introdução ao iec61850

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Workshop IED670Workshop IED670

IEC61850 SoluIEC61850 Soluo Globalo Global

Produtos em Tecnologia de Potncia

Rels de Proteo

Luis FabianoEngenheiro de Aplicao e [email protected]

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Introduo IEC61850 Soluo global

Baseada em nossa

experincia global...

...para nossos clientes globais

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Proteo1

Proteo1

Proteo2

Proteo2

EstaoGateway

Funes centrais

IHM

Interface Processo Interface Processo Interface Processo

MVB,CAN outros

Proteo& Controle

Introduo IEC61850 Norma global

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Arquitetura IEC61850 Subestao convencional

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Arquitetura Introduo do barramento de estao

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Arquitetura Introduo do barramento de processo

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Sistemas de Automao de Subestaes com IEDs e comunicao serial tm sido muito bem aceitos no mercado (ABB j entregou 4000 sistemas)

Dispositivos numricos com comunicao serial de diferentes fabricantes possuem dificuldade em ser combinados em um sistema como em arranjos antigos (eletromecnicos) devido a falta de um padro (apenas com um esforo no econmico)

O mercado altamente competitivo, global, exige uma norma para performance competitiva reduo de custo

Tanto fornecedores quanto concessionrias so empresas globais e exigem integrao

Introduo IEC61850 Exigncias de mercado

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O mercado global necessita de uma norma global padro que suporte todas as filosofias de operao e concepo

Combinao de dispositivos pelo menos da maneira como cabos de cobre

Reduo de custo pela competio por funes mais inteligentes

Reduo de custo para investimentos operao e manuteno

Padro aberto, prova de futuro para salvaguardar os investimentos com relao aos fornecedores e melhoria da tecnologia para futuras extenses de bays ou funes

Introduo IEC61850 Exigncias de mercado

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Livre configurao A norma deve suportar diferentes filosofias e permitir uma livre alocao de funes, isto ,

deve trabalhar igualmente para conceito centralizado (com RTU) ou descentralizado (SCS).

Interoperabilidade A habilidade dos IEDs de um ou diversos fabricantes em trocar informaes e utilizar as

informaes para suas prprias funes.

Estabilidade de longo prazo A norma deve ser prova de futuro, isto , deve estar apta a seguir o progresso

na tecnologia da comunicao assim como a evoluo das exigncias do sistema

Introduo IEC61850 Exigncias de um padro

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IEC 61850 a norma internacional para sistemas de automao de subestaes

Padroniza a comunicao em rede entre equipamentos na subestao e sistemas

Suporta todas as funes de automao e operao das SE Suas caractersticas tcnicas a torna flexvel e prova de

futuro

Introduo IEC61850 Desenvolvimento

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Promove a interoperabilidade dos sistemas de proteo e controle de subestaes

Os conceitos da IEC 61850 tambm so aplicveis nas reas de automao como monitoramento e controle

O uso da IEC 61850 nas reas de gua e gs esto em discusso

Introduo IEC61850 Desenvolvimento

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Problemas de comunicao por excesso de protocolos (Modbus, DNP, IEC 60870, Profibus, LON, MVB, MMS, SPA e centenas de outros proprietrios e no proprietrios)

Necessidade de gastos elevados em desesenvolvimento de softwares e/ou utilizao de conversores de protocolos

Grande quantidade de cablagem de cobre para comunicao Aumento constante de quantidade de dados transmitidos Gastos elevados com treinamento de operadores

Introduo IEC61850 Desafios

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Vida til de hardware e software cada vez menores Equipamentos de campo (disjuntores, trafos, TCs, TPs, chaves

seccionadoras) vida til de 40 anos Equipamentos de controle e proteo vida til de 15 anos devido a

tecnologia de comunicao


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Reduo de custos: padronizao da comunicao interoperabilidade

A padronizao dever ser capaz de garantir: possibilidade de atualizaes ampliaes testes e manuteno do sistema de automao aumento da vida til dos sistemas de comunicao (future-proof)

Introduo IEC61850 Objetivos

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Flexibilidade: expanso dos sistemas mudanas de filosofia do consumidor incluso de novas funcionalidades dos equipamentos dos fabricantes

Impor que os fabricantes demonstrem que seus equipamentos funcionam em conjunto com os equipamentos de outros fabricantes (interoperabilidade)

Interoperabilidade Intercambiabilidade


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Incio da dcada de 90 atividades paralelas Europa e EUA para normalizar as intefaces para os Dispositivos Eletrnicos Inteligentes (IED).

As equipes IEC TC57 e IEC TC95 desenvolveram um padro de informao para equipamentos de proteo (IEC 60870-5-103).

Nos EUA o Power Research Institute (EPRI) desenvolveu um projeto chamado Utility Communications Architecture (UCA) para possibilitar a comunicao em tempo real e em 1996 foi publicada a IEC 60870-6 Tase.2 (ICCP) chamada de UCA2.0

Introduo IEC61850 Histrico

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Em 1995 reconheceu-se a necessidade de uma padronizao mais geral

Criou-se novos grupos reunindo em torno de 60 especialistas de 14 pases com experincia em protocolos IEC 60870 e UCA2.0

A IEC e o EPRI concordaram em ter uma nica normalizao chamada IEC 61850

Fabricantes e concessionrias estiveram envolvidos no desenvolvimento da norma desde o incio

Foram estudadas as caractersticas de operao de subestaes do mundo inteiro


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Conecta todos os equipamentos da subestao formando um sistema integrado

Superviso e controle de todos os IEDs Transformadores de instrumentao Rels de proteo Controle de sistema Medies Sinais de trip Manobras, etc...


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IEC61850 Conceitos bIEC61850 Conceitos bsicossicos


Rels de Proteo


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Conceito bsico: Ethernet 100 MBps Barramento de estao 61850 8-1 Barramento de processo 61850 9-2 Comunicao Bay-to-bay (Goose) Modelagem de objeto comum (Logical Nodes)

e idioma de configurao (SCL)Muito mais que um protocolo: Modularizao e estruturao de dados Enlaces lgicos unificados Traando de funes em qualquer IED Engenharia & servios estruturada Um modo seguro, simples e rpido para

construir sua automatizao de subestao prova de futura

Capacidade deComunicao IEC61850 Comunicao aberta

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RCC

Estao IHM

Sincronizao de tempo externa

Impressora eventos

Impressora

TCP/IPNCC

IEC61850-8

Gateway

IEC870-5-101 ou DNP3.0

Gateway

AutomaAutomao de o de SEs SEs com barramento de estacom barramento de estao IEC61850o IEC61850--88

Capacidade deComunicao IEC61850 Automao de subestaes

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Controle remoto(NCC)

Nvel Bay

Nvel Processo

Nvel Estao

Barramento Estao ou Interbay (LAN)IEC61850-8-1

Barramento Processo (LAN)IEC61850-9-2

Computadorestao

EstaoGateway

Proteo

Interface Processo

ControleProteoControle Controle &Proteo

Interface Processo Interface Processo

SMS & PCMTCP/IP LAN

Escritrio

Capacidade deComunicao IEC61850 Automao de subestaes

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Excepcional seleo de meio de comunicao e protocolos

Comunicao da automao Comunicao da proteo Comunicao IHM local

IEC 61850

Capacidade deComunicao IED670 Concebido para comunicar

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...Sistemas de Automao de SEs

Experincia na: Normas internacionais Normas De facto Especificaes de clientes Solues proprietrias Engenharia de sistemas

Objetivos: Interoperabilidade Padro prova de futuro

Capacidade deComunicao IEC61850 Rumo a uma soluo global

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Um mundo Uma tecnologia Uma norma

IEC 61850

Capacidade deComunicao Um novo passo na automao de SEs

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Conectando: Dispositivos de diferentes fabricantes Instalaes atuais e futuras Informaes de engenharia de

diferentes ferramentas de diferentes fabricantes

Novas tecnologias de comunicao com aplicaes existentes

Diferentes arquiteturas de automao de subestaes

Capacidade deComunicao Um padro para comunicaes abertas

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Permite: Troca de informaes e

cooperao entre IEDs de diferentes fabricantes

Entendimento tanto da estrutura quanto significado da informao

Maior grau de flexibilidade que antes, mas ainda importa qual

produto escolher !

Capacidade deComunicao Padro de interoperabilidade

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Gerenciamento de dados medidos,registros e eventos

Portas pticas Ethernet TCP/IP Comunicao remota binria IEC 61850 MicroSCADA Pro + PCM tool OPC Server

Disponibilidade melhoradae gerenciamento de ativos

Capacidade deComunicao Gerenciamento de informao

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IEC 61850-8-1 verificado atravs de teste em instituio independente

SPA LON IEC 60870-5-103 Comunicao TCP/IP at a

ferramenta PCM600 Conectividade OPC para outras

aplicaes/sistemas

Capacidade deComunicao Comunicao para Automao de SEs

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Controle Remoto (NCC)

Barramento de estaoIEC61850-8-1

MicroSCADA Pro

EstaoGateway

Proteo ControleProteoControle Proteo& Controle

SMS & PCMVia TCP/IPou modem

IEC61850Introduo

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IEC61850 Interoperabilidade

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Capacidade de comunicao IEC61850 Interoperabilidade

Padroniza a comunicaPadroniza a comunicao em rede entre equipamentoso em rede entre equipamentos

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ABB apia IEC61850 completamente ABB foi um dos participantes principais

no IEC Working Groups para o padro novo

ABB participou em vrios testes de interoperabilidade com outros fabricantes

ABB tem o primeiro 61850 projeto em operao com vrios fabricantes

ABB o primeiro fabricante para apresentar uma famlia de produto nova desenvolvido para IEC 61850

Capacidade deComunicao IEC61850 Interoperabilidade

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RED670 REF543 7SJ63 C60

Capacidade deComunicao IEC61850 Interoperabilidade

Teste de interoperabilidade realizado no Rio de Janeiro Teste de interoperabilidade realizado no Rio de Janeiro Junho de 2005Junho de 2005

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IEC61850 Divises da NormaIEC61850 Divises da Norma


Rels de Proteo


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Norma IEC61850 Divises da norma

Parte 1: Introduo e Viso Geral

Parte 2: Glossrio

Parte 3: Requisitos Gerais

Parte 4: Administrao do projeto e sistemasParte 5: Requisitos de Comunicao

Parte 7: Modelo de Comunicao (Formato de Dados e Serv.)Parte 6: Linguagem de Configurao de Subestao (SCL)

Parte 10: Testes de Conformidade

Parte 8-1: Mapeamento para MMS-TCP/IP-EthernetParte 8-x:Para mapeamentos futuros

Parte 9-1: Mapeamentopara conexes ponto a pontoParte 9-2: Mapeamento paraconexes do barramento

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Parte 1: Introduo e Viso Geral

Parte 2: Glossrio

Parte 3: Requisitos Gerais

Parte 4: Administrao do projeto e sistemasParte 5: Requisitos de Comunicao

Parte 7: Modelo de Comunicao (Formato de Dados e Serv.)Parte 6: Linguagem de Configurao de Subestao (SCL)

Parte 10: Testes de Conformidade Impacto naverificao

Parte 8-1: Mapeamento para MMS-TCP/IP-EthernetParte 8-x:Para mapeamentos futuros

Parte 9-1: Mapeamentopara conexes ponto a pontoParte 9-2: Mapeamento paraconexes do barramento

Mapeamento dobarramento do

processo

Mapeamento dobarramento da

subestao

Execuo dosmodelos para

Ethernet

Impacto naengenharia

Impacto em ofertas econduo do projeto

Informaes ecompreenso

Requisitos bsicospara o padro

A parte principal

Norma IEC61850 Divises da norma

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Cada equipamento funciona como um servidor e tem um endereo IP

Pode ser acessado por mais do que um cliente ao mesmo tempo, autenticar a conexo, sincronizar o clock e trocar arquivos com clientes

Cada funo de uma subestao dividida em sub-grupos chamados Enlaces Lgicos (Logic Node - LN)

Norma IEC61850 Estrutura de dados

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Existem aproximadamente 90 enlaces (ns) lgicos Ex: PTOC - proteo de sobrecorrente temporizada

RREC - religamento automticoCSWI - controlador de chaveamentoMMXU - medio operativa / indicativaXCBR - disjuntorTCTR - transformador de correnteTVTR - transformador de potencial

Norma garante a flexibilidade de criar mais enlaces lgicos


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A norma tambm introduz o conceito de equipamento lgico (LD) e equipamento fsico (PD).

Cada equipamento fsico pode conter mais de um LD

PDIS - proteo de distncia PTOC - proteo de sobrecorrente temporizada

CSWI - controlador de chaveamento XCBR - disjuntor


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Para evitar interpretaes ambguas os dados podem ser basicamente divididos em:

Dados (valores medidos, estados, set points, etc)

Meta-dados (unidade, nome do enlace lgico, tempo, qualidade, etc)


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IEC61850 Modelo de dadosIEC61850 Modelo de dados


Rels de Proteo


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Tecnologia primria (Switchgear)

Tecnologia secundria(Automao de subestaes)

PTOCXSWI

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SIMG

XCBR

SIMG

PTRC

CSWI

CSWI

CSWISIMG

TVTR

TCTR

Exemplo :Objeto disjuntorXCBRQuais dadospertencem aeste objeto ?

Estes objetosso chamadosLogicalNodes

Objetos IEC61850 Modelo de dados

Objetos tObjetos tpicos aos engenheiros de sistemas elpicos aos engenheiros de sistemas eltricostricos

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Relao de comunicao entre funes em um sistema de automao de subestaes A informao trocada entre todos os dispositivos que compem o sistema Mais precisamente, dados so trocados entre as funes e subfunes que residem nos dispositivos A menor parte de uma funo que troca dados chamada de Logical Node (LN) no IEC61850. O LN realiza algumas operaes de uma funo

Objetos IEC61850 Comunicao e enlaces lgicos

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L Sistema LN (2) P Proteo (28) R Protection (relacionado) (10) C Controle (5) G Genrico (3) I Interface e arquivamento (4) A Automtico (controle) (4)

M Medio (8) S Sensor e monitoramento (4) X Manobra (switchgear) (2) T Transformadores instrumento (2) Y Transformadores potncia (4) Z Equipamento de potncia adicional (15)

Exemplos PDIF: Proteo diferencial RBRF: Falha de disjuntor XCBR: Disjuntor

CSWI: Chave controladora MMXU: Unidade de medio YPTR: Transformador de potncia

Objetos IEC61850 Nomes e grupos de LNs

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Disjuntor

XCBR(Disjuntor)

Sensor de corrente

TCTR(Transf. corrente)

TVTR(Transf. potencial)

Unidade de proteoCSWI

(Chave de controle)PDIS(Proteo de distncia)

IEDIHMI(Interface Homem Mquina)

Estao detrabalho

Sensor de tenso

Unidade de controle

Objetos IEC61850 Alocao de LNs para os IEDs

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Disjuntor

XCBR(Disjuntor)

Combisensor

TCTR(Transf. corrente)

TVTR(Transf. potencial)

Unidade de proteo e controle combinadas

CSWI(Chave de controle)

PDIS(Proteo de distncia)

IEDHMI(Interface Homem Mquina)

Estao detrabalho

Objetos IEC61850 Alocao de LNs para os IEDs

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Dispositivo fsico (IED)definido como Servidor

Implementao

Unidade de bay

Dispositivo lgico (LD) Agrupamento

Controle

N Lgico (LN)N Lgico (LN) CSWI CSWI Chave de controle

Dados (Objeto)Dados

Posio

AtributosPropriedades

Valores

Valor de controleON/OFF

Estado ValorINTERM./OFF/ON/BAD

Objetos IEC61850 Hierarquia de dados

A

B

B

P

o

w

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r

T

e

c

h

n

o

l

o

g

i

e

s

A

B

,

2

0

0

5

ControlControlCSWICSWI PosPos ctlValctlVal stValstVal

LLN0LLN0

ControlSwitch Control

PositionControl ValueStatus Value

ControlSwitch Control

PositionControl ValueStatus Value

ProtectionProtectionPTOCPTOC StrStr OpOp

LLN0LLN0 ProtectionOvercurrent

Start/Pick-upOperate/Trip

ProtectionOvercurrent

Start/Pick-upOperate/Trip

CommonCommon LLN0LLN0

CommonLLN0

Name plateVendoretc.

CommonLLN0

Name plateVendoretc.

Equipamento de bay (IED) como servidor para Proteo e Controle

Objetos IEC61850 Hierarquia de dados - exemplo

A

B

B

P

o

w

e

r

T

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c

h

n

o

l

o

g

i

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s

A

B

,

2

0

0

5

Protectiondistance

Protectiontime

overcurrent

Str

PDIS

Str

PTOC

PTRC

Tr

BayUnit IED BayUnit

Protection trip

conditioning

PTRCPTRC

PTOCPTOC PDISPDIS

Informationmodel

N lgico (LN)

Dados

Atributos

Objetos IEC61850 Hierarquia do modelo de dados

A

B

B

P

o

w

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r

T

e

c

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A

B

,

2

0

0

5

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M = mandatrio, O = opcional

Objetos IEC61850 Exemplos de LNs ref. part 7-4

A

B

B

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A

B

,

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!! 1 !/0 .

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+6 +6

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4

42 +2 45 .

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/. 6343 .

M = mandatrio, O = opcional

Objetos IEC61850 Exemplos de LNs ref. part 7-4

A

B

B

P

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0

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A

B

,

2

0

0

5

A possibilidade de livre alocao dos LNs (funes e sub-funes) permite uma otimizao de sistemas hoje e amanh A livre alocao controlada por regras especficas e no conceito do IEC61850 A livre alocao no perturba a interoperabilidade e pode aumentar os requisitos das ferramentas A livre alocao limitada pela capacidade dos dispositivos

A livre alocao de LNs aos dispositivos baseada na livre alocao de funes aos dispositivos

Objetos IEC61850 Alocao livre de LNs

A

B

B

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A

B

,

2

0

0

5

read um valor / atributo write atributos de configurao control um dispositivo (opera direto / seleciona antes de operar) event oriented comunicao com relatrio Armazenamento local de eventos com estampa de tempo em log Obteno de directory information file transfer por exemplo

Carrega (download) de softwares e parmetros Armazenagem (upload) de informao como curvas de tendncia ou

histrico de densidade de gs

Transferncia de generic object oriented system events (GOOSE) Transferncia de sampled (analog) values (SV)

Servios de tempo no crtico

Servios de tempo crtico

Servios IEC61850 Acesso e transferncia de dados

A

B

B

P

o

w

e

r

T

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c

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g

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A

B

,

2

0

0

5


IEC61850 ArquiteturasIEC61850 Arquiteturas


Rels de Proteo


A

B

B

P

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c

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n

o

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o

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A

B

,

2

0

0

5

Arquiteturamais comumIEC 61850Barramento da estaocomo anel Ethernetcom switches

Estao Nvelde controle

NCCInterface

GPSTempo

Bay 1 Bay 2 Bay 3

Nvelestao

Nvel bay

Arquitetura depende da disponibilidade exigida e da performance das funes

Arquitetura Influenciada por custose equipamentos disponveis

Arquitetura IEC61850 Exemplo de Arquitetura Ethernet

A

B

B

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A

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,

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0

0

5

Arquitetura IEC61850 Aplicao tradicional

A

B

B

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A

B

,

2

0

0

5

Arquitetura IEC61850 Aplicao usando disjuntor IED

A

B

B

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A

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,

2

0

0

5

Arquitetura IEC61850 Aplicao usando sensores IED

A

B

B

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A

B

,

2

0

0

5

Arquitetura IEC61850 Aplicao completa em rede

A

B

B

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A

B

,

2

0

0

5

HSI

Equip 1rios. TCs/TPs Equip 1rios. TCs/TPs

Controledo vo A

RelA

RelB

Controledo vo B

RelA

RelB

Engenharia/Monitoramento

Centro de controle

Roteador

Barramentode dadosda subestao

Arquitetura IEC61850 Barramento de dados

Topologia 1Topologia 1

A

B

B

P

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A

B

,

2

0

0

5

61850-9-1

HSI Engenharia/MonitoramentoCentro de controle

Roteador


Equip 1rios. TCs/TPs

Controledo vo A

RelA

RelB

Equip 1rios. TCs/TPs

Controledo vo B

RelA

RelB

Arquitetura IEC61850 Barramento de dados


A

B

B

P

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o

g

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A

B

,

2

0

0

5

HSI

Controledo vo A

RelA

RelB

Equip 1rios.Modernos

TCs/TPsModernos

Controledo vo B

RelA

RelB


Barramento do processo


TCs/TPsModernos


Engenharia/Monitoramento

Centro de controle

Roteador

Chaveador Chaveador

Arquitetura IEC61850 Barramento de dados e processo


A

B

B

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A

B

,

2

0

0

5

HSI Engenharia/Monitoramento

Barramento comumde processo e de dadosda subestao

Centro de controle

Roteador

Controledo vo A

RelA

RelB


TCs/TPsModernos

Controledo vo B

RelA

RelB


ChaveadorChaveador

TCs/TPsModernos

Arquitetura IEC61850 Barramento de dados comum


A

B

B

P

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A

B

,

2

0

0

5

Controledo vo A

RelA

RelB


TCs/TPsModernos

Controledo vo B

RelA

RelB


Ethernet em anel com Chaveadores

Chaveador

Roteador

HSI Engenharia/Monitoramento



Centro de controle


TCs/TPsModernos

Chaveador


Arquitetura IEC61850 Barramento de dados em anel

A

B

B

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A

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,

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0

0

5

Troca de valores amostrados para TCs e TPs (1) Troca rpida de dados de I/O para proteo e controle (2) Sinais de controle e trip (3) Engenharia e configurao (4) Monitoramento e superviso (5) Controle central de comunicao (6)

Arquitetura IEC61850 Implementao do sistema

A

B

B

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A

B

,

2

0

0

5

Sala derels

Local

Sala deOperao

Ptio

(GIS ouAIS)

Comunicao serial(Fibra ptica)

Hoje

para outros bays

GIS

CaboscobreBay cubculo

Gateway

Barramento estao

HMII

Sensores eatuadores

Amanh

GIS

Bay cubculo

Comunicao serial(Fibra ptica)

Gateway

para outro bays

Barramento estaoBarramento processo

HMI

SCADA, distribuio, medio, etc.

Caboscobre

MMI, Tela de controle

Ontem

Cabos cobre

Bay cubculo

GIS

Cabos cobre

Registro eventosproteo

Funcionalidade: SA para controle, operao,monitoramento, e proteo de SEs

Automao deSubestaes IEC61850 Tendncias na automao de SEs

A

B

B

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A

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,

2

0

0

5

GatewayEstaoComputadorHMI

Controle Proteo Proteo & Controle Controle Proteo


Nvel estao

Nvel de bay

Nvel de processo SEs (Equipamentos, Processo)

Estao de controle para NCC

Cabos paralelos(vertical)

Cabos paraleloshorizontal ?

IEC 61850

Exemplos:Comandos

EventosComunicaovertical serial

Aspirador de p

IEC61850 Comunicao verticalAutomao deSubestaes

A

B

B

P

o

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T

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o

g

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s

A

B

,

2

0

0

5




Nvel estao

Nvel bay

Nvel processo


IEC 61850

Exemplos:Comandos

EventosComunicaoVertical serial

Aspirador de p

Exemplos:Amostras

TripsPosies


SEs (Equipamentos, Processo)

A

B

B

P

o

w

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r

T

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c

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n

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o

g

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A

B

,

2

0

0

5




Nvel estao

Nvel bay

Nvel processo


IEC 61850

ComunicaoHorizontal serial

Exemplo:Bloqueios

DesbloqueiosEstados

ComunicaoVertical serial

IEC 61850


SEs (Equipamentos, Processo)

ComunicaoVertical serial

Aspirador de p

A

B

B

P

o

w

e

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A

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,

2

0

0

5

O uso do IEC61850 como protocolo de comunicao entre Subestaes e Centro de Controles considerado no modelo de referncia do IEC TC57

A indstria de gerao elica est preparando uma norma baseada no IEC61850 para o controle das usinas

Um trabalho de padronizao j foi iniciado para possibilitar: Comunicao entre Usinas de Gerao Hidrulica Comunicao com fontes de Gerao Distribuda

IEC61850 estIEC61850 est caminhando para se tornar a base de um padro caminhando para se tornar a base de um padro global de rede de comunicaglobal de rede de comunicao nas concessiono nas concessionrias (indrias (indstrias)strias)

Soluo global IEC61850 Soluo global

Norma internacional para automaNorma internacional para automao de subestao de subestaeses

A

B

B

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o

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e

r

T

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n

o

l

o

g

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s

A

B

,

2

0

0

5


Estudo de casosEstudo de casos


Rels de Proteo


A

B

B

P

o

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,

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0

0

5

Lder global em tecnologia em energia e automao que possibilita concessionrias e indstrias a melhorarem suas

performances atravs da diminuio de impactos ambientais

www.abb.com/substationautomation

[email protected]

introdução ao iec61850

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