la transmisión por corrientes portadoras, debiendo igualmente ser equipados con trampas de onda en las dos extremidades de la línea y la capacidad de la S/E puede también ser aumentada, si necesariamente se agregan condensadores (transformadores capacitivos de tensión si están disponibles). La atenuación de la línea debe ser igualmente agregada en estas dos SS/EE. Aquello normalmente debe bastar para asegurar un acoplamiento suficiente entre las dos redes. Para separar una gran red de transporte de energía, una solución conveniente consiste en desacoplar completamente en la medida de lo posible ( > 60 dB) una de las líneas entrante a la S/E en relación con las otras líneas de la S/E. Esto se puede realizar con un circuito de desacoplamiento formado de dos trampas de onda y un condensador en cada fase entre la línea y la S/E ( Fig. 48 de la Guía PLC CIGRE: GT 04, CE 35 ), con lo cual podemos obtener una atenuación en la S/E que sobrepase los 60 dB para frecuencias superiores a 75 KHz aproximadamente. Los elementos de sintonía (mostrados en la Fig. 48 de la “Guía PLC” del CIGRE señalada), aumentan la perfomance de bloqueo en la banda de frecuencia escogida. De esta manera, los emisores que utilizan las mismas frecuencias pueden ser empleadas sobre la línea desacoplada, y sobre una de las otras líneas que partan de la misma S/E.

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9.6.3 Compatibilidad con otros Sistemas que usan las mismas frecuencias . Las líneas de energía portadoras de los enlaces OPLAT clásicos como los otros sistemas sobre hilos aéreos, están rodeados de campos electromagnéticos que pueden dar a lugar a perturbaciones con los otros sistemas que trabajan en las mismas bandas de frecuencias. Los sistemas susceptibles de ser perturbados comprenden las redes de corriente portadora sobre hilos aéreos como las líneas telefónicas de las compañías de telecomunicaciones, ferrocarriles, etc., además de los servicios de radiodifusión que trabajan en las bandas LF y MF, como son los sistemas de ayuda de radionavegación aeronáuticos y marítimos. Existen pocos casos que se conocen de perturbaciones de los sistemas de corrientes portadoras sobre hilos aéreos y si ellos han tenido a lugar. Existe normalmente una solución la que consiste en escoger juiciosamente las frecuencias asociadas a una separación geográfica adecuada entre los servicios que trabajan sobre las mismas frecuencias o de frecuencias vecinas. Las perturbaciones de la recepción de la radiodifusión no son posibles más que en la proximidad de las líneas de energía y en las zonas donde el campo recibido por la radiodifusión es débil. Si las perturbaciones son temibles, la mejor solución consiste de evitar emplear las frecuencias iguales o próximas a aquellas del emisor de radiodifusión concerniente para los enlaces OPLAT. Para evitar todo riesgo de perturbación con los transmisores sobre las frecuencias de 500 KHz, frecuencias que están asignadas a la llamada de peligro internacional de radiotelegrafía, se recomienda que en los enlaces OPLAT no utilizar las frecuencias en la banda de 490 a 510 KHz Los casos más importantes de posibilidades de perturbación tienen lugar en lo que concierne a los servicios de navegación aeronáutica, los que emplean las bandas de frecuencias de LF y MF. Si bien el número de casos conocidos son pocos, si lo comparamos con el número de enlaces OPLAT en explotación en el mundo, es evidente que toda la perturbación que podría poner en peligro la seguridad de una aeronave debe ser tomada en serio y todo debe ser puesto al servicio para reducir los efectos de niveles aceptables asegurando la seguridad. Este problema es tratado con detalles en los párrafos siguientes. a. Campos Electromagnéticos Asociados con los Sistemas OPLAT . En el curso de los últimos años, un cierto número de medidas de campos electromagnéticos en la vecindad de los conductores de las líneas de energía con corrientes portadoras han sido efectuadas. En los años 80 se han efectuado esfuerzos para calcular los campos a partir de consideraciones teóricas. Por otra parte los resultados dado en estas referencias, han sido de un cierto número de medidas y de tratamientos teóricos que se han realizado en varios países, los cuales algunos de ellos han sido publicado. En esto se incluye en forma particular al estudio bastante completo llevado por la Electricidad de Francia (E.D.F. 1975). Una noción a menudo utilizada consiste en dividir el campo electromagnético en dos componentes, el campo guiado y el campo radiado. De hecho, estos dos componentes no pueden ser distinguidos con precisión pero podemos

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escoger regiones del espacio de tal manera que uno de los componentes le importa sobre ellos. Empleando este principio, Pullen entrega las conclusiones que resultan de su estudio teórico. a1. Para el Campo Guiado: La tasa de decrecimiento de campo guiado depende de la disposición de los conductores. - Para una línea con disposición vertical, la tasa de decrecimiento es de 1/r 2, donde “r” es la distancia a la línea. - Para una línea trifásica de disposición horizontal que soporta un enlace OPLAT acoplado clásicamente en forma de interfase, la tasa de decrecimiento es de 1/r 3. Sin embargo, el modo de menos atenuación contiene una pequeña corriente de desequilibrio (retorno por tierra) que proporciona el nacimiento de campo guiado con una tasa de decrecimiento de 1/r2. Aquello en cierta medida disminuye las ventajas asociadas a una línea de disposición horizontal. En el caso de la transmisión entre conductores equilibrados, la tasa de decrecimiento es en 1/r 3. - Las leyes precedentes son válidas cuando “r” es mucho más grande que la altura de los conductores con respecto al suelo. -

a2. Para el Campo Radiado : Podemos distinguir tres fuentes distintas para el campo radiado: -

Las extremidades de la línea (líen–end). Las de bajadas (don-dropper) La onda de superficie debido al hecho que la conductividad del suelo tiene un valor finito.

La radiación de extremidades de la línea está dirigida a la parte alta, ya que a nivel del suelo es nulo. La radiación de bajada es apreciable, debido a los diferentes largos para las líneas de disposición vertical e igualmente debido al desequilibrio en el caso de líneas de disposición horizontal. La radiación debido al valor finito de la conductividad del suelo es significativa para los sistemas que emplean la configuración fase a tierra. Adicionalmente a las fuentes mencionadas por Puller, es posible que existan otras fuentes de radiación a causa por ejemplo de transposiciones o de discontinuidades en las líneas, de eventuales componentes verticales de corrientes debido a la flecha de los conductores y al acoplamiento de energía en la torres, en particular a las frecuencias más altas. Una complicación complementaria de estimación sobre el diagrama global de radiación es el acoplamiento a las otras líneas que pueden tener lugar a través de las SS/EE o entre líneas paralelas. Los diagramas representan en el espacio la velocidad de campos debido a la inducción. Aquellos efectos de extremidades y aquellos efectos de bajada son dados en la publicación (paiper) de Pullen de 1975 y en el Memorándum

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sobre los sistemas de corriente portadora sobre líneas de energía de la CIGRE de 1974. Todos los comentarios precedentes no se aplican a aquellos sistemas OPLAT clásicos. Desde un punto de vista teórico, los sistemas entre conductores de un haz deberían presentar niveles de campos guiados y radiados mucho más débiles. b. Perturbaciones de los Servicios de Radionavegación Aeronáutica . Los Servicios de Navegación Aéreo o Marítimo hacen extenso el uso de radiofaros no direccionales (NDB), donde las bandas de frecuencias asignadas a estos sistemas son definidas por el Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT. Las frecuencias en cuestión se encuentran en las bandas LF y MF, en general por debajo de los 200 KHz, comprobando además que estas frecuencias asignadas son las que más son indispensables para los sistemas OPLAT, en particular cuando las líneas de alta tensión son extensas y está expuesta al hielo. La frecuencia de cada radiofaro es asignada a nivel nacional. Los radiofaros aeronáuticos pueden emplear la modulación del tipo A0, A1 o A2, y ellos emiten un código de identificación repetitivo en Morse y una portadora (OACI. o ICAO, Telecomunicaciones Aeronáuticos, Anexo 10, Volumen I, parte 1 y 2). La toma del radiofaro escogido es indicada a bordo de la aeronave por un radiogionometro automático “ADF” o ADF (automatic direction finder). Un basculamiento de la indicación señala de manera reciproca que esta sobrevolando sobre el faro situado en el sentido opuesto a lo que indica el radiofaro identificado, proporcionando en consecuencia la posición de la aeronave. Es evidente que una señal perturbadora de un nivel suficiente elevado en la misma frecuencia, o en una frecuencia vecina contenida en la banda de radiogiometría automática de la aeronave puede dar a lugar a la indicación de una falsa posición. Sabemos que los sistemas OPLAT, como otras fuentes posibles pueden en ciertas circunstancias dar nacimiento a campos radiados suficientemente elevados para producir perturbaciones en la recepción de las señales de los radiofaros no direccionales cuando la frecuencia de los enlaces OPLAT es igual o cercana a la del radiofaro. Es en consecuencia fundamental el escoger la asignación de las frecuencias de los OPLAT, teniendo en cuenta de esta eventualidad y que aquellas deben estar dispuestas de tal manera que todos los niveles perturbadores sean mantenidos en los limites aceptables. En estas condiciones, los criterios de asignación de frecuencias en los OPLAT deben estar basados sobre las consideraciones siguientes: -

El campo emitido por las líneas que soportan los enlaces OPLAT es medible y los límites son conocidos. Ellos decrecen con la distancia de la línea.

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- La

sensibilidad de los radiogionometros automáticos a una señal perturbadora es conocida. Ella disminuye rápidamente cuando la frecuencia perturbadora se desarrolla fuera de la banda pasante.

-

La cobertura de cada radiofaro NDB es oficialmente especificada para el área geográfica, sobre la cual la protección requerida se conoce.

Tomando en consideración los puntos precedentes, es posible de arreglar para que los enlaces OPLAT cohabiten con los radiofaros aeronáuticos funcionando en las mismas bandas de frecuencias, asegurando que una separación conveniente en frecuencia y una distancia sea mantenida. Cada país se encuentra frente a situaciones diferentes en función de parámetros como el número y la densidad de radiofaros aeronáuticos, la configuración de redes de transporte de energía sobre la cual se encuentran en explotación los enlaces OPLAT, la distancia entre las líneas de energía y los radiofaros, las frecuencias utilizadas para cada uno. Por consiguiente, si bien es cierto que las mismas consideraciones fundamentales se aplican, las reglas que son válidas para un país dado, pueden no ser aplicables para otros. La medida en la cual los reglamentos oficiales son necesarios, por su naturaleza, es por consecuencia fundamentalmente será un problema propio de cada país. La posición presente en este contexto es resumida en el punto siguiente. c. Disposiciones Reglamentarias en Diversos Países . Las disposiciones reglamentarias concernientes a las perturbaciones entre los sistemas OPLAT y los medios de ayuda a la navegación aéreos existentes, han sido proporcionadas por estudios realizados en Australia, Canadá, Francia, Suiza y el Reino Unido. El conjunto de disposiciones de restricciones en las bandas de frecuencias y/o de restricciones de la potencia que pueden ser emitidas por los OPLAT, con respecto a la definición del valor autorizado por el campo a una distancia especificada desde la línea de energía. Considerando que la aproximación más racional, es aquella ya mencionada en el punto “a”, en la cual la protección necesaria es asegurar con la ayuda de una combinación de desplazamiento de frecuencia y de desplazamiento en distancia. Los servicios de la navegación aérea especifican un valor mínimo operacional requerida de campo al interior de la cubierta nominal de un radiofaro de 70 µV/m (37 dB por debajo de 1 µV/m) esto entrega normalmente una cobertura de 16 a 40 Km. (10 a 25 millas). La CIGRE considera que la protección ofrecida a la frecuencia del radiofaro debe ser igual a 15 dB, al límite de la cobertura de este, lo que está perfectamente de acuerdo con las exigencias del O.A.C.I. (Organización de Aviación Civil Internacional) quien señala de 10 a 15 dB. En consecuencia, la señal perturbadora autorizada para los OPLAT, empleando la misma frecuencia no debe sobrepasar +22 dB en relación con 1 µV/m. La protección necesaria puede ser asegurada por un desplazamiento apropiado en frecuencia y distancia, y no debe normalmente ocasionar la limitación injustificada de la

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potencia de emisión o de la reducción del espectro global disponible por los OPLAT (CIGRE 1977). Si bien es evidente que la separación demandada depende de un cierto número de parámetros que pueden variar de un país a otro (por ejemplo la potencia de salida autorizada por los emisores OPLAT), en la mayoría de los reglamentos, una mención particular concerniente igualmente al funcionamiento de los enlaces OPLAT normalmente en reposo, que son a menudo utilizados para la teleprotección, y aquellos no tienen necesidad de aplicar las mismas exigencias reglamentarias que aquellos enlaces OPLAT en emisión permanente. Considerando que un reglamento prohíba completamente la utilización para los OPLAT de parte importante del espectro de frecuencia, sería inútilmente restrictiva. Del mismo modo las disposiciones que entregan los valores límites de campo a diferentes distancias de la línea de energía, igualmente son inútilmente restrictivas, ya que en la mayoría de los casos, la radiación no provoca perturbaciones a los radiofaros NDB al existir una separación geográfica suficiente. Finalmente, se ha considerado que la mejor solución es la aplicación de las reglas basadas sobre una combinación de una separación geográfica y una separación en frecuencia. La necesidad de estas reglas y su naturaleza, provocan problemas, los cuales deben ser resueltos por las administraciones competentes en cada país. Si existen o no disposiciones reglamentarias en algún país, siempre es recomendable que exista una estrecha cooperación entre las empresas que emplean los OPLAT por una parte y las autoridades que asignan las frecuencias para los servicios de radio-navegación, de manera de asegurar que todo riesgo de perturbación mutuo no sobrepase los niveles aceptables. A nivel internacional, hay un equipo encargado de reunir todo lo concerniente con los aspectos técnicos de estos problemas, en particular en lo que concierne al estudio teórico y el cálculo de campo electromagnético asociados con los enlaces OPLAT. Será igualmente deseable y útil de reunir todas las medidas de campos efectuados en varios países con la comparación de esos cálculos. El objetivo final es de poner al servicio un método seguro de estimación de valores y de diagramas de campos para diversas estructuras de líneas para diferentes condiciones. También, será eventualmente posible de establecer a nivel internacional un acuerdo marco para los valores de parámetros y para las recomendaciones al interior de las cuales podríamos poner a punto los reglamentos nacionales para satisfacer aquellas condiciones particulares. 9.6.4 Métodos Sistemáticos para la asignación de frecuencia . Un enlace OPLAT puede funcionar en la banda VLF, LF o MF (ver los reglamentos de Radiocomunicaciones de la UIT RR 2-7 de 1971 para la definición) y poder, en principio, estar expuesto a perturbaciones mutuas con los sistemas de radio u otro sistema de corriente portadora (Ver puntos 4.2.3.4 ;

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4.2.3.5 y 4.5.3 del Guía OPLAT, CIGRE GT 04 – CE35 de 1979 ). En los primeros estudios de planificación de una red OPLAT, es importante de tener las informaciones dignas de fe sobre las fuentes de perturbaciones eventuales a saber los sistemas de radio vecinos de ayuda a la radio-navegación y de los sistemas de corriente portadora sobre los hilos aéreos como aquellos que emplean las empresas de telecomunicaciones y las compañías de ferrocarriles (ver 4.5.3 indicado ). De la misma manera las estaciones de conversión continua/alterna de las redes de alta tensión deben ser tomadas en cuenta ya que ellas participan en gran parte de un ruido eléctrico que puede perturbar los enlaces OPLAT (ver párrafo 4.2.3.3 del de la Guía OPLAT del CIGRE señalado). Un conocimiento completo de frecuencias útiles en la vecindad permiten de evitar el empleo de frecuencias que podrían ser perturbadoras. Para las frecuencias particulares de cada uno de los enlaces OPLAT podemos emplear el método siguiente: �

Cálculo de atenuación de la línea ( párrafo 4.2.1 y 4.2.2 del CIGRE 1979 ).

�

Cálculo de nivel de ruido ( párrafo 4.2.3 del CIGRE 1979 ) en las condicionales más desfavorables.

�

”a” y “b” con la potencia de salida autorizada determina una gama de frecuencia en las cual la relación S/R necesario es esperada ( párrafo 4.3 del CIGRE 1979 ).

�

Buscar dos bandas en la parte superior de la gama de frecuencia determinada en “c” por las cuales las perturbaciones provienen de otros enlaces OPLAT con niveles aceptables. El nivel de perturbaciones debe ser del mismo orden en tamaño que el ruido de fondo del equipo OPLAT.

�

Cuando la red es pequeña, es conveniente de escoger las frecuencias más bajas que aquellas determinadas en “d”. Obtenemos una mejor relación S/R, con lo cual se da un poco de margen para los errores de cálculo. Una red en expansión entrega la experiencia para los problemas de ruido y de perturbaciones, siendo más fácil de cumplir con las recomendaciones de “d”.

�

Hay fuentes exteriores de perturbaciones que se deben tener en cuenta cuando escogimos las frecuencias según lo señalado en los puntos c y d. Ello lleva por ejemplo los emisores de radio en las bandas VLF, LF y MF de ayuda a la navegación y de los sistemas sobre hilos aéreos de las redes PTT. Las estaciones de conversión alterna/continua contribuyen por extensa parte a la creación de perturbaciones.

�

Igualmente existen receptores que pueden ser fuentes de perturbaciones, y que deben considerarse antes de escoger la frecuencia, según lo señalado en los puntos c y d precedentes, como por ejemplo los receptores domésticos y de radiodifusión que están situados en la proximidad inmediata de la línea de energía, en las extremidades de la línea se encuentran

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enlazadas sobre las bandas LF o MF, de estaciones terrestres de recepción (y comprende radiogionométro por las aeronaves y los navieros) y de los radiogiométros embarcados que pueden sobre volar las líneas o las subestaciones (ver párrafo 4.5.3 de CIGRE). �

El cálculo de nivel de las perturbaciones entre los enlaces sobre una red OPLAT es muy difícil (párrafo 4.5.2 CIGRE), en particular en las redes que incluyen líneas paralelas para las cuales es prácticamente imposible de obtener valores exactos para el calculo porque generalmente no conocemos, los parámetros con precisión. Es recomendable que para los primeros enlaces OPLAT de una red, escoger frecuencias netamente diferentes. Podemos efectuar medidas de niveles parásitos debido a esta entrega para obtener las informaciones que utilizaremos durante el desarrollo de la red.

�

Es igualmente prudente de seleccionar frecuencias diferentes para los enlaces OPLAT soportados por líneas de energía en explotación de tensiones diferentes kV (500-220-154-110) que están en la misma subestación. Los cálculos pueden mostrar que el acoplamiento es mínimo, y que las mismas frecuencias pueden ser utilizadas. Sin embargo, ello puede causar problemas más tarde debido a nuevos acoplamientos de nuevas líneas de energía.

�

Las especificaciones del fabricante deben ser estudiadas durante el trabajo de planificación. Los parámetros importantes son el nivel de emisiones parásitas fuera de banda emitidas y la selectividad del receptor. Estos parámetros son particularmente fundamentales para los enlaces que utilizan las bandas contiguas o poco separadas. Es bien conocido que ellos deben estar conforme a las especificaciones concerniente a la separación entre las bandas de emisión y recepción.

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Fig. 9.1 “Ejemplo Posibilidad de Interferencia entre Canales”

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10. EQUIPAMIENTO. 10.1 Características Generales de Equipos y dispositivos. Todos los equipos y dispositivos deberán poseer las siguientes facilidades:

Características generales. a. Disponibilidad Deberán poseer altos valores de MTBF y de ser necesario, parte comunes duplicadas. b. Flexibilidad El sistema deberá ser capaz de adecuarse fácilmente a cambios y adecuaciones que se generen en el futuro y al crecimiento del mismo. c. Seguridad El sistema estará diseñado para evitar la pérdida del enlace de OPLAT, aceptándose, en el peor caso, la degradación de las características del mismo antes que su pérdida definitiva. d. Experiencia de uso Deberá requerirse que el equipamiento sea de diseño y uso comercial, tal que se encuentre dentro de la faja de seguridad: • •

Poseer un mínimo de tiempo de uso comercial comprobado. No constituir un diseño y/o tecnología de antigua generación.

Contar con los protocolos de ensayo de tipo requeridos por la normativa antes mencionada, realizados en laboratorios independientes de reconocido prestigio internacional.

Condiciones ambientales: • • • • •

10.2

Instalación (interior o exterior9 Temperatura ambiente (°C) Humedad relativa (Higrometría % y °C) Altura en msnm Velocidad del viento

Sistema de Acoplamiento.

10.2.1 Trampas de onda.

Recomendaciones y normas • IEC 60353 • IEC 60815 • ANSI

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CAM




Características generales de diseño

72

.

• �� : ��. • ��: �� (��), �� (� � �), �� , ��. • �� /��: �� .

Características eléctricas Inductancia nominal Banda de frecuencia o rango. Valor mínimo de la componente resistiva (Re min; Zbn) dentro del rango de frecuencia. Tensión máxima Corriente nominal. Frecuencia industrial Corriente de cortocircuito de corta duración térmica (1 seg.). Corriente de cortocircuito de corta duración dinámica.

• • • • • • • •

Dispositivo de sintonía Banda de frecuencia: a especificar frecuencia central: a especificar Impedancia de bloqueo: Zmin. Rmin.

• • • • •

Dispositivo de protección Tensión nominal Intensidad nominal

• •

Pruebas Tipos Prueba de calentamiento. Pruebas de impulso. Prueba de tensión sobre el elemento sintonizador. Prueba de corriente de corta duración. Medida de inductancia de la bobina principal Respuesta de frecuencia.

• • • • • •

Pruebas de rutina. En cada trampa de ondas se deberán realizar las pruebas de rutina indicadas en la norma IEC 60353.i

•

10.2.2 Capacitor de acoplamiento

Recomendaciones y normas: •

IEC 60358: Coupling capacitors and capacitor dividers.

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IEC 60270: Partial discharge measurements. IEC 60233: Test on hollow insulator for use in electrical IEC 60363: Electrical installations of ships and mobile and fixed offshore units - Part 1: Procedures for calculating short-circuit currents in three-phase a.c. • IEC 60815: Guide for the selection of insulator in respect of polluted conditions. • • •

Características Generales: • • •

Tipo Condensador: Normal y/o TPC. Tipo Montaje. Bornes de entrada/salida.

Características eléctricas • • • • • • • • •

Tensión máxima del sistema AT (kV). Frecuencia industrial: 50 o 60 Hz. Tensión nominal del sistema AT (kV). Tensión de impulso resistida (BIL). Tensiones resistida en 50 o 60 Hz: seco 1 minuto y húmedo 10 seg. (kVef). Conexión del sistema de acoplamiento: fase a fase. Capacidad nominal. Tensión admisible con onda de impulso de 1,2/ 50 microseg. Pérdida de inserción máxima.

Pruebas Tipos Las pruebas tipo serán las siguientes (IEC 60363 y ANSI C.93.1): • • • • • • • • •

Sísmicas. Tensión aplicada entre terminales. Tensión resistida de baja frecuencia, seca y húmeda. Tensión resistida con onda completa de impulso. Capacidad y conductancia de fuga en terminales de baja tensión. Pérdidas de inserción de bobina de drenaje onda portadora. Caída de tensión en terminales de la bobina drenaje de onda portadora. Capacidad a la frecuencia del OPLAT y factor de disipación. Descargas parciales

Pruebas de rutina • • • • • •

En cada Condensador de Acoplamiento se deberán realizar las pruebas de rutina de rutina indicadas en las normas IEC 60358 y ANSI C.93.1 Capacidad y factor de disipación, previo y posterior a las pruebas de sobretensión. Sobretensión. Tensión entre terminales de baja y tierra. Sellado. Descargas parciales. Para estas pruebas se aplicará 1,4Vn (Vn = tensión nominal del sistema entre fases), durante 15 seg disminuyendo posteriormente la tensión de prueba, midiendo el nivel DP a 1,1 y 0,7Vn. No deberá

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ocurrir DP mayores que 10 pC a 1,1Vn; ni mayores que 2 pC a 0,7Vn. Esta prueba debe hacerse inmediatamente después de realizada la prueba de tensión indicada más arriba 10.2.3 Unidad de acoplamiento

Recomendaciones y normas. •

IEC 60481

Características eléctricas. • •

• • • • •

Banda de frecuencia o rango kHZ Impedancia Nominal:  lado terminal OPLAT: 75 y 125 Ω (desbalanceado).  lado línea: 200 a 600 , desbalanceado con fase a tierra.  Típico de 200 a 400  fase a tierra  400 a 600  fase a fase. Pérdida de inserción máxima Atenuación de retorno mínima Potencia nominal admisible P.E.P. (Peak Envelope Power) Modo de Acoplamiento: Fase a fase, inter sistema, fase a tierra, modo 1 Capacitancia: a definir por el Contratista (2.000 a 10.000 pF)

Bobina de Drenaje. � � � �

Impedancia en la banda de frecuencia ( ) Inductancia nominal (mH) Resistencia nominal ( Ω) Impedancia máxima a 50 Hz en el margen de temperatura indicado ( Ω) Capacidad de corriente de drenaje (50 Hz) en Amp. eficaz permanente y. eficaces durante 0,2 seg.

10.2.4 Cable coaxial

Condiciones ambientales. • • • •

Temperatura ambiente: - 10 °C a + 50 °C. Humedad relativa (Higrometría): hasta 100% (inmersión esporádica en agua). Altura SNM: < 2.000 m.s.n.m. Contaminación: resistente a ácidos, álcalis y corrosión electrolítica.

Recomendaciones y normas. • UIT. • EN 50117. • MIL-C-17.

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Características mecánicas. Conductor central de cobre recocido y estañado, con dieléctrico de polietileno. Cubierta exterior de PVC, la que debe ser resistente a roedores y radiación UV. • Malla de blindaje (simple o doble). En el caso de ser doble (recomendada), una laminada en cobre y la otra en trenza de cobre desnudo, cuya cobertura sea ≥ 90% • •

Características eléctricas. • • • • • • • • • • •

Capacitancia Nominal en pF/m. Impedancia Característica en . Razón de velocidad en %. Rango de frecuencia de operación. Atenuación máxima dentro del rango de frecuencias. Velocidad de propagación m/µs. Constante dieléctrica. Factor de disipación del dieléctrico a 1 MHz Prueba de de voltaje interior/exterior del conductor en kV. Prueba Spark interior/exterior de la chaqueta en kV. Resistencia en CC: � Conductor interior en  /Km. � Conductor exterior en  /Km.

10.3 Equipos terminales OPLAT

Recomendaciones y normas. • • •

��

�.�.�.�.�. (�� ) ��. (�� .�.�.) ��. (�� .�.�.):  �� .

�� ;  �� , �� ;  �� (�� ) �� ; �� (��)�.

Características generales. • • • •

Plan de frecuencias de operación. Tipo de modulación. Gama de frecuencia (40 KHz a 500 KHz). Banda nominal de frecuencias por canal.

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Modos de operación mediante bandas Tx y Rx adyacentes (sistema BUC) o distanciadas (sistema BUD). • Tipos equipos terminales (mono canal o bicanal. En el caso de un bicanal, uno de los dos canales deberá soportar voz + teleprotección (canal compartido), y el otro debe soportar voz o datos (hasta 4800 bps). •

Características del transmisor y del receptor (HF) • • • •

• • • •

•

• • • •

Potencia de salida nominal de RF, expresada en Watts P.E.P. (Peak Envelope Power) equivalentes por cana (5, 10, 20, 40, 80 Wpep). Distribución de potencia recomendada (voz, señalización, canales telegráficos y portadora residual si corresponde). La emisión de espurias < 60 dB bajo el nivel nominal del tono de prueba. Debe cumplir con la IEC 495. La impedancia nominal de salida de RF debe ser:  75 Ω (desbalanceado).  125 Ω. (balanceado). Pérdida de retorno en RF correspondiente a la banda nominal de frecuencias debe ser ≥ 10 dB. Frecuencia portadora (Tx y Rx). La estabilidad de frecuencia (Tx y Rx) ≥ ± 2 ppm. Alternativamente se aceptará una estabilidad ≥ a ± 20 ppm desde 0 a 45 ºC. El rango de regulación del AGC (dinámico). El nivel de salida de audio no varíe en más de 2 dB para variaciones del nivel de la señal de entrada de hasta 40 dB. El circuito de silenciamiento (squelch) deberá proveer la desconexión de la salida del receptor por baja relación señal a ruido, con reconexión automática una vez reestablecidas las condiciones normales. El nivel de ruido de fondo por canal (background noise) deberá ser -55 dBm0p Distorsión harmónica:-40 dBm0; F = 400 Hz. Retardo de grupo (Group Delay) debe cumplir con la norma IEC. La diafonía lejana y cercana debe ser - 50 dBm0

Características de los canales. •

Las funciones principales a soportar:  La

transmisión/recepción de señales vocales, de señal de llamada y de señales telegráficas. La transmisión/recepción de datos series asíncrono a 50, 100, 200, 600 y  1200 bps, empleando la banda superior acústica.  La transmisión/recepción de datos serie asíncrona a 2400, 4800 y 9600 bps. Los datos a transmitir deberán poder ser aplicados vía módem externo o por una interface RS 232.

Característica para la Transmisión de Voz. • • •

Terminación: 4 hilo, E&M (todos los tipos, en particular el tipo 5). Señalización por desplazamiento de frecuencia FSK fuera de banda. La interfaz del lado baja frecuencia debe cumplir las siguientes características:

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       


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Banda de frecuencias: frecuenc ias: 300 a 3400 Hz (programable). Impedancia: 600 600 Ohms balanceados. balanceados. Simetría: 40 dB. dB. Atenuación Pérdida Pérdida de retorno: retorno: 14 dB (mínimo). Nivel de entrada (Tx 4 hilos): 0 dBm (ajustable (ajustab le entre +1 y -22dBm). Nivel de salida (Rx 4 hilos): 0 dBm (ajustable entre +7 y -30 dBm). Nivel de entrada (Tx 2 hilos): 0 dBm (ajustable (ajustab le entre +5 y -15 dBm). Nivel de salida (Rx 2 hilos): -7 dBm (ajustable entre +4 y -30 dBm).

Interface Telefónica de Voz FXS (lado abonado): a) b) c) d) e) f) g)

Número de hilos Rango mínimo de frecuencia de corte de canal Impedancia Rango nivel de audio de entrada Rango nivel de audio de salida Frecuencia de ring Voltaje de ring

:2 : ≤ 2.0 a 3.4 kHz program. : 600 Ω balanceado : - 17 a + 4 dBm : - 11 a + 1 dBm : 20 o 25 Hz seleccionable : ≥ 34 Vrms

Interface Telefónica de Voz FXO (lado central). a) b) c) d) e) f) g)

Número de hilos :2 Rango mínimo de frecuencia de corte de canal : 2.0 a 3.4 kHz programable Impedancia : 600 Ω balanceado Rango nivel de audio de entrada : - 17 a + 4 dBm Rango nivel de audio de salida : - 11 a + 1 dBm Rango de detección de voltaje de ring : 25 a 110 Vrms Rango de detección de frecuencia frecuenc ia de voltaje de ring : 20 a 55 Hz

Interface Telefónica de Voz: 4H + E&M �. Impedancia �. Rango nivel de audio de entrada �. Rango nivel de audio de salida

: 600 Ω balanceado : - 20 a + 1 dBm :- 7 a + 5 dBm

Compansor silábico con las siguientes características: características: a. b. c. d.

Banda Pasante : 300 a 3400 Hz Rango dinámico : 50 dB mínimo Razón de compresión (expansión) : 2 / 1, (1 / 2) Distorsión : < 1% a 800 Hz.

El compandor deberá poder ser eliminado a voluntad, en forma remota, durante las comunicaciones en tránsito

Sistema de ecualización El sistema de ecualización ecualización debe permitir la transmisión de datos con velocidad ≥ a 1.200 Baudios.

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CAM




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Interface de Modem FSK o FPSK. Parâmetros y niveles. a) b) c) d)

Impedancia Rango Rang o nivel de audio de entrada Rango nivel de audio de salida Filtros de tránsito

: 600 Ω, balanceado : - 20 a + 1 dBm : - 7 a + 14 dBm : Uno (1) por cada interface, programable. programable.

Tipos Interface de Modem FSK o DPSK. Facilidades. a) b) c) d) e)

Configurables Configurable s : FSK o DPSK vía software softwar e Tipo de transmisión : RS 232 Asíncrono y Síncrono Tipo de interface : V.24 Tasa de transmisión transmis ión como FSK : hasta 4800 baudios Tasa de transmisión como DPSK : hasta 9600 baudios

Los módems de banda angosta FSK o DPSK deberá proveer servicio de transmisión de datos con bajo retardo y bajos tiempos de recuperación ante una anomalía en el vínculo.

Interface de canales de datos RS 232 (Multiplexor interno). a) b) c) d)

Tipo de transmisión : RS232 Asíncrono y Síncrono Tipo de interface : V.24 (RO232) Capacidad de tasa de transmisión transmisió n : 1200, 2400, 4800, 9600 y 19200 Entradas y salidas para Tx y Rx de señales telegráficas locales y en tránsito (bornes independientes con impedancia de 600 Ω balanceados).

Características Características del Servicio Telegráfico.

•

-

Banda pasante : Programable. Programable. Impedancia entrada / salida : 600 Ω. Simetría : 40 dB. Atenuación pérdidas por retorno : 40 dB. Nivel nominal Tx/Rx : 18 dBm. Nivel programable Tx/Rx : +16 dB a -16 dB. Velocidad Programable Programable : 50, 100, 200, 600 y 1200 Baudios (UIT: R35, R37, R38 y V23) - Interface I nterface da datos : RS 232 (EIA).

Interface de tránsito. Las características que debe tener la Interfaz de Tránsito son: a. Ancho de banda útil b. Impedancia de entrada / salida c. Simetría d. Atenuación pérdida de retorno e. Nivel nominal Tx / Rx f. Ajuste nivel TX g. Ajuste nivel RX

: 300 A 3800 Hz : 600 Ω balanceado : 40 dB : 40 dB : -28 dBm : +4 a -11 dB (nominal) : +7 a -7 dB (nominal)

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Interface Ethernet (multiplexor interno): Número de puertos LAN: Tipo de interface o conector: Capa física: Servicios:

1 RJ45 /10/100 Base T) Conforme a IEEE 802.3/ Ethernet II Puente/ruteador Puente/ruteador IP, SNMP, interface hombre máquina sobre LAN (Bridging / IP routing, SNMP, HMI over LAN)

Interface de teleprotección integrada en el OPLAT. El equipo OPLAT deberá soportar el acoplo de un módulo terminal de teleprotección local, el que deberá poder transmitir los comandos de equipos de teleprotección distante. La interface debe permitir enlaces de nivel de señales analógicos conforme a los criterios de teleprotección. Las características que debe tener el módulo de teleprotección integrado: a. La teleprotección deberá estar de acuerdo con IEC 60834-1. b. Tipo de interface o módulo: deberá soportar la conexión de un terminal de teleprotección local, el que deberá poder transmitir los comandos de equipos de teleprotección distante. La interface debe permitir enlaces de nivel de señales analógicos y digitales conforme a los criterios de teleprotección. c. Número de comandos comandos por interface o módulo: cuatro (4) comandos comandos simultáneos e independientes. d. Tipo de programación individual de los comandos: para bloqueo, disparo permisivo y disparo directo. e. La transmisión de los comandos se realizará utilizando una codificación en base a dos o más tonos. f. La Teleprotección no requerirá ancho de banda extra. Las señales se transmitirán dentro del ancho de banda de voz o dentro del ancho de banda del módem digital. g. Durante la transmisión de los comandos de protección, los servicios de voz y datos se interrumpirán temporalmente. temporalmente. h. El tiempo nominal nominal de transmisión transmisión será: - Bloqueo ≤ 11 ms - Disparo permisivo ≤ 12 ms - Disparo directo ≤ 13ms �. �� (��), �� (�� ) ��:

- Bloqueo < 10-3ms - Disparo permisivo < 10 -6 - Disparo directo < 10-9 j. La confiabilidad confiabilidad o probabilidad probabilidad de pérdida pérdida de un comando comando (Pmc), será: -3 - Bloqueo < 10 , SNR 6dB, tiempo máximo de transmisión 15ms. - Disparo permisivo < 10-3, SNR 6dB, tiempo máximo de transmisión 17ms. - Disparo directo < 10-4, SNR 6db, tiempo máximo de transmisión 22 ms.

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k. Deberá poseer entrada con opto acopladores eléctricamente aislados, salidas de estado sólido y salidas con relé mecánico. El rango de voltaje será seleccionable desde 24 Vcc hasta 250 Vcc nominal. l. Deberá ser posible demorar o prolongar las señales de entrada y salida a través de software. m. Deberá tener la capacidad de programar prolongaciones de pulsos y filtros en recepción para la eliminación de señales falsas. n. Todos los comandos transmitidos y recibidos serán almacenados con una resolución de 1 ms en una memoria no volátil, donde se almacenará a lo menos 1000 eventos. Estos eventos deberán estar sincronizados con GPS. o. La teleprotección proveerá un testeo cíclico de loop integrado. p. La teleprotección será programable a través de software por medio de una PC. q. En aplicaciones de teleprotección individuales, el ancho de banda nominal de transmisión del equipo será configurable a 2 kHz en cada dirección. r. Los equipos deberán ser provistos de circuitos lógicos en la recepción que evalúen las condiciones del canal y, juntamente con temporizaciones adecuadas, garanticen los criterios de seguridad y confiabilidad conforme la norma IEC. s. El equipo deberá poder ser utilizado para las funciones de bloqueo, disparo directo y desbloqueo. t. Los equipos deberán poseer, como mínimo, las siguientes alarmas con salida contacto seco: - Pérdida de señal de guarda - Recepción de la señal de comando. u. Los interfaces con los relés de protección deberán ser las siguientes: - Transmisión de comando por tensión hasta 200 Vcc, seleccionable dentro de ese rango. - Recepción de comando por contacto seco 200 Vcc, 0.6 A con supresor de chispa. v. Los equipos deberán poseer dispositivo automático para pruebas de simulación de operación del enlace de teleprotección, operación en Loop. ww. Los equipos deberán transmitir un tono continuo de guardia y deberán contar con facilidad de efectuar prueba de bucle.

Parámetros de Supervisión y alarmas a. b. c. d. e.

Potencia de entrada al receptor Relación señal-ruido (squelch) Nivel de recepción del tono piloto (C.A.G.) Bajo nivel de señalización en recepción Falla de la(s) fuente(s) de poder.

La anormalidad de cualquiera de estos parámetros deberá ser señalizada individualmente mediante diodos emisores de luz (led’s) y contactos libres de potencial (dry contacts) para señalización remota.

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Facilidades de supervisión. a. Un contacto independiente, libre de potencial, para señalización remota de alarma general en cada transmisor y receptor . b. Alarma luminosa local general para todo el equipo (alarma resumen). c. Un contacto independiente, libre de potencial, para señalización remota de alarma general de todo el equipo (alarma resumen). d. Un juego de contactos independientes, de libre potencial, para señalizar en forma remota las alarmas de otros equipos .

Facilidades para el mantenimiento. a) En el modo de mantenimiento el equipo OPLAT debe tener la facilidad para que el Técnico de Mantenimiento pueda colocar el equipo en condición de “Local Loop” o “Remote Loop ”. b) Bucle Local (Local Loop) . En esta condición, la transmisión y recepción deben ser programadas automáticamente en la misma banda. En esta condición, la conexión con equipo colateral OPLAT distante debe quedar abierto para evitar todo riesgo de comando posible en el equipo de teleprotección distante. Además, en la condición Local Loop, el equipo debe tener una señalización visual que permita verificar el estado de la transmisión del OPLAT. c) Bucle Remoto (Remote Loop). En este modo los dos equipos OPLAT (Local y colateral) son acoplados, y por un medio de un mensaje que debe transmitir el equipo local, el equipo colateral señaliza esta condición de recibido, el cual a su vez deberá remitir su conformidad en su recepción, con un reenvió de mensaje al equipo que generó la prueba (local). Esta facilidad le permite al Técnico de Mantenimiento de controlar la conexión del enlace. d) Canal de servicio , el que deberá proveer las facilidades necesarias de intercalación y señalización para establecer un canal de servicio sobre cualquier canal del equipo e) Unidad de Medición Centralizada , que permita el monitoreo del funcionamiento de las diferentes etapas básicas del equipo. Dicha unidad de medición centralizada deberá estar incorporada en el mismo armario del equipo, disponiendo de un instrumento y el switch selector correspondiente. f) El equipo deberá ser programable a través de un terminal externo , de manera de acceder a la ejecución de las diferentes funciones de los programas residentes. Este acceso debe poder realizar en forma local o distante.

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11. TELEPROTECCION VÍA OPLAT 11.1 Estabilidad del Sistema Eléctrico Los sistemas de protecciones de línea adquieren la información de tensión y corriente de la línea y disponen del valor complejo de la impedancia de la misma en su modo de operación normal. Dado que ante una falla en la línea, la corriente de cortocircuito crecerá y la tensión se reducirá, el valor de la impedancia vista por la protección se reducirá desplazándose hacia un punto dentro de la zona de arranque de la protección. Dependiendo de las zonas de medición que posea el sistema de protecciones y de la posición de la falla, y teniendo en cuenta que no depende solamente de la protección, el tiempo de operación podrá ser compatible o no con el tiempo de estabilidad del sistema eléctrico. En caso de que estos tiempos no sean aceptables, es función de la teleprotección ordenar a la protección del extremo opuesto la apertura adelantada de los interruptores, acelerando de esta forma el proceso de la desconexión de la línea: T desc = t p1 + (t TP + t com ) + t p 2 + t 1 donde: Tdesc TP1 TTP tcom TP2 tI

tiempo de desconexión de la línea tiempo de orden de protección tiempo de teleprotección (Tx + Rx) tiempo de enlace de comunicaciones, tiempo de recepción orden de protección tiempo de apertura del interruptor

11.2 Operación de la Teleprotección En la operación en estado estacionario, sin órdenes de disparo de la protección, se producirá la transmisión de una frecuencia de guardia que es conveniente sea coincidente con la de señalización del equipo de OPLAT, de forma de aprovechar al máximo el ancho de banda de 4 KHz para transmitir información. Al producirse una orden proveniente de las protecciones, se deberá interrumpir la señal de guardia y se generará la frecuencia de disparo. La ubicación de esta señal (una o varias) se superpondrá a la señal vocal (uso alternativo) en alguna de estas dos posibilidades: • •

en la porción vocal de 0,3 a 2 KHz (o 2,4 KHz), en todo el canal de 0,3 a 3,4 KHz, según se trate de un canal de banda partida o de un canal enteramente dedicado a telefonía.

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11.3 Evaluación y Procesamiento de Señales Debe requerirse que todo el procesamiento y análisis de: • • • • •

emisión de señales en sí mismas, filtrado y depuración de órdenes, evaluación de la información recibida, valores elevados de ruido en el canal, otros.

Sea realizado en forma digital a través de un procesador, mediante la técnica DSP (procesamiento digital de señales). Dentro de sus funciones debe incluirse la facilidad de un lazo de prueba automático, que en forma periódica verifique el enlace de teleprotección. Este lazo de prueba debe fundamentalmente contar con dos requisitos: • • •

No poder impartir disparos bajo ninguna condición. Poder efectuar la verificación sin sacar de servicio el enlace de teleprotección. Realizarse periódicamente sin instrucción manual.

11.4 Tiempos de Transmisión El tiempo de transmisión nominal denominado To surge de las condiciones de estabilidad del Sistema Eléctrico y de las características del funcionamiento de las protecciones. A modo ilustrativo se indican los valores de To para diferentes funciones de Protección: Es conveniente incorporar a la teleprotección de los disparos permisivos, las funciones de desbloqueo transitorio (unblocking) consistente en: • •

•

•

En operación normal se emite una f G y se bloquea el relé de salida del receptor remoto. En caso de disparo, se desplaza la frecuencia hacia f D, por lo cual el receptor remoto al comprobar ambas condiciones (falta de f G y presencia de f D), desbloquea y emite el disparo. En caso de que no se reciba f G, pero tampoco sea recibida f D, se habilitará un relé independiente del de órdenes por un tiempo determinado (por Ej. 200 mseg) para recibir un eventual tono de disparo. En caso de llegar, deberá permanecer por un mínimo de tiempo (por Ej. 50 mseg) para validarlo. Esta funcionalidad del desbloqueo transitorio debe ingresar adecuadamente al sistema de protecciones para que éste pueda evaluar esta situación y actúe en consecuencia.

11.5 Dependebilidad y Seguridad El ruido puede perturbar el Sistema de Teleprotección de al menos tres maneras: • • •

Distorsionando la información recibida en el receptor. Retardando la llegada de una orden. Impidiendo un comando.

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CAM




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Si bien se ha mencionado el tiempo de operación nominal To, las normas aceptan que una orden será valida si no llega después de cierto tiempo Tmax aceptable. En forma homóloga, también la orden debe durar un tiempo mínimo Tmin para que sea reconocida como tal. El tiempo de transmisión depende de los filtros del equipo de teleprotección, por lo que cuanto más angostos sean esos filtros (BW pequeño), menor ruido se introducirá al equipo, pero será necesario mayor tiempo de transmisión. Los dos parámetros indicativos de la calidad del Sistema de Teleprotección son: • •

Seguridad (Puc). Dependebilidad (Pmc).

La seguridad representa la probabilidad de recepción de disparos no-deseados. La dependebilidad representa la probabilidad de pérdida de comandos emitidos. Como criterio en el diseño debe utilizarse: •

•

Cuando los tiempos de transmisión puedan ser grandes (porque el sistema eléctrico y sus protecciones lo permitan), es posible lograr ambas condiciones (Puc y Pmc) buenas simultáneamente. Cuando los tiempos de transmisión requeridos deban ser pequeños, no es posible lograr simultáneamente buenos Puc y Pmc. En este caso deberá analizarse el funcionamiento del sistema eléctrico para decidir si deben priorizarse falsas (erróneas) salidas de servicio de la línea o asumir los riesgos de que la línea no sea desconectada ante una falla real. Los valores mínimos de Puc y Pmc deberán indicarse para cada tipo de orden (y no en forma general).

El tipo de ruido que incide en la pérdida de comandos es el ruido blanco y el tipo de ruido que incide en la probabilidad de disparos indeseados es el ruido Impulsivo y/o ráfagas del mismo. En las Figuras 11.1 y 11.2 se indican los valores de probabilidades en función de S/N, y tiempos de transmisión. 11.6 Configuraciones Dependiendo de la seguridad deseada, el Sistema Eléctrico, los Sistemas de Protecciones, los Sistemas de Teleprotección y los Sistemas de Onda Portadora, deberán vincularse de forma tal de lograr un criterio de doble envío por vías separadas. Será función del Sistema de Protecciones decidir el esquema de conexión de los contactos de órdenes en el extremo receptor: • • •

Conexión paralelo (máxima confiabilidad). Conexión serie (máxima seguridad). Conexión serie-paralelo (condición intermedia).

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Fig. 11.1“Probabilidad de Comandos Perdidos (Missing) en función de la relación S/N”

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86

Fig. 11.2 “Probabilidad de comandos Intempestivos en función de la relación S/N”

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12. TELEMEDIDAS Y TELECONTROL EN SOPORTES OPLAT. 12.1 Telemedidas. En los modernos sistemas de potencia es necesario que el Centro de Control cuente con la medición de cada una de las estaciones más importantes, y por lo tanto, es necesario que estas le transmitan su respectiva medición. A esta gestión se le denomina. Para la transmisión de datos de las telemedidas se requiere de un canal de comunicaciones fiable. Este canal de comunicaciones puede ser provisto por un sistema OPLAT, bajo el cumplimiento de algunos requisitos y factores que deben tenerse en cuenta. Hay una gama de requisitos que deben de llenar los equipos de un sistema OPLAT, pero la característica más importante es la selectividad de los receptores, debe de considerarse además las características individuales de cada equipo, las del conjunto transmisor – receptor, y al mismo tiempo las de los circuitos de acoplamientos y transmisión asociados, de manera de poder determinar así el rendimiento total en cualquier aplicación. Al igual que cualquier otro sistema de comunicaciones el parámetro más importante a considerar en un sistema OPLAT es la relación S/R en el receptor. El S/R es medido o expresado en decibeles o simplemente dB, y esto no es más que la diferencia logarítmica entre el valor de la señal en el punto receptor y el nivel de ruido de la línea. Por otra parte, la atenuación del canal, es la diferencia entre el nivel de señal transmitido y el valor de la señal en el punto de recibo. Los valores máximos y mínimos de ambos parámetros respectivamente, a los cuales los equipos tienen un rendimiento satisfactorio, depende de las características particulares de cada equipo. En el caso de la S/R sea mínimo, dato que se determina por medición de la relación S/R, cuando el ruido blanco está justamente debajo del punto que causa falsa operación del equipo, el nivel de ruido blanco es medido sobre un ancho de banda de 3 KHz. Para tener un valor aceptable de S/R es importante que el diseñó cumpla con las siguientes características: - El uso apropiado de trampas de línea, considerando incluso el uso de repetidoras, a fin de mantener un SNR aceptable. - El espaciamiento de las frecuencias de operación es muy importante, ya que debe optimizarse la utilización del espectro de frecuencia, además de la prevención de las interferencias.

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- Cuando se acoplan varios transmisores a un mismo punto, debe mantenerse un espaciamiento mínimo para evitar distorsiones e intermodulaciones, en las salidas de los transmisores. 12.1.1 Factores influyentes en relación señal - ruido A fin de garantizar una buena relación señal – ruido o SNR es necesario tener previamente información de tres parámetros que son: - Potencia efectiva transmitida - Trayectoria de atenuación - Ruido de línea 12.1.2 Potencia efectiva radiada Cuando el equipo es diseñado para una sola función, el nivel de potencia efectiva es simplemente la salida total en vatios. Para un equipo con varios canales o de funciones múltiples, cada tipo de información transmitida causa modulación de portadora y contribuye a una parte de la señal portadora. Con el objeto de prevenir las sobre modulaciones y/o distorsiones resultantes, las entradas combinadas, no deben causar una señal de voltaje, más allá de los valores del equipo.

Tabla 12.2 Potencia efectiva radiada para un número de canales de voz y datos Número de Canales de Voz 1 2 3 4 1 2 3 4 2 3 4 3 4 4

Número de tonos telemetría 0 0 0 0 6 6 6 6 12 12 12 18 18 24

Potencia efectiva (dBm) 37 32 28 26 29 26 24 23 23 22 21 20 19 17

La tabla muestra la potencia efectiva, usada para estimar el rango de operación para voz y otras señales en aplicaciones típicas, tomando como base un transmisor con salida de 20 vatios.

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12.1.3 Trayectoria de atenuación La atenuación total de la trayectoria es la suma de todas las pérdidas de frecuencia portadora entre el transmisor y el receptor, estas pérdidas son: - Atenuación de línea, es la pérdida por atenuación en la línea tanto para condiciones de clima favorables como desfavorables. La atenuación de la línea está en función de variables tales como: frecuencia, tipo de construcción de la línea, voltaje, tamaño del conductor, alambres neutros, métodos de acoplo, transposiciones de línea y condiciones climáticas - Pérdidas de acoplamiento y paralelo, la pérdida de acoplo es debida a la componente resistiva de él sintonizador y capacitor de acoplamiento y es una función de la frecuencia, diseño, impedancia característica de la línea y del tamaño del capacitor de acoplamiento, todas estas variables determinan además el ancho de banda, para efectos de estimación pueden considerarse 3 dB. Las pérdidas por conexión paralelo, se conforman por las trayectorias de fuga a tierra y es una función de la impedancia de la trampa de línea. Estas pérdidas varían de 1 a 3 dB por terminal. 12.2 Telecontrol. De igual forma que el centro de mando de una red eléctrica necesita tener datos en tiempo real de las medidas de las diferentes variables de sus principales centros como SS/EE y centrales generadoras eléctricas en un sistema de potencia, de manera que su centro de mando programe los distintos eventos u operaciones necesarias que deben cumplir las subestaciones y centrales eléctricas más importantes. Esencialmente esto último es el objetivo del telemando o telecontrol, que no es más que el envió de instrucciones desde el centro de mando hacia las distintas subestaciones y/o centrales eléctricas, para que las operaciones programadas sean ejecutadas, de forma remota, logrando así que exista una relación estrecha entre la telemedida y el telecontrol, pues la información obtenida con la telemedida es utilizada para tomar decisiones que garanticen la continuidad del servicio. Dado que las condiciones más importantes para la transmisión de datos, fueron consideradas previamente, queda únicamente comentar algunas características importantes y distintivas del telecontrol. 12.2.1 Telecontrol por tonos Es un sistema de control remoto mediante la transmisión de tonos codificados. El sistema consiste en cuatro tonos que corresponden a igual número de relevadores y cada tono corresponde al estado de los contactos del relevador y a la clase de contacto, mezclando en distintas formas estos tonos pueden

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lograrse diversidad de operaciones tales como arrancar motores o pararlos, abrir circuitos, botar carga, etc. Para generar estos tonos codificados se usa una consola de control la cual es capaz de controlar selectivamente cuatro funciones de control. Cuando se oprime el botón de la consola esta suministra una señal clave al transmisor PLC y seguidamente los tonos son aplicados al mismo, este los envía al sistema. Cuando el primer tono es detectado en el receptor el proceso de descodificación se inicia y cuando se ha decodificado el cuarto tono la operación se realiza. La siguiente tabla 12.2 muestra los códigos de tonos y las frecuencias asociadas a ellos. Tabla 12.2 Códigos de tonos y frecuencias asociadas Número 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Código de tono 135 105 136 106 137 107 138 108 139 109 140 110 141 111

Frecuencia (Hz) 245,1 251,9 258,8 266,0 273,3 280,8 288,5 296,5 304,7 313,0 221,7 330,5 339,8 341,0

Número 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Código de tono 142 112 143 113 144 114 146 115 147 116 148 117 149 118

Frecuencia (Hz) 358,6 368,5 378,6 389,0 399,0 410,8 422,1 433,7 445,7 457,8 470,5 483,5 496,8 510,5

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13. PROYECTO La documentación mínima para un Proyecto de Telecomunicaciones por Onda Portadora deberá contener: 13.1 Memoria descriptiva. • • • • •

Naturaleza y alcance del proyecto. Características ambientales y eléctricas. Estudios, cálculos, plan de frecuencias. Normas referenciales. Ensayos.

13.2 Planos del sistema. • Diagrama de bloques del Sistema completo. • Planos particulares de cada Subsistema. • Planos de detalles necesarios.

13.3 Planillas de datos técnicos . • De cada equipo y de cada elemento. • Valores esperados de S/N de cada función en cada canal. • Valores esperados de S/I de canales eventualmente interferentes.

13.4 Computo de equipos y elementos. • Detalle de cantidad y especificidad de equipos y elementos en cada

emplazamiento. • Detalle de traslado, adecuaciones, transformaciones, en caso de coexistir con sistemas existentes.

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14. OTRAS CONSIDERACIONES PRÁCTICAS . En este capítulo serán examinados los problemas más importantes para la explotación y el mantenimiento de los enlaces OPLAT. 14.1 Fuentes de Energía . La continuidad de un enlace OPLAT debe asegurarse con un sistema de alimentación confiable. Para el caso en que el servicio sea una teleprotección, la alimentación de -48 Vcc debe ser con redundancia (1+1), vale decir, doble cargador, doble banco de batería con una unidad UCC. Las especificaciones relativas a la alimentación corresponden a las cifras siguientes: • Salida regulada:  Tensión la más alta (período de carga) : + 20 %  Tensión la más baja (fin de la descarga): -10 % 

Variaciones de tensión en funcionamiento normal: ♦ a 10 % de la carga: +1 % ♦ a 100 % de la carga: -1 %

 Ondulación a 150/300 Hz: <1 % de la tensión nominal eficaz  Ruido debido al oscilador del regulador en la gama 1 a 100 KHz:

-40 dBm

eficaz.  Puntos de tensión: - 40 dB cresta a cresta en relación a la tensión nominal. • Salida finamente regulada:  Variación

de tensión (Cualesquiera que sea el estado de la batería y del valor de carga): ± 2 %  Ondulación proveniente del cargador: < 2 mV eficaces  Puntos de tensión: -40 dB cresta a cresta

Nota: Una apertura automática de la alimentación debe tener a lugar cuando la tensión continua aumenta o disminuye en más de un 30 %. 14.2 Medidas de Seguridad y Dispositivos de Protección . Los equipos OPLAT son concebidos para ser explotado sobre la red eléctrica de alta tensión y por consecuencia debemos tomar las precauciones para proteger al personal y equipos contra las sobretensiones transitorias. Estas precauciones son a tomar principalmente a nivel de grupo de acoplamiento y de cables de enlaces con los equipos OPLAT. El grupo de acoplamiento tiene lugar entre los bornes de baja tensión del condensador de acoplamiento y la tierra. La apertura de esta conexión durante el mantenimiento puede ser peligrosa. Por esta razón, existe un sólido seccionador de puesta a tierra que asegura la conexión directa a la tierra del condensador de acoplamiento durante la instalación o el mantenimiento. Los reglamentos de seguridad propios de cada país pueden indicar los diferentes procedimientos para la maniobra de este seccionador de tierra, los que pueden ser:

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a. Seccionador manual de puesta a tierra provisto de una placa apropiada para advertir el peligro. b. Seccionador manual a de puesta a tierra con seguro, no permitiendo retirar la tapa antes que este el sistema en posición de puesta a tierra. c. Seccionador poniendo automáticamente a la tierra del condensador cuando la tapa del sistema de acoplamiento esta abierto. Cualquiera que sea la disposición utilizada, es recomendable que la indicación de posición a tierra y abierto del seccionador sea claramente visible. Según el tipo de acoplamiento, los grupos de acoplamientos pueden ser del tipo fase a tierra o inter-fase. En este último caso, el acoplamiento puede ser realizado con un solo dispositivo inter-fase o con dos dispositivos fase a tierra correctamente unidos. En el caso de un dispositivo inter-fase, existe una larga conexión entre los bornes de baja tensión de los condensadores y el dispositivo de acoplamiento, con una alta probabilidad de daño y de interrupciones. Es en consecuencia recomendable realizar el acoplamiento inter-fase con dos conjuntos fase–tierra, donde la conexión entre ellos es realizada en el lado secundario del transformador de adaptación, donde existe una mayor seguridad. En lo que concierne al cable de enlace entre el sistema de acoplamiento y el equipo OPLAT, existe cualquier problema en cuanto a la puesta a tierra de la pantalla de este cable. Para los cables simétricos o coaxiales, las corrientes a 50 Hz pueden circular en la pantalla durante las fallas de la red de energía y en consecuencia, pueden circular en el conductor central a través del engrosamiento de los transformadores. Estas corrientes pueden proporcionar nacimiento a los defectos indeseables debido por ejemplo a saturaciones de orden magnético. La puesta a tierra de la pantalla en el lado equipo solamente elimina la circulación de la corriente a 50 Hz y las perturbaciones resultantes, pero ello resulta la aparición de potenciales elevados sobre el enrollamiento del transformador de acoplamiento que debe en consecuencia ser conocido por los soportes. Por otra parte, hace tomar guardia que ellos deben en, lo posible de tener de diferencias de potencial a nivel del grupo de acoplamiento entre la tierra local y la pantalla del cable durante las maniobras de seccionadores o al momento de falla, sí el grupo de acoplamiento a corrientes portadoras no son unido a la misma red de tierra. Los diferentes potenciales entre las tierras pueden ser elevadas al momento de fallas y de sobretensiones transitorias debido a las maniobras en seccionadores, y las corrientes de circulación dentro de las pantallas de los cables de enlace pueden también ser peligrosa. En consecuencia, en este caso, si las dos redes de tierra son independientes, no conectar la pantalla a tierra nada más que en el lado del equipo OPLAT, tanto para los cables simétricos como para los cables coaxiales. A veces si las reglas de seguridad lo permiten, las dos redes de tierra separadas pueden estar unidas por un conductor de fuerte sección, lo que autoriza a conectar las pantallas a tierra en las dos extremidades sin que ellos sean recorridos por corrientes importantes. Una tal configuración presenta menos interés para aquellas frecuencias las más elevadas. Los sistemas de acoplamiento funcionan de manera satisfactoria siempre que se realice un arreglo de conexión de puesta a tierra en el cable de enlace.

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14.3 Precauciones Contra los Fenómenos Transitorios. Las instalaciones eléctricas y en particular los dispositivos de alta tensión crean campos eléctricos que pueden proporcionar perturbaciones dañinas a los equipos electrónicos. No es a menudo posible de suprimir las perturbaciones y sus fuentes y por consecuente se debe tomar contra ellos las precauciones apropiadas hacia la concepción y la puesta en servicio de equipos electrónicos. De las diversas fuentes de perturbación, las más importantes son: a. Frecuencia de red y sus armónicas. b. Los puntos de tensión debido a las maniobras y a las tensiones transitorias que son de muy alta frecuencia las que son producidas por los seccionadores, los disyuntores y el rayo o por los contactores y los reles auxiliares de corriente continua. En este punto, trataremos las precauciones a tomar en cuenta contra las perturbaciones debida a las tensiones transitorias. Estas perturbaciones pueden penetrar en los equipos electrónicos directamente por los hilos mediante acoplamiento magnético o capacitivo. Las precauciones a tener en cuenta son: - - -

Blindaje Cableado Puesta a tierra Dispositivos de aislamiento Otros medios

14.3.1 Apantallamiento (Screening) . Todos los armarios que contienen equipos electrónicos en un entorno de alta tensión deben ser blindados de manera adecuada. Cuando las tensiones transitorias de alta frecuencia pueden crear mal funcionamiento, es importante enlazar entre ellos las diferentes partes del armario. Los cables que entran al equipo, incluyendo los de alimentación por batería y en ciertos casos los cables extensos como el cable de alimentación del sector, deben tener pantalla para reducir la influencia de fenómenos transitorios proveniente de fuentes exteriores acopladas a estos cables. Las pantallas reducen los acoplamientos inductivos y capacitivos. El acoplamiento inductivo es reducido porque la corriente inductora genera una corriente que circula en la pantalla. Estos proporcionan una corriente inductiva en el conductor de señalización concerniente al sentido contrario a aquella inducción directamente por la corriente inductora original. El factor reductor está dado por la relación entre la resistencia de la pantalla y la impedancia del bucle tierra - pantalla: Como estas dos impedancias varían en función de la frecuencia, el factor reductor varía igualmente.

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Los métodos de puesta tierra de las pantallas de los cables son variados, por lo que se recomienda analizar cada caso en particular. La puesta a tierra de la pantalla en las dos extremidades, así como en los puntos intermedios, reducen efectivamente las tensiones de modo común en altas frecuencias, siempre que la distancia entre los dos puntos de puesta a tierra sea inferior a la décima parte del largo de onda. Las pantallas de los cables en un punto cualquiera de una S/E con respecto a la Sala de Telecomunicaciones, son generalmente conectadas a tierra en las dos extremidades. Sin embargo, algunas veces estos cables no son conectados a tierra más que en el lado del equipo de la Sala de Telecomunicaciones, y la extremidad situada en la S/E es susceptible de estar expuesta a potenciales muy elevados en relación con la tierra local en caso de corriente de falla de fuerte valor. Para la seguridad del personal, la tierra local y el cable deben estar unidos cuando se interviene en esta extremidad. 14.3.2 Cableado. Los dos hilos de un circuito de datos deben siempre estar situado dentro del mismo cable y de preferencia constituir un par equilibrado. La simetría de un par reduce efectivamente el acoplamiento inductivo creando una tensión serie sobre el circuito de entrada. Para sacar provecho plenamente de la simetría, los dos hilos deben estar cerrados sobre un transformador simétrico. El empleo de transformadores reduce igualmente las tensiones de modo común que aparecen entre la tierra y cada uno de los hilos del par. Es recomendable de tener una pantalla conectada a tierra entre los enrollamientos primario y secundario del transformador. Dos señales de nivel o de características, ya sean analógicas o digitales, netamente diferentes, deben ser encaminadas en cables separados. En el recorrido del cable, los cables deben ser preferentemente agrupados de manera de tener la distancia máxima entre los cables que transportan señales con un fuerte nivel y aquellos que transmiten señales de pequeño nivel. Los cables de señalización no deben ser ubicados en el mismo trayecto de los cables de alta tensión. La separación mínima entre cables de señalización y cables de energía que tienen un recorrido paralelo bastante extenso es de 0,6 m para las tensiones medias y de 1,2 m para los de alta tensión. 14.3.3 Puesta a Tierra. Es necesario de disponer de una buena red de puesta a tierra en toda la zona donde utilizaremos equipos electrónicos. La red de puesta a tierra de la S/E puede a menudo servir de tierra de referencia. Los chasis de los diferentes equipos deben estar conectados a tierra (una sola) por conexiones de una gran sección y lo más corta posible. Los circuitos de señalización deben sean flotantes o conectados a la tierra en un solo punto (normalmente lado receptor). Si dos puesta a tierra son necesario sobre un circuito, un dispositivo de aislamiento debe ser ubicado

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entre ellos, como por ejemplo transformadores, acoplador opto – electrónico, reles intermedios, otros. La pantalla de los cables que entran en un armario debe de preferencia estar conectada a la tierra en un solo punto común. Este punto común (conexión de puesta a tierra del armario) y la tierra del armario deben estar unidos a la puesta de tierra principal de referencia, con conexiones lo más corta posible. Ninguna parte de la red de puesta a tierra principal debe atravesar un recinto que soporta equipos electrónicos. Una falla en la tierra al interior de la S/E puede crear corrientes de tierra de fuerte valor que proporciona el nacimiento de una potencia de campo eléctrico en la vecindad de la red de puesta tierra. Una red de puesta a tierra separada por las protecciones, utilizando como tierra de referencia por los armarios y las pantallas de los cables de señalización en un sector de la sala donde se encuentran los equipos electrónicos, es una solución satisfactoria. La tierra de protecciones no debe ser unida a la tierra principal más que un solo punto. 14.3.4 Dispositivos de Aislación. En los circuitos que penetran al interior de una S/E de alta tensión es usual de instalar dispositivos de aislación lo más próximo a los equipos electrónicos. Los relés, acopladores opto - electrónicos o transformadores son usualmente utilizados para estos fines. En los circuitos de señalización y de alimentación es a menudo preferible de emplear dispositivos apropiados tal como los transformadores o acopladores opto - electrónicos. Podemos utilizar filtros para limitar el ancho de banda de las frecuencias entrantes. 14.3.5 Otros Medios. Si la conexión es en un lugar con una buena red de puesta a tierra, con cables con pantalla y simétricos, esto no es suficiente para reducir las tensiones transitorias a un nivel aceptable, por lo tanto, debemos de tomar otras precauciones, las que pueden ser las siguientes: a. Limitadores de tensión como por ejemplo: pararrayos gaseosos, diodos clamping, diodos zener, varistores, etc... b. Podemos utilizar filtros LC y RC para amortiguar la tensión y reducir las gradientes de tensión cuando el retardo que ellos aportan no es embarazoso. El hecho que las corrientes debido a los fenómenos transitorios sea de pequeño valor, una pequeña resistencia (100 Ω) asociada a un diodo de clamping puede a menudo reducir suficientemente las sobretensiones sin introducir un retardo . Las sobretensiones debido a las bobinas y a los contactos de los reles pueden en numerosos casos ser reducidas por un diodo en paralelo con la bobina del relé y por la red para chispa, formado de un condensador en serie con una resistencia, en paralelo con los contactos.

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14.3.6 Recomendaciones de instalación. a. Se recomienda que cuando un enlace OPLAT esté asociado con la teleprotección, los equipos OPLAT deben estar instalados lo más cerca al sistema de acoplamiento. Con esto se minimiza el efecto de perturbaciones sobre el cable HF. La interconexión de los servicios a otras dependencias, debe ser realizada con F.O. o radio, no con pares metálicos, sobretodo si los niveles de tensión en los recintos que albergan a los equipos OPLAT son > 66 KV. b. Para el caso en que el OPLAT tenga integrada la TP, y la interconexión entre los equipos de teleprotección TP y la Protección se realice con pares metálicos, ambos equipos deberá estar lo más cercano posible (menor de 20 m), de manera de conectar la pantalla del cable de interconexión a tierra en ambos extremos (red de puesta a tierra equipotencial). Caso contrario, la interconexión deberá ser realizada con F.O. o radio.

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15. DISPONIBILIDAD OPERACIONAL (MTBF, MTTR). Los soportes de telecomunicaciones son de importancia vital para las empresas eléctricas para una explotación segura y económica de las Redes Eléctricas, en particular para la transmisión de energía. Los soportes de telecomunicaciones contribuyen a la seguridad de las personas y a la previsión del desgaste de las costosas instalaciones, ellos aseguran la continuidad de servicio interrumpida de energía eléctrica, la que es un elemento esencial en la calidad de vida y de seguridad de la población. La complejidad siempre creciente de las redes de transmisión de energía eléctrica y el de los problemas de movimiento de energía conduce a esta complejidad correspondiente a los sistemas de tratamiento de datos y de los sistemas asociados con la explotación, para lo cual el soporte de telecomunicaciones cumple un rol fundamental. Los dispositivitos necesarios para la explotación y el mantenimiento de los sistemas deben ser examinados en los primeros estudios de la planificación, incorporando en las Especificaciones Técnicas Generales de los equipos así como en las Especificaciones Particulares del Proyecto las exigencias a los proveedores que los equipos cumplan con los parámetros como el MTBF y MTTR, así como el soporte para la continuidad del aprovisionamiento de los dispositivos, piezas y partes de reemplazo de los equipos.

Explotación 15.1.1 Responsabilidad de la explotación 15.1

La explotación de una red de OPLAT debe estar de preferencia ubicada bajo la responsabilidad de un solo servicio o departamento de una compañía. 15.1.2 Planificación del Mantenimiento En una gran red OPLAT es juicioso preparar una Planificación de un Mantenimiento Preventivo Básico (MPB). Las fallas en una red OPLAT pueden ser provocados por un mantenimiento no previsto, por la incorporación de nuevos canales, por cambio de frecuencia o por nuevos enlaces OPLAT que se incorporan en la red. La planificación del mantenimiento debe estar ubicada en el mismo servicio o departamento de una compañía. 15.1.3 Supervisión de los Sistemas OPLAT Es recomendable supervisar el comportamiento de los enlaces OPLAT en función de variaciones de los siguientes parámetros: -

Niveles de emisión y de recepción Nivel de los canales de señalización Niveles de los canales de transmisión de datos y voz Tasa de error Tensión de alimentación, etc.

No obstante con lo señalado, la mejor manera de efectuar una supervisón es de hecho de disponer que los sistemas de control de los equipos tengan dispositivos de medida y de alarmas. Las alarmas, reagrupardas de manera tal,

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que estas puedan ser conectadas a una estación central de supervisón para toda la red OPLAT, tal como normalmente se realiza en las redes herzianas y de fibra óptica, que generalmente tienen un scada. 15.2 Disponibilidad El grado de disponibilidad requerido depende del tipo de canal a utilizar en los enlaces de la red OPLAT. Esta red puede soportar: -

Canales para telefonía solamente Canales para las señalizaciones de telecontrol o de transporte de datos Canales para señales de protección (teleprotección) Canales de comando de disyuntores sin criterio local (desenclavamiento) Sistemas mixtos (todas las combinaciones anteriores). Canal compartido (voz - datos, voz – teleprotección, otros).

Las exigencias para aquellos canales que soportan teleprotecciones y telecomandos deben ser las más exigentes. Las exigencias de disponibilidad difieren para cada aplicación. Dentro de una gran red de transmisión de datos, ciertas exigencias son requeridas para a disponibilidad del conjunto de la red (por ejemplo 99%), para lo cual cada enlace debe tener una mejor disponibilidad (99,9%)). Los parámetros más importantes que tienen una influencia sobre la disponibilidad de los enlaces OPLAT son: -

Calidad de equipamiento OPLAT Calidad del sistema de alimentación (en Vcc o Vca) Disponibilidad de la línea de energía El entorno (lugar de instalación de los equipos) El Mantenimiento

Si las exigencias de disponibilidad son altas, puede ser necesario de duplicar el equipamiento o de disponer de otros tipos de enlaces. La calidad del equipamiento OPLAT, su concepción y construcción tienen una influencia directa sobre el MTBF. Este parámetro, nos proporciona una idea general de la calidad. Para los equipos actuales, se obtienen MTBF ≥ 50.000 horas. Es importante examinar el MTBF para un enlace OPLAT Defectos afectan la línea de energía de ella misma, fallas que afectan a los circuitos trampas de onda y dispositivos de acoplamiento. - Trabajos en la línea de energía, las que proporciona cortes en los circuitos de transmisión - Fallas que afectan a los equipos OPLAT en ellos mismos. -

El MTTR (Tiempo Medio para Reparación), el que está asociado al MTBF, hace posible el cálculo de disponibilidad de la red. Los otros parámetros que proporcionan información sobre la calidad de la red OPLAT son:

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La estabilidad del nivel de frecuencia vocal. Esto es muy importante de tener en cuenta, ya que esta debe tener una estabilidad, de tal manera que los niveles sean constante (del orden de ± 1 dB) en un período de 2 a 3 años. - La distorsión, la relación S/R interna, oos productos de intermodulación y la curva de respuesta en frecuencia, es importante de conocer los valores ara detectar una degradación de funcionamiento. - La calidad de alimentación (Vcc o Vca) influye sobre la disponibilidad global y las condiciones siguientes deben ser consideradas: -

• La tensión de alimentación debe presente siempre. Los cortes no son

admisibles. • El valor de tensión de alimentación debe mantenerse dentro de ± 10 % aprox. • La tensión de alimentación no debe sujeta a niveles de sobretensiones transitorias en el caso de alimentación alterna, ella debe tener una mínima distorsión harmónica. -

La línea de energía debe ser es en general un camino fiable para las señales de corriente portadoras. Sin embargo, hay períodos (muchas horas o de varios días) en que la línea debe ser puesta a tierra por trabajos de mantenimiento o fallas en estas. Es imposible de entregar cifras significativas para los cortes en las líneas de transmisión, ya que los métodos de trabajos varían de un país a otro (incluso de una empresa a otra empresa dentro de un país), y de los motivos para los cuales las líneas son cortadas (trabajos, fallas, mantenimiento, etc.) Sin embargo, llamaremos la atención sobre la necesidad de estudiar para cada caso las estadísticas de disponibilidad del soporte de transmisión. La duración de los cortes pueden ser considerablemente reducido si nos aseguramos que las trampas de ondas son puenteadas de manera de evitar los cortes de los enlaces de corrientes portadoras debido aquellas maniobras en alta tensión, e incluso las puesta a tierra de la línea.

-

Los parámetros del entorno, influyen en la disponibilidad, por que se debe comprometer a mantener un temperatura estable en la sala o caseta donde se encuentran instalados los equipos. Esta temperatura, dentro de lo posible, debe estar entre 18 y 30 °C. Para obtener una buena disp onibilidad, hace falta además tener una tasa de humedad comprendida entre 35 y 70 %. La polución del aire provocada polvos y productos químicos debe mantenerse a niveles lo más bajo posible.

15.3 Mantenimiento. Para efectuar un buen mantenimiento es importante de asegurar que las interfaces con los equipos sean claramente definidas. Esto contribuye a una buena eficacia de organización del mantenimiento y de cómo resultado una mejor disponibilidad de la red OPLAT.

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El personal técnico para el soporte de mantenimiento deben ser especialistas correctamente formados y organizados de tal menara que ellos puedan atender, tanto en el mantenimiento preventivo como en el correctivo. Antes de la puesta en servicio de los equipos y enlaces, toda lo documentación técnica necesaria para el funcionamiento y mantenimiento debe estar distribuido en el lugar donde están instalados los equipos. Es igualmente importante tener los protocolos de pruebas efectuados al momento de la recepción en fábrica y aquellas modificaciones posteriores eventuales. Conservar los valores de puesta en servicio (atenuación en función de frecuencia, medidas de impedancia) es igualmente importante para efectuar las comparaciones, cuando hay un mal funcionamiento (defectos en el acoplamiento por ejemplo). La formación adecuada del personal técnico es muy importante. El manteniendo de la red OPLAT debe ser planificada en el comienzo del estudio. La documentación técnica debe comprender de la información para la localización de las fallas y su reparación (MTTR, los trabajos deben ser efectuados por ingenieros o técnicos calificados). Esta documentación debe contener toda la información que se requiere para el mantenimiento preventivo. El fabricante debe suministrar una documentación completa con las recomendaciones para el mantenimiento, además de proporcionar sesiones de formación para el personal técnico que realizará el manteniendo de los OPLAT Si el tamaño de la red OPLAT es grande, se justifica que una compañía eléctrica tenga su propio servicio técnico de reparaciones. Para este caso, es recomendable que el departamento u unidad de mantenimiento tenga un enlace completo con equipos OPLAT (incluidas las unidades e interfaces), de manera de verificar el estado de las unidades. Este equipamiento complementario permitiría además capacitar al personal técnico que va a soportar a la red OPLAT. 15.4 Consideraciones económicas Se puede utilizar el método de “ Costo Total ”. Aquello significa que se debe incluir en las estimaciones de costos de los sistemas OPLAT, la duración de la vida del equipamiento, las investigaciones, reparaciones ante fallas, mantenimiento preventivo, piezas y componentes de recambio y la formación técnica. Por consecuencia es necesario de tratar todas estas cuestiones antes de adquirir el material. El fabricante debe ser capaz de proporcionar la información en detalles concerniente a las piezas de recambio necesarios y la nomenclatura de los componentes, y las garantías para los parámetros como MTBF y el MTTR (siguiendo los diferentes métodos de mantenimiento). Por otra parte, el fabricante debe indicar el tiempo en que garantiza tener el soporte técnico y de partes.

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de Transener S...A. de Argentina.  Onda

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