PadronizaçãoDaAutomaçãoDeSubestaçõesElétricasAPartirDaNormaIEC61850

7/25/2019 PadronizaoDaAutomaoDeSubestaesEltricasAPartirDaNormaIEC61850

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PADRONIZAO DA AUTOMAO DE SUBESTAES

ELTRICAS A PARTIR DA NORMA IEC 61850

REA: Engen!"#! E$%&"#'!( S)*e+&!,-e+ E$%&"#'!+( S).e"/#+( Cn&"$e e A)&2!,( D#+&"#&)#,(T"!n+2#++( P"&e, E$%&"#'!( S2!"& 3"#4( Re4e+ In&e$#gene+( Re4e+ 4e C2)n#'!,( P"&'$+

E4)!"4 3n!g! 4! S#$/e#"!Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais CEFET-MGPrograma de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica PPGELeduardodeii!ce"etmg!#r$%%&'1(''1)-*+,1.enida ma/onas0 *%0 Gameleira!CEP2 '3%13-333 4elo 5ori/onte-MGT!7+! R4"#g)e+ L*!' D)"e+Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais CEFET-MGPrograma de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica PPGELthaisarldgmail!com$%%&'1(''1)-*+,1.enida ma/onas0 *%0 Gameleira!CEP2 '3%13-333 4elo 5ori/onte-MG

Resumo.Este artigo pretende apresentar didaticamente um estudo sobre a norma IEC 61850, com vistas a

incentivar o seu conhecimento e a sua implementao, que ainda enrentam muitos desaios! Inicialmente,

apresentam"se alguns conceitos de redes de computadores, undamentais # compreenso da IEC 61850, e adisposio de seus cap$tulos com os respectivos conte%dos! & partir destes, a automao de subesta'es (

descrita antes e depois desse mais novo advento! Em seguida, apresenta"se as vantagens e desvantagens da

automao proposta em relao # gerao anterior! )inalmente, concluiu"se com as consequ*ncias daimplantao da norma e as melhorias e+perimentadas no sistema el(trico atual!

Palavras-chave:subestao, automao, redes, protocolo de comunicao
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1 INTRODUO

7esde o "inal da dcada de 1)+30 8uando os rels0 e um 9ouco de9ois0 a grande maioria doscom9onentes do lado secund:rio da su#estao0 tornaram-se micro9rocessados0 os cam9os de automao ecomunicao .;m adentrando e ganhando crucial im9ortdos #asicamente 9or

rels eletromec"ico 9arasu#esta=es! 9rimeira tentati.a surgiu com a criao do DC & tilit- Commuications &rchiteture. 9eloEPA &Electric /oer esearch Institute(! Paralelamente aos estudos do EPA0 a AEC &International

Electrotechnical Comission( tam#m 9rocura.a desen.ol.er um 9adro 9ara su#esta=es! unio dos doisgru9os de estudos resultou na criao da norma AEC *1+%30 9u#licada em 633,!

AEC *1+%3 0 9elo menos na teoria0 a soluo de todos os 9ro#lemas a9ontados 9ara a automao desu#esta=es! 9artir dela0 a inter"ace de comunicao dos e8ui9amentos de di.ersos "a#ricantes dentro deuma mesma su#estao 9adroni/ada! 5: tam#m a reduo0 tendendo a total eliminao0 da necessidade deca#os de controle0 8ue 9odem ser su#stitu>dos 9or "i#ras ticas!

Entretanto0 muitos 9ro@etos de sistemas de automao de su#esta=es em9regados atualmente aindaseguem es9eci"ica=es determinadas 9elos "a#ricantes de com9onentes! maioria das cone=es necess:rias a

intertra.amentos0 rece#imento de sinais analgicos de corrente e tens=es0 trans"er;ncia de in"orma=es dedis@untores0 dentre outras a9lica=es0 ainda so reali/adas 9or meio de ca#os de co#re! Asso desencadeia autili/ao de um ele.ado nmero de 9rotocolos de comunicao0 9ersistindo os 9ro#lemas na comunicaoentre os e8ui9amentos de di.ersos "a#ricantes!

s moderni/a=es de su#esta=es tra/em como desa"io uma grande multidisci9linaridade de :reas noarca#ouo tecnolgico 8ue as en.ol.e! :rea de 9roteo eltrica0 antes tratada se9aradamente das :reas 8uecom9=em o esco9o tcnico dos sistemas secund:rios0 9assou a ser integrada e a tra#alhar em sinergia comelas!

9artir dessa 8ue#ra de 9aradigma tecnolgico0 cria-se a necessidade de 8ue engenheiros eletricistasen.ol.idos com su#esta=es ad8uiram conhecimentos e ha#ilidades tcnicas relacionadas a cam9os 8ue estoalm da eletrotcnica!


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s Intelligent Eletronic 2evices &AE7s(0 7is9ositi.os EletrHnicos Anteligentes0 em 9ortugu;s0 soe8ui9amentos micro9rocessados de car:ter multi"uncional! Tais dis9ositi.os so ca9a/es de eecutar "un=esde 9roteo e controle0 ad8uirir dados0 reali/ar medi=es0 monitorar a 8ualidade de energia0 controlaralgoritmos 9ara eliminao r:9ida de "alta0 entre outras atri#ui=es!

Cada AE7 "ormado 9or um hardIare e 9or um con@unto de "un=es residentes0 8ue caracteri/am oseu com9ortamento! s "un=es utili/am classes de dados e as res9ecti.as instsico &hardIare do AE7(!

s "un=es de 9roteo e controle so distri#u>das so#re uma rede local Ethernet0 de.ido K ca9acidadedesses AE7s em e"etuar comunicao em alta .elocidade! Asso 9ermite o com9artilhamento de in"orma=esentre os di.ersos AE7s!

Ethernet um 9adro de interconeo de micro9rocessadores em redes de alta .elocidade0geralmente de 13 M#9s &7A? et! al!0 6336(! Como na maioria das redes0 a ar8uitetura das redes em Ethernet estruturada em camadas0 sendo cada uma res9ons:.el 9or desem9enhar uma "uno es9ec>"ica na reali/aoda comunicao!

utili/ao de uma rede local 9ermite a su#stituio da "iao0 "eita com .:rios "ios de co#re0 9or umainstalao utili/ando 9rotocolos de comunicao! Com isso0 as lgicas de 9roteo e controle soa9er"eioadas0 com melhoria na "uncionalidade0 sem 8ual8uer aumento de custo! Asso garante0 inclusi.e0 aintero9era#ilidade entre AE7s de "a#ricantes di"erentes0 "ator de 9rinci9al interesse nesses dis9ositi.os!

s 9rotocolos de comunicao so as regras 8ue de"inem como de.e ser a transmisso de mensagensentre as camadas da rede! Ja automao de su#esta=es0 os 9rotocolos 9odem ser conce#idos 9ara a9lica=eses9ec>"icas0 ou estruturados e a@ustados Ks necessidades de instala=es locais! norma AEC *1+%3 esta#eleceos 9rotocolos entre os AE7s0 cu@os dados 9odem ser usados de di"erentes "ormas no controle distri#u>do e nasa9lica=es de 9roteo!

norma AEC *1+%3 esta#elece0 ainda0 os modelos em 8ue as mensagens sero trans"eridas con"ormesua 9rioridade! modelo com um 3eneric 4ubstation Event &G?E(0 ou se@a0 um E.ento Genrico na?u#estao 9re.; a 9ossi#ilidade de uma r:9ida e con"i:.el distri#uio de .alores 9ara todo o sitema deentrada e en.io de dados!

modelo G?E 9romo.e uma descentrali/ao autHnoma 8ue 9ermite a entrega simult.el de dados comuns organi/ados 9orum 7ata-?et! Este nada mais 8ue um ar8ui.o de dados a9resentados em ta#elas! Jestas0 cada colunare9resenta uma .ari:.el e cada linha0 um dado re"erente a cada .ari:.el!

s mensagens de G?E cont;m in"ormao 8ue 9ermite o dis9ositi.o rece9tor o#ter a in"ormaoda mudana de um estado e o instante em 8ue ele "oi modi"icado! instante da ltima mudana de estado

9ermite 8ue este dis9ositi.o rece9tor "ie os cronHmetros locais em um determinado e.ento!

GSE

E.ento Genrico da?u#estao

GSSE

Estado de EventoGenrico daSubestao

GOOSE

Objeto OrietadoGenrico de Evento da

Subestao


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,

Por sua .e/0 este dis9ositi.o ou AE70 recentemente ati.ado 9elo rece#imento do G?E0 iniciar: sua9artici9ao na a9licao ou lgica corrente no sistema! dis9ositi.o en.iar: dados atuais &estado( ou .alorescomo a mensagem G?E inicial!

Todos os dis9ositi.os 8ue en.iam mensagens de G?E continuaro en.iando a mensagem com umtem9o de ciclo longo0 at mesmo se nenhuma mudana de estado ou .alor aconteceu &PDLAJ0 633+(!

; ARtulo descre.e0 9or ltimo0 como de.e ser o controle de 8ualidade0 suasres9onsa#ilidades inerentes e os testes 8ue de.em ser reali/ados no sistema!

Figura 6! r8uitetura da Jorma AEC *1+%3FJTE2 &PDLAJ0 Marcelo E! de Car.alho0 633+(

Nuanto aos re8uisitos de comunicao &Parte %(0 eistem os 9r-re8uisitos #:sicos e so "eitas asde"ini=es de ns lgicos0 de lin7s lgicos de comunicao e de Parte da An"ormao 9ara Comunicao&PACMs(! ca9>tulo trata0 ainda0 da relao dos ns lgicos com os PACM?0 da determinao dodesem9enho da comunicao0 das "un=es e dos cen:rios dintulo * &Con"igurao do ?istema de utomao da ?u#estao( a#orda uma .iso geral do9rocesso de engenharia 9lane@ado0 com a de"inio do sistema e do "ormato de troca de 9ar


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%

= IMPLANTAO DA NORMA

norma AEC *1+%3 o nico 9adro 8ue a#range os tr;s n>.eis em uma su#estao0 ou se@a0 n>.elestao0 n>.el .o e n>.el 9rocesso! utras normas a#rangem as comunica=es em a9enas um ou dois dessestr;s n>.eis0 9ois os 9adr=es "oram desen.ol.idos 9ara "ins es9ec>"icos &PDLAJ0 633+(!

ar8uitetura lgica 9raticada 9ela norma AEC *1+%3 im9=e um "luo de dados com mensagens

trans"eridas no modo cliente-ser.idor0 di"erente do modo mestre-escra.o utili/ado em outros 9rotocolos!Jo modo de comunicao mestre-escra.o0 mostrado na Figura '0 um dis9ositi.o mestre essencial!Dma "alha no dis9ositi.o mestre resulta em "alha em outros dis9ositi.os0 8ue no 9odero se comunicar!

Figura '! Eem9lo do modo Omestre-escra.oFJTE2 &PDLAJ0 633+(

Com a norma AEC *1+%30 a ar8uitetura lgica im9lantada 9ela de"inio dos ser.ios0 ou se@a0 a"orma de como trans"erir esses dados 9ela rede! Asto 9oss>.el com a a#ordagem de comunicao orientadaao o#@eto 8ue de"ine como reali/ado o endereamento de dados!

Jeste caso0 o cliente 8uem controla a troca de dados0 9odendo ser 8ual8uer AE7 associado K lgicade 9roteo e controle em "uncionamento! Figura , mostra a re9resentao do modo de transmisso dedados cliente-ser.idor!

utra .antagem a utili/ao da comunicao ulticasting0 8uando nicos ou mlti9los AE7s 9odemrece#er a mensagem e utili/:-la ou no0 con"orme sua necessidade! Este ti9o de comunicao melhora odesem9enho de tem9o no en.io das mensagens &PDLAJ0 633+(!

Figura ,! Eem9lo do modo Ocliente-ser.idorFJTE2 &PDLAJ0 633+(

9rotocolo 9ro9osto 9ela AEC *1+%3 utili/a o conceito de de"inio a#strata 9ara dados e ser.ios emsistemas digitais de su#esta=es! Tais dados so criados inde9endentemente dos 9rotocolos! o#@eti.o da AEC*1+%3 no 9adroni/ar as "un=es 9resentes nos AE7s nem o seu endereamento no sistema digital0 mas"ornecer uma inter"ace neutra entre os o#@etos e os ser.ios relacionados a essas "un=es!

International 4tandards rgani9ation &A?( de"iniu um modelo de re"er;ncia 9ara a interconeo desistemas denominado modelo pen 4-stems Interconnection &?A(! Jeste 9adro0 a comunicao de dados reali/ada em sete camadas 9elos AE7s! Essas camadas de di.idem em dois con@untos2


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*

1! Con@unto de trans9ortes0 8ue "ormado se8uencialmente 9elas seguintes camadas2

Camada ">sica0 relacionada com a transmisso sim9les de #its atra.s de um canal decomunicaoQ

Camada de enlace de dados0 8ue esta#elece meios "uncionais e 9rocessuais 9aratransmisso de dados atra.s da redeQ

Camada de rede0 8ue es9eci"ica como so atri#u>dos os endereos e como soencaminhados os 9acotes de um 9onto da rede 9ara outroQ Camada de trans9orte0 8ue garante a chegada de um 9acote a seu destino na transmisso

em rede0 isolando os n>.eis su9eriores!

6! Con@unto de a9licao0 8ue "ormado se8uencialmente 9elas seguintes camadas2

Camada sesso0 8ue estrutura os circuitos o"erecidos 9elo n>.el de trans9orte0 9or eem9lo0login e trans"er;ncia de ar8ui.osQ

Camada de a9resentao0 8ue reali/a trans"orma=es ade8uadas0 antes de seu en.io ao n>.el desessoQ

Camada de a9licao0 8ue de"ine "un=es de gerenciamento e mecanismos genricos 8ueser.em de su9orte a a9lica=es distri#u>das &?ALB0 633+(!

Figura % re9resenta a 9ilha de 9rotocolos com9osta de um ser.io 8ue gera mensagens e dascamadas de trans9orte0 rede e enlace! Pode-se o#ser.ar 8ue somente a camada de enlace comum a todas asmensagens e utili/a o 9rotocolo Ethernet com 9rioridade!

s mensagens 8ue no tem restrio de tem9o0 denominadas comunicao cliente-ser.idor0 utili/amtoda a 9ilha de 9rotocolos en8uanto as demais0 8ue 9ossuem restri=es 8uanto a atrasos0 so ma9eadasdiretamente na camada de enlace! Por utili/arem todas as 9ilhas de 9rotocolos0 as mensagens cliente-ser.idort;m um atraso inserido 9elo 9rocessamento em cada camada0 e 9or esse moti.o de.em estar necessariamenterelacionadas a ser.ios com restri=es cr>ticas de tem9o como0 9or eem9lo0 sincroni/ao0 leitura e escrita deatri#utos e trans"er;ncia de ar8ui.os!

Figura %! e9resentao da Pilha de Protocolos AEC *1+%3 FJTE2 &PDLAJ0 633+(

s mensagens com restri=es cr>ticas a atraso0 como #lo8ueios0 so trans"eridas 9or mensagensG?E! Essas mensagens trans9ortam dados con"igur:.eis 8ue cont;m in"orma=es 8ue 9ermitem aorece9tor conhecer 8ue um status "oi modi"icado e o instante em 8ue ele "oi modi"icado! lm de noutili/arem todas as camadas da 9ilha de 9rotocolos0 esse ti9o de mensagem tem 9rioridade mais alta na redecom tem9o de en.io m>nimo &GD et! al0 633*(!

lm da intero9era#ilidade 9oss>.el0 com as de"ini=es da norma0 con"igurar as "un=es de acordocom as necessidades dos usu:rios0 9ossi#ilitando uma e9anso da utili/ao dos e8ui9amentos com essacon"igurao no.a!


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Por meio da rede local &Ethernet( 9ode-se tam#m "a/er a transmisso de grande/as analgicas &tensoe corrente( 9or meio de .alores amostrados! Este um dos grandes di"erenciais em uma a9licao t>9ica com

9rotocolos de comunicao da norma AEC *1+%3 &?ALB0 633+(!Como des.antagem em relao a AEC *1+%30 nas instala=es con.encionais0 toda a coneo necessita

de uma instalao eltrica 9onto-a-9onto! Esta instalao re9resentada a seguir na Figura *!

Figura *! Comunicao de AE7s 9or meio de "iao con.encional

FJTE2 &PDLAJ0 633(

Jas instala=es 8ue utili/am a rede Ethernet0 a comunicao entre AE7s "eita 9or 9acotes dein"ormao0 de"inidos 9ela norma AEC *1+%3! Essa in"ormao tra"ega atra.s de um sim9les est:gio oumlti9los con"orme e9licado anteriormente! "igura a seguir eem9li"ica a comunicao utili/ando a redeEthernet &PDLAJ0 633(2

Figura ! 7istri#uio de mensagens G?E entre AE7s o9erando com rede de comunicaoFJTE2 &PDLAJ0 633(

5 >ANTA3ENS E DES>ANTA3ENS DA IEC 61850

Com a im9lantao da norma AEC *1+%3 tem-se a reduo de custos atra.s da su#stituio da "iao"eita com .:rios "ios de co#re 9elo uso de um 9rotocolo a#erto e comum! Esse 9rotocolo "acilita o acesso Krede0 9ossi#ilita o acesso remoto aos e8ui9amentos da su#estao e ali.ia a manuteno!

utra .antagem a 9roteo dos in.estimentos das em9resas0 9ois se hou.er alguma mudana natecnologia0 somente a 9arte relati.a K comunicao do sistema de automao de.e ser alterada0 mantendo osoutros com9onentes! u se@a0 a rede Ethernet altamente com9at>.el com e9ans=es e no.as a9lica=es!corre tam#m a sim9li"icao da engenharia de so"tIare com a de"inio da 7escrio da Linguagem deCon"igurao da ?u#estao &?CL(0 em ingl;s 4ubstation Coniguration 2escription :anguage0 redu/indo otem9o do 9ro@eto e sim9li"icando a integrao do sistema!


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+

E0 9or "im0 a im9lantao da norma "a.orece o alto desem9enho do sistema 9or meio da crescenteca9acidade e 9otencialidade dos com9onentes da rede Ethernet 8ue 9ossi#ilita a em9resa ter uma nica in"ra-estrutura de comunicao0 gerando maior racionali/ao e organi/ao do "luo de dados &PDLAJ0 633+(!

9rinci9al des.antagem o alto custo inicial de im9lantao da norma AEC *1+%30 9ois o 9rotocolonico de comunicao demanda um alto in.estimento com com9onentes de rede! lm disso0 a no.atecnologia de.er ser acom9anhada 9or mo de o#ra es9eciali/ada0 solicitando in.estimentos com treinamento!

im9lantao da norma AEC *1+%3 de9ende tam#m do nmero de AE7s necess:rios K su#estao0no sendo .i:.el sua a9licao em su#esta=es de 9e8ueno 9orte! Com o a.ano da tecnologia e constantea9rimoramento dos a9arelhos eletrHnicos0 constatada a ra9ide/ com 8ue os rels digitais "icam o#soletos0necessitando de trocas 9eridicas 9ara atuali/ar o sistema! 9esar da ada9ta#ilidade da rede Ethernet0 no sesa#e at 8uando isso ser: 9oss>.el0 redundando em gastos 9ara as concession:rias!

6 CONCLUSES

tra#alho a9resentado 9ossi#ilita o entendimento #:sico da norma AEC *1+%30 #em como suaa9licao na automao de su#esta=es! Trata-se de um desa"io a todos os 9ro"issionais en.ol.idos no"uncionamento do sistema eltrico0 se@am e8ui9es de engenharia0 o9erao ou manuteno0 9or en.ol.er a"uso das :reas de 9roteo0 controle0 sistemas de in"ormao e 9rotocolos de rede! norma tam#m a

9ro9osta de mudana de um 9aradigma0 em 8ue 9roteo e controle eram tratados 9or de9artamentos distintose agora0 dentro da mesma 9ers9ecti.a de rede inteligente! Por causa disso0 9ode-se considerar 8ue a normaAEC *1+%3 tra/ consigo uma .erdadeira re.oluo 9ara o setor eltrico!

? REER@NCIAS BIBLIO3RICAS

PDLAJ0 M! E! de C!! !+'7')$+ +*"e ! n"2! IEC 61850e.ista ?etor Eltrico0 @ulho a de/em#ro0633+QPDLAJ0 M! E! de C!! Te+&e+ 4e IED+ .e"!n4 '2 "e4e+ 4e '2)n#'!, *!+e!4+ n! IEC 618507cimo ?egundo Encontro egional A#ero-mericano do CAGR! Fo/ do Aguau P0 63 a 6, de maio de633QGD0 E C! et! al!! A+.e'&+ 4e C2)n#'!, 4! N"2! IEC 61850?im9sio 4rasileiro de ?istemasEltricos! Cam9ina Grande0 Para>#a0 633*Q

EAJ DJA0 !! U2 24e$ 4e #n&eg"!, en&"e + .!4"-e+ IEC 61850 e IEC 61?0 CIMML7issertao de Mestrado! Escola Politcnica da Dni.ersidade de ?o Paulo! ?o Paulo0 ?P0 633*Q?ALB0 ! L!! D#g#&!$#!, 4e +)*e+&!,-e+ e )+ 4 ."&'$ IEC 61850Tra#alho de Concluso deCurso! Ponti">cia Dni.ersidade Catlica de Minas Gerais0 4elo 5ori/onte MG0 633+Q7A?0 4! S!Q DJA0 J! !! E/$), 4 P!4" E&e"ne& Centro 4rasileiro de Pes8uisas F>sicas! JormaTcnica! io de aneiro 0 6336!

8 DIREITOS AUTORAIS

s autores so os nicos &e inteiramente( res9ons:.eis 9elo contedo deste tra#alho!


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)

TITLES&!n4!"4#!n F E$e'&"#'!$ S)*+&!n A)&2!n &")g

&e N"2 IEC 61850

Abstract. ;his paper intends to present didacticall- a stud- about the norm IEC 61850, aiming toencouraging its knowledge and its implementation, that still face many challenges.

)irstl-, some concepts about computer netor7s are presented! ;he- are undamental to understand the normIEC 61850! ;hen the arrangement o its chapters ith their contents are commented! )rom these, the

substation automation is described beore and ater the neest advent!

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