IEC 61850 Monografia

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UNIVERSIDADE SALVADOR – UNIFACS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E ARQUITETURA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA BRUNO VASQUEZ NOGUEIRA PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO IEC 61850 Salvador 2007

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UNIVERSIDADE SALVADOR UNIFACSDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E ARQUITETURAGRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

BRUNO VASQUEZ NOGUEIRA

PROTOCOLO DE COMUNICAO IEC 61850

Salvador 2007

BRUNO VASQUEZ NOGUEIRA

PROTOCOLO DE COMUNICAO IEC 61850

Trabalho Final de Graduao apresentado ao Programa de Graduao em Engenharia Eltrica Universidade Salvador - UNIFACS, como requisito parcial para obteno do grau de Engenheiro Eletricista.

Orientador: Prof. Marcelo Machado Cad, MSc

Salvador 2007

Agradecimentos

Obrigado Deus! Pela fora de vontade e perseverana que me foi abenoada para a realizao deste sonho. Aos maiores incentivadores, que se dedicaram durante toda a vida pela boa formao dos filhos com muita responsabilidade, renncia e amor: Meus pais, Clodoaldo Lordelo Nogueira e Maria Alice Vasquez Nogueira. minhas queridas irms: Daiana e Elisa. minha noiva Sophia pelo amor, compreenso e apoio durante todos esses anos.

Ao Prof. Marcelo Machado Cad, MSc, pela confiana, ateno, disponibilidade e colaborao prestada. Aos colegas e amigos do curso pela companhia durante este perodo. Aos colegas de trabalho da Siemens que dispensaram um pouco de seu precioso e escasso tempo para me ajudar na escolha deste tema e no levantamento de material.

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ndice Analtico1. Introduo _____________________________________________________ 9 1.1 - Objetivo ___________________________________________________ 10 1.2 - Justificativa _______________________________________________ 10 2. Apresentando a IEC 61850 _______________________________________ 11 2.1 - Automao de Subestao ___________________________________ 11 2.1.1 Nveis de subestao _______________________________________ 12 2.1.2 Vantagens e benefcios de automatizar uma subestao ___________ 12 2.2 - Protocolos Utilizados em Subestaes _________________________ 15 2.3 - Necessidade de uma Norma Internacional ______________________ 16 2.4 - A Norma IEC 61850 _________________________________________ 16 2.5 - Aparelhos Eletrnicos Inteligentes (IED) ________________________ 19 2.6 - Certificao do KEMA _______________________________________ 19 2.7 - Caractersticas Tcnicas _____________________________________ 21 2.7.1 Requisitos prticos bsicos __________________________________ 21 2.7.2 Especificaes de projetos ___________________________________ 22 2.7.3 Tecnologias que do suporte a IEC 61850 ______________________ 22 2.7.4 Funes e Ns Lgicos _____________________________________ 24 2.7.5 linguagem de descrio configurao de subestao (SCL) _________ 26 2.7.6 Modelo de comunicao ACSI ________________________________ 27 2.7.7 Testes e desempenho em ieds utilizando a IEC 61850 _____________ 29 2.8 - Migrando para IEC 61850 ____________________________________ 30 2.8.1 Uso de conversores ou gateways na migrao ___________________ 30 2.8.2 Limitaes do uso de conversores ou gateways na migrao ________ 31 2.9 - O Impacto da IEC 61850 em Automao de Subestao ___________ 32 2.9.1 Benefcios tcnicos_________________________________________ 32 2.9.2 Benefcios econmicos ______________________________________ 34 2.10 - IEC 61850 sob o ponto de vista da Concessionria de Energia _____ 37 3. Concluso ____________________________________________________ 40

ANEXOS _________________________________________________________ 42 Referncias Bibliogrficas __________________________________________ 45

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Lista de FigurasFigura 1 - Protocolos usados antes da IEC 61850 (Fonte: PAULINO, 2005) ____________ 9 Figura 2 - Nveis de uma subestao (Fonte: ANDERSSON, 2001)__________________ 12 Figura 3 - A automao e a durao de interrupo no mundo (Fonte: SPERANDIO, 2006) _______________________________________________________________________ 13 Figura 4 - Instalaes no mundo baseadas na IEC 61850 (Fonte: HERRMANN, 2006) __ 17 Figura 5 - Certificado de dispositivos compatveis com a IEC 61850 - (Fonte: BOMBANA, 2006) __________________________________________________________________ 20 Figura 6 - Camadas de rede da IEC 61850, baseada no modelo OSI (Fonte: WILKS, 2002) _______________________________________________________________________ 23 Figura 7 - Converso dispositivo fsico Real em N Lgico. (Fonte: APOSTOLOV, 2007) 24 Figura 8 - Conceito de LN e LC (Fonte: IEC 61850-5) ____________________________ 25 Figura 9 - Classes e sub-classes de LN. (Fonte: PROUDFOOT, 2002) _______________ 25 Figura 10 - Definio de esquema de XML formal. (Fonte: IEC 61850-6) _____________ 26 Figura 11 - Exemplo de descarte de cargas (Fonte: BOMBANA, 2006) _____________ 28 Figura 12 - Resultado de testes de descarte de cargas (Fonte: BOMBANA, 2006) ____ 29

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Lista de TabelasTabela 01 - Benefcios e vantagens de uma SE automatizada _____________________ 14 Tabela 02 - Tabela comparativa de protocolos __________________________________ 16 Tabela 03 - Partes que compe a Norma IEC 61850 _____________________________ 18 Tabela 04 - Justificativa para o uso da IEC 61850 _______________________________ 34

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RESUMO

Devido ao excesso de protocolos existentes no mercado e a necessidade de reduzir o custo operacional do sistema eltrico tornou-se imprescindvel a criao de uma norma visando a eliminao desses diversos protocolos possibilitando expanso em longo prazo e aumentando a confiabilidade do sistema. A IEC 61850 uma Norma Internacional que permite que dispositivos de diferentes fabricantes possam se comunicar sem a necessidade de um conversor de protocolos nos diferentes nveis de subestao. Este trabalho introduz o conceito de Automao de Subestao (SA) juntamente com seus benefcios tcnicos e econmicos. Apresenta uma breve viso globalizada dos protocolos utilizados em uma SA, aprofundando-se no protocolo IEC 61850, a necessidade de uma norma internacional, e os requisitos bsicos para a utilizao deste protocolo, os benefcios tcnicos e econmicos da implementao do protocolo IEC 61850 em uma subestao, concluindo-se que a Norma IEC 61850 nova porm eficaz e gradativamente substituir os protocolos existentes.

Palavras-Chave: Comunicao, Subestao, IEC 61850, Rels, Protocolo, Interoperabilidade, Goose, IEC (International Eletrotechinical Commision).

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Lista de AbreviaoACSI CPU DNP EPRI GOOSE GPS GSSE HMI IEC IED IEEE IP ISO LAN LD LN MMS MV OSI PC RTU SA SAS SCADA SCL TC TCP UCA XCBR XML Abstract Communication Service Interface Central Processing Unit Distributed Network Protocol Electric Power Research Institute Generic Object Oriented Substation Event Global Positioning System Generic Substation State Event Human Machine Interface International Electrotechnical Commission Intelligent Electronic Device Institute of Electrical and Electronics Engineers Internet Protocol International Standards Organization Local Area Network Logical Device Logical Node Manufacturing Message Specification Measured Value Open Systems Interconnection Personal Computer Remote Terminal Unit Substation Automation Substation Automation System Supervisory Control and Data Acquisition Substation Configuration Description Language Technical Committee Transmission Control Protocol Utility Communication Architecture Circuit Breaker Extensible Markup Language

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1. IntroduoSegundo Rodriguez (2006), com a globalizao das companhias do setor energtico tornou-se necessrio apresentar retornos econmico-financeiros ao mercado. Sendo assim, deseja-se que os investimentos realizados pelas concessionrias de energia eltrica tenham diminudo seus prazos de entrega, os custos de operao e manuteno e aumentem o ciclo de vida dos equipamentos eltricos, alm de reduzir o valor do investimento inicial. Devido ao excesso de protocolos existentes, conforme ilustrado na figura 1, que geravam problemas de comunicao entre dispositivos de diferentes fabricantes, nos Estados Unidos, na dcada de 90 o Eletric Power Research Institute (EPRI), comeou a desenvolver o projeto Utility Communications Architecture (UCA) que visava o desenvolvimento de uma estrutura de comunicao em tempo real padro para todas as empresas.

Figura 1 - Protocolos usados antes da IEC 61850 (Fonte: PAULINO, 2005)

Em 1995, a IEC (International Eletrotechnical Commision) reconheceu necessidade de normatizar as interfaces para os dispositivos eletrnicos inteligentes, ou IED (Intelligent Eletronic Devices). Trs grupos de trabalho (EG10, WG11, WG12) se juntaram formando o Comit Tcnico TC57 da IEC. Como estavam tentando atingir os mesmos objetivos, EPRI e IEC decidiram juntar esforos para obter um padro internacionalmente aceito. Esse esforo deu origem ao protocolo de comunicao IEC 61850, uma norma internacional que permitiria a interoperabilidade para sistemas de controle e proteo de subestaes. (SCHUBERT et al., 2004, CARDOSO et al., 2005 e GRUJO et al., 2007).

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A IEC 61850 ao normatizar o protocolo de comunicao dos IED, possibilita a eliminao de conversores de protocolos, ou gateways, diminuindo o custo do sistema e de treinamento com o corpo tcnico pra operar com os diversos tipos de dispositivos de diferentes fabricantes. Desta forma eliminando atrasos, possveis erros, como tambm aumentando a confiabilidade do sistema. Todas essas caractersticas tornam a IEC 61850 um tema extremamente atual e interessante. 1.1 - Objetivo Este trabalho tem por finalidade apresentar uma viso geral do, protocolo IEC 61850 que est em fase inicial no Brasil, seus benefcios tcnicos e econmicofinanceiros e ajudar a difundi-lo entre as indstrias e concessionrias. 1.2 - Justificativa A necessidade da interoperabilidade entre os IED de proteo de diferentes fabricantes se tornou importante para obteno de uma operao adequada da interligao dos dados na subestao. (PAULINO, 2005) Com a implementao do protocolo IEC 61850 elimina-se ao excesso de protocolos existentes no mercado, modelo mestre-escravo, o alto custo de fiao, manuteno e operao, possibilitando expanso em longo prazo e diminuindo o custo operacional, aumentando a confiabilidade do sistema e provendo uma maior segurana aos seus funcionrios.

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2. APRESENTANDO A IEC 61850As indstrias distribuidoras e consumidoras de energia esto em contnua evoluo. Solues especiais de automao de subestao so um obstculo econmico quando companhias eltricas internacionais esto procurando uma maior produtividade e performance econmica. Sendo assim necessrio projetar Sistemas de Automao de Subestao (SAS) que possuam um melhor custo-benefcio com relao operao e a manuteno que assegure um retorno mais rpido do investimento do que no passado. (LUNDQVIST, 2007) O principal objetivo da IEC 61850 a interoperabilidade, habilidade de IED de diversos fabricantes de trocarem informaes, o que conseguido atravs da padronizao de nomes para funes da subestao e equipamentos e descrevendo como acessar funes e como trocar informaes. (OZANSOY, 2007 e WONG, 2004) 2.1 - Automao de Subestao Sistema de Automatizao de Subestao (SAS) um sistema supervisrio de gerncia e controle para sistemas de distribuio eltrica industrial, composto de Dispositivos Eletrnicos Inteligentes (IED) interconectados em redes de comunicao de alta velocidade. Para uma subestao ser automatizada necessrio que possua equipamentos de proteo, controle, monitorao, medio e comunicao conectados em rede. Existem vrios motivos para se automatizar uma subestao, dentre eles: Melhoria da qualidade no fornecimento de energia eltrica. Reduo do tempo de interrupes fornecimento de energia eltrica. Controle remoto de SE, atravs do centro de operao. Reduo do custo operacional. Maior segurana.

A IEC 61850 tem como objetivo habilitar a interoperabilidade entre IED de diferentes fabricantes dentro de uma subestao. A padronizao de uma linguagem de comunicao resulta em uma troca de informaes livre entre os dispositivos do SAS. (SILVA, 2002 e OZANSOY, 2007)

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2.1.1 Nveis de Subestao Os sistemas de SA atuais possuem equipamentos em diferentes nveis de uma subestao, como pode ser visto na figura 2. Os nveis mais usados so: Nvel de Estao o nvel mais alto, onde esto centralizados os computadores, a interface homem mquina (HMI), conversores de rede, onde o controle realizado. Nvel de Cho de Fbrica o nvel intermedirio, onde esto situados os equipamentos de proteo e distribuio de energia. Nvel de Processo o nvel mais baixo, onde esto situados os sensores e atuadores que so necessrios para monitorar e operar uma chave seccionadora.Para Locais Remotos

Nvel de Estao

Barramento de Proteo

Nvel de Cho de Fbrica Barramento de Processo

Interface Convencional

Nvel de Processo

Figura 2 - Nveis de uma subestao (Fonte: ANDERSSON, 2001)

2.1.2 Vantagens e Benefcios de Automatizar uma Subestao Uma informao mais precisa sobre o sistema energtico em uma subestao apresenta vrios benefcios, a saber: Aumenta a confiabilidade do sistema, diminui a manuteno e o tempo de interrupo, conforme ilustrado na figura 3, e faz com que a concessionria se torne mais competitiva no mercado atual, onde a tendncia um aumento no nmero de distribuidores de energia, fazendo com que os consumidores passem a ser clientes.

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Figura 3 - A automao e a durao de interrupo no mundo (Fonte: SPERANDIO, 2006)

Econmica A razo econmica a principal justificativa da automao de uma subestao, pois possvel reduzir custos de inspeo e manuteno, permitindo um maior aproveitamento dos equipamentos. Cabe ressaltar que o custo de um posto de servio numa subestao de potncia, considerando os turnos a serem cumpridos, encargos decorrentes da legislao brasileira e um salrio mdio de US$ 800,00/ms, equivale a cerca de US$ 700.000,00 em um perodo de 30 anos, o que muito superior ao custo mdio de automao de uma subestao. (FILHO, 2002) As vantagens econmicas que viabilizam uma subestao automatizada so: Reduo dos custos de operao e manuteno. 1. No diagnstico e conserto de equipamentos. 2. Em custos primrios de manuteno de equipamentos. 3. Em custos de operao e controle de equipamentos de proteo. Reduo dos custos de instalao de subestaes. 1. Com a reduo de cabeamento para controle e proteo em arquiteturas distribudas. 2. Com a reduo de instalao de equipamentos dedicados para cada funo, pela possibilidade da instalao de equipamentos que executem diferentes funes. 3. Com a reduo de cabeamento para servios auxiliares. (SILVA, 2002 e OZANSOY, 2007) 13

Tcnica Os dados extrados do sistema de automao tm um papel essencial para sua administrao, sendo assim imperativo que as subestaes existentes sejam atualizadas, automatizadas, para poderem fornecer uma maior quantidade de informaes no menor tempo possvel, aumentando a confiabilidade do sistema devido diminuio de tempo nas tomadas de decises. Uma relao de benefcios e vantagens apresentada na tabela 01. (SILVA, 2002 e OZANSOY, 2007)Tabela 01 - ...Benefcios e vantagens de uma SE automatizada

APLICAOEstado Operacional Preveno de falhas Suporte para manuteno Avaliao de vida

BENEFCIOS E VANTAGENS Determinao da habilidade operacional do equipamento Determinao do status operacional do equipamento Avaliao da condio do equipamento, deteco de condies anormais e a ao iniciada para prevenir as falhas iminentes. Avaliao da condio do equipamento e iniciar manuteno s quando o diagnstico indique a necessidade disso. Ajudar com o planejamento da manuteno. Avaliao da condio dos equipamentos para determinar sua vida til. Deteco de condies anormais.

Otimizao da operao

Avaliao da condio funcional do equipamento enquanto submetido extenso ou maximizao de suas funes (geralmente, a condies diferentes da placa). Otimizao da operao dos equipamentos no sistema, por exemplo, do disjuntor circuit breaker.

Anlise de falhas

Confirmao das condies corretas de instalao e ajuste dos equipamentos. Avaliao das condies dos equipamentos e melhoria da efetividade e eficincia com prova de aceitao e verificao. .Automatizao e preservao de dados das caractersticas e condies da subestao.

Segurana pessoal Segurana ambiental Fonte: SILVA, 2002

Preveno das condies de segurana do pessoal. Preveno das condies de segurana ambiental.

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2.2 - Protocolos Utilizados em Subestaes Atualmente os sistemas de automao de subestaes consistem em equipamentos de diferentes fabricantes e diferentes geraes. A integrao desses equipamentos tem sido uma das principais dificuldades para a automao de subestao de energia. Para possibilitar a comunicao entre dois equipamentos, normalmente utiliza-se um conjunto de regras que define o tipo das mensagens e a ordem que devem ser trocadas. Esse conjunto de regras conhecido como um protocolo. O objetivo principal de um protocolo fazer com que sistemas consigam trocar informaes de modo correto. Cada fabricante define um protocolo especifico para os seus equipamentos e isto pode impedir a integrao com aqueles de outros fabricantes. (OZANSOY, 2007) Existem milhares de combinaes de protocolos que podem ser criados com base nos j existentes. Na tabela 02 tm-se um comparativo destes protocolos. Os principais protocolos utilizados nas subestaes atuais so: PROFIBUS: Automao de processo para indstria e SEs (lder de mercado na Europa). MODBUS: Um protocolo popular tipo mestre-escravo com uso industrial que se tornou popular em subestaes. Garante comandos simples de LEITURA / ESCRITA para endereos dentro de um Inteligent Equipment Divices (IED). Distributed Network Protocol (DNP): Um protocolo mestre escravo popular, usado principalmente na Amrica do Norte. DNP pode rodar sobre diversas portas de comunicao como RS-232 e RS-485, como tambm emitir tipos mltiplos de mensagens de LEITURA/GRAVAO a um IED. IEC-870-5-101: considerado como o scio Europeu do DNP. Diferencia-se do DNP atravs de sua estrutura de envio de mensagens ligeiramente diferente e da habilidade alcanar informaes dos objetos do IED. (OZANSOY, 2007)

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Tabela 02 - Tabela comparativa de protocolos

Fonte: BOMBANA, 2006

2.3 - Necessidade de uma Norma Internacional Tradicionalmente, diferentes fabricantes de equipamentos para subestao desenvolveram suas prprias solues de comunicao, o que tornou difcil integrar dispositivos de diferentes fabricantes em uma subestao. Gateways e diferentes tipos de conversores de protocolos tm sido usados para permitir que dispositivos de diferentes fabricantes comuniquem-se. Esta soluo para interoperabilidade, no entanto no uma boa soluo uma vez que equipamentos extras podem introduzir erros e atraso no sistema. A melhor forma para resolver o problema de interoperabilidade nas subestaes era criar uma Norma internacional que cobrisse todos os aspectos da comunicao nas subestaes o que no era possvel com os protocolos de comunicaes atuais. (HERRMANN, 2006) 2.4 - A Norma IEC 61850 A IEC (International Eletrotechnical Commission) uma organizao mundial para normatizao de dispositivos eltricos. O objetivo da IEC promover uma cooperao internacional sobre questes que dizem respeito eletrotecnica e eletr-

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nica. A figura 4 mostra as instalaes no mundo que utilizam a IEC 61850. (IEC 61850-1, HERRMANN, 2006)

Figura 4 - Instalaes no mundo baseadas na IEC 61850 (Fonte: HERRMANN, 2006)

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A Norma IEC 61850 composta de 10 partes, sob o ttulo de Comunicao de Redes e Sistemas em Subestaes, apresentadas na tabela 03.Tabela 03 - Partes que compe a Norma IEC 61850

NormaIEC 61850-1 Introduo e Resumo IEC 61850-2 Glossrio IEC 61850-3 Requisitos Gerais IEC 61850-4 Gerencia de Sistema e Projeto

DescrioIntroduo e um resumo geral da Norma, incluindo outras partes na Norma. Composta pelo glossrio de terminologia especfica e definies usadas no contexto de Sistemas de Automao de Subestao (SAS) das vrias partes da Norma. Requisitos gerais da rede de comunicao, com nfase nos requisitos de qualidade. Contempla tambm, instrues de condies ambientais e servios auxiliares. Contempla a gerncia de sistema e projeto no que diz respeito : - Engenharia de processo e suas ferramentas de suporte; - Ciclo de vida total do sistema e dos seus IED; - A garantia de segurana comeando com o estgio de desenvolvimento e terminando com a descontinuao e descomissionamento da SAS e dos seus IED. As especificaes desta parte se referem aos requisitos das funes aplicadas na SAS e aos modelos dos dispositivos. Especifica a linguagem de descrio para a configurao de IED de uma subestao eltrica.

IEC 61850-5 Requisitos de Comunicao para Funes e Modelos de Dispositivos. IEC 61850-6 Configurao de Descrio de Linguagem para Comunicao em Subestaes Eltricas Relacionadas aos IED IEC 61850-7 Estrutura de comunicao Bsica para Subestao e Dispositivos de Alimentao

Detalha a arquitetura de comunicao de subestao por camada e define os tipos de atributos e classe de dados comuns relacionados aplicaes em subestaes. Esta parte se divide em 4 sub-partes: Princpios e Modelos Interface de Servio de Comunicao Abstrata Classes de Dados Comuns Classes de Ns Lgicos Compatveis e Classe de Dados Prope-se a prover uma operao entre dispositivos de uma variedade de subestaes para alcanar interoperabilidade, provendo informaes detalhadas de como criar e trocar mensagens de comunicao. Especifica o mapeamento dos servios de comunicao especficos entre um vo e nvel de processos (valores analgicos). Define os mtodos e casos de testes abstratos para teste de conformidade de dispositivos usados em sistemas de automao de subestao.

IEC 61850-8 Mapeamento de Servios de Comunicao Especfico (SCSM) IEC 61850-9 Redes de Comunicaes e Sistemas IEC 61850-10 Teste de Conformidade Fonte: IEC 61850

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2.5 - Aparelhos Eletrnicos Inteligentes (IED) Por definio: um dispositivo incorporado de um ou mais processadores com a capacidade de receber e enviar dados de/para uma fonte externa. Qualquer dispositivo capaz de executar o comportamento de um ou mais Ns Lgicos (LN) especficos em um contexto. (IEC 61850-1) A maioria das Subestaes Eltricas atuais composta de rels digitais ou Intelligent Eletronic Devices (IED) que armazenam uma grande quantidade de dados sobre seu status interno e sobre o sistema ao qual monitora, controla ou protege. Os rels digitais vm, gradualmente, substituindo os rels eletromecnicos devido ao seu baixo custo, confiabilidade, funcionalidade e flexibilidade. No entanto a caracterstica mais importante que os diferencia a capacidade de coletar e de promover uma ao com base nesses dados. (OZANSOY, 2007) 2.6 - Certificao do KEMA A certificao de dispositivos compatveis com a IEC 61850 um importante avano para um ambiente no qual equipamentos de diferentes fabricantes trabalham em conjunto. Os testes de conformidade especificados na IEC 61850 ficaram sobre a responsabilidade do KEMA, um instituto de testes independente aprovado pela UCA International Users Group. O processo de certificao envolve checar os documentos dos fabricantes confirmando que a implementao das funcionalidades nos dispositivos correspondem s estabelecidas na Norma. Portanto o KEMA que estabelece se o dispositivo do fabricante est ou no de acordo com a Norma e emite um certificado, conforma ilustrado na figura 5.

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Figura 5 - Certificado de dispositivos compatveis com a IEC 61850 - (Fonte: BOMBANA, 2006)

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2.7 - Caractersticas Tcnicas Neste item sero vistos alguns requisitos necessrios para a implementao da IEC 61850 bem como tecnologias implcitas em sua composio. 2.7.1 Requisitos Prticos Bsicos Os requisitos bsicos para cada tipo de usurio no dependem da tecnologia. So os requisitos bsicos que impulsionam as pesquisas de como resolver, implementar e otimizar as funes para controle, proteo e monitorao. Os requisitos descritos a seguir tm como finalidade assegurar uma melhor manuteno, alta segurana e um menor custo de implementao. (KLAUS, 2006) Interoperabilidade: Interoperabilidade um dos principais pontos da IEC 61850. Este um assunto muito importante para ser verificado ao investir em uma tecnologia independente das mudanas tecnolgicas. (KLAUS, 2006) Disponibilidade: Dependendo da funcionalidade, diferentes nveis de disponibilidade podem ser aplicados. Para funes crticas, uma alta disponibilidade deve ser aplicada, para isso necessrio o uso de produtos de alta confiabilidade e o uso de redundncia quando necessrio. (KLAUS, 2006) Falha em Ponto nico Funes crticas no devem confiar em um nico componente, especialmente quando os componentes envolvidos possuem um baixo tempo entre falhas (MTBF). Neste caso deve-se utilizar um componente redundante. (KLAUS, 2006) Manuteno Durante o trabalho de manuteno essencial que o resto do sistema no seja afetado. (KLAUS, 2006)

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Remanufatura Apesar dos equipamentos convencionais poderem ser remanufaturados, no se deve perder a funcionalidade do sistema. O uso de equipamentos convencionais juntamente com equipamentos modernos deve ser possvel e o acesso remoto de um centro de controle no deve ser afetado. (KLAUS, 2006) 2.7.2 Especificaes de projetos Algumas mudanas nas tecnologias usadas em Automao de Subestao tm sido muito importante, uma delas que a especificao deve ser baseada na funcionalidade ao invs de basear-se em equipamentos especficos. de fundamental importncia definir como implementar Norma na prtica, cabendo esta tarefa aos fabricantes, sendo o nico requisito que a comunicao utilizada deva ser compatvel com a norma IEC 61850. (LIM, 2006 e MESMAEKER, 2005) 2.7.3 Tecnologias que do suporte a IEC 61850 A IEC 61850 diferencia-se dos outros protocolos principalmente por utilizar a Ethernet como meio de comunicao e por separar Modelos de Dados, Servios e Protocolos de Comunicao, possibilitando mudanas de tecnologia sem que seja necessrio alterar a Norma. Comunicao Ethernet A IEC 61850 especificou a Ethernet como meio fsico de comunicao pois a mesma possui uma taxa de transferncia alta (100Mbit/s), muito maior que um sistema mestre-escravo, uma alta imunidade eletromagntica, prover redundncia, priorizar mensagens, evitar a coliso de pacotes, alm de ser a rede utilizada em 95% dos escritrios. (HERRMANN, 2006) A IEC 61850 baseia-se no modelo de camadas de rede OSI e acrescenta mais duas camadas: Aplicao Independente Comunicao Abstrata e Mapeamento de Servios Comunicao Especfica, conforme pode ser visto na figura 6. (WILKS, 2002) A Organizao Internacional de Normas (ISO) dividiu o processo de comunicao em sete camadas bsicas conhecidas como Interconexo Aberta de Sistemas (OSI). Cada nvel opera independentemente do outro. (OZANSOY, 2007)

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Aplicao Independente Comunicao Abstrata Comunicao Especfica Servios de Mapeamento Camada de Aplicao Camada de Apresentao Camada de Sesso Camada de Transporte

Camada de Rede Camada de Enlace de Dados Camada Fsica

Figura 6 - Camadas de rede da IEC 61850, baseada no modelo OSI (Fonte: WILKS, 2002)

Quando so feitas conexes de comunicao entre IEDs interligados, criada uma rede local (LAN) fsica e confivel que suporta diversos protocolos. Existem alguns pontos a serem observados quando se projeta uma topologia Ethernet: Reao da rede de automao e proteo durante uma falha na Ethernet. Como se comportar a performance e a comunicao do IED durante um ataque hacker ou uma proibio de servio. Sobrecarga acidental na rede causada por conexes externas ou IED conectados recentemente. Quais IED iro continuar funcionando mesmo se estiverem em uma rede em falha ou sobre ataque. (OZANSOY, 2007) Separao de Modelos de Dados, Servios e Protocolos de Comunicao Reconhecendo a necessidade de que a Norma IEC 61850 no fosse afetada pelas mudanas rpidas de tecnologia, o grupo de estudo do IEC dividiu a comunicao em um sistema de automao de subestao em trs partes: Modelos de dados das aplicaes Servios de transferncia de arquivos Protocolos de comunicao reais.

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Modelos de dados e servios de transferncia dificilmente mudam e foram normatizados, j o protocolo de comunicao pode mudar e foi especificado nos seguintes protocolos: Mensagem de Especificao do Fabricante (MMS) TCP/IP Ethernet

Estes protocolos podem mudar no futuro e no afetaro a Norma, pois a parte principal da norma contempla as duas primeiras divises, modelos de dados das aplicaes e servios de transferncia de arquivos, onde esto definidas as caractersticas e definies dos equipamentos, deixando a parte protocolo de comunicaes reais aberta a possveis mudanas tecnolgicas. 2.7.4 Funes e Ns Lgicos A IEC 61850 identifica todas as funes conhecidas no SAS e as divide em sub-funes chamadas Ns Lgicos (LN). Estes LN correspondem a grandezas fsicas existentes no mundo real, como ilustrado na figura 7. Existem dados que se referem ao prprio dispositivo fsico, portanto, os LN so alocados tanto para funes como para dispositivos fsicos (LN0), conforme ilustrado na figura 8.Dispositivo Lgico Visualizao

Rede TCP/IP

SCSM IEC 61850-8-1 Dispositivo Real em uma Subestao IEC 61850-7-4 Dados (Posio)

IEC 61850-7-4 N Lgico (Disjuntor)

IEC 61850-7-6 Arquivo de Configurao, XML

Figura 7 - Converso dispositivo fsico Real em N Lgico. (Fonte: APOSTOLOV, 2007)

M a p e a m e n to

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Figura 8 - Conceito de LN e LC (Fonte: IEC 61850-5)

Os LN so conectados atravs de conexes lgicas (LC) para uma troca de dados dedicada. Cada LN receptor deve saber quais dados so necessrios para realizar uma devida funo, checar se os dados esto completos e se so vlidos. Em SAS, por ser um sistema de tempo real, o critrio mais importante para validao dos dados a idade do dado, cabendo ao LN a funo de decidir se os dados recebidos so atuais e devem ser utilizados ou se so antigos e devem ser descartados. (IEC 61850-5 e OZANSOY, 2007) Existem 86 classes de LN, cada um deles composto de dados que representam algumas aplicaes com significados especficos e tem como finalidade prover subcategorias de dados separadas, conforme ilustrado na figura 9.

Figura 9 - Classes e sub-classes de LN. (Fonte: PROUDFOOT, 2002)

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2.7.5 Linguagem de descrio Configurao de Subestao (SCL) A Linguagem de descrio Configurao de Subestao (SCL) uma das maiores inovaes da IEC 615850 em comparao com os outros protocolos, facilitando a engenharia do sistema, especialmente em estgios de mudanas, expanso ou modificao. Baseada em linguagem XML (EXtensible Markup Language), conforme ilustrado na figura 10, a SCL usada para descrever configuraes e sistemas de comunicao dos IED, permitindo a troca de dados de configurao entre a ferramenta de configurao do sistema de diferentes fabricantes e garantindo a interoperabilidade dos mesmos.

Figura 10 - Definio de esquema de XML formal. (Fonte: IEC 61850-6)

Um IED somente considervel compatvel com a IEC 61850 se for acompanhado de uma ferramenta capaz de gerar um arquivo SCL e que possa utiliz-lo para configurar seus parmetros em um IED. (IEC 61850-6) Existem 4 tipos de arquivos SCL para que se possa diferenciar o tipo dos dados entre as ferramentas, isto feito atravs de extenses de arquivos distintas, as quais so apresentadas a seguir: .ICD Capacidade de Descrio do IED: Troca de dados do IED com o Sistema. Contm os modelos de tipos de dados necessrios e tipos de definies de ns lgicos. .SSD Descrio da Especificao do Sistema: Troca de dados da ferramenta de especificao do Sistema com a ferramenta de configurao do Sistema. Contm uma seo de descrio de uma subestao, modelos de tipos de dados necessrios e tipos de definies de ns lgicos. 26

.SCD Descrio da Configurao da Subestao: Troca de dados da ferramenta de configurao do Sistema com a ferramenta de configurao do IED. Contm todos os IED, uma seo de configurao de comunicao e uma seo de descrio de uma subestao.

.CID Configurao de Descrio do IED: Troca de dados da ferramenta de configurao do IED com o IED. Contm o endereo atual do IED e as informaes que o mesmo necessita. (IEC 61850-6)

2.7.6 Modelo de Comunicao ACSI No protocolo IEC 61850 so especificados modelos de comunicao denominados ACSI (Abstract Communication Service Interface ou Interface de Servios Abstratos de Comunicao). Estes modelos podem ser agrupados em dois grupos: Modelos do tipo Cliente-Servidor: este modelo agrupa um conjunto de servios orientados principalmente realizao das seguintes aes: acesso s informaes, notificao automtica de informaes, sincronismo, comando, transferncia de arquivos e seqncia de eventos. Modelos de comunicao de eventos: orientado a implementao das aplicaes de proteo utilizando uma comunicao ponto a ponto entre IEDs, (IEC 61850-6) Mensagens GOOSE O glossrio da norma IEC 61850 define a mensagem GOOSE como: Na ocorrncia de uma mudana de estado, um IED transmitir em alta velocidade um Evento de Subestao Genrico Orientado a Objeto (GOOSE), contendo o estado de comando de cada status de entrada. A mensagem reenviada sequencialmente em intervalos definidos durante a configurao. (IEC 61850-2) Uma mensagem GOOSE enviada por um IED pode ser recebida e utilizada por diversos dispositivos conectados, por exemplo: Fornecer posies de chaves para intertravamentos Trip de disjuntores Partida para oscilografias

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Na figura 11 pode ser visto um exemplo de rede com descarte de cargas, onde no mtodo antigo, mestre-escravo, o rel do gerador envia uma mensagem informando a abertura do disjuntor do mesmo para a Unidade Centrar de Controle (UCC), e este repassa o comando para os outros rels das cargas, informando-os para abrir os respectivos disjuntores. Com o uso da mensagem GOOSE, o rel do gerador envia uma mensagem informando a abertura do disjuntor do mesmo para a Unidade Centrar de Controle (UCC) e para os outros rels das cargas, simultaneamente, informando-os para abrir os respectivos disjuntores. (BOMBANA, 2006)

Figura 11 - Exemplo de descarte de cargas (Fonte: BOMBANA, 2006)

O tempo para o descarte de cargas com e sem o uso da mensagem GOOSE pode ser visto na figura 13, comprovando-se a reduo significante no tempo de descarte de cargas.

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Figura 12 - Resultado de testes de descarte de cargas (Fonte: BOMBANA, 2006)

Mensagens GSSE O glossrio da norma IEC 61850 define a mensagem de Evento Genrico de Estado da Subestao (GSSE) como similar ao GOOSE, mas restringe os dados contidos a valores de dados de status de comando, como por exemplo, aberto, fechado e em transio. (IEC 61850-2) 2.7.7 Testes e Desempenho em IEDs utilizando a IEC 61850 A parte da IEC 61850 que regulamenta os testes o desempenho de um IED a parte 10. A funo desta parte da norma garantir que o IED suporta as caractersticas descritas em seu arquivo SCL. No entanto, para o funcionamento correto do IED, necessrio garantir algumas caractersticas que no esto inclusas na Part 10da Norma. Algumas delas so: Sincronizao de tempo e preciso do selo de tempo (aquisio do tempo) Controle de tempo de reao Critrios operacionais e de confiabilidade Essas so caractersticas a parte Norma e podem ser solicitadas. Estas medidas de desempenho so essenciais funcionalidade e confiabilidade dos IED. (IEC 61850-10, DOLEZILEK, 2004, 2005). Sincronizao de tempo e preciso do selo de tempo Preciso do selo de tempo documenta a capacidade do IED de comunicar informaes de tempo de um evento. Um selo de tempo preciso precisa de diversas funes distintas como: relgio interno do IED e tempo de deteco de mudana de 29

estado. No entanto, para o usurio final o importante quo preciso o selo de tempo do dado gravado de um evento com relao ao tempo atual do mesmo evento. (IEC 61850-10, DOLEZILEK, 2004, 2005). Controle de tempo de reao A funo desta medida de controle de tempo de reao verificar a velocidade que cada IED capaz de reagir uma mensagem GSE ou a uma mensagem de controle de comando da IEC 61850. Deve-se identificar o tempo decorrido entre o recebimento da mensagem e a mudana de estado do IED. (IEC 61850-10, DOLEZILEK, 2004, 2005). Critrios operacionais e de confiabilidade Esta medida de desempenho documenta a confiabilidade e as caractersticas de operao do dispositivo. O sistema necessita de confiabilidade e informaes operacionais como monitoramento, proteo, controle e dispositivos de comunicao. Usando estas medidas de desempenho, projetistas podem escolher dispositivos apropriados para satisfazer os requisitos do sistema. (IEC 61850-10, DOLEZILEK, 2004, 2005) 2.8 - Migrando para IEC 61850 Dispositivos compatveis com a IEC 61850 esto disponveis desde 2004. Estes dispositivos esto sendo introduzidos no mercado aos poucos. Algumas subestaes novas ainda podem ser equipadas com equipamentos no compatveis com a IEC 61850, assim como, subestaes antigas podem ser integradas com equipamentos compatveis com a IEC 61850 atravs de uma troca gradual dos equipamentos ultrapassados. (WONG, 2004) 2.8.1 Uso de Conversores ou Gateways na Migrao Os sistemas de automao atuais suportam diversos protocolos. O protocolo da IEC 61850 surgiu adicionalmente como mais um protocolo e com o passar do tempo este protocolo se expandiu, e est gradualmente sobrepondo-se os demais protocolos. Para que ocorra um paralelismo entre sistemas que utilizam a IEC 61850 e os que utilizam outros protocolos, necessrio o uso de conversores (gateways). Gateways so conversores de protocolos e normalmente ficam centralizados em um 30

nico ponto onde ocorrem as converses para manter os sistemas de automao com um baixo custo. (WONG, 2004) Quando se faz necessrio obteno de dados de equipamentos do nvel de processo ou quando existem mais de um protocolo de comunicao em operao, a utilizao destes conversores obrigatria. Os gateways fornecem os seguintes servios: Prov converso entre protocolos: IEC 61850, IEC 60870-5, DNP3 e protocolos proprietrios. Prov ferramentas de configurao e diagnstico. Prov interfaces de comunicao mltiplas e capacidade de guardar informaes provendo uma capacidade de centralizao. Prov uma interface entre sistemas novos e antigos simultaneamente. Prov interoperabilidade entre dispositivos que utilizam ou no a IEC 81850. (GOPALAKRISHNAN, 2007) 2.8.2 Limitaes do Uso de Conversores ou Gateways na Migrao Os conversores de protocolos, gateways, possuem algumas limitaes na sua utilizao em subestaes. Considerando estas limitaes, extremamente importante antes de iniciar um projeto que sejam conhecidas quais so as implicaes que a introduo de um gateway em uma subestao que utiliza a IEC 61850. A seguir algumas das limitaes dos gateways: A IEC 61850 foi desenvolvida para assegurar uma alta integridade dos dados garantindo um nico protocolo em toda subestao. A utilizao de conversores resultar em uma integridade menor que a utilizada pela IEC 61850. Investimentos em re-configurao e mapeamento de protocolo do gateway caso alguma mudana seja necessria. No se pode usar gateway no nvel de processo, a no ser que o gateway esteja de acordo com a IEC 61850. A IEC 61850 utiliza um sistema totalmente orientado a objeto, o uso de gateways introduz no sistema um atraso na comunicao da rede, tornando impossvel utilizar todas as funcionalidades da IEC 61850. (GOPALAKRISHNAN, 2007)

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2.9 - O Impacto da IEC 61850 em Automao de Subestao A importncia da Automao de Subestao est em suas funes e no ser mudada pela IEC 61850. A primeira vista a arquitetura do sistema tambm no ser mudada, porm o principal objetivo da IEC 61850 a interoperabilidade, ou seja, a capacidade de um IED de diferentes fabricantes de trocar informaes e us-las para realizar funes de proteo dentro do Sistema de Automao. (BRAND, 2004, WONG, 2004) Um dos desafios da implementao da IEC 61850 como justificar os investimentos em automao de subestao novas ou j implantadas. Os impactos positivos que a automao tem sobre os custos operacionais, aumento da qualidade de energia, e reduo do tempo de resposta, so os principais argumentos. Protocolos de comunicao antigos eram desenvolvidos com dois objetivos, prover as funes necessrias requeridas pelos sistemas eltricos e ao mesmo tempo minimizar os bytes usados pelo protocolo devido s limitaes de largura de banda tpica da tecnologia de conexo serial disponvel de 10 a 15 anos atrs, quando a maioria desses protocolos foram desenvolvidos. Posteriormente com a disseminao da Ethernet estes protocolos foram adaptados para usarem o TCP/IP, porm os protocolos usados ainda utilizavam a filosofia de minimizar os bytes para transferncia, sendo assim, no tiram vantagem do aumento da largura de banda conseguido com a tecnologia Ethernet que prov uma maior funcionalidade a qual pode reduzir significamente os custos operacionais e de implementao. A IEC 61850 nica, pois foi projetada para operar com tecnologias modernas e fornecer funcionalidades que no estavam disponveis nos protocolos de comunicaes antigos. (MACKIEWIEZ, 2006) 2.9.1 Benefcios Tcnicos a) Uso de um Modelo Virtual O modelo virtual de Dispositivos Lgicos (LD) e Ns Lgicos (LN) permitem a definio de dados, servios e comportamento dos dispositivos a serem definidos juntamente com os protocolos usados para definir como os dados so transmitidos na rede. (MACKIEWIEZ, 2006)

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b) Uso de Nomes para Todos os Dados Todos os dados dos elementos da IEC 61850 so nomeados usando abreviaes descritivas dos dados, o que os tornam de fcil identificao, j os outros protocolos identificam os dados pelo local de armazenamento utilizando um ndice de nmeros. Estas abreviaes so padronizadas e definidas pela Norma, ou seja, independem do fabricante. (MACKIEWIEZ, 2006) c) Dispositivos que se Auto Identificam As aplicaes que se comunicam com dispositivos atravs do IEC 61850 so capazes de baixar do dispositivo as descries de todos os dados suportados que sem que seja preciso configurar os objetos de dados ou nomes manualmente. (MACKIEWIEZ, 2006) d) Servios de Alto Nvel O IEC 61850 suporta uma grande variedade de servios que ultrapassam os oferecidos pelos outros protocolos como GOOSE, GSSE, prioridade e um histrico de tudo que acontece. (MACKIEWIEZ, 2006) e) Linguagem de Configurao Padronizada A SCL habilita a configurao de um dispositivo e seu papel preciso no sistema usando arquivos XML. A SCL pode tambm ser usada para estabelecer precisamente e sem ambigidade os requisitos do usurio para dispositivos e subestaes. f) Interoperabilidade Um dos maiores benefcios da IEC 61850 a interoperabilidade, que permite que diversos equipamentos de diferentes fabricantes e de diferentes geraes tecnolgicas possam trocar informaes e us-las para proteo e superviso do sistema. (MESMAEKER, 2005) g) Maior Flexibilidade A IEC 61850 permite a alocao livre de funes, deixando a arquitetura do sistema livre para que o usurio aperfeioe-a como desejar e proporcionando uma maior flexibilidade de implementao. (MACKIEWIEZ, 2006) 33

h) Melhor Expansibilidade A interoperabilidade e a flexibilidade da IEC 61850 garantem que a expanso seja feita da melhor forma possvel, pois no necessrio o uso de equipamentos do mesmo fabricante dos dispositivos instalados. (MACKIEWIEZ, 2006) i) Maior Largura de Banda e Velocidade de Transmisso A IEC 61850 permite uma maior velocidade de transmisso por utilizar uma topologia cliente/servidor ao invs da mestre/escravo. Por ser uma tecnologia desenvolvida para utilizar a Ethernet, uma maior quantidade de dados pode transitar na rede devido alta taxa de transferncia 100Mb/s, alm de uma melhor superviso remota, atravs do browser internet explorer. Outro ponto importante o fato dela evitar a coliso entre pacotes, alm de ser possvel utilizar uma rede nica para transitar os dados da rede de escritrio e da rede industrial. (HERRMANN, 2006) 2.9.2 Benefcios Econmicos Os benefcios econmicos providos pela IEC 61850 no esto na aquisio dos equipamentos ou at mesmo do Sistema. Os maiores benefcios da IEC 61850 so percebidos durante sua utilizao em longo prazo, como pode ser visto na tabela 04. (MACKIEWICZ, 2006)Tabela 04 - Justificativa para o uso da IEC 61850

DescrioCompra do equipamento Instalao Configurao Aplicao / Migrao Flexibilidade / Manuteno Fonte: MACKIEWICZ, 2006

Protocolos Antigos $ $$ $$ $$$ $$$

IEC 61850 $$ $ $ $ $

Impacto

+ + + +

A reduo de custos com dispositivos de controle e proteo uma prioridade para as empresas de energia eltrica em todos os pases do mundo. Para tal, o novo padro dos sistemas de comunicao aberto, de forma que equipamentos de diferentes fabricantes funcionem juntos. (SPERANDIO, 2007) 34

a) Reduo no Custo de Instalao A IEC 61850 permite que o dispositivo troque dados e status usando mensagens GOOSE e GSSE atravs da rede sem ter que usar cabos separados para cada rel. Isto reduz significativamente os custos de cablagem (cabos, canaletas, dutos...) atravs de uma melhor utilizao da largura de banda. (MACKIEWIEZ, 2006) b) Reduo no Custo de Transdutores Ao invs de utilizar transdutores em separados para cada dispositivo, uma unidade de agrupamento nica pode entregar este sinal a vrios dispositivos usando um nico transdutor, diminuindo assim os custos com transdutores, cabeamento, calibrao e manuteno. (MACKIEWIEZ, 2006) c) Reduo no Custo de Comissionamento Os custos de configurao e de comissionamento dos dispositivos so reduzidos drasticamente pelo fato dos dispositivos que utilizam a IEC 61850 no precisarem de tanta configurao manual quanto os dispositivos que utilizam outros protocolos, o que reduz erros. Este benefcio somente foi possvel devido implementao da SCL. (MACKIEWIEZ, 2006) d) Reduo no Custo de Migrao Devido ao fato da IEC 61850 definir a nomenclatura dos dados, permitindo a interoperabilidade, os custos de migrao so reduzidos, pois dispositivos de diferentes fabricantes podem ser utilizados em conjunto, minimizando o trabalho de reconfigurao dos mesmos em casos de troca. (MACKIEWIEZ, 2006) e) Software Independente da Plataforma O fato da IEC 61850 permitir que o software seja independente da plataforma, possibilita que o usurio possa escolher comprar o sistema completo, somente o software ou somente o hardware, ou seja, em caso de dano de um componente, pode-se adquirir somente o necessrio, diminuindo o custo de manuteno. (HERRMANN, 2006)

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f) Maior Largura de Banda e Velocidade de Transmisso Conforme mostrado nos benefcios tcnicos, a IEC 61850 permite uma maior largura de banda e velocidade de transmisso. Devido a esta caracterstica possvel utilizar uma rede industrial nica para controle e proteo, possibilitando que a oscilografia trafegue por essa rede, o que no passado somente seria possvel implementando uma rede paralela devido limitao da largura de banda e ao tamanho do arquivo gerado pela oscilografia. (HERRMANN, 2006) g) Reduo no Custo do Ciclo de Vida da Subestao Segundo Andersson (2001), a IEC 61850 possui um impacto positivo no custo do ciclo de vida de uma subestao. A seguir ser visto um exemplo com as seguintes pr-suposies: Numa nova instalao de uma subestao a porcentagem dos custos relativa aos equipamentos de 40%, enquanto os custos de engenharia e testes so de 60%. Portanto a implementao da subestao partindo-se do zero, denominada Etapa 1, corresponde a 100%, englobando equipamentos, engenharia e testes. Posteriormente, pressupe-se que durante a vida til de uma subestao (40-60 anos), os equipamentos devem ser trocados 3 vezes, o que corresponde s Etapas 2, 3 e 4. Na figura 14 temos uma comparao de redues de custo conseguidas com e sem o uso da Norma com base nas suposies assumidas acima. i) Redues conseguidas sem o uso da Norma Uma maior reduo de custo de equipamentos no possvel. Sendo assim pressupe-se uma reduo de 25% dos custos dos equipamentos entre a Etapa 2 e 3. Pressupe-se que os custos de engenharia e de testes por troca so os mesmos da primeira instalao. ii) Redues conseguidas com o uso da Norma aplicada em equipamentos obsoletos Devido interoperabilidade, o mercado pode ser usado para reduzir em 50% os custos de equipamentos entre os passos 2 e 3. Os custos de engenharia e de testes por troca so os mesmos da primeira instalao. iii) Redues conseguidas com o uso de todas as funcionalidades da Norma IEC 61850 Devido ao uso da SCL, pressupe-se uma reduo de 75% nos custos de engenharia e de testes comparados com a pri36

meira instalao, alm da reduo de 50% dos custos de equipamentos. A Reduo no Custo do Ciclo de Vida da Subestao com o uso da IEC 61850 comparada com a reduo sem o uso da Norma o dobro.

Figura 13 - Custo de manuteno dos equipamentos no ciclo de vida da subestao (Fonte: ANDERSSON, 2001)

2.10 - IEC 61850 sob o ponto de vista da Concessionria de Energia A Comisin Federal de Electricidad (CFE) uma companhia governamental que gera, transmite e distribui energia para mais de 80 milhes de pessoas no Mxico. A CFE tem operado subestaes de transmisso remotamente por mais de 25 anos e desenvolveu uma especificao que foca na topologia da rede, funcionalidade e caractersticas do equipamento. Em 1990 a CFE migrou sua especificao para DNP3 e em 2000 passou a usar a Ethernet como a rede a ser utilizada nas subestaes. Atualmente a CFE est implementando a IEC 61850 no projeto La Venta II, a qual parte da rede de transmisso elica Wind Farm La Venta II em 230kV. (ESPINOSA, 2007). O grupo Bandeirante Energias do Brasil atravs de seu programa de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnolgico (P&D) financia o projeto: Sistema Padronizado de Parametrizao de Rels de Proteo usando a Norma IEC61850 cujos objetivos so: Desenvolver um sistema nico para ajustes de rels de proteo, independente de fabricante e plataforma computacional;

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Implementar o padro de interface de comunicao de dados da srie IEC 61850 como meio de apresentao e configurao dos parmetros de ajustes dos rels de proteo para interao com o usurio;

Implementar o Modelo Comum de Informaes (CIM) da srie IEC 61970, naquilo que for pertinente, como meio para armazenamento dos dados relativos aos rels e seus parmetros, bem como para funcionamento geral do sistema;

Implementar um mecanismo de traduo dos ajustes de configurao (definidos como telegramas IEC 61850) para os arquivos proprietrios de configurao de cada rel/fabricante, e a sua conseqente gerao em formato XML;

Implementar um mecanismo para insero de dados relativos a novos equipamentos que venham a ser lanados no mercado; Disponibilizar uma interface para ajustes e configurao direta de rels de proteo j construdos de acordo com as recomendaes da srie IEC 61850;

Implementar mecanismos de segurana para garantir o acesso exclusivo de usurios autorizados; Implementar mecanismos para adequao do sistema a futuras evolues da srie IEC 61850; Garantir a integrao da interface em qualquer ambiente computacional, atravs de utilizao de tecnologias de Internet. (BANDEIRANTE, 2005/2006) Outro exemplo a Companhia Estadual de Energia Eltrica do Rio Grande do

Sul (CEEE) que est investindo na utilizao/implantao da IEC 61850. A CEE j possui em um projeto Bsico de Homologao de Sistema Digital IEC 61850 que se destina a aquisio de Sistemas Digitais baseados na norma IEC 61850 (SD-61850) a serem aplicados nas subestaes da CEEE Distribuidora. Somente as Empresas devidamente habilitadas e com seus SD-61850 homologados podero participar de processos licitatrio para fornecimento destes equipamentos. Outra empresa no Brasil que acredita nos benefcios da IEC 61850 a Eletrosul que contratou uma empresa para o fornecimento de sistemas de proteo, controle e superviso de montagem e comissionamento de trs subestaes no Rio 38

Grande do Sul (Gravata 3, Atlntida 2 e Osrio 2). Estas subestaes fazem parte de um conjunto de obras da rede bsica, necessrias para melhorar as condies de desempenho do sistema eltrico na regio metropolitana de Porto Alegre. Neste fornecimento foi utilizada uma soluo de alta tecnologia baseada no Protocolo IEC 61850, que permite a otimizao do sistema e a combinao de equipamentos de diversos fornecedores. Esse protocolo possibilita empresa uma maior confiana do sistema, reduo de custos e ganhos operacionais, fator importante para o fornecimento de energia. (DAINESE, 2006)

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3. ConclusoAtualmente existe uma grande quantidade de protocolos e padres de comunicao para o sistema eltrico utilizado em subestaes, portanto tornou-se necessria a normatizao de um protocolo que garantisse que dispositivos de proteo de diferentes fabricantes se comunicassem sem ambigidade e sem a utilizao de conversores de protocolo, alm da reduo dos custos de projetos, de implementao, de manuteno de uma SE e de treinamento de pessoal. O protocolo IEC 61850 o nico protocolo normatizado que consegue satisfazer a todas estas condies. A Norma trouxe vrios benefcios tcnicos como: A eliminao de diversos protocolos operando em um Sistema Eltrico, o fim do modelo mestre-escravo e a implementao do modelo cliente-servidor, o que proporciona um ganho de tempo na atuao do dispositivo de proteo, a simplificao da fiao e a eliminao de conversores de protocolo que introduzem um atraso no sistema, dentre outros. Apesar do seu custo de implantao inicial relativamente superior, se comparado com os outros protocolos, a IEC 61850 possui benefcios econmicos concretos. O principal benefcio econmico da Norma est na manuteno das SE em longo prazo, pois quando comparada com as opes de implantao de uma subestao sem a possibilidade de aplicao da Norma devido s limitaes dos equipamentos. Entretanto se os equipamentos existentes na subestao permitirem uma aplicao parcial da Norma, ainda assim o custo de manuteno muito superior do que se os equipamentos permitirem a utilizao de todas as funcionalidades da IEC 61850. Automao de uma SE pode ser feita com a utilizao de diversos protocolos de comunicao, cada um com seus benefcios e suas limitaes, cabendo ao usurio escolher a melhor soluo custo-benefcio para seu sistema. A norma IEC 61850 nova e pouco difundida, por este motivo as empresas esto cautelosas em utiliz-la, pois necessrio um investimento maior que o atual em equipamentos, treinamento de pessoal alm da preocupao de na ocorrncia de um erro, parar sua planta. Apesar disso vrias empresas demonstram interesse em utilizar o protocolo IEC 61850 e esto implementando projetos pilotos para testar sua funcionalidade e benefcios. Porm, vale ressaltar que a Norma est sendo divulga-

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da pelos principais fabricantes, o que pode causar uma dependncia por parte do cliente. O trabalho desenvolvido possibilitou aprofundar o conhecimento sobre o protocolo de comunicao IEC 61850, seus benefcios tcnicos e econmicos, concluindo-se que a Norma IEC 61850 eficaz e gradativamente substituir os protocolos existentes. O protocolo de comunicao IEC 61850 est em alta no mercado tanto brasileiro quanto internacional e substituir os demais protocolos no apenas pelos benefcios tcnicos e econmicos aqui demonstrados, mas principalmente devido interoperabilidade, que possibilita o uso de equipamentos de fabricantes diferentes diminuindo assim o custo gerado pela compra de equipamentos de um nico fabricante e aumentando a versatilidade dos sistemas.

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ANEXOS

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Email Posio da Coelba sobre a IEC 61850Nogueira, Bruno VasquezDe: [email protected] Enviado em: segunda-feira, 12 de novembro de 2007 12:31 Para: Nogueira, Bruno Vasquez Assunto: Re: IEC 61850

Pgina 1 de 2 12/11/2007Bruno, Segue abaixo complementos ao que voc relatou. Grato, Srgio Lessa Gestor da Unidade de Planej. e Automao de Sistemas Integrados - EAAS Depart. de Automao e Telecomunicao - EAT Fone 0xx71 3370-5293 Fax 0xx71 3370-5769 Celular 0xx71 9961-7106 e-mail: [email protected] Prezado Sergio, Conforme conversado, estou enviando este e-mail com um resumo da nossa conversa para que possa utiliz-lo como um anexo minha monografia. Sinta-se a vontade para tecer comentrios e efetuar as correes necessrias. 1) A Coelba, aps o Simpase, est comeando a estudar mais a fundo a IEC 61850. A Coelba aproveitou a realizao do VII Simpase em Salvador para discutir internamente a IEC 61850, concluindo que: - a aplicao da IEC, conforme evidenciado no Simpase, com forte participao dos fabricantes de IEDs; - simulao de uso da norma IEC numa subestao recm construda indica um custo 227% superior ao padro existente, impactado principalmente pela nova plataforma de IEDs necessria; - importante acompanhar o estado da arte em automao, com as devidas precaues; - a definio em utilizar a norma IEC 61850 implica necessariamente em ampliar os recursos de investimentos necessrios para automao de subestaes. 2) A Coelba possui 50% do seu parque automatizado utilizando o protocolo DNP3. A Coelba possui nesta data 272 subestaes, sendo 149 automatizadas. Destas 149, 115 so digitalizadas com protocolo DNP entre IEDs e Remota, 8 so digitalizadas no modelo SIPCO (Sistema Integrado de Proteo e Controle) com protocolo Procome entre IEDs e Remota e 27 so adaptadas, onde foi utilizado a proteo existente (rels eletromecnicos), com a monitorao e comandos da subestao sendo realizados atravs da Remota e a medio atravs de Transdutores de Medidas que se comunicam com a Remota atravs do protocolo Procome. Em todas estas 149 subestaes, o protocolo entre a remota e o Centro de Operao o IEC 101."Nogueira, Bruno Vasquez"

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08/11/2007 13:20 Para: < [email protected]> cc: Assunto: IEC 61850

3) Devido a limitaes econmicas e ao nvel de implementao da Norma IEC 61850 que ainda no est muito avanado, a Coelba no investir nesse protocolo sem que haja mais referncias para se comparar. A questo principal para uso da norma IEC 61850 neste momento em relao ao montante necessrio. Conforme citado acima, o investimento necessrio para utilizar a nova norma alto; h avano suficiente neste novo protocolo para seu uso entre IEDs e Remota. O mercado de IEDs com a nova norma precisa se consolidar para que ocorra mais aplicaes, mais treinamentos, e para que os preos possam diminuir. Esta consolidao, certamente, permitir a disseminao desta norma no setor eltrico, onde a Coelba est inserida. 4) A Celpe, do Grupo Neoenergia, mesmo grupo da Coelba, lanou este ano um projeto piloto de uma substao implementada com o prolocolo IEC 61850. Dentro de um conjunto de automaes que a Celpe est realizando, escolheu-se uma subestao para se implementar o novo protocolo. A implementao ser feita pelo fabricante de IEDs, sendo contemplado neste fornecimento treinamento e start-up da nova instalao. Obrigado, Bruno V. Nogueira Siemens Ltda.PTD Salvador Tel: + 55 71 3340 1406 Cel: + 55 71 9161 7538 Fax: + 55 71 3340 1433 [email protected]

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