Desenvolvimento de Sistema Óptico para Monitoração de Vãos Críticos e Transmissão de

Dados de Telecom em LTs

Motivadores

� O rompimento de cabos em faixas de segurança invadidas nas LTs aéreas trazem um enorme problema operacional, legal e financeiro para as concessionárias se acidentes com terceiros são registrados.

� Nessas regiões as linhas aéreas não podem ser configuradas para o religamento automático pois isso pode levar a riscos de ferimentos ou morte de pessoas.

� A CEMIG e o CPqD estão desenvolvendo um projeto com objetivo de monitorar a integridade física de cabos de linhas aéreas em vãos críticos que permita um diagnóstico confiável e mais veloz do que o tempo de atuação da proteção tradicional.

Premissas do Sistema

� O sistema deve ser rápido o suficiente para atuar antes do relé de proteção evitando o religamentoautomático indesejável da LT (com condutor rompido).

� Deverá ser previsto o compartilhamento da fibra utilizada no sistema de monitoramento com sistemas de telecomunicações.

� Considerando estas premissas foi proposto o sistema de monitoramento óptico inovador usando utilizando a tecnologia CWDM que é largamente utilizada em telecomunicações.

Tecnologia escolhida

• O uso da tecnologia WDM permite monitorar o rompimento do cabo de interligação ou do cabo condutor em qualquer trecho do sistema, informando se a falha ocorreu no cabo de interligação entre a subestação e a torre, ou em uma das fases, apontando qual foi a fase.

• Devido ao fatiamento padronizado do espectro óptico esta técnica permite o uso de monitoramento e serviços de telecomunicações na mesma fibra.

• Foi escolhido o padrão CWDM por cobrir todo o espectro de transmissão da fibra e ser de menor custo.

• É necessário a instalação de add-drops ao longo e antes da fibra sensora.

1300 1400 1500 1600

Comprimento de onda (nm)

27 29 31 33 35 37 39 41 45 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61

Grade CWDM

Concepção do Sistema

Desenvolvimento prévio: transponder CWDM telecom

Transponder CWDM

Rx Tx 1310

Rx Tx 1330

Rx Tx 1350

Rx Tx 1370

Rx Tx 1390

Rx Tx 1410

Rx Tx 1430

Rx Tx 1450

Rx Tx 1470

Rx Tx 1490

Rx Tx 1510

Rx Tx 1530

Rx Tx 1550

Rx Tx 1570

Rx Tx 1590

Transceivers

Fonte 48:3,3 V

Fonte 48:3,3 V

Supervisão

Multiplexadoróptico

Rx Tx 1610

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Transponders

Fonte 48:3,3 V

Fonte 48:3,3 V

Demultiplexadoróptico

Fibra

Add-Drop

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Rx Tx 1310

Transceivers

Transponder CWDM

Add-Drop

Supervisão

16 c

anai

s

16 c

anai

s

Topologias de monitoração

A

B

C

Fibra transmissoraAdd-Drops

Espelho

Fibra sensora

Fibra sensora

A

B

C

Fibra transmissoraAdd-Drops

Espelho

Fibra sensora

Fibra transmissoraAdd-Drop

Espelho

A

B

C

(a)

(b)

(c)

λ1λ2

λ3λ4

λn

λ1

λ2

λn λn

λn

λn

λ1

λ1

λ1

λ2

λ3

λ4

λ2

λ1

λ2

λn

λ2

λn

Transponder CWDM usado para monitoração e telecom

Tx

Rx1470 nm

Tx

Rx1490 nm

Tx

Rx1570 nm

Tx

Rx1610 nm

OTDR

MUX 2CIRM

U

X

1

Transponder CWDM

Fibra óptica - OPGW

Add/Drops

Espelhos

1530 nm

Tx

Rx1590 nm

Tx

Rx1550 nm

Tx

Rx1510 nm

Tx

Rx1530 nm

1550 nm

Fibra óptica - OPGW

D

E

M

U

X

Transceivers

1

3

2

Add/Drops

Fibra sensora nos cabos

condutores das três fases

1570 nm 1590 nm

Elementos básicos do equipamento CWDM

Limites de operação dos sistemas: monitoração e telecom

� Condição proposta:– Quatro comprimentos de onda para monitoração.

– Quatro comprimentos de onda para telecomunicações.

– Transmissão bidirecional em um fibra para cada comprimento de onda.

� O que se deseja saber:– Comprimento do enlace máximo do sistema de

monitoração.

– Tempo de resposta do máximo do sistema de monitoração.

– Comprimento do enlace máximo para canais de telecom.

– Taxa de erro de bit dos canais telecom.

Limites de operação dos sistemas

� Comprimento do enlace máximo do sistema de monitoração.– Xmax = [(Pout - PLOS)/2 – (LCir + LMux + Y.LAdd + M.LCon + N.LEm +

0.5LEsp) ]/ Afib

– Xmax = 50 Km

� Tempo de resposta do máximo do sistema de monitoração.– TMon = 2.TTrans + TLOS + TSup = 0,48 ms + 0,1 ms + 4,0 ms

– TMon = 4,49 ms

� Comprimento do enlace máximo do sistema de telecom.– Xtelcomax = 2.Xmax = 100 Km

Testes de desempenho do sistema de monitoração

Testes de desempenho do sistema de monitoração

Sistema de monitoração tem tempo de resposta < 4 ms para 50 km

< 4 ms

< 0.6 ms

Testes de desempenho doscanais de telecom

1,0E-10

1,0E-09

1,0E-08

1,0E-07

1,0E-06

1,0E-05

1,0E-04

1,0E-03

-38 -37 -36 -35 -34 -33 -32

B E

R

Potência recebida (dBm)

1 GEth - 88,5 km bidirecional

BTB 1550 nm 1570 nm 1590 nm 1610 nm

CWDMA

CWDMB

50,6 km 37,9 km

Testes de desempenho em campo

� O sistema de monitoração está sendo instalado na UniverCemig (Sete Lagoas - MG) para realização dos testes de campo.

� Além do sistema CWDM outras tecnologias de ponta estarão sendo testadas:– Cabo óptico OPPC (Optical Phase Conductor).

– Isoladores elétricos contento fibras ópticas.

– Isoladores elétricos com FSO (Free Space Optics).

Testes de desempenho em campo

� O sistema de monitoração está sendo instalado na UniverCemig (Sete Lagoas - MG) para realização dos testes de campo.

� Além do sistema CWDM outras tecnologias de ponta serão testadas:– Cabo óptico OPPC (Optical Phase Conductor).

– Isoladores elétricos contento fibras ópticas.

– Isoladores elétricos com FSO (Free Space Optics).

Outras tecnologias inovadoras

Isoladores elétricos contento fibras ópticas Isoladores elétricos com FSO (Free Space Optics)

Cabo óptico OPPC (Optical Phase Conductor).

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