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Transmissão de dados via rede elétrica (4) |
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Autor: Gabriel Alan Gehm Marques |
Esta página
contém uma figura grande. Aguarde a carga se a conexão estiver lenta.
3.4.1: Impedância variável
A rede elétrica de uma residência é montada de forma que todos os
eletrodomésticos, lâmpadas e outros dispositivos sejam ligados em paralelo com a
alimentação.
Assim a impedância da rede elétrica varia não só de casa para casa, e de tomada
para tomada, mas conforme aparelhos são ligados e desligados. O dispositivo que
injetar um sinal de alta freqüência na rede, entre uma fase e o neutro,
enxergará uma carga em paralelo que pode variar de várias centenas de ohms,
quando nenhum aparelho estiver ligado e o único consumidor de sinal for a rede
de fornecimento, a apenas três ohms, considerando um disjuntor de 40A e cargas
resistivas em uma tensão de 127V (pior caso). Um chuveiro é um bom exemplo de
carga capaz de mudar totalmente o comportamento da rede.
Quadros de distribuição, fios espalhados, emendas e interruptores também afetam
a impedância da rede elétrica.
3.4.2: Indutância elevada dos fios
Os fios que conduzem energia são normalmente longos e espessos, sem nenhum tipo
de blindagem, apresentando uma elevada indutância, que para as freqüências mais
altas, representa uma forte atenuação de sinal.
Para um fio paralelo comum, como o usado em extensões, a indutância é de 0.6mH
por metro [ 6 ] em média, o que equivale a uma impedância (reatância indutiva)
de 4,5 ohms a cada 10 metros.
Esta indutância é tal que transmissões PLC raramente ultrapassam 600m de fio
quando existem cargas em paralelo e, além disso, a indutância dos fios está
sempre presente, diferentemente das cargas parasitas e ruídos.
3.4.3: Filtros EMC de eletrodomésticos
Como a carga para o sinal injetado é de natureza reativa, além de resistiva,
cada eletrodoméstico terá um comportamento diferente, às vezes independente de
seu consumo, como é o caso dos televisores, que possuem filtros passa-baixas
contra interferências vindas da alimentação.
Estes filtros são basicamente uma seqüência de capacitores em paralelo com o
circuito de alimentação e bobinas em série. Os capacitores têm normalmente menos
de 5mF, mas para uma portadora de 120kHz um capacitor de apenas 1mF se comporta
como uma carga de 1,3 ohm. O que equivale a uma absurda carga resistiva de 37KW.
3.5: Distorção de sinal
Mais uma vez o grande vilão são as fontes chaveadas, desta vez por gerarem
freqüências com harmônicas iguais ou muito próximas à da portadora, modificando
o sinal detectado.
Como a primeira etapa de uma fonte chaveada é um retificador de onda completa, e
este só absorve energia da rede durante os picos de onda, o sinal de baixa
freqüência que a portadora carrega acaba sendo modulado pela variação de carga e
harmônicas da fonte com um ruído intenso de 120Hz.
Podem ocorrer ainda ecos da portadora devido a sinais que rebatem em terminações
de fios e defasagem entre portadoras de diferentes freqüências, no caso de mais
de uma ser utilizada.
3.6: Instalações trifásicas
Em pequenas residências a alimentação é feita com apenas uma fase, e desta forma
todos os aparelhos da casa são ligados à rede em paralelo. Assim não importa em
que pontos da rede (tomada) sejam ligados os dispositivos PLC, estarão sempre
ligados ao mesmo par de fios.
Já em residências maiores, ou mais recentes, a alimentação é trifásica, e a
distribuição dos pontos de energia é feita visando igualar a carga em cada fase.
Figura 2: Esquema de rede trifásica
O resultado é que em uma mesma casa temos tomadas ligadas a redes diferentes,
visto que só o neutro é comum a todas. Ainda que as três fases sejam
provenientes do transformador da rua, este é um enorme indutor, capaz de barrar
quase completamente as freqüências elevadas de pularem entre as fases.
A situação pode ser corrigida colocando-se acopladores entre as fases, que atuam
como condutores para o sinal, como no desenho abaixo: