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Automação de Sistema Elétrico - IEC61850 com SCADA
Luis Fabiano21/ago/2008
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Sistemas de automação de subestações
� Típico sistema de automação elétrica em indústrias
CLP
CLP CLP CLP
Automação de Processos
Automação de Processos
Automação de Processos
RS232RS232
Protocolo Protocolo ProprietProprietááriorio
Conversor RS232/RS485
Concentrador de
comunicação
RS485RS485
ModbusModbus
LT AÉREA 69kV
LINHA 2
LT AÉREA 69kV
LINHA 1 TF-01 TF-02 TF-03
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Funcionalidade da automação elétrica
� Medição remota de valores do processo
� Aquisição remota de estados do processo
� Controle remoto de objetos controláveis
� Proteção e monitoramento com acesso remoto
� Análise de faltas e distúrbios
CB
�
�
Informação paramanutenção
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Características da automação elétrica
� Gerenciamento de todo o sistema
� Baseado em componentes padronizados
� Tecnologia de uso comprovado
� Funcionalidade e arquitetura expansíveis
� Medição remota de valores do sistema
� Aquisição remota de estados do sistema
� Controle remoto de objetos controláveis
� Menos impacto ao processo devido à redução de desligamentos
� Maior segurança operacional
� Melhoria de acesso aos dados das subestações
� Decisões rápidas com dados mais precisos
� Redução de tempo para localizar e resolver problemas
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Benefícios e perspectivas operacionais
Principal interesse relacionado ao retrofit de SEs ou novas e modernas SEs:
• A : Menos impactos ao processo devido à redução de desligamentos
• B: Decisões rápidas com dados mais precisos
• C: Melhoria ao acesso de dados em SEs 62
6364656667686970
%
A B COperational Benefits
Referência: Newton- Evans Market Research Study
Benefícios operacionais
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Benefícios e perspectivas operacionais
Principal interesse relacionado ao retrofit de SEs ou novas e modernas SEs:
• A : Redução de tempo para localizar e resolver problemas
• B: Redução de custo de manutenção em equipamento primário
• C: Redução de custo de manutenção de equipamentos de proteção e controle
01020304050607080
%
A B C
Financial Benefits
Referência: Newton- Evans Market Research Study
Benefícios financeiros
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Sistema baseado em solução centralizadaCentro de Controle
Nível de controle remoto
Nível de estação
Nível de bay
Nível de comunicação remota
Nível de processo
WEB IHM integrado
Diagnósticos
IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104
IEC60870-5-101/-104
Barramento de estação IEC 61850-8
Dispositivos de bay (IED)
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Sistema baseado em solução distribuída
� Soluções distribuídas para todos os tipos de aplicações
� Principais características� Dispositivos de estação distribuídos
� Funcionalidade e arquitetura escalonáveis
� Arquitetura desde simples atéredundante
� Funções básicas e avançadas
� Aplicável em grandes sistemas� Grande número de IEDs
� Elevado desempenho
� Flexibilidade extremamente elevada� Funcionalidade
� Topologia de comunicação
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Funcionalidades básicas
Seqüência de eventos
Alarmes
Supervisão do sistema Supervisão deequipamentos
Medições
Controle
Operação segura
Lista de bloqueios
Gerenciamento dousuário Calendário
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Funcionalidades avançadas
Parametrização do IEDManuseio de Oscilografia
Análise de oscilografia
Tendências
Coloração de barradinâmica
Seqüênciaautomática
Contagem de trip
Alarme externo
Relatórios de medição
Rejeição de carga
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Interface amigável com operação segura
1. Selecione o objeto
2. Selecione abrir e fechar3. Selecioneexecutar/cancelar
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Norma IEC61850 para automação de subestações
��� ��������
��� �
�����
����������������� ��������
Proteção1
Proteção1
Proteção2
Proteção2
EstaçãoGateway
Funções centrais
IHM
Interface Processo Interface Processo Interface Processo
MVB,CAN outros
Proteção& Controle
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Norma IEC61850: exigências de mercado
� Sistemas de Automação de Subestações com IEDs e comunicação serial têm sido muito bem aceitos no mercado (ABB já entregou 5000 sistemas)
� Dispositivos numéricos com comunicação serial de diferentes fabricantes possuem dificuldade em ser combinados em um sistema como em arranjos antigos (eletromecânicos) devido a falta de um padrão (apenas com um esforço não econômico)
� O mercado altamente competitivo, global, exige uma norma� performance competitiva� redução de custo
� Tanto fornecedores quanto concessionárias são empresas globais e exigem integração
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Norma IEC61850: exigências de mercado
� O mercado global� necessita de uma norma global� padrão que suporte todas as filosofias de operação e concepção
� Combinação de dispositivos� pelo menos da maneira como cabos de cobre
� Redução de custo� pela competição� por funções mais inteligentes
� Redução de custo� para investimentos� operação e manutenção
� Padrão aberto, à prova de futuro� para salvaguardar os investimentos� com relação aos fornecedores e melhoria da tecnologia� para futuras extensões de bays ou funções
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IEC61850: Modelo de Dados
� Modelo real para modelo abstrato
Dispositivos reais na subestação
Map
aRede
TCP/IPMMS
SCSM, i.e.61850-8-1
61850-7-2Serviços
61850-6Arquivo configuração
Mun
do r
eal e
ncap
sula
do
...
(Mundo virtual)
LNLNLNLN
Position
Mode
XCBR1
Logical device (Bay)
Virtualização
61850-7-4 “data”(Posição)
61850-7-4 “logicalnode” (disjuntor)
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IEC61850: Modelo de Dados
� Objetos típicos aos engenheiros de sistemas elétricos
Tecnologia primária (Switchgear)
Tecnologia secundária(Automação de subestações)
PTOC
XSWIXSWI
SIMG
XCBR
SIMG
PTRC
CSWI
CSWI
CSWISIMG
TVTR
TCTR
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Arranjo de subestação convencional
� Histórico
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Arranjo de subestação com automação
� Evolução
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Arranjo de subestação com IEC61850
Controle remoto(NCC)
Nível Bay
Nível Processo
Nível Estação
Barramento Estação ou Interbay (LAN)IEC61850-8-1
Barramento Processo (LAN)IEC61850-9-2
Computadorestação
EstaçãoGateway
Proteção
Interface Processo
ControleProteçãoControle Controle &Proteção
Interface Processo Interface Processo
SMS & PCMTCP/IP LAN
Escritório� Revolução
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Sistemas de automação de subestações
� Típico sistema de automação elétrica em indústrias
RS232RS232
Protocolo Protocolo ProprietProprietááriorio
Conversor RS232/RS485
Concentrador de
comunicação
CLPRS485RS485
ModbusModbus
NOTA: Rede de engenharia (parametrização, oscilografia, etc) ?
Sincronização de tempo (GPS) ?
Interface de controle ?
Protocolo (?)Protocolo (?)
LT AÉREA 69kV
LINHA 2
LT AÉREA 69kV
LINHA 1 TF-01 TF-02 TF-03
Networ k PartnerSSLTA 88 SRS485M SREDU/MSRS485M
RS232 RS485 RS485SERVICE
1MRSC60029 1MRSC60028 1MRSC60028 1MRSC60028 1MRSC60028 1MRSC60028 1MRSC60028
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Ethernet: Maior capacidade e melhor desempenho
� Comunicação serial x ethernet
ETHERNET100 Mbits
IEC61850Info - Reports
IEC61850GOOSE
IEC61850SNTP
IEC61850Parametrização
IEC61850Oscilografia
Comunicação serial baud rate: 9600/19200/38400 bps
Modbus/DNP3.0Proprietários
SCADA
Param. & Oscilo
Sincronização
SCADA Param. & Oscilo
Sincronização
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Rede de automação, engenharia e sincronismo
� IEC61850 em anel
GPS
SCADAEngenharia
SWITCH SWITCH
SWITCH SWITCH SWITCH SWITCH SWITCH
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IEC61850: Comunicação Vertical
GatewayEstaçãoComputador
HMI
Controle Proteção Proteção & Controle
Controle Proteção
Interface Processo Interface Processo Interface Processo
Nível estação
Nível de bay
Nível de processoSEs (Equipamentos, Processo)
Estação de controle para NCC
Cabos paralelos(vertical)
Cabos paraleloshorizontal ?
IEC 61850
Exemplos:Comandos
EventosComunicaçãovertical serial
“Aspirador de pó”
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IEC61850: Comunicação Vertical
GatewayEstaçãoComputador
HMI
Controle Proteção Proteção & Controle
Controle Proteção
Interface Processo Interface Processo Interface Processo
Nível estação
Nível bay
Nível processo
Estação de controle para NCC
IEC 61850
Exemplos:Comandos
EventosComunicaçãoVertical serial
“Aspirador de pó”
Exemplos:Amostras
TripsPosições
SEs (Equipamentos, Processo)
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IEC61850: Comunicação Horizontal
GatewayEstaçãoComputador
HMI
Controle Proteção Proteção & Controle
Controle Proteção
Interface Processo Interface Processo Interface Processo
Nível estação
Nível bay
Nível processo
Estação de controle para NCC
IEC 61850
ComunicaçãoHorizontal serial
Exemplo:Bloqueios
DesbloqueiosEstados
ComunicaçãoVertical serial
IEC 61850
SEs (Equipamentos, Processo)
ComunicaçãoVertical serial
“Aspirador de pó”
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Modernização de painéis existentes
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Incidência de arcos elétricos
� Maior exposição a riscos e acidentes
Com operador manuseando chaves de manobra, 65%
Sem operador,25%
Com operador em frente a uma porta fechada, 10%
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Riscos em eletricidade
� Eletricista deve estar apto a identificar e quantificar o perigoe utilizar ferramentas, equipamentos e procedimentos adequados
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29-
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Modernização de painéis existentes
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Justificativas para a automação elétrica
� Modernização de painéis, cubículos, etc
� Modernização de subestações
� Ampliação de subestações
� Integração de relés numéricos existentes: automação
� Desenvolvimento de automatismos
� Uso e adequação à Norma NR-10
� Diminuição de custos de operação, manutenção
� Melhoria de desempenho do sistema ou subestação