Cabeamento - parte 2

 

Por Eng. Claudio de Almeida

 

Esta é a segunda parte de uma série de artigos sobre cabeamento em CFTV. Se você não viu a primeira parte, recomendo que a leia antes, clicando neste link: Parte 1 - Introdução

O cabeamento metálico

A maneira mais comum de se enviar as imagens de uma câmera até o seu destino é através de cabeamento metálico, formado por 2 cabos, um transportando o sinal de vídeo e o outro, o retorno desse sinal.

 

O envio da tensão de alimentação para as câmeras também é feito através de um par de cabos metálicos.

Equivalente elétrico de um cabo

Sempre que tivermos um par de fios correndo lado a lado, teremos o seguinte equivalente elétrico:

Onde:

 

- Rs é a resistência do cabo, aquela que você consegue medir com seu multímetro na escala de ohms. Quanto mais longo o cabo, maior a resistência medida. Normalmente é especificada pelos fabricantes em ohms/km ou ohms/100m;

 

- L é a indutância do cabo, especificada em mH/m (miliHenries). Como os cabos são utilizados estendidos, o valor de L é praticamente nulo e pode ser desprezado;

 

- Rp é a resistência medida entre os dois cabos, que costuma ser muito alta, tendendo ao infinito pois entre os 2 cabos normalmente existe um material isolante ou o próprio ar. Também pode ser desprezada;

 

- C é a capacitância medida entre os 2 cabos devido ao dielétrico (material isolante) existente entre eles. Quanto mais longo o cabo maior a capacitância medida. Normalmente é informada em pF/m (picoFarads).

 

Para efeitos práticos, vamos simplificar o circuito, eliminando L e Rp:

 

A resistência Rs atenua o nível do sinal de vídeo. Se uma câmera envia um um sinal de vídeo de 1 Vpp (Volt pico a pico), pode chegar apenas 0,7 Vpp no destino, ou até menos, dependendo da resistência específica do cabo (ohms/100m) e do comprimento utilizado. Até 0,5 Vpp, a imagem é considerada aceitável .

 

Já a capacitância tem um efeito um pouco mais complexo.

 

Para tensões DC, um capacitor se porta como um circuito aberto, como se ele não existisse, pois sua resistência equivalente é praticamente infinita. Porém, para corrente alternada, o capacitor passa a conduzir o sinal para o terra à medida que a frequência do sinal aumenta, pois ele está em paralelo entre os 2 cabos .

 

A resistência equivalente de um capacitor, ou reatância capacitiva, também é especificada em ohms e é calculada pela fórmula:

 

Xc=1/2πfc

 

Onde:

 

Xc é a reatância capacitiva, em ohms;

 

f é a frequência do sinal, em Hz;

 

c é a capacitância do cabo, em Farads.

 

Parece confuso? Vamos pegar um exemplo prático:

 

Suponha um cabo coaxial com uma resistência de 3 ohms/100 m e capacitância de 53 pF/m.

 

Então, para 100 m de cabo, a resistência total seria de 3 ohms e a capacitância, 5300 pF.

 

Utilizando a formula acima, temos os valores de Xc conforme a tabela a seguir:

 

Frequência do sinal (Hz)

100

1 K

10 K

100 K

1 M

Reatância capacitiva (Xc) em ohms

300 K

30 K

3 K

300

30

2 M

15

3 M

10

4 M

7,5

5 M

6

6 M

5

7 M

4,29

8 M

3,75

9 M

3,34

10 M

3

A tabela acima nos mostra que, para uma frequência de 100 Hz, a reatância capacitiva é muito alta, 300 Kohms, mas vai diminuindo à medida que a frequência aumenta. Por exemplo, para as frequências de 1 MHz e 10 MHz, o equivalente elétrico desse cabo seria:

Para 1 MHz, a reatância capacitiva do cabo é de 30 ohms, 10 vezes maior que a resistência do cabo. Então a perda de sinal que vai para a terra através do capacitor é de 10%.

 

Já para a frequência de 10 MHz, a reatância capacitiva do cabo é de 3 ohms, igual a resistência do cabo. Então a perda de sinal que vai para a terra através do capacitor é cerca de 50 %, ou seja, o sinal é atenuado em 50%.

Mas, por que a frequência é importante?

Por que o sinal de vídeo é composto por frequências que vão de 0 até 10 MHz e, quanto maior a resolução da câmera em linhas horizontais de TV (HTVL), maior a largura de banda necessária:

Por exemplo, a televisão dos anos 60 tinha apenas 330 HTVL e ocupava somente 4,13 MHz de banda; já as câmeras de 420 HTVL, requerem 5,25 MHz; as de 600 HTVL, 7,5 MHz e assim por diante.

 

Resumindo, isso significa que a qualidade do cabo e o comprimento utilizado comprometem a performance de um sistema nas altas frequências, prejudicando a resolução da imagem entregue na outra ponta. Lembre-se:

 

NÃO IMPORTA O QUE SAI DA CÂMERA; O QUE IMPORTA É O QUE CHEGA NA OUTRA PONTA

 

Por exemplo, se for utilizado um cabo de má qualidade e comprimento excessivo, a imagem de uma câmera com 800 HTVL de resolução pode chegar ao seu destino com apenas 400 linhas de resolução! Todo o investimento feito em uma câmera melhor foi inútil, desperdiçado no cabeamento inadequado.

 

Imagine no exemplo do cabo acima, se fosse escolhido um cabo com 30 ohms de resistência em 100 m e não apenas 3 ohms...

Skin effect

Não é apenas a resistência e a capacitância do cabo que afetam sua performance. Existe outro fator, o efeito pelicular, ou skin effect, que também altera sua resposta nas altas frequências.

 

Quando submetido a uma corrente contínua, a distribuição dessa corrente é uniforme em toda a seção transversal do condutor. Porém, quando o cabo é submetido a uma corrente alternada, existe uma repulsão entre as linhas de corrente eletromagnéticas no centro do condutor (pois a corrente se alterna, muda de sentido constantemente), forçando-as para a superfície do condutor.

Este efeito é proporcional à intensidade de corrente e aumenta com a raiz quadrada da frequência, com a permeabilidade magnética e com a condutividade elétrica do condutor.

 

O resultado final do skin effect é que ele causa um aumento na resistência aparente do condutor, já que a área efetiva de condução diminui. Isso significa que um cabo onde circula uma corrente alternada deve ter diâmetro maior do que um cabo onde circula uma mesma corrente, porém contínua, já que o miolo do cabo não é aproveitado.

 

Para aplicações de RF (rádio-frequência), onde as frequências mais utilizadas costumam se iniciar a 55 MHz e vão até 2 GHZ, a corrente vai se deslocar pela superfície do condutor. Percebendo isso, os fabricantes de cabos para essas aplicações, normalmente cabos coaxiais, começaram a fabricá-los com o núcleo de aço cobreado — mais resistentes e baratos — que apresentam a mesma performance dos cabos com núcleo de cobre puro para essas frequências.

 

Já para as aplicações de CFTV, devido à largura de banda variar de 0 a 10 MHz, a espessura da camada do skin effect para as frequências mais baixas acaba sendo maior do que a bitola do cabo, resultando que a corrente irá circular por toda a área transversal do cabo. Sendo assim,

 

CABOS PARA APLICAÇÕES DE CFTV DEVEM TER NÚCLEO DE COBRE PURO

 

O problema é que, com a popularização dos sistemas de CFTV, alguns fabricantes de cabos para RF inescrupulosos simplesmente passaram a informar na embalagem que esses cabos também eram adequados para CFTV e, como são mais baratos — já que o seu núcleo não é de cobre puro — passaram a ser os preferidos pelos instaladores.

 

O efeito disso é que a atenuação do sinal de vídeo pode chegar a 6 vezes. Abaixo, a comparação entre 300 m de cabo coaxial com núcleo de cobre puro contra um cabo com núcleo de aço cobreado:

300 m de cabo com núcleo de cobre puro

300 m de cabo com núcleo de aço cobreado

Repare no pulso de sincronismo, bem deformado, e na maior atenuação sofrida no sinal de vídeo para o cabo com núcleo de aço cobreado.

 

Isso significa que esse cabo poderia ser utilizado para no máximo 50 m de comprimento, já que sua atenuação é 6 vezes maior.

 

 

Parte 3 - Cabeamento coaxial

 

Parte 4 - Cabeamento UTP

 

Parte 5 - Cabeamento para alimentação de câmeras

Dez/2014

Fev/2015

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