BRPI0303400B1 - cabo de condutores trançados com alto desempenho elétrico para uso em sistemas digitais. - Google Patents
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Description
"CABO DE CONDUTORES TRANÇADOS COM ALTO DESEMPENHOELÉTRICO PARA USO EM SISTEMAS DIGITAIS".
A presente invenção refere-se a um cabo de pares de cobre, oqual apresenta elevada performance quando usada em sistemas digitais dotipo Linha de Assinante Digital conhecida como DSL (sigla em inglês paraDigital Subscriber Line).
No passado os cabos de pares de cobre eram utilizados apenaspara trafegar sinais elétricos analógicos de voz. No entanto, com o advento daInternet, passou-se a utilizar os mesmos cabos de cobre para o tráfego dedados. Com o aumento da necessidade de tráfego de dados, e taxas de dadoscada vez mais altas, surgiu o sistema de linha de assinante digital (DSL), oqual eleva ainda mais a taxa de dados a ser suportada pela antiga rede decabos de pares em cobre.
Essa tecnologia utiliza processamento de sinais digitais,avançados algoritmos, filtros, conversores analógico/digital, fazendo com queno tipo de transmissão ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) (Linhade Assinante Digital Assimétrico) seja possível alcançar até 8Mbps detransmissão descendente e 640Kbps de transmissão ascendente, o que faz datecnologia ADSL particularmente interessante para baixar arquivos deInternet.
No entanto, para se alcançar tais taxas de transmissão énecessário trafegar o serviço através de distâncias de no máximo 2 km, emcondições ideais de transmissão. Existe também o problema da interferênciade sinais entre os pares de condutores, a chamada diafonia. Há umarecomendação amplamente utilizada pelas operadoras de telefonia, onde sópodem ser utilizados 8 a cada 25 pares de um cabo para tráfego de sistemadigital, pois desta forma se evitaria a diafonia.
Para solucionar estes problemas foi desenvolvido através dapresente invenção, um cabo de pares trançados que possui característicaselétricas melhoradas de forma que é possível alcançar maiores distâncias como serviço, e utilizar todos os pares de condutor de um cabo para transmissãodigital.
Portanto, para solucionar o primeiro problema básico, ou seja,conseguir aumentar a distância alcançada pelo serviço digital, optou-se, deacordo com a presente invenção, por diminuir a atenuação da linha sem quefosse necessária a troca de bitola do condutor metálico. Qualquer sinal éatenuado, ou seja, perde potência enquanto trafega ao longo de uma linha. Osparâmetros que são responsáveis por esta perda de potência são a resistênciados condutores, a condutância (perda no dielétrico), a capacitância, e aindutância.
Como a atenuação é diretamente proporcional à capacitância,para se diminuir a atenuação da linha foi diminuída a capacitância mútua dospares condutores, conseguindo-se então uma atenuação em média 20% menorem relação aos cabos convencionais, sem a necessidade de alterar o diâmetrodo condutor de cobre. A diminuição da capacitância foi conseguida atravésdo aumento da espessura de isolamento, já que a distância entre oscondutores é inversamente proporcional à capacitância mútua.
Porém para alcançar os níveis de capacitância mútuadesejados , utilizando-se apenas isolamento do condutor por uma bainhasólida de polietileno, seria necessário elevar demasiadamente o diâmetro docondutor isolado, o que por sua vez acabaria elevando o diâmetro e peso detodo o conjunto do cabo, o que seria inconveniente do ponto de vistaeconômico e de instalação. Apesar de inconveniente esta solução compolietileno sólido é tecnicamente viável. Mas para evitar os problemas depeso e diâmetro elevados optou-se por utilizar a combinação de isolamentocelular e sólido.
O segundo problema básico da transmissão digital é o númeromáximo de pares condutores utilizando o serviço digital simultaneamentedentro de um mesmo cabo. Quanto maior o número de pares condutorestrafegando dados, maior a diafonia.
A diafonia é a transferência de energia de um circuito (parcondutor) para outro, causando a perda de potência do sinal transmitido nopar perturbado.
Para diminuir a diafonia são amplamente utilizados parestrançados, pois quando os pares são trançados entre si existe o efeito decancelamento mútuo das forças eletromagnéticas, o que diminui a diafonia.Normalmente os pares dos cabos são trançados com passos diferentes,característica a qual é chamada de série de passos. Para a presente invençãofoi utilizado este conceito, porém com uma série de passos especial, maiscurta do que o usual, com passos distintos entre si, seguindo uma progressãogeométrica, conforme estudos realizados e resultados obtidos empiricamente.
Os passos de trançamento disponíveis para fabricação do cabosão aqueles das marchas das máquinas chamadas máquinas de trançar eencordoar. Recomenda-se a consulta ao cinemático de cada máquina parasaber exatamente quais são os passos disponíveis. Como exemplo pode sercitado que na posição de marcha 4-0 da máquina FME-3, os passos vão desde71,4 mm a 197,7 mm, e a velocidade da máquina nesta marcha é de 95m/min.Caso fosse necessário uma série de passos reduzida, poderia ser utilizada porexemplo a marcha 1-0 da mesma máquina, tendo como passo mínimo 26,9mm e máximo de 74,5 mm e velocidade da máquina em 35 m/min. A razãoentre os dois passos de trançamento segue uma progressão geométrica:
an = ai.qn"1
Não existe um modelo matemático satisfatório para calcular oimpacto dos passos na diafonia, mas sabe-se que passos mais curtos têmmelhor desempenho elétrico, o que no entanto leva à diminuição davelocidade da máquina. É necessário fazer uma avaliação de custo/benefícioao se optar por uma série de passos.Na presente invenção foi utilizada uma série de passosseguindo uma progressão geométrica e com valores de passo mínimo emáximo preferivelmente compreendidos entre cerca de 10 mm e 110 mm,mais preferivelmente entre cerca de 10 e 80 mm, e com uma razão da ditaprogressão geométrica preferivelmente compreendida entre 1 e 2, maispreferivelmente entre cerca de 1,01 e 1,09.
A presente invenção assim diz respeito a um cabo condutormetálico trançado com elevado desempenho elétrico para uso em sistemasdigitais compreendendo um arranjo enfeixado de condutores metálicosisolados de material termoplástico e pelo menos uma camada protetoracircundando dito arranjo enfeixado, em que ditos condutores são trançadosem pares com uma série de passos seguindo uma progressão geométrica.
Preferivelmente, os passos têm valores mínimos e máximoscompreendidos entre 10 e 110 mm, mais preferivelmente entre 10 e 80 mm.Preferivelmente, a progressão geométrica tem uma razão mais alta do que 1 emais baixa do que 2, mais preferivelmente entre cerca de 1,01 e 1,09. O"cerca de" tem que ser interpretado como uma incerteza de ± 3 devido aomecanismo.
Vantajosamente, os condutores são providos com isolamentoscorrespondentes e a razão entre o diâmetro do condutor e a espessura doisolamento correspondente é preferivelmente compreendida entre 2,0 e 2,2. Oisolamento provê uma constante dielétrica equivalente compreendidapreferivelmente entre 1,7 e 2.
O isolamento é preferivelmente formado em duas partes, dasquais, uma é uma parte interna feita de um material termoplástico celular e aoutra parte é uma parte externa feita de um material termoplástico rígido. Oisolamento celular pode ser feito de polietileno celular com uma taxa deexpansão de 20 % ou 40 %. O isolamento rígido pode ser feito de ummaterial selecionado a partir de cloreto de polivinila (PVC), polipropileno oupolietileno de baixa densidade, média densidade ou alta densidade sólido.
O arranjo enfeixado de condutores pode ser envolvido em umenfaixamento de proteção, então por uma blindagem metálica, e finalmentepor uma cobertura protetora, todos esses elementos sendo dispostosconcentricamente.
O cabo da presente invenção é portanto, caracterizado por umadiafonia reduzida devido a uma escolha particular da série de passos usadapara trançar os pares condutores. Além disso, uma atenuação inferior podeser obtida pela seleção oportuna da espessura do isolamento com relação aodiâmetro do condutor de metal.
A espessura do isolamento duplo pode variar desdepraticamente um valor de espessura muito pequeno (quase nulo) de um deles(isolamento celular ou isolamento sólido) e um valor muito grande de outroaté valores muito semelhantes de espessura para os dois isolamentos. Noentanto para que o resultado seja satisfatório é necessário deslocar o nível decapacitância mútua, o qual é utilizado na técnica anterior com um valor de51nF. Este deslocamento de capacitância mútua deve ficar no mínimo emtorno de 20% menor, o que faz com que, por exemplo, para uma configuraçãode cabo de núcleo seco, possuindo condutores isolados de polietileno sólido,seja necessário aumentar a espessura de isolamento cerca de 30%, levando acapacitância mútua para cerca de 40nF/km. Valores de capacitância mútuamais baixos podem ser utilizados, desde que seja avaliada a relação decusto/beneficio de projeto.
A primeira camada é feita de polietileno celular, desde queeste material tenha uma constante dielétrica (Er) baixa. Sobre a camada dematerial celular foi aplicada uma camada de polietileno sólido, com constantedielétrica mais alta. Esta combinação de constantes dielétricas é vantajosapois com isto a constante resultante é mais baixa do que a constante de umisolamento em polietileno sólido, e assim sendo o diâmetro do condutorisolado será menor. Isto acontece porque a constante dielétrica é diretamenteproporcional à capacitância, podendo-se chegar a uma mesma capacitânciasem a necessidade de se elevar demasiadamente o diâmetro do condutorisolado.
Uma vez determinado o diâmetro do condutor, deve sercalculado qual será o diâmetro do conjunto constituído pelo condutor e seuisolamento termoplástico também chamado fio isolado. Este diâmetrodepende diretamente da capacitância mútua que tem que ser atingida no cabo.
Em uma modalidade da presente invenção o diâmetro docondutor utilizado foi de 0,392 mm e a espessura de isolamento celularutilizada foi de 0,164 mm com uma espessura de isolamento sólido utilizadode 0,03 mm, onde conseguiu-se uma constante dielétrica equivalente de 1,87.Com esta configuração, a capacitância mútua média atingida foi de 38,0nF/km.
Tendo sido determinado o diâmetro do fio isolado, pode sernecessário o cálculo da capacitância coaxial, pois algumas máquinascontrolam o diâmetro do fio isolado através da capacitância coaxial.
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Para um melhor entendimento da presente invenção faz-sereferência aos desenhos anexos nos quais:
A figura 1 representa uma vista em corte transversal de umcabo de acordo com a invenção compreendendo um núcleo condutorcircundado por um isolamento celular e um isolamento sólido.A figura IA representa uma vista em corte transversal de umcabo alternativo de acordo com a invenção com o núcleo condutor e oisolamento sólido.
A figura 2 representa uma vista em perspectiva tomada nosentido longitudinal do cabo, com partes destacadas para ilustrar um caboproduzido de acordo com a presente invenção.
A figura 3 é um gráfico ilustrando uma comparação demelhoria de atenuação a 20°C para um cabo de acordo com a invenção e umcabo de referência não de acordo com a invenção.
A figura 4 é um gráfico ilustrando uma comparação demelhoria de diafonia na extremidade distante de acordo com a freqüênciapara um cabo de acordo com a invenção quando oposto a um cabo dereferência não de acordo com a invenção.
A figura 5 é um gráfico ilustrando uma comparação demelhoria de diafonia na extremidade próxima de acordo com a freqüênciapara um cabo de acordo com a invenção quando oposto a um cabo dereferência não de acordo com a invenção.
A figura 6 é um gráfico ilustrando uma comparação dadistância de acordo com a freqüência.
Na figura 1, é mostrada uma seção transversal de um cabo deacordo com a invenção, em que um núcleo condutor 1 (fio) é circundado porum isolamento em material celular 2 (espuma) revestido por um isolamentosólido 3 (película). Este material celular sendo de preferência polietilenocelular, não estando excluídos porém outros materiais poliméricos quepossam se apresentar no estado celular. A bainha sólida é de preferênciapolietileno sólido, tendo uma constante dielétrica superior. Também, nestecaso, outros materiais poliméricos podem ser utilizados. A tabela I abaixoilustra exemplos de materiais termoplásticos com suas respectivas constantesdielétricas, que podem ser utilizadas de acordo com a presente invenção.Tabela 1 - Constante dielétrica dos materiais isolantes
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A figura IA representa um cabo desprovido do isolamentocelular, ou seja, com um núcleo condutor 1' com a disposição de passos deacordo com a invenção e uma bainha sólida 2'.
A figura 2 mostra uma montagem do cabo no estado acabadoem que um grupo de condutores isolados e trançados conforme descritos nasfiguras 1 e IA é designado pelo número 10 e é circundado por umenfaixamento de proteção 20, depois por uma blindagem metálica 30 e porfim uma bainha de proteção 40, todos estes elementos sendo naturalmenteconcêntricos.
Nas figuras 3 a 6 são apresentados resultados de testes, deforma comparativa, entre um cabo produzido com os conceitos da técnicaanterior , o qual será chamado de cabo de referência, e um cabo produzido deacordo com a presente invenção, o qual será chamado de cabo digital. Atabela II abaixo reporta as características de dois cabos.Tabela II - Características de cabos usados nos testes
<table>table see original document page 10</column></row><table>
A figura 3 mostra os resultados de atenuação em função dafreqüência a 20°C, onde se vê que se obtém uma redução de atenuação decerca 13% para freqüência de 80 kHz até cerca de 21% para freqüência de1000 kHz.
Na figura 4 são apresentados resultados de diafonia naextremidade distante e na figura 5, os resultados de diafonia na extremidadepróxima. Em ambos os casos para valores de 100% do cabo de referência, osvalores da diafonia na extremidade distante chegam a cerca de 112-114% e osvalores de diafonia na extremidade próxima chegam a 114-116%.
Na figura 6 é mostrado o ganho em distância alcançadaquando se trafega tecnologia de sistema de assinante de linha digital,comparando-se o cabo referência com o cabo digital. Percebe-se que para ummesmo comprimento de cabo, obtém uma maior taxa de transmissão (Mbps)no cabo de acordo com a presente invenção.
Note-se que os valores absolutos apresentados nos gráficoscomparativos das figuras 3 a 6 são ilustrativos apenas.
Claims (11)
1. Cabo de condutores trançados com alto desempenhoelétrico para uso em sistemas digitais compreendendo um arranjo enfeixadode condutores metálicos isolados (10) de material termoplástico e pelo menosuma camada protetora (20, 30, 40) circundando dito arranjo enfeixado,caracterizado pelo fato de que ditos condutores são trançados em pares comuma série de passos seguindo uma progressão geométrica.
2. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que ditos passos têm valores máximos e mínimos compreendidosentre 10 e 110 mm.
3. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que ditos valores mínimos e máximos estão compreendidos entre 10 e-80 mm.
4. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a progressão geométrica tem uma razão maior do que 1 e menordo que 2.
5. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a progressão geométrica tem uma razão entre cerca de 1,01 e-1,09;
6. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que os condutores são providos com isolamentos correspondentes e arazão entre o diâmetro do condutor e a espessura do isolamentocorrespondente está compreendido entre 2,0 e 2,2.
7. Cabo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que dito isolamento provê uma constante dielétrica equivalentecompreendida entre 1,7 e 2.
8. Cabo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que dito isolamento (2, 3) é formado em duas partes sendo uma parte,interna (2), de um material termoplástico celular e a outra parte é uma parteexterna (3), de material termoplástico rígido.
9. Cabo de acordo com a reivindicação 8 ,caracterizado pelofato de que o isolamento celular (2) é de polietileno celular com 20% ou 40%de expansão.
10. Cabo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que o isolamento rígido (3, 2') é de um material selecionado dentrecloreto de polivinila (PVC), polipropileno ou polietileno de baixa densidade,média densidade ou alta densidade sólido.
11. Cabo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o arranjo enfeixado de condutores(10), é envolvido em um enfaixamento de proteção (20), então por umablindagem metálica (30), e finalmente por uma cobertura protetora (40),todos esses elementos estão dispostos concentricamente.
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Legal Events
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| B25L | Entry of change of name and/or headquarter and transfer of application, patent and certificate of addition of invention: publication cancelled |
Owner name: PIRELLI TELECOMUNICACOES CABOS E SISTEMAS DO BRASI Free format text: ANULADA A PUBLICACAO, COD. DESPACHO (25.4), PUBLICADA NA RPI 1851 DE 27/06/2006. |
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| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 14/03/2003, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |
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| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: PRYSMIAN TELECOMUNICACOES CABOS E SISTEMAS DO BRAS Free format text: NOME ALTERADO DE: PIRELLI TELECOMUNICACOES CABOS E SISTEMAS DO BRASIL S.A. |
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| B25A | Requested transfer of rights approved |
Owner name: PRYSMIAN DRAKA BRASIL S.A (BR/SP) |
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Owner name: PRYSMIAN DRAKA BRASIL S.A (BR/SP) |