Mantenabilidade de redes óticas sobre linhas de alta tensão

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇAO. MANTENABILIDADE DE REDES ÓTICAS SOBRE LINHAS DE ALTA TENSÃO. DISSERTAÇÃO SUBMETIDA À UFPE PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE POR. CENILDO COSTA DE OLIVEIRA Orientador: Fernando Menezes Campello de Souza, PhD. Coorientador: Hélio Burle de Menezes, Doutor.. RECIFE, AGOSTO/2009.

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(3) ii.

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(5) Agradecimentos. Depois do amor, a gratidão é o segundo mais nobre sentimento que habita a alma humana e é ela "... a memória do coração"(Antístenes). Agradeço a Deus pelo simples fato de me permitir existir e proporcionar a este ser essa fantástica experiência chamada vida. A Deus, toda a glória. Aos meus pais, Cinair e Letícia, pelos exemplos de vida compartilhados ao longo da caminhada, desde o berço até a maturidade. Aos meus orientadores, sem os quais seria impossível trilhar o caminho das pedras sob as águas turvas do desconhecido. Ao professor Fernando Menezes Campello de Souza, cujo notório saber é uma fonte de inspiração e um forte indicativo de que é necessário prosseguir. A Hélio Burle de Menezes, coorientador dessa dissertação, que além do acompanhamento prestado durante todo o trajeto dessa jornada, foi o responsável direto pela minha indicação a uma das vagas nesse mestrado. Sem o seu incentivo seria impossível prosseguir. Apesar de todo o trabalho que lhe dei como orientando, mesmo assim eu o encontrei como um professor e amigo. A CHESF, por proporcionar ao seu corpo de colaboradores tão fantástica capacitação e aprimoramento profissional e pela sua parceria realizada com a UFPE nesse programa de pósgraduação para os seus funcionários. Ao meu atual gerente, Antônio Carlos Batista de Lima, o qual compreendeu minhas ausência na empresa e me incentivou para concluir esse trabalho, tendo o discernimento que estava investindo na capacitação de seu colaborador. Aos colegas de classe do mestrado, companheiros na escalada do saber. A Servulla Walleska que me acompanhou e incentivou com sua amizade e carinho durante boa parte desse hercúleo esforço. Também não poderia esquecer a preciosa ajuda do professor André Leite e Elton Bernardo os quais foram indispensáveis na orientação para a formatação gráfica final da dissertação em LaTex. Enfim, a todos que direta ou indiretamente contribuíram para a conclusão desse árduo trabalho e às palavras de apoio emitidas sempre que eu suspirei ou deixei transparecer quando achava que iria desistir.. iv.

(6) Resumo. A rede ótica baseada em cabos do tipo pára-raios, conhecidos como OPGW, foi a forma como a CHESF — Companhia Hidro Elétrica do São Francisco, utilizou para interligar suas subestações ao longo da malha elétrica. Com o passar dos anos, alguns fenômenos, até então desconhecidos, surgiram como desafios ao mantenedor dessa rede. O presente trabalho descreverá os vários problemas que ocorrem nessa malha ótica e se ocupará em realizar um aprofundamento num específico problema levantado. Nesse contexto, surgiu a necessidade de estudar e conceber a criação de um modelo de manutenção que decida quais ações devem ser tomadas na solução do problema conhecido como deslocamento de núcleo ótico, o qual atenua os sinais que trafegam nessa rede. A concepção do modelo é precedida por uma decisão a ser tomada pelo proprietário da malha ótica na escolha entre três cenários apresentados: continuar a dar manutenção na rede com degradação óptica, trocar apenas os trechos com problema ou, por fim, trocar todo o trecho de cabo com o potencial problema já anunciado de deslocamento de núcleo ótico. Uma vez decidido qual caminho trilhar, discute-se o modelo de manutenção e as variáveis envolvidas na problemática e como atuar.. Palavras chave: Fibras Óptica, Cabos OPGW, Deslocamento de núcleo óptico, Mantenabilidade, Teoria da Decisão.. v.

(7) Abstract. Optical networks based on lightnning rod cables, most known as OPGW, was the way CHESF — Companhia Hidro Elétrica do São Francisco, utilized to connect all its substations to the principal electric system. Throughout the years, a phenomenon, most of which unknown, troubled the maintenance of the whole system. The main objective of this dissertation is to describe and analyze those problems. In this context, the necessity of developing a new maintenance model for this optical network problem has grown in importance, especially to solve a problem called optic nucleus translation — which attenuates the system’s capacity of transferring data. The conception of the model is preceded by a decision to be taken among three presented scenarios: keep working on the optically degraded lines, replace damaged portions of the optical network or change the whole optical cable system. Once chosen which way to follow, both, the maintenance model and the several variables involved on the extension of this problem will be discussed.. Keywords: Optical fiber, OPGW cable, Optical nucleus tranlation, Mantenability, Theory of decision.. vi.

(8) Sumário. 1 INTRODUÇÃO. 1. 1.1. Problemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. 1.2. Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. 1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. 1.4. Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5. 1.5. Organização do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 2 REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA 2.1. 2.2. 2.3. 8. Sistemas de Telecomunicações na Operação dos Sistemas Elétricos . . . . . . . .. 8. 2.1.1. Sistema ótico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. 2.1.2. Fonia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 2.1.3. Sistemas PDH e SDH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10. 2.1.4. Teleproteção. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10. 2.1.5. Sistema Rádio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11. Tecnologias de Redes óticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11. 2.2.1. A luz, suas propriedades e as fibras óticas . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11. 2.2.2. Fibras Multimodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13. 2.2.3. Fibras Monomodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14. 2.2.4. Tipos de Cabos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 16. 2.2.5. Redes óticas no mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19. 2.2.6. Redes óticas na CHESF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21. Ciclo de Vida das Redes óticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24. 2.3.1. Expectativa de vida de uma rede ótica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24. 2.3.2. Taxa de falhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24. 2.3.3. Problemas em Redes óticas na CHESF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26. vii.

(9) 2.3.4 2.4. Outros Problemas em Redes óticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31. Parcela Variável . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 34. 3 GESTÃO DA MANUTENÇÃO DE REDES ÓTICAS NA CHESF. 36. 3.1. Divisão de Engenharia de Manutenção de Telecomunicações — DOMT . . . . . .. 36. 3.2. Normatização em Rede ótica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37. 3.2.1. Distribuição de sobressalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37. 3.2.2. Capacitação de colaboradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39. 3.2.3. Aquisição de instrumentais, ferramentais, novos sobressalentes e dimen-. 3.3. sionamento de equipes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39. 3.2.4. Implantação do PMP — Plano de Manutenção Programada . . . . . . . .. 40. 3.2.5. Normatização da manutenção em rede ótica . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42. O Estado da Arte dos Processos de Manutenção em Rede ótica . . . . . . . . . .. 43. 4 GESTÃO RACIONAL DO CUSTO DO CICLO DE VIDA 4.1. 4.2. 46. Introdução ao LCC — Life Cycle Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 46. 4.1.1. Definição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47. 4.1.2. Justificativa de Utilização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47. Aplicação da técnica LCC à problemática da CHESF . . . . . . . . . . . . . . . .. 48. 4.2.1. Composição dos Possíveis Cenários . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48. 4.2.2. Resultados da LCCA — Life Cycle Cost Analysis . . . . . . . . . . . . . .. 52. 4.2.3. Estabelecimento dos atributos utilizados na LCCA — Life Cycle Cost Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 53. 5 CONCEPÇÃO E TESTES DO MODELO PARA MANUTENÇÃO DE REDE ÓTICA. 57. 5.1. O processo de tomada de decisão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57. 5.2. Teoria da utilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58. 5.2.1. Introdução. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58. 5.2.2. A Função Utilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59. 5.3. Estrutura Matemática de um Problema de Decisão . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59. 5.4. Aplicação da estrutura matemática da Teoria da Decisão ao problema da CHESF. 60. 5.4.1. Estados da natureza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61. 5.4.2. Ações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62. viii.

(10) 5.5. 5.6. 5.7. 5.4.3. Consequências. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62. 5.4.4. Observações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 63. 5.4.5. Mecanismos Probabilísticos — Conhecimento a priori dos estados da natureza 63. 5.4.6. Função Consequência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64. 5.4.7. Função de Verossimilhança . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64. 5.4.8. Função Perda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64. 5.4.9. Função Risco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65. 5.4.10 Risco de Bayes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65. 5.4.11 Regras de Decisão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65. Modelo Decisório de Mantenabilidade em Rede ótica . . . . . . . . . . . . . . . .. 66. 5.5.1. Definição dos Estados da Natureza (θ i ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66. 5.5.2. Definição das Ações (Ai ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 67. 5.5.3. Definição das observações (Xi ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68. Edução das Preferências e Resultados do Modelo de Manutenção . . . . . . . . .. 72. 5.6.1. Função Consequência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76. 5.6.2. Função de Verossimilhança . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 78. 5.6.3. Função Risco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 80. Análise de Sensibilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82. 5.7.1. Variações na função utilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82. 5.7.2. Variações no conhecimento a priori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82. 6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES. 83. 6.1. Conclusões. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 83. 6.2. Sugestões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 84. 6.2.1. Sugestões Práticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 84. 6.2.2. Sugestões de trabalhos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 87. A Taxa Real de Falhas. 90. B LCCA do Cabo CABELTE. 93. C Questionário de Edução Conhecimento a Priori. 95. ix.

(11) D Questionário de Edução Função Utilidade. 97. E Medições da Rota Ótica. 99. x.

(12) Lista de Figuras. 2.1. Comprimento de ondas eletromagnéticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 12. 2.2. Comparação entre os núcleos das fibras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15. 2.3. Composição física do cabo OPGW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 18. 2.4. Principais cabos submarinos com presença no Brasil. . . . . . . . . . . . . . . . .. 20. 2.5. Principais rotas OPGW em parceria com a EMBRATEL e ELETRONET. . . . .. 23. 2.6. Crescimento do vandalismo por ano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27. 2.7. Corrosão nos condutores do OPGW por contato com o conector. . . . . . . . . .. 29. 2.8. CEO íntegra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30. 2.9. CEO tensionada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31. 2.10 Movimento de expulsão de fibras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32. 2.11 Movimento de expulsão de fibras sem tampa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33. 2.12 Número de desligamentos em LTs de Furnas devido a descargas atmosféricas. . .. 33. 3.1. Macro Organograma da CHESF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44. 3.2. Organograma da Diretoria de Operações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44. 3.3. Gráfico de assinatura de uma fibra ótica com atenuação atípica. . . . . . . . . . .. 45. 3.4. Gráfico de assinatura de uma fibra ótica com típica atenuação. . . . . . . . . . .. 45. 5.1. Detalhe da fibra topando na quina de um splice block. . . . . . . . . . . . . . . .. 79. 5.2. Detalhe do Dispositivo de Tripla Bandeja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 79. xi.

(13) Lista de Tabelas. 2.1. Fornecedores de rede ótica na CHESF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 23. 2.2. Taxa real de falhas versus taxa adotada por fornecedor de rede ótica. . . . . . . .. 25. 2.3. Nível de poluição por deposição salina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28. 3.1. Tempo contratual de restabelecimento das rotas óticas. . . . . . . . . . . . . . . .. 38. 4.1. Cenários para a manutenção. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 49. 4.2. Custo total do ciclo de vida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 52. 5.1. Respostas dos especialistas questionário de edução 1 - Conhecimento a Priori. . .. 73. 5.2. Conhecimento a Priori para o caso prático da CHESF. . . . . . . . . . . . . . . .. 74. 5.3. Respostas dos decisores ao questionário de edução 2 - Função Utilidade. . . . . .. 75. 5.4. Média das aversões dos decisores quanto ao risco. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 75. 5.5. Função utilidade para o caso prático da CHESF. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76. 5.6. Função consequência para o caso prático da CHESF. . . . . . . . . . . . . . . . .. 76. 5.7. Função de verossimilhança para o caso prático da CHESF. . . . . . . . . . . . . .. 80. 5.8. Correlação entre Atenuação e Estado da natureza. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 80. 5.9. Negativo da função risco para o caso prático da CHESF. . . . . . . . . . . . . . .. 81. xii.

(14) Capítulo1. 1. INTRODUÇÃO. INTRODUÇÃO A rede ótica da CHESF — Companhia Hidro Elétrica do São Francisco, ao longo dos anos,. tem sido objeto de constantes estudos e observações desde o início de sua implantação, datada de 1994. No entanto, os últimos sete anos revelaram problemas até então inéditos e não catalogados na bibliografia correlata. Os desafios para a criação de soluções para essa rede incendivou a criação de vários trabalhos práticos e científicos, entre os quais a presente dissertação de mestrado profissionalizante aqui defendida. Nele serão levantadas as principais problemáticas que afetam diretamente o desempenho das redes óticas implantadas sobre linhas de alta tensão que usam predominantemente cabos do tipo OPGW – Optical Ground Wire. Após explicitar a problemática, será desenvolvido um modelo que vise atender à solução da mantenabilidade em redes óticas de um caso específico da rede da CHESF, com base na teoria da decisão e auxiliado pela análise do custo do ciclo de vida. Sua importância consiste em tratar de forma científica e inédita os problemas catalogados em redes óticas que até então não eram estudados de forma sistematizada em empresas que possuem infraestrutura de telecomunicações, principalmente se levar em conta as empresas do setor elétrico. Ressalta-se, desde já, a carência de materiais bibliográficos que tratam diretamente do problema e, principalmente, de sua solução. Devido à tendência da grande abrangência que o tema tende a abarcar, o presente trabalho limita-se a abordar o problema de deslocamento de núcleo ótico ocorrente em um dos fornecedores de cabos OPGW implantados na companhia. O trabalho evolui para a concepção de um modelo que analisa o problema e otimiza a mantenabilidade da rede apontando as melhores ações a serem tomadas dentre as alternativas propostas. Sob essa ótica, a dissertação terá suas atividades desenvolvidas de forma prática no âmbito da CHESF, empresa de economia mista e subsidiária da Eletrobrás, criada pelo Decreto-Lei No 8.031, de 03 de outubro de 1945, e constituída na primeira assembléia geral de acionistas, realizada em 15 de março de 1948. Como uma tradicional agente desse setor, a CHESF, ao longo dos seus 61 anos de existência, vem implantando um complexo sistema de telecomunicações para atender suas próprias necessidades e às determinações do ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico e ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica. Entre os vários sistemas de telecomunicações, dar-se-á ênfase ao caminho de transmissão suportado por cabos óticos do tipo OPGW o qual conjuga dupla função: servir como cabo pára raios e caminho de sinais óticos. 1.

(15) Capítulo1. INTRODUÇÃO. digitalizados. Suas principais características, capacidades e funcionalidades serão mostradas ao longo do texto dissertativo proposto.. 1.1. Problemática. Com os seus atuais 5.500 km de cabos OPGW implantados, a CHESF é diariamente desafiada a manter ao máximo os níveis de disponibilidade de operação em sua malha de rede ótica. Tendo em vista que a adoção dessa tecnologia como caminho ao sistema de transmissão é relativamente recente em âmbitos comerciais, na medida em que a variável tempo passa, alguns problemas, até então desconhecidos, iniciaram sua manifestação. Devido à inexperiência mundial no tratamento da mantenabilidade em redes óticas, não há referenciais históricos de reparos e desenvolvimento de técnicas difundidas para a solução de problemas nas redes implantadas hodiernamente e que sejam de fácil acesso, razão pela qual o presente trabalho se dispõe a explicitar e explorar a referida problemática e seus reflexos numa rede ótica sobre linhas de alta tensão. As principais categorias de problemas observados que motivaram o desenvolvimento do modelo ótimo de mantenabilidade para a empresa sob comento são as seguintes: a) Corrosão em Cabos OPGW; b) Deslocamento de Núcleo Ótico; c) Descarga Elétrica Atmosférica; d) Cegamento das Fibras; e) Vandalismo. Especificamente o estado da natureza Deslocamento de Núcleo Ótico, acima citado, será utilizado para o desenvolvimento de uma estratégia que deverá maximizar a disponibilidade da rede ótica, cerne da proposição desse trabalho.. 1.2. Justificativa. Justifica-se o presente trabalho na medida em que a gestão da manutenção de ativos tem crescido em importância nos ambientes corporativos que almejam ser competitivos no mercado, viáveis sob o ponto de vista econômico e eficientes diante de seus clientes. Gerir a manutenção de forma eficaz é um dos fatores de sucesso financeiro, uma vez que recursos de mão-de-obra, materiais consumíveis, tempo, entre outros insumos são elementos do sistema produtivo que não devem ser desperdiçados.. 2.

(16) Capítulo1. INTRODUÇÃO. O ângulo de abordagem que essa dissertação propõe analisar, trará contribuições que até então eram desconhecidas acerca da mantenabilidade de redes óticas sobre linhas de alta tensão, principalmente os aspectos relacionados às causas de degradações óticas percebidas pelos sistemas de telecomunicações que usam fibras para transmissão de informações. Sob o ponto de vista da Teoria da Decisão pretende-se definir aquilo que se quer, o que se sabe e o que se pode fazer para construir o modelo de decisão mais adequado à resolução da problemática a ser mostrada ao longo do trabalho. Sobre o que se quer — refere-se às preferências que se têm pelas várias consequências das decisões, consequências essas que podem ser incertas ou distribuídas no tempo. Adequando-se à problemática proposta nessa dissertação, o que se quer é atingir a maior disponibilidade possível da rede ótica utilizando a Teoria da Decisão – TD, como ferramenta para esse fim. Sobre o que se sabe — é o conhecimento das grandezas envolvidas e das relações entre elas; a informação que se traz ao processo de decisão; a percepção das circunstâncias e das leis básicas que prevalecem. Para o caso concreto dessa dissertação têm-se os estados da natureza materializados nos diagnósticos de manutenção, cujo principal efeito percebido é a atenuação do sistema ótico decorrente do deslocamento de núcleo ótico. Técnicas de manutenção e algumas relações de causa efeito são conhecidas e utilizadas no diagnóstico e decisões de manutenção. Já o que se pode fazer — são as alternativas disponíveis de ação. Encontrar alternativas é a parte mais criativa do processo decisõrio (CAMPELLO DE SOUZA, 2007). As alternativas serão melhoradas na medida em que uma abordagem sistêmica seja construída para descobrir as relações entre as diversas variáveis do sistema sob estudo. Sabendo-se da tendência natural de se trabalhar na base do testa e repara, o presente trabalho empregará através da TD ferramentas holísticas (sitêmicas) e sofisticadas para a determinaçao do modelo ótimo de manutenção (CAMPELLO DE SOUZA, 2007). Uma vez reunidas as proposições acima: aquilo que se quer, o que se sabe e o que se pode fazer, bem como os mecanismos probabilísticos associados às proposições, o problema dessa dissertação estará modelado segundo a TD. Uma segunda justificativa baseia-se no novo cenário trazido pela Resolução No 270 da ANEEL, (ANEEL, 2007), que disciplina as intervenções de desligamentos na rede do sistema elétrico nacional. Há agora que se considerar e avaliar se valerá a pena dar manutenção corretiva imediata na rede de telecomunicações baseada em cabos OPGW ou ter que aguardar um aproveitamento de desligamento do sistema elétrico para atuação de manutenção, o que torna esse um problema. 3.

(17) Capítulo1. INTRODUÇÃO. de decisão. Mas, o que vem a ser a parcela variável definida pela Resolução? A Resolução Normativa No 270, publicada pela Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, em 26 de junho de 2007 causou uma significativa transformação no panorama das empresas transmissoras de energia elétrica do país. Todos esses agentes ficam sujeitos a uma regra de remuneração para a prestação dos seus serviços que tem como base a disponibilidade observada ao longo de uma janela móvel de doze meses, para cada uma de suas FT – Funções de Transmissão. Os desligamentos programados, visando à execução de manutenções preventivas, ou intempestivos, por falhas aleatórias, acarretam em descontos na receita anual estabelecida pela ANEEL. Este critério já vinha sendo utilizado na remuneração das novas linhas de transmissão licitadas no Brasil a partir de 2003 e, agora, passa a valer para os agentes concessionários e autorizados. O objetivo principal do critério imposto pela resolução normativa é garantir padrões mínimos de qualidade para os serviços de transmissão de energia elétrica prestados a toda a sociedade brasileira. Embora a resolução seja direcionada para a FT de energia elétrica, lembra-se que manutenções corretivas que envolvam a troca de cabos OPGW necessariamente precisam ser realizadas com desligamento da linha de transmissão, o que implica na adoção da parcela variável de remuneração já citada. Embora publicada em junho de 2007, por conta da necessidade de adequação dos diversos atores envolvidos, bem como de um registro experimental, o efeito da resolução só iniciou sua aplicação a partir de junho de 2008. O impacto no modus operandi das concessionárias de transmissão é enorme, principalmente nas áreas de manutenção que, sendo responsáveis diretas pelos resultados observados na disponibilidade dos ativos, terão um papel determinante na receita anual da empresa.. 1.3. Objetivos. O objetivo geral é decidir entre os cenários de manutenção ou troca de trechos de cabos óticos OPGW na CHESF – Companhia Hidro Elétrica do São Francisco, que dão suporte às comunicações operacionais dessa companhia. Uma vez decidido isso, a teoria da decisão indicará a melhor forma de dar manutenção na rede, caso essa essa a decisão adotada. Já os objetivos específicos podem ser separados em itens, conforme descrito abaixo: a) Descrever as principais problemáticas envolvendo a mantenabilidade de redes óticas e as estratégias existentes na empresa sob estudo; 4.

(18) Capítulo1. INTRODUÇÃO. b) Analisar e decidir, entre três possíveis cenários apresentados, qual o mais atrativo sob o ponto de vista do proprietário da rede de cabos OPGW na solução do problema da manutenção. Nessa análise será utilizada a técnica do LCC — Life Cycle Cost, que levará ao menor custo de ciclo de vida para a gestão desse ativo (DELL’ISOLA, 2003); c) Estudar a problemática do deslocamento de núcleo ótico no fornecedor de cabos OPGW CABELTE, utilizando a Teoria da Decisão, para escolher, dentre as alternativas existentes, o modelo de mantenabilidade com o objetivo de obter o trade off adequado entre disponibilidade e custo que maximize a função utilidade do decisor (CAMPELLO DE SOUZA, 2007).. 1.4. Metodologia. A metodologia do trabalho se apoiará na pesquisa bibliográfica existente, em manuais dos fabricantes e em apostilas de treinamentos de produtos adquiridos (LUCENT, 2000), (PIRELLI, 1999). Será utilizado o estudo de caso da CHESF a qual detém dados disponíveis e coletados ao longo dos últimos seis anos. Trata-se, portanto, de uma pesquisa operacional (PO) com o estudo de um caso prático real. No capítulo que trata do modelo de mantenabilidade serão utilizadas entrevistas com especialistas tomando como base dois questionários de edução. Os especialistas entrevistados serão de duas categorias: o especialista prático ou técnico, dito mão na massa e o especialista decisor o qual está um nível imediatamente acima do especialista técnico e é responsável por tomar as decisões acerca da manutenção. Além disso, será utilizada a ferramenta da Teoria da Decisão que consistirá em explicitar os seguintes aspectos (CAMPELLO DE SOUZA, 2007): a. Caracterização dos payoffs (pj ): são os bens que são traduzidos pela disponibilidade da rede ótica sob estudo em três categorias distintas e aprofundadas adiante. b. Definição dos conjuntos dos estados da natureza (Θ), os quais podem atuar isoladamente ou de forma conjugada: 1 - Problemas de Implantação de Rede Ótica; 2 - Vandalismo; 3 - Corrosão em Cabos OPGW; 4 - Deslocamento de Núcleo Ótico ; 5 - Descarga Elétrica Atmosférica; 6 - Cegamento das Fibras. 5.

(19) Capítulo1. INTRODUÇÃO. Cada estado da natureza pode ser subdividido em subcategorias, como no caso do problema sob estudo, onde o estado da natureza Deslocamento de Núcleo Ótico será dividido em duas categorias para análise do modelo de manutenção. c. Definição das observações (X) — além de defini-las, aborda como elas se relacionam com o estado da natureza sob estudo. d. Definição das ações tomadas dentre as diversas opções de mantenabilidade (a): a0 — Não abrir a caixa de emenda ótica, optando-se por um novo ciclo de análise e posterior decisão; a1 — Abrir caixa de emenda ótica para realizar reparo. e. Identificação dos diversos mecanismos probabilísticos: Função consequência — p(p|θ,a); Função de verossimilhança — p(x|θ); Conhecimento a priori — π(θ). f. Edução das preferências do decisor (função utilidade). Significa explicitar aquilo que o decisor deseja e entende como sendo o melhor da função manutenção. O decisor é o ente que possui um cargo gerencial dentro da companhia, ou ainda o especialista que detém notável saber a ponto de influenciar as decisões que seriam tomadas pelos decisores. g. Edução do conhecimento de especialistas. Para essa dissertação, significa explicitar o sentimento do especialista, baseado em seu conhecimento, com relação ao que se espera encontrar em campo diante do problema de deslocamento de núcleo ótico. O especialista é o ente que possui um cargo técnico e sua experiência conduz as práticas de manutenção dentro da companhia. h. Cálculo das regras de decisão. i. Análise de sensibilidade.. 1.5. Organização do trabalho. O presente Capítulo, além de introduzir a dissertação, trouxe logo após a introdução, no item 1, a problemática percebida e discutida ao longo de todo o texto, objeto dessa dissertação. Decidiu-se explicitar a problemática ainda nesse capítulo para que a mesma já tenha um destaque inicial ante os demais problemas na rede ótica, os quais são igualmente relevantes e interessantes sob o ponto de vista de um tratamento adequado usando a TD. Já o Capítulo 2 dessa dissertação nos remete a uma visão descritiva geral do significado do seguimento de telecomunicações em empresas do setor elétrico. Serão vistas tecnologias de construção de cabos, bem como é dada uma visão consistente de como está montada a rede ótica 6.

(20) Capítulo1. INTRODUÇÃO. da CHESF, suas parcerias e suas principais problemáticas. Na sequência, o Capítulo 3 mostra o status quo da função manutenção na Companhia Hidro Elétrica do São Francisco e a forma como suas equipes estão atualmente distribuídas. O Capítulo 4 introduz uma ferramenta de análise econômica conhecida como LCCA — Life Cycle Cost Analysis, que auxiliará o mantenedor na escolha do melhor cenário entre três alternativas de manutenção. O Capítulo 5 introduz e apresenta as definições das variáveis da problemática, objeto de estudo dessa dissertação, utilizando o arcabouço teórico da Teoria da Decisão. Este capítulo concebe o modelo de decisão e analisa o seu resultado ao longo do texto. O modelo sob comento será obtido tomando como base um modelo existente, desenvolvido pelo professor Fernando Menezes Campello de Souza, aplicado ao gerenciamento de risco de projetos (CAMPELLO DE SOUZA, 2009). Por fim, mas não menos importante, o Capítulo 6 faz o fechamento do estudo e explicita as conclusões, bem como ressalta todas as considerações pertinentes quanto ao modelo concebido, além de fazer sugestões na atual metodologia de manutenção e sugerir trabalhos futuros.. 7.

(21) Capítulo2. 2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA Empresas com grandes dimensões geográficas normalmente utilizam sistemas próprios de. telecomunicações para interligar suas diversas unidades produtivas e administrativas. Nesse contexto, as empresas geradoras e transmissoras de energia elétrica, cujas dimensões extrapolam o tamanho de municípios, estados e até mesmo regiões, possuem as distâncias geográficas que justificam investimentos em sistemas próprios de telecomunicações. As vantagens advindas desses investimentos são notórias principalmente se levado em conta os altos custos de contratação de transmissão de informações, dados e voz, através das prestadoras após o cenário de privatização das telecomunicações vivido no Brasil após o ano de 1998. Mesmo antes da privatização do sistema TELEBRÁS já havia indicativos convincentes de que a confiabilidade de um sistema próprio de telecomunicações, em empresas do setor elétrico, era fator determinante para a segurança operacional, o que apoiava a decisão de se investir em sistemas próprios. Diante desse cenário, a CHESF, cujas dimensões e necessidades facilmente se enquadram nesse perfil, desenvolveu ao longo dos anos uma malha de telecomunicações própria que suporta suas necessidades e atende os aspectos de confiabilidade determinados pela ANEEL — Agência Nacional de Energia Elétrica e ONS — Operador Nacional do Sistema elétrico.. 2.1. Sistemas de Telecomunicações na Operação dos Sistemas Elétricos. Uma vez dotada de um sistema de telecomunicações, as empresas geradoras e transmissoras do setor elétrico utilizam largamente os serviços suportados por tais sistemas para atingir sua função fim. Adiante são mostradas as aplicações de telecomunicações mais comuns nessas empresas.. 2.1.1 Sistema ótico Com o crescimento físico da rede de fibras óticas no mundo, e em especial na CHESF, agrupar a rede ótica como sistema autônomo foi o caminho natural que a manutenção encontrou para dar o tratamento científico que a malha ótica exigia. Suas peculiaridades, e mais recentemente os seus problemas, levaram os estudiosos de redes físicas a aprofundarem as técnicas de manutenção e tratamento exclusivo de seus problemas.. 8.

(22) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. Em toda a CHESF, o sistema ótico é composto por uma malha que interliga todos os centros administrativos e quase a totalidade de suas subestações num grande anel com as dimensões da região Nordeste. Os sistemas de comutação telefônica, PDH e SDH, teleproteção, e transmissão de dados podem utilizar o caminho físico da rede ótica para tráfego de suas informações. Na prática, devido à capilaridade dessa rede em seu estado atual, a CHESF tem utilizado esse caminho como principal meio para transmissão de dados, reservado ao sistema rádio atuação coadjuvante de backup ou em localidades que justifiquem seu investimento e manutenção. As principais vantagens que apoiaram a decisão da CHESF em intensificar seus investimentos em redes óticas foram os seguintes (WIRTH, 1998, p. 54-56); (PIRELLI, 1999): a) Reduzida atenuação em relação à distância a se transmitir dados; b) Elevada capacidade de transmissão; c) Pequenas dimensões e baixo peso; d) Imunidade a interferências eletromagnéticas; e) Sigilo e proteção contra violação de informação; f) Diminuição histórica dos custos do km linear de fibras óticas.. 2.1.2 Fonia Através de centrais telefônicas totalmente digitais, difundidas em todas as empresas do setor elétrico, a CHESF mantém um parque de telefonia que abrange toda a região Nordeste, área de sua atuação e domínio. Especificamente na Companhia Hidro Elétrica do São Francisco, essas centrais são fornecidas pela SIEMENS e são dotadas de comandos duplicados, que são CPUs redundantes. Isso eleva a disponibilidade e a consequente confiabilidade do sistema. Isoladas, essas centrais comutam uma rede telefônica local e, se interligadas, podem, inclusive, servir de suporte à telefonia pública. As facilidades dessas centrais incluem serviços de siga-me, chamada em espera, transferências, teleconferência e mobilidade semelhante ao sistema celular proporcionada por telefones sem fio ou cordless, como são comercialmente conhecidos. Como elas estão interligadas por uma única rede, mesmos os escritórios mais longínquos, como o localizado em Eunápolis, no sul da Bahia, e o de Elizeu Martins, no interior do Piauí, podem se comunicar como se os seus interlocutores estivessem em salas vizinhas do mesmo escritório e sem custos de tarifação. A interligação dessas centrais pode se dar por sistema via par metálico, por rádio, ou ainda por transmissão via fibras óticas, sendo estas duas últimas alternativas as mais utilizadas na CHESF. 9.

(23) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. Devido à importância dada à mantenabilidade do sistema como um todo, e também por fatores de segurança e integridade do sistema elétrico, esse serviço privado de telefonia é complementado pela sua interligação ao sistema telefônico público comutado convencional e celular. O suporte da telefonia pública visa fornecer comunicação complementar no que diz respeito às ligações interurbanas e internacionais em localidades onde a CHESF não possui rede.. 2.1.3 Sistemas PDH e SDH Os sistemas baseados em redes PDH — Plesiochronous Digital Hierarchy e SDH — Synchronous Digital Hierarchy são conjuntos de equipamentos e meios físicos postos à disposição das telecomunicações para transporte de dados. O sistema SDH representa uma evolução do PDH. Ambos utilizam preferencialmente redes óticas para transporte de dados, no entanto possuem interfaces que permitem o uso de outros meios físicos de transmissão, tais como enlaces de rádios digitais e sistemas óticos de visada direta, que utilizam feixes de luz infravermelha (BERNAL, 2003). Na CHESF, os sistemas PDH e SDH são largamente utilizados e são suportados tanto pela rede ótica baseada em cabos OPGW como pelo sistema de transmissão via rádio. Ambos são usados para elevadas taxas de transmissão de dados, só que o sistema PDH atinge um máximo de 139,26 Mbit/s, enquanto o sistema SDH inicia sua taxa de bits já em 155,52 Mbit/s podendo atingir 10 Gbit/s. Para mais detalhes vide (HAYKIN, 2004).. 2.1.4 Teleproteção A teleproteção é um serviço de telecomunicações posto à disposição do sistema elétrico cuja finalidade, grosso modo, é acelerar a ação dos sistemas de proteção contra faltas elétricas. Os sistemas de proteção, por sua vez, possuem a função de proteger os equipamentos instalados no sistema elétrico como transformadores e reatores que são os itens que representam os maiores investimentos em ativos numa subestação. A filosofia da proteção consiste em separar o sistema elétrico em zonas supervisionadas por relés de modo a minimizar o número de componentes desligados por uma condição de falta (SOUSA, 2004). Os sinais da teleproteção viajam na linha de transmissão com velocidade superior aos distúrbios danosos ao sistema elétrico e utilizam, para tanto, os caminhos proporcionados pelas telecomunicações seja via rádio ou através de sistemas óticos baseados na rede de cabos OPGW.. 10.

(24) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. 2.1.5 Sistema Rádio Este sistema consiste na utilização de rádios digitais ou analógicos para a transmissão de dados por ondas de rádio frequência tendo o espaço livre como meio de propagação. Para que a transmissão de dados neste sistema tenha êxito é importante que certas características e requisitos do enlace sejam respeitados, como: • Potência de transmissão; • Mínima distorção na propagação do sinal; • Altura das antenas; • Adequado espectro de frequência.. 2.2. Tecnologias de Redes óticas. Atualmente várias são as tecnologias empregadas na construção de uma rede baseada em fibras óticas. Não é objetivo desse trabalho esgotar a descrição de todas as possíveis tecnologias empregadas na construção dessas redes. Tais variedades vão desde os tipos de fibras até as diferentes composições de cabos, cujas variantes incluem soluções técnicas de diferentes revestimentos, formação de cabos, quantidades de fibras e sustentabilidade do cabo, entre outros fatores construtivos. Pelas limitações já definidas nos objetivos do Capítulo 1, serão citadas apenas as principais e mais comuns tecnologias construtivas de redes óticas que possibilitarão a compreensão dos problemas práticos vivenciados no dia-a-dia de uma empresa que detém esse tipo de infraestrutura. O processo de transmissão de sinais luminosos através de fibras só é possível graças à manipulação do vidro com relação às suas características de índices de refração. Esse fenômeno é amplamente explicado e estudado pela Física, mas para um mínimo de compreensão alguns conceitos serão delineados para facilitar o entendimento.. 2.2.1 A luz, suas propriedades e as fibras óticas À semelhança das ondas de rádio, a luz, que também é onda eletromagnética, está contida nessa faixa de espectro eletromagnético de radiação conforme mostrado na Figura 2.1: No vácuo, uma onda eletromagnética viaja a uma velocidade aproximada de 300.000.000 m/s. Já em meios translúcidos a luz viaja a velocidades menores e os diferentes comprimentos de 11.

(25) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. Figura 2.1: Comprimento de ondas eletromagnéticas. Fonte: (USP, 1998).. onda, os quais representam diferentes frequências, possuem velocidades de propagação distintas (PIRELLI, 1999). O índice de refração n é dado segundo a Fórmula 2.1:. n=. c v. (2.1). onde: c = velocidade da luz no vácuo, e; v = velocidade da luz no meio. Um raio luminoso ao passar de um meio com índice de refração n1 para outro, cujo índice é n2 , com n1 > n2 , terá parte do raio refratado e parte refletido. Dado o ângulo de incidência α1 e o ângulo de refração α2 , a relação entre os dois é fornecida pela Lei de Snell, cuja equação é mostrada adiante:. n2 · sin α2 = n1 · sin α1. (2.2). À medida que α1 aumenta, haverá uma condição na qual o ângulo α2 se tornará um ângulo 12.

(26) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. reto resultando no seguinte: . n1 n2. . · sin α1 = 1. (2.3). Nesse caso, o ângulo α1 é conhecido como ângulo crítico (AC) e o raio luminoso será totalmente refletido de volta para o meio de incidência. Isso leva a observar que a propagação da luz numa fibra ótica é baseada no princípio da reflexão total. Num meio onde o índice de refração interno difere da camada mais externa, sendo o meio interno o de índice de maior refração, é possível confinar a luz fazendo-a propagar-se dentro da fibra, desde que o ângulo de incidência na interface entre os meios obedeça o valor de AC que deve ser maior do que esse ângulo crítico. Uma fibra ótica é formada por dois materiais homogêneos e cristalinos. A parte do filamento central é denominada de núcleo; o material que reveste o núcleo é a casca e essa possui um índice de refração menor que o núcleo para que ocorra o fenômeno da reflexão total e o consequente confinamento e transporte da luz ao longo desse meio. A diferença de índice de refração entre a casca e o núcleo é pequena, entre 10−3 a 10−2 , mas é o suficiente para confinar a luz no meio ótico (PEREIRA, 2008). É com base nessa diferença do índice de refração que o mercado de fibras óticas apresenta basicamente duas soluções construtivas desse produto. São elas: as fibras multimodo e as fibras monomodo. Cada um dos dois tipos será mais bem explicado nos subitens seguintes.. 2.2.2 Fibras Multimodo As fibras multimodo podem ser subdivididas em dois grupos: a) Fibras multimodo índice degrau — são fibras com dois índices de refração constantes e bem definidos, sendo um para o núcleo e outro para a casca. O material normalmente empregado tanto no núcleo como na casca é a sílica ou ainda núcleo de sílica revestida por capa de silicone. As dimensões do núcleo variam de 100 a 400 µ m com a casca variando de 200 a 600µ m. Fibras multimodo índice degrau normalmente possuem baixa capacidade de transmissão, atenuação elevada (normalmente maior que 4,5 dB/km) e, por conta disso, são utilizadas para enlaces de curtas distâncias (até algumas centenas de metros). Além disso, devido ao processo de fabricação ser de menor produtividade e a constituição da fibra possuir elevada concentração de dopantes, esse tipo de fibra apresenta a desvantagem de ser normalmente mais cara se comparada às fibras monomodo (PIRELLI, 1993). Fibras de fabricação mais recente apresentam diâmetro do núcleo de 50 µ m e casca com 125 µ m, à semelhança das fibras índice gradual vistas adiante. 13.

(27) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. b) Fibras multimodo índice gradual — são fibras que apresentam no núcleo um índice de refração variável, o qual possui valor máximo em seu eixo central e vai diminuindo em direção à casca. Essa variação é aproximadamente parabólica e segue basicamente a equação dada abaixo: α r n(r) = n1 1 − ·∆ a. (2.4). onde: n = índice de refração da casca α = diâmetro do núcleo (m) r = posição no núcleo (m) a = coeficiente de otimização ∆ = diferença entre o índice de refração da casca e do centro da fibra. Sua constituição física é formada por um núcleo de sílica dopada e casca em sílica pura. Suas dimensões são 50 µ m tipicamente no núcleo e 125 µ m na casca. Devido a sua atenuação ser tipicamente de 3 dB/km na janela ótica de 850 nm, estas fibras permitem sua ampla utilização em sistemas de telecomunicações (PIRELLI, 1999).. 2.2.3 Fibras Monomodo Diferentemente das fibras multimodo, fibras óticas monomodo possuem o diferencial de terem as dimensões de seu núcleo bastante reduzidas. Tal característica permite conduzir o sinal luminoso em um único modo, o que lhe confere uma grande capacidade de transmissão e baixa atenuação. Apenas para exemplificar esse dado, tipicamente uma fibra monomodo apresenta a atenuação de 0,21 dB/km se comparada aos valores maiores que 4,5 dB/km da fibra multimodo índice degrau. As dimensões típicas do núcleo são de 4 a 10 µ m; já a dimensão da casca que envolve o núcleo chega a 125 µ m toda ela em sílica. Mostra-se, adiante, o perfil de transmissão de cada uma dos três tipos de fibra apresentados até agora, em função do índice de refração. Outra forma de classificar as fibras monomodais seria através da variação do índice de refração do núcleo em relação à casca; classificam-se em Índice Degrau Standard, Dispersão Deslocada (Dispersion Shifed) e Non-Zero Dispersion. As fibras monomodo padrão ou single mode standard (SM) seguem a recomendação G.652 da ITU-T e são fibras que sofre com grande dispersão cromática. No entanto, como essa fibra tem um núcleo maior do que os novos tipos de fibra ótica, seu uso é bom em sistemas que requerem transmissão em sistemas com vários comprimentos de onda. 14.

(28) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. Figura 2.2: Comparação entre os núcleos das fibras. Fonte: (NASCIMENTO, 2002).. Já as fibras Dispersion Shifted (DS – G.653 ITU-T), são projetadas para não possuírem dispersão. Pensava-se que seria boa para ser usada em sistemas WDM e SDH de alta capacidade. Porém, com o crescimento da quantidade de comprimentos de onda, constatou-se que ela sofre efeitos de mistura de quatro ondas, o que restringiu seu uso em sistemas que operam com WDM. Finalmente, por essa classificação, as fibras Non Zero Dispersion (NZD - G.655 ITU-T) são fibras com baixa dispersão, mas não nula. Foi concebida para servir de meio termo entre os dois tipos de fibra anteriores. Para diminuir a dispersão cromática, o núcleo da fibra foi reduzido. Essa redução impede seu uso em sistemas com muitos comprimentos de onda (PEREIRA, 2008). As fibras monomodo são projetadas para operarem em janelas de transmissão; essas janelas são pontos de operação da fibra que apresentam menor atenuação a passagem do sinal luminoso em função de determinado comprimento de onda λ. Tipicamente as janelas são otimizadas para operarem com os seguintes comprimentos de onda: 850, 1310 e 1550 nm que representam a primeira, segunda e terceira janelas de transmissão, respectivamente. Mais recentemente fala-se em transmissão de sinais luminosos na quarta janela de 1625 nm com as perdas por atenuação próxima da janela de 1550 nm a qual é de 0,20 dB/km aproximadamente. Apenas como forma de ilustrar a multiplicidade construtiva dessa versátil modalidade de fibra, citam-se adiante outras variantes de fibras monomodo. São elas: a) Fibras otimizadas para operar a 1310 nm com índice de casca casado; b) Fibras otimizadas para operar a 1310 nm com índice de casca rebaixado; c) Fibras otimizadas para operar a 1310 nm com núcleo de sílica puro d) Fibras otimizadas para operar a 1550 nm com dispersão deslocada; e) Fibras otimizadas para operar a 1310 e 1550 nm com dispersão plana; 15.

(29) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. f) Fibras mantenedoras da polarização da luz; g) Fibras dopadas para amplificadores, lasers e sensores; h) Fibras otimizadas para operar no infravermelho médio, entre outras. Uma vez que as características das fibras monomodo são mais interessantes para os sistemas de transmissão de alta capacidade, sob o ponto de vista da atenuação, elas são as preferidas quando há grandes distancias a serem vencidas. Empresas do setor elétrico, e especificamente para o escopo dessa dissertação, a CHESF, usam largamente essa modalidade de fibra, razão pela qual nos subitens que se seguem será dada ênfase aos tipos de cabos construídos com fibras óticas do tipo monomodo.. 2.2.4 Tipos de Cabos Tanto o mercado nacional quanto o internacional estão prontos para fornecer diversos tipos de soluções em matéria de cabos óticos. No entanto, a depender da sofisticação do cabo e das demandas envolvidas, alguns tipos só são fabricados no exterior, como alguns cabos da família OPGW de alguns fornecedores. As aplicações oferecidas pelo mercado abrangem cabos aéreos espinados, cabos auto sustentados, cabos compostos pára-raios e fibras — OPGW, cabos que podem ser diretamente enterrados com ou sem proteção contra roedores e cabos óticos mistos submarinos, entre outras soluções. Adiante, discorre-se sobre parte desse universo tecnológico, onde será dada uma visão geral de sua composição e possíveis aplicações.. Cabos Dielétricos É chamado dielétrico o cabo que não possui elementos condutores metálicos em sua composição. Tal característica construtiva confere a esse tipo de cabo a característica da não condutividade elétrica. Entre as diversas famílias de cabos óticos, essa é a mais versátil dada as suas características construtivas. Normalmente esse é um cabo com capa em polietileno que reveste as fibras óticas as quais estão inseridas em tubos termoplásticos. Devido à hidrofobia apresentada pela fibra, praticamente todos os fornecedores dispõem desse cabo com geléia e fita de bloqueio contra a umidade (PIRELLI, 1993). Outra forma de substituir a geléia é a utilização de enfaixamento composto de polímeros absorventes, os quais dispensam a utilização dos preenchimentos tradicionais já citados (LUCENT, 2000). A filosofia construtiva de tensão axial zero nas fibras óticas nas condições de máxima carga no cabo (PIRELLI, 1991, p. 17), determina a construção 16.

(30) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. de cabos com unidade(s) central(is) chamadas de elementos de tração, normalmente fabricados em fibra de vidro, que têm a função de sofrer eventuais trações que seriam transferidas às fibras. Os cabos dielétricos podem ser usados tanto em redes subterrâneas como em redes aéreas. Principalmente nessa última configuração, os cabos de utilização aérea normalmente possuem capa com revestimento retardante à chama, justificado pela sua utilização próxima de redes elétricas de distribuição. Abaixo, listam-se algumas modalidades desse tipo de cabo: a) Cabos subterrâneo em dutos; b) Cabos subterrâneo diretamente enterrados; c) Cabos subterrâneo diretamente enterrados antirroedores; d) Cabos aéreos autossustentado; e) Cabos internos para rede LAN - Local Area Network ; f) Cordões óticos.. Cabos OPGW É chamado de OPGW o cabo composto pára-raios com fibras óticas em seu interior. Sua designação é derivada das iniciais de OPtical Ground W ire. Cabos OPGW possuem função dupla e tanto servem aos propósitos do sistema elétrico, executando a função de pára-raios, como atende às necessidades de telecomunicações que utilizam suas fibras para interligar as diversas subestações unidas opticamente por esse tipo de cabo. Sua composição é de um núcleo de fibras óticas encapsulada por um tubete metálico, normalmente em alumínio, revestido por condutores que executam propriamente a função de pára-raios, conforme mostrado na Figura 2.3. Tanto em cabos dielétricos como em OPGWs as fibras óticas podem ser depositadas em seu núcleo de duas formas: • Núcleo tipo loose: nesta condição as fibras estão desacopladas mecanicamente do cabo, isto é, não sofrem os esforços aplicados ao cabo. As fibras ficam em tubetes que podem ser geleados ou não os quais estão dispostos em torno de um elemento central resistente ao qual serão tranferidas todas as trações. • Núcleo tipo tight: nesta condição as fibras, que já possuem um revestimento primário em acrilato que as diferenciam por intermédio de cores, estão revestidas por um segundo revestimento em nylon, o qual envolve a fibra aderindo à sua superfície. 17.

(31) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. Figura 2.3: Composição física do cabo OPGW.. A CHESF possui atualmente em sua planta 5.500 km de cabos OPGW em operação na sua rede, todas em núcleo loose. Além da sua função precípua de segurança elétrica esse tipo de cabo interliga as diversas subestações da CHESF e desempenha as seguintes funções: a) Transmissão de dados; b) Serviços corporativos (Internet, correio eletrônico, mensagens instantâneas); c) Fonia (voz e sistema de gravação de voz); d) Teleproteção; e) Faturamento; f) Videoconferência; g) Interligação dos acessantes ao sistema elétrico. Manter uma rede com essa dimensão e com tantos serviços suportados por ela é atividade árdua e depende de um esforço conjunto entre a engenharia de manutenção e os diversos serviços regionais mantenedores desse sistema. É justamente sobre a mantenabilidade da rede ótica em cabos OPGW da CHESF que essa dissertação foi desenvolvida e tomará corpo nos capítulos subsequentes.. Cabos ADSS São chamados de ADSS os cabos óticos dielétricos auto-sustentados para grandes vãos cujas inicias são emprestadas do idioma inglês: All Dieletric Self Supported. Cabos ADSS são modali18.

(32) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. dades de cabos cujos detalhes construtivos de enchimento, tratamento retardante à chama, tipos de fibras etc, são os mesmos dos cabos dielétricos convencionais. Seu diferencial é a capacidade de se auto sustentar sem a necessidade de cabos mensageiros ou cordoalhas de aço. Sua grande vantagem em relação aos cabos dielétricos convencionais e OPGW é o seu custo de implantação. Além de ser mais leve e auto sustentado, ele pode atingir vãos de até 1.500 metros, a depender das suas características construtivas, sem a necessidade de postes ou torres intermediárias, o que minimiza os custos de implantação. Em sua instalação são utilizados os acessórios comuns de cabos telefônicos convencionais. Por não possuir a capa metálica que possuem os cabos OPGW, o que dificulta o acesso às fibras, o cabo ADSS ganha em número de fibras por cabo que pode chegar até a 288 contra um máximo de 120 fibras do cabo OPGW. No caso específico da CHESF, esses cabos são largamente utilizados por acessantes do sistema elétrico, seja pela vantagem do baixo custo de implantação ou, ainda, pela não necessidade de utilização de um pára-raios para proteger curtos trechos de linhas de transmissão entre os acessantes e o sistema elétrico da CHESF.. Cabos Submarinos São chamados de cabos submarinos os cabos telefônicos especialmente desenvolvidos com proteções adicionais para operarem sob a água. Podem ser cabos metálicos, coaxiais ou com a utilização de fibras óticas, sendo esta última a modalidade mais usada devido às vantagens de transmissão das fibras. Os principais cabos submarinos com presença no Brasil são mostrados na Figura 2.4. São eles: Américas 2, Atlantis 2, Emergia, Global Crossing, Globenet 360 e Unisur. Essa rede proporciona a interligação do Brasil, via cabos submarino, com as Américas e com a Europa. Os destinos dos cabos podem ser observados na Figura 2.4. Ao sul, o cabo submarino Unisur parte de Florianópolis e segue em direção ao Uruguai e Argentina, respectivamente. Particularmente, a CHESF utiliza o cabo Américas 2 que pontua as capitais do litoral nordestino através de convênio com a EMBRATEL, o que traz uma maior confiabilidade ao seu sistema de telecomunicações.. 2.2.5 Redes óticas no mundo Motivados pelas características de imunidade eletromagnética das fibras óticas o mundo, como um todo, descobriu as aplicações que a sua utilização poderia proporcionar. Os Estados Unidos 19.

(33) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. Figura 2.4: Principais cabos submarinos com presença no Brasil. Fonte: (TELECO, 2008).. iniciou o seu processo de instalação de cabos OPGW em 1986 e até 1993 já possuíam mais de 20.000 km desse tipo de cabo implantados na sua malha elétrica, conforme trabalho apresentado pela Alcoa Alumínio S.A. (McCULLOUGH, 1994). Na Europa, mais precisamente na Espanha, os primeiros relatos de utilização de redes baseadas em fibras óticas vêm da cidade de Madri. Em novembro de 1994 é instala naquela cidade, na Hidroelétrica Espanhola, sobre uma linha de 132 kV, um enlace de transmissão ótica de 2 Mbit/s na segunda janela de transmissão de 1310 nm entre as estações de Melancólicos e Villaverde, distantes entre si 40km. Na época, a distância alcançada representou uma marca jamais atingida. Desde essa pioneira experiência, as empresas do setor elétrico espanhol possuem instalados hoje mais de 25.000 km de cabos implantados em sua rede (GONZÁLEZ, 2006). Além da Espanha, outros países da União Européia e das Américas expandiram muito suas redes óticas nos últimos 20 anos. Como exemplo, cita-se na Romênia a TELETRANS que é uma operadora de telecomunicações que atua em todo o país numa área um pouco menor do que a região do Nordeste brasileiro, no entanto possui implantada em sua rede. 20.

(34) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. 5.000 km somente de cabos OPGW e provê serviços de telecomunicações e transmissão de dados para toda a Romênia (TELETRANS, 2008).. 2.2.6 Redes óticas na CHESF Conforme já se evidenciou, a CHESF possui em sua rede cabos óticos de diversos tipos, sendo os cabos OPGW o de maior utilização para suas atividades corporativas de telecomunicações. Para que se entenda as localidades de aplicação das redes óticas na CHESF é necessário que se tenha a visão de sua distribuição organizacional a qual tem se mantido sem grandes alterações desde 1994 (CHESF, 1994b). Em resumo, há seis gerências regionais distribuídas estrategicamente na região Nordeste. São elas: GRL - Gerência Regional Leste, sediada em Recife; GRS - Gerência Regional Sul, sediada em Salvador; GRP - Gerência Regional Paulo Afonso, sediada nessa mesma cidade; GRN - Gerência Regional Norte, sediada em Fortaleza; GRO - Gerência Regional Oeste, sediada em Teresina e; GRB - Gerência Regional Sobradinho, sediada no município que leva o seu nome. São essas regionais que se encarregam diretamente da manutenção de todo o parque técnico da CHESF, inclusive da rede ótica. Cada regional mantém com a sede, localizada em Recife, uma relação de subordinação técnico-normativa, mas não administrativa, formando assim um organograma do tipo matricial (CHESF, 1994b).. Rede de Cabos Dielétricos Cada regional é responsável por uma porção geográfica detentora do parque técnico instalado. Especificamente em cada Gerência há uma malha de rede de cabos óticos dielétricos que interliga os diversos escritórios e unidades administrativas localizadas dentro de uma mesma regional. Portanto, na CHESF, uma rede de cabos óticos dielétricos é fortemente utilizada em conexões locais como rede interna ou em rede externa, protegida por dutos, os quais ligam escritórios contíguos. Nessa interligação usa-se a tecnologia de conectividade já amplamente conhecida e divulgada no meio das telecomunicações como hubs, switchs e DGOs (Distribuidores Gerais óticos). Atualmente há uma miscelânea de equipamentos de diversos fornecedores implantados, sem que haja problemas de compatibilidade, visto que os padrões de conexão já se encontram bem definidos 21.

(35) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. no mercado. As grandes vantagens da adoção de uma interligação ótica estão relacionadas às características físicas das fibras como imunidade à campos eletromagnéticos, maleabilidade dos cabos dielétricos, massa da fibra se comparada ao condutor de cobre convencional e, mais recentemente, ao barateamento dos custos de produção e aquisição das fibras, principalmente graças à expansão das telecomunicações na última década do século passado, fatores esses já apontados no item 2.1.1.. Interligação em OPGW Na CHESF, a interligação com cabos OPGW ocorre nas subestações onde eles descem e se interligam através de DGOs às redes de cabos dielétricos dos centros administrativos. Nas subestações litorâneas de Fortaleza, Matatu, localizada em Salvador e Bongi, localizada no Recife, ocorre o entroncamento ótico, realizados por multiplexadores, das redes de cabos OPGW com os cabos submarinos, os quais são de propriedade da EMBRATEL e utilizados pela CHESF através de convênio de parceria. Já os acessantes da rede elétrica, os quais utilizam normalmente rede de cabos ADSS, são interligados, à semelhança de cabos dielétricos convencionais, nos DGOs que promovem a interface dessas duas tecnologias.. Características da Rede OPGW da CHESF Dentre os 5.500 km de cabos OPGW implantados na CHESF, há cabos de diversos fornecedores sem que isso represente perdas para o sistema ótico instalado. Isso só é possível graças às especificações técnicas da fibra no momento de sua aquisição, as quais, para serem compatíveis com as redes já existentes, precisam ter características semelhantes de tipo de fibra, diâmetro de núcleo e casca, erro de concentricidade, dispersão cromática, atenuação máxima por km entre outras características. Na Tabela 2.1 são mostrados os diversos fornecedores e os respectivos tamanhos de trechos implantados, adicionado de suas capacidades em número de unidades óticas por cabo.. a) Parceiros — A CHESF não atuou sozinha na implantação de sua rede ótica. Há duas grandes empresas que, em regime de parceria, ajudaram na implantação dessa grande malha ótica; são elas: a EMBRATEL e a ELETRONET. A parceria foi acordada da seguinte forma: a CHESF cede as estruturas de torres e postes do sistema elétrico para que as empresas parceiras adquiram, e em alguns casos implantem, o cabo OPGW, em troca de utilizar um determinado. 22.

(36) Capítulo2. REDES ÓTICAS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA. Tabela 2.1: Fornecedores de rede ótica na CHESF. FORNECEDOR ALCATEL ALCOA CABELTE FUJIKURA FURUKAWA LG PIRELLI/PRYSMIAN. TRECHO IMPLANTADO 214,00 km 518,86 km 428,00 km 1.350,48 km 554,84 km 812,80 km 1.614,29 km. TIPO DE FIBRA Standard DS Standard Standard Standard Standard Standard. No DE FIBRAS 24 36 24 12 e 24 48 24 6, 20, 24 e 36. número de fibras para digitalização de sua rede. Os instrumentais e sobressalentes foram fornecidos pelas empresas parceiras enquanto a manutenção e sua mão-de-obra são de responsabilidades da CHESF. Há ainda acordos acerca de tempos de manutenção e reposição do sistema em situações de emergência, todos eles regidos pelo instrumento jurídico de Convênio Técnico entre as empresas. A Figura 2.5 mostra como se deram as parcerias citadas.. Figura 2.5: Principais rotas OPGW em parceria com a EMBRATEL e ELETRONET.. b) Acessantes — São agentes previstos em Resolução Normativa, criados a partir da interligação do sistema elétrico, que cooperam na geração de energia elétrica, sejam na modalidade 23.