CAMPO TÉCNICO

La presente invención pertenece al campo técnico de las disposiciones de respaldo de suministro eléctrico para redes de cable de televisión. En particular, pertenece al campo de los sistemas de respaldo ante fallas eléctricas o cortes del suministro eléctrico, caídas de tensión, etcétera.

ANTECEDENTES

Las redes de televisión por cable han evolucionado a lo largo del tiempo, pasando de ser un servicio de entretenimiento con una grilla de canales limitada, a redes multifunción interactivas que ofrecen diversos servicios como, por ejemplo: internet, servicios bajo demanda (“on demand” como se denomina en inglés) y telefonía entre otros. Ha sido necesaria, a lo largo de esta evolución, una adaptación de la alimentación eléctrica para asegurar una calidad de servicio al suscriptor que le garantice una comunicación permanente bajo cualquier circunstancia.

Para garantizar una buena recepción de señal en los domicilios de los usuarios, esta debe amplificarse para compensar las pérdidas producidas en las líneas de tendido. Para ello, las redes cuentan con nodos ópticos y amplificadores, conocidos generalmente como elementos activos, ya que deben ser energizados.

Cada elemento activo requiere una alimentación eléctrica con tensiones ubicadas entre los 45 V y 90 V de corriente alterna (CA), para lo que deberá adecuarse el voltaje regular del suministro eléctrico, el cual se encuentra, dependiendo de la norma local, en 220 V con una frecuencia de 50Hz, o bien, 110 V y 60Hz.

Las topologías más utilizadas actualmente en redes de televisión por cable son las llamadas “Híbridas HFC”, que combinan tramos de fibra óptica y cable coaxil en el transporte de la señal.

Los estándares que tienen los cabieoperadores les exige garantizar el servicio frente a cualquier contingencia, por ejemplo: variaciones del valor nominal del voltaje +/-15% - 25% (según requerimiento); cortes de energía eléctrica de las redes, públicas o privadas, parciales o totales (“blackout” como se denomina en inglés), de corta o larga duración; fallas de sus propias fuentes de alimentación; entre otras.

Son conocidas en la técnica soluciones a este problema mediante fuentes ferro- resonates, de núcleo saturado que genera una onda cuasi cuadrada con la que se estabiliza la tensión de la red de TV por cable dentro de ciertos rangos que permiten asegurar el funcionamiento de los equipos electrónicos de la red de TV por cable frente a las variaciones de la red de energía pública. Complementario a esto se usa un inversor de tensión asociado a un conjunto o “arreglo” de baterías que genera una CA de onda cuadrada que puede mantener el nivel de voltaje en la red de TV por cable dentro de valores aceptables para el funcionamiento de los elementos activos de la red para que durante de un período de 2 a 3 horas, dependiendo de las características de consumo de la red, poder garantizar el suministro de energía a la red de TV por cable.

Esta solución, llamada U.P.S. por sus siglas en inglés “Uniniturrpted Power Supply”, si bien es aceptada internacionalmente como factible y usada en muchos ámbitos técnicos, presenta inconvenientes de varias índoles, destacando problemas técnicos, cuestiones de mantenimiento, costos económicos y ambientales. Entre los inconvenientes técnicos más remarcables se puede citar que, tanto la fuente de alimentación ferro-resonante, cuando funciona en modo normal o en el modo de espera o “stand-by”, soportada por el arreglo de baterías, generan grandes componentes de armónicas en la tensión, muchas de las cuales caen dentro de la banda de transmisión de la señal, lo que genera interferencias. Esto sumado al zumbido que produce en el núcleo del transformador este tipo de onda cuasi cuadrada que, en adición a la transmisión de señales de upstream en la banda de retorno, que es la que se usa para el upstream e internet, generan interferencias de muchos tipos. La autonomía de este tipo de sistemas es un punto crucial ya que, en caso de cortes que superen las 2 horas, obliga a enviar cuadrillas de soporte técnico con grupos generadores que alimenten a las fuentes que se van quedando sin respaldo de baterías. A su vez, dichas baterías luego de un período de tres años deben ser reemplazadas por completo debido al agotamiento de su vida útil, lo que implica un alto costo económico y fundamentalmente un alto nivel contaminante del medio ambiente, siendo necesario contemplar costosos procesos de destrucción post uso.

Un ejemplo de sistema de respaldo conocido es el que se plantea en la patente estadounidense N° 5.747.888, en donde cada rama nodal de la red de televisión por cable tiene conectada una fuente de respaldo, por ejemplo, las citadas U.P.S., mediante un relé de corriente alterna (CA) que conmuta entre ésta y la fuente principal cuando se produce una falla en el suministro eléctrico. Además de las desventajas explicadas anteriormente, se presenta el inconveniente de que a cada rama nodal de la red hay que proporcionarle una fuente unidireccional de respaldo, lo que aumenta considerablemente los costos, tanto de equipos como de mantenimiento, y dificulta la implementación. La solución que propone la presente invención mejora los aspectos señalados del arte previo proporcionando un sistema de respaldo que no emplea baterías ni fuentes ferro resonantes como las U.P.S., que dispone el respaldo de manera bidireccional entre fuentes de alimentación o redes independientes, permitiendo de esta manera un importante ahorro en equipos y, por consiguiente, un ahorro de los costos operativos.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es por lo tanto, objeto de la presente invención, proponer un sistema de respaldo de energía para el suministro eléctrico de una red de televisión por cable que mejore los aspectos conocidos en el estado de la técnica y supere los problemas y desventajas que esta presenta y que fueron mencionados anteriormente.

Este nuevo sistema de respaldo de energía surge como principal respuesta a los sistemas U.P.S. y los problemas colaterales generados por las ondas cuadradas y cuasi cuadradas que producen las fuentes ferroresonantes, además de contribuir a reducir el impacto ambiental disminuyendo la huella de carbón, debido a que no se emplean baterías.

En una realización de la presente invención, el sistema se compone de una serie de equipos que funcionan en conjunto para compensar y redireccionar la energía eléctrica de una zona o rama con suministro a una zona o rama que haya sufrido un corte de energía, una caída de tensión o una falla eléctrica de otra índole. A los fines de la presente descripción, los términos “área”, “nodo”, “zona”, “rama”, “circuito” se considerarán sinónimos para referirse siempre al tramo de tendido correspondiente a un área de servicio, es decir, el lugar geográfico en el cual una fuente de alimentación, un nodo y demás elementos activos operan en forma regular.

Principalmente, pero no exclusivamente, los equipos necesarios para conformar el sistema de respaldo son los siguientes:

• Fuente de energía de onda sinoidal (EPS)

• Amplificador de Voltaje Inteligente (IVA)

• Conmutador o Switch inteligente del suministro de energía (IPSU)

Estos equipos operando en conjunto pueden mantener constante el suministro eléctrico de una red de TV por cable. En funcionamiento normal, dos circuitos nodales funcionan como redes independientes interconectadas a través de los dispositivos IPSU mediante un cable coaxial “pasivo”, por donde solo circulará corriente cuando el sistema entre en fase de respaldo.

Las fuentes EPS tienen, preferentemente, dos puertos de salida de alimentación. En un primer circuito, una fuente “EPS 1 ” alimenta mediante sus dos puertos a un switch “IPSU 1”, el cual, convenientemente tiene 2 puertos de entrada. De manera análoga en un segundo circuito una fuente “EPS 2" va conectada igualmente a un “IPSU 2”. Ambos circuitos están interconectados por con un cable coaxil pasivo. Podría utilizarse un coaxial activo que solo transporte señales, aunque no es recomendable.

Cuando la red no presenta ninguna falla y el suministro eléctrico es normal, los conmutadores IPSU operan como bloqueadores de energía hacia las otras ramas. Cada conmutador IPSU, alimentando su propia rama, censa permanentemente que el funcionamiento del dispositivo IPSU de la red contigua sea el correcto.

En caso de que se detecte una falla en el suministro como, por ejemplo, una caída de tensión mayor al 15% o 25%, un corte total o “blackout”, se desactiva la fuente EPS y los dispositivos IPSU automáticamente efectúan el cambio de conexión para que la red que tiene alimentación le provea el suministro a la red con inconvenientes, a través de la línea coaxial que interconecta ambas ramas. Es apreciable en estos casos el fenómeno de pérdida óhmica o caída de tensión en los cables coaxiales que interconectan a las ramas nodales cuando circula la corriente de alimentación al segundo circuito. Para mitigar los efectos de este fenómeno, preferentemente, se coloca un amplificador de voltaje inteligente “IVA" para alimentar el nodo del segundo circuito que transporta las señales, permitiendo que este pueda operar de acuerdo a las especificaciones del fabricante.

El agregado del amplificador IVA, permite además aumentar la distancia de tendido alimentado por cada fuente, ampliar la distancia entre circuitos o agregar más elementos activos a una rama, según las características propias de cada diseño de red.

Una de las principales ventajas de la presente invención reside en la bidireccionalidad del amplificador IVA. Puesto que es imposible predecir en qué circuito se va a producir una falla, la posibilidad de que el amplificador IVA pueda funcionar indistintamente en ambas direcciones simplifica en gran medida la conexión de las ramas, la cantidad de equipos intervinientes y por ende el correspondiente mantenimiento de los mismos.

De esta manera, independientemente de cuál sea el circuito que haya sufrido el desperfecto o deficiencia en el suministro, los conmutadores IPSU efectúan el cambio de conexión y el amplificador IVA compensa la caída de tensión, todo de forma automática.

Eventualmente, las fallas eléctricas se dan solamente en una sola fase, mientras las restantes permanecen activas. En estos casos, la fuente EPS, que opera monofásicamente, presenta la posibilidad de cambiar de fase sin la necesidad de que intervengan los conmutadores IPSU para apoyar el suministro desde otro nodal.

Si ocurriera un evento en donde ambos circuitos sufrieran un apagón generalizado, las fuentes EPS cuentan con una entrada auxiliar para conectar un generador. Debido a las características mencionadas anteriormente, ante estas circunstancias, basta con conectar un solo generador para alimentar a los dos nodales. Si bien, a modo explicativo, se describió a la presente invención en relación a solamente dos ramas nodales de red, mediante una correcta estrategia de diseño y ubicación de los equipos principalmente de los conmutadores IPSU, se puede lograr un sistema de respaldo complejo y confiable donde las posibilidades de que se requieran equipos generadores auxiliares sean considerablemente bajas.

DESCRIPCIÓN

Los detalles característicos de este novedoso sistema de respaldo de energía para redes de televisión por cable, se muestran claramente en la siguiente descripción y figuras que se acompañan, donde se siguen los mismos signos de referencia para indicar las partes y figuras mostradas.

Breve descripción de las figuras:

La figura 1 representa un diagrama de dos nodales de una red de televisión por cable interconectadas, con el sistema de respaldo de energía para redes de televisión por cable de acuerdo a una de las formas de realización de la presente invención, operando en régimen normal, sin fallas en el suministro eléctrico.

La figura 2 representa un diagrama de dos nodales de una red de televisión por cable interconectadas, con el sistema de respaldo de energía para redes de televisión por cable de acuerdo a una de las formas de realización de la presente invención, en donde el segundo circuito presenta una falla en el suministro eléctrico y es respaldado por la primera rama.

La figura 3 es un esquema de los componentes del conmutador inteligente IPSU, de acuerdo con la presente invención.

La figura 4 es un esquema de los componentes del amplificador inteligente de voltaje IVA de acuerdo con la presente invención.

La figura 5 es un diagrama de bloques que explica el funcionamiento de la fuente de energía de onda senoidal EPS de acuerdo con la presente invención. La figura 6 es un diagrama que muestra la conexión de la fuente EPS, detallando principalmente el módulo supresor de sobretensiones.

Nomenclatura de la figura 5

A Entrada Principal;

B Entrada secundaria, Segunda Fase o Generador. Módulo de entrada, selecciona automáticamente la entrada Principal o secundaria, con Supresor de picos de 140 KVA.

C Módulo de Arranque Suave, permite que no operen los disyuntores después de un apagón, manteniendo siempre baja la Corriente de Irrupción.

D Módulo Transformador con 3 Opciones de Voltaje de Entrada y Salida, se pueden configurar de forma independiente en cada una de las 2 salidas.

E Módulo de control de Voltaje Regula el Voltaje de Salida a 86 ±3 Volts para variaciones de 15% del Voltaje de entrada y aplica de forma automática las protecciones contra corto circuito y sobrecarga.

F Módulo De Monitoreo IP DOCSIS

La presente invención se compone de una serie de equipos que funcionan en conjunto para respaldar a una rama nodal de una red de televisión por cable, que haya sufrido una falla en el suministro eléctrico, desde otra rama con suministro eléctrico normal, o bien, desde un generador auxiliar.

Principalmente una red de televisión por cable comprende varias secciones o ramas, llamadas nodales, que a su vez comprenden una pluralidad de equipos y componentes activos que son los encargados de proveer la señal a los usuarios en los niveles y parámetros adecuados.

Mediante la interconexión de los distintos circuitos se puede redireccionar la energía desde una zona con suministro eléctrico hacia una zona donde exista una deficiencia del mismo, y mediante una buena estrategia de colocación de los equipos, se puede conseguir un sistema de respaldo integral en donde cada rama soporta solidariamente a las demás en la red.

Los equipos propuestos para este sistema son compatibles con otros equipos existentes y perfectamente operativos por separado, lo que habilita un gran abanico de configuraciones de la red, sin embargo, en una variante preferida de realización, un área o circuito nodal debería comprender al menos:

• Una fuente de energía de onda sinoidal “EPS” (1)

• Un conmutador o “switch” inteligente del suministro de energía “IPSU” (2)

• Un amplificador inteligente de voltaje “IVA” (3)

Como se observa en la figura 1 , en condiciones normales, sin fallas en el suministro eléctrico, las fuentes EPS (1 ) alimentan eléctricamente a todo el circuito de la rama. La carga local (4} representa al conjunto de elementos activos, nodo óptico más amplificadores de red asociados al mismo, que interconectados entre si permiten brindar el servicio de televisión por cable, internet, telefonía de una zona conectada a ese nodal. Los conmutadores IPSU (2), en esta situación, accionan como bloqueadores de energía hacia las otras ramas y los amplificadores IVA (3) compensan la caída de tensión debido a la resistencia propia de los cables coaxiales en la interconexión de los IPSU o en la ampliación de las distancias de los equipos en cascada a partir del nodo.

Cuando ocurre una falla en el suministro de alguna de las fuentes, como se ve en la figura 2, los conmutadores IPSU (2), realizan de forma automática el cambio de conexión para que el circuito que cuenta con energía respalde al que no. Nuevamente, los amplificadores IVA (3) compensan la pérdida óhmica que existe desde los conmutadores IPSU (2) hasta las cargas locales (4), pero además un amplificador IVA (3) extra compensa la caída de voltaje en la línea que conecta a los IPSU (2) de cada rama.

Cada switch IPSU (2), como se observa en la figura 3, cuenta con dos puertos de entrada de energía eléctrica, que son alimentados desde la fuente EPS (1 ). La entrada 1 (31 ) está conectada al puerto de salida 3 (33) para la alimentación de la carga local (4) a través del conmutador (35) y, a su vez, presenta un sensor (36) que controla permanentemente que haya tensión en el puerto de entrada de corriente alterna 1 (31). En condiciones normales, como se explicó anteriormente, cada EPS (1 ) alimenta su propia carga (4).

La entrada 2 (32) está asociada al puerto 4 de carga remota (34) y presenta un doble control de tensión mediante un sensor (37). Por un lado, controla la presencia de tensión en la entrada de corriente alterna 2 (32) y también la tensión en el conector de entrada/salida 4 (34). En caso de detectar una baja de tensión total, o parcial significativa según las especificaciones, en la carga remota (34), se acciona el switch (35) para que permita el paso de energía desde el puerto 2 (32) al puerto 4 (34) y de esta manera respaldar a la fuente EPS (1’) del otro circuito a través de un IPSU (2’) ubicado en la otra rama.

El IPSU (2’) del segundo nodal funciona de manera complementaria al IPSU (2) de la primera rama. Son unidades exactamente iguales entre sí en componentes y en funcionamiento, con la salvedad que el IPSU (2’) del segundo nodal se enciende con un retraso de 3 segundos, respecto al IPSU (2) de la primera sección. Esta diferenciación se fuerza para que, ante la eventualidad de un blackout o apagón general, cuando regresa el fluido eléctrico, ambos IPSU no se accionen al mismo tiempo con el riesgo de que si las fuentes EPS de cada rama están conectadas a fases diferentes se genere un cortocircuito.

Ante la falla de la fuente EPS (T) del segundo circuito, el IPSU (2’) detecta mediante el sensor (36), asociado al puerto de entrada 1 (31), la falta de tensión y activa el conmutador (35) para que permita el paso de corriente desde la conexión “in/out” de carga remota (34) hacia el puerto de salida 3 de carga local (33).

Todo el proceso de conmutación y respaldo del suministro eléctrico ocurre en menos de 18 milisegundos, por lo que el usuario no llega advertir cortes de imagen ni interrupciones de ningún tipo ya sea en el televisor, el módem, el ordenador u otro equipo receptor de la señal.

Los equipos IPSU comprenden, además, un sistema de monitoreo remoto (38) que envía información desde un puerto especial a un transponder ubicado en las fuentes EPS. También, el sistema de monitoreo (38) ofrece la posibilidad de controlar los parámetros en el lugar, a través de un dispay y contando con la opción de lectura vía Bluetooth, para que el personal técnico pueda, sin necesidad de instrumental especial, obtener información precisa sobre qué fuentes están en funcionamiento, los valores de las tensiones, consumos.

Todos los elementos de conexión de los IPSU como, por ejemplo, relés, triaos o puentes de diodos son componentes estándar, por lo que pueden ser fácilmente reemplazables en caso de discontinuidad, sin que ello conlleve una mayor dificultad.

Puesto que los tendidos de las redes de televisión por cable suelen ser extensos, hay que tener en cuenta la pérdida óhmica producida por la propia resistencia de los cables coaxiales utilizados. Para ello se suele colocar, luego de los conmutadores, amplificadores de voltaje.

Los amplificadores de voltaje se colocan entre un switch IPSU y el último elemento activo anterior a la carga local, como puede ser un amplificador o nodo del circuito, para permitir que se pueda llegar a los activos más alejados de la fuente con los valores de tensión acorde a las especificaciones y rangos exigidos. También es necesario compensar la caída de tensión en la línea de soporte que conecta a los dos conmutadores IPSU de dos ramas distintas, para que cuando sea necesario el respaldo, el IPSU que recibe la alimentación del circuito de soporte, lo haga con un voltaje igual al que recibiría de su propia fuente EPS.

Cuando las ramas se encuentran en condiciones normales, sin fallas de suministros, los amplificadores de tensión IVA montados en la línea de soporte actúan de manera pasiva.

Preferentemente, se utiliza un amplificador de voltaje inteligente “IVA”, bidireccional, el cual comprende dos puertos “in/out” (41 ) y (42), a los cuales van asociados, respectivamente, sensores (45) y (46) que controlan permanentemente la presencia o no de tensión en las lineas y que se encargan de activar un switch (44) que es el encargado de conmutar la dirección del amplificador (43). De igual manera que los equipos IPSU, los amplificadores inteligentes IVA, comprenden un dispositivo de monitoreo (47) para que el personal técnico pueda controlar permanentemente los parámetros operados.

Normalmente, las tensiones de salida que desarrollan los amplificadores IVA rondan los 60V o 90V, según la norma del lugar, ya que son las tensiones estándar de operación en redes de televisión por cable.

Estos mismos valores son los que otorgan a la salida las fuentes de alimentación EPS que, además, al ser de tipo senoidal, optimizan el rendimiento energético.

Las EPS son fuentes de alimentación senoidales, del tipo doble, debido a que opera hasta con un máximo de 25 A, mientras que las fuentes ordinarias utilizadas para redes de televisión por cable desarrollan un máximo de 15 A, que es la corriente máxima de diseño de los equipos activos utilizados en este rubro.

Permiten entradas de tensión a 110 V, norma US; o a 230 V, norma EU; con una tolerancia media de ±15%, aunque opcionalmente pueda ser de ±25%; y una frecuencia de 40-60 Hz. Como se ¡lustra en el diagrama de la figura 6, además de la entrada AC regular (61 ), presenta una entrada auxiliar para generadores (62), la cual se utiliza en casos de apagón generalizado o “blackout”. Las mismas están comandadas por un módulo selector de fase automático (63) que efectúa el cambio de conexión al desconectarse el generador auxiliar, una vez que se restablece el suministro eléctrico.

Dicho módulo de cambio de fase (63), comprende un supresor de sobretensiones (65) de hasta 140 kVA, contra descargas atmosféricas. Los aisladores que conforman el supresor de sobretensiones (65) se van degradando a medida que reciben descargas atmosféricas o rayos, por lo que periódicamente deben ser reemplazados. La progresión del deterioro es monitoreada mediante un sistema de control (64) para efectuar el cambio cuando el aislador haya cumplido su vida útil. Este sistema de control (64) es, también, el encargado de recopilar y procesar los datos recibidos por los dispositivos de control ubicados en los conmutadores IPSU (38) y los ubicados en los amplificadores IVA (47).

Preferentemente, se utilizan módulos de control y transferencia de datos compatibles con el estándar “DOCSIS", comúnmente utilizado en el rubro. Mediante los sistemas de control DOCSIS, el personal técnico puede obtener información precisa, de forma local o remota, acerca de los valores de corriente o tensión a la que están operando los equipos, si se encuentran en estado activo o pasivo, posibles fallas de componentes, entre otros parámetros relevantes al rendimiento de los distintos aparatos que conforman los circuitos nodales. A través de la plataforma DOCSIS IP, toda esta información es monitoreada desde un centro de control general, desde donde se designan las medidas correctivas a tomar en caso necesario.

El elemento central de las fuentes EPS es el módulo transformador, que es el encargado de modificar las tensiones de la red de energía eléctrica para adecuarlas a la tensión de operación de los equipos de la red de televisión por cable.

El módulo transformador tiene una entrada de 110 V o 220 V nominales con una frecuencia de 50 Hz o 60 Hz y una salida de 60 V o 90 V. Los valores a utilizar dependerán de la tensión de suministro de la ciudad donde está instalado el circuito de televisión por cable y la tensión de salida dependerá de las características técnicas de los elementos activos que el prestador del servicio disponga en su red.

Dado que la tensión nominal puede variar dependiendo el sector de la red eléctrica donde se conecte la EPS, el módulo transformador contiene tres puertos de entrada adaptables. Por su parte, la salida del módulo también presenta tres puertos de 66 V, 75 V y 85 V respectivamente.

Como todo equipo ferromagnético, al ponerse en funcionamiento la fuente EPS, se produce una corriente de magnetización en el transformador, la cual es transitoria, pero puede superar diez veces la corriente nominal del transformador.

Para mitigar este efecto no deseado, que puede producir desde un accionamiento de los interruptores termomagnéticos de seguridad, hasta consecuencias más graves que puedan afectar a la red en toda su extensión, la fuente EPS comprende, también, un módulo de arranque controlado.

Dicho módulo de arranque controlado comprende una placa electrónica con una serie de “Diacs” y “Triacs” que producen que la tensión aumente paulatinamente en la etapa de puesta en marcha, evitando los picos abruptos e indeseados de corriente. El proceso de arranque hasta que la fuente EPS entra en régimen dura apenas unos segundos.

Por último, la fuente EPS presenta un módulo de control de voltaje para estabilizar la tensión de salida. El voltaje se regula a 86 ±3 V para variaciones del 15%, por exceso o defecto, de la tensión elegida a la entrada y se aplican automáticamente las protecciones contra cortocircuito y sobrecarga de corriente.