Microsoft Word - Monografia - V1

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR

CENTRO DE TECNOLOGIA

CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

THIAGO DA SILVA GIROUX

AUTOMAO DE SUBESTAES UTILIZANDO A NORMA IEC 61850 ESTUDO DE CASO DA SUBESTAO DO CAMPUS DO PICI (69-13,8 kV)

Fortaleza

Junho, 2012

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Trabalho final de curso submetido Coordenao do curso de Engenharia Eltrica, como requisito parcial de obteno do ttulo de Engenheiro Eletricista.

Orientador: Prof. Msc. Raimundo Furtado Sampaio

Fortaleza

Junho, 2012

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Monografia apresentada ao curso de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Cear, como requisito parcial para obteno do grau de Engenheiro Eletricista. rea de concentrao: Proteo e Automao de Sistemas Eltricos de Potncia.

Aprovada em: / /

BANCA EXAMINADORA

______________________________________________________

Prof. Raimundo Furtado Sampaio, Msc. Orientador

______________________________________________________

Prof. Ruth Pastora Saraiva Leo, Ph.D., P.D.

______________________________________________________

Eng. Jos Giordane Silveira, Msc.

Fortaleza

Junho, 2012

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"Deus, conceda-me serenidade

para aceitar as coisas que no posso mudar,

coragem para mudar as coisas que posso,

e sabedoria para discernir a diferena". Reinhold Niebuhr

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A Deus,

Aos meus pais, Josie e Francisca,

A todos os familiares e amigos.

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente, agradeo a Deus pelo dom da vida, aliado possibilidade da realizao dos meus estudos, bem como por ter me concedido o enorme prazer ao presentear-me com a minha famlia, que tanto me apoia em todos os momentos.

Grato minha famlia, meus pais e minha irm, pelos momentos vividos durante a minha trajetria, alm de toda a pacincia demonstrada nos perodos de maiores preocupaes.

Grato a todos do Departamento de Manuteno das Protees e Automao por todo o apoio e conhecimentos transmitidos durante meus dois anos de estgio.

Agradeo tambm ao Professor Raimundo Furtado pela dedicao, disponibilidade e orientao durante a elaborao deste trabalho, e aos demais professores do Departamento de Engenharia Eltrica que contriburam, direta ou indiretamente, para minha formao.

Por fim, agradeo aos meus amigos pelo suporte oferecido e compreenso por tantos momentos de ausncia.

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RESUMO

GIROUX, T. S. e Automao de subestaes utilizando a norma IEC 61850 Estudo de caso da Subestao do Campus do Pici (69-13,8 kV), Universidade Federal do Cear UFC, 2012, 101p.

Est monografia apresenta o estudo da automao da subestao de 69-13,8 kV do Campus do Pici da Universidade Federal do Cear. Inicialmente, so apresentados os conceitos bsicos de subestaes de energia eltrica, suas classificaes e equipamentos, este ltimo, considerando uma subestao transformadora abaixadora, que abordada ao longo de todo este trabalho. So introduzidos os sistemas digitais de automao de subestaes, seus benefcios, funcionalidades, equipamentos necessrios, e protocolos de comunicao, dando nfase ao protocolo IEC 61850. descrita a proposta de automao para a subestao do Campus do Pici, visando melhoria da confiabilidade e disponibilidade do sistema. Os princpios bsicos para implantao do sistema, equipamentos e funcionalidades que sero requeridos e os esquemas bsicos de proteo e automatismos tambm sero discutidos. Por fim, sero mostrados em forma de tabela os pontos de superviso digitais e analgicos e os pontos de comando que devero compor a base de dados da subestao.

Palavras-Chave: Subestao, automao, IEC 61850, rel, IED.

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ABSTRACT

GIROUX, T. S. and Automao de subestaes utilizando a norma IEC 61850 Estudo de caso da Subestao do Campus do Pici (69-13,8 kV), Universidade Federal do Cear UFC, 2012, 101p.

This monograph presents the automations study of 69 to 13.8 kV substation of Campus do Pici from Universidade Federal do Cear. Initially, are presented the basics conceptions of electrical substations, equipment and their ratings, the latter, considering a step-down transformer substation, which is discussed throughout this work. Will be introduced the digital automation systems for substation, its benefits, features, required equipment, and communication protocols, emphasizing IEC 61850. It described the proposal for the automation of substation of Campus do Pici, in order to improve the reliability and availability of the system. The basic principles for deployment of the system, equipment and features that will be required and the basic schemes and automatic protection will be also discussed. Finally, will be displayed in tabular form the digital and analog monitoring points and the control points that will compose the database of the substation.

Keywords: Substation, automation, IEC 61850, relay, IED.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Nveis de tenso obedecidos nos sistemas eltricos .................................................. 5 Figura 2 - Subestao desabrigada 69 KV ................................................................................. 7 Figura 3 - Subestao abrigada ................................................................................................... 7 Figura 4 - Subestao blindada ................................................................................................... 8 Figura 5 - Transformador de potncia 69/13,8 KV .................................................................... 8 Figura 6 - Ligao de um Transformador de potencial (TP) .................................................... 10 Figura 7 - Esquema de ligao de um Transformador de corrente (TC) .................................. 10 Figura 8 - Disjuntor 15 KV (isolamento em SF6) .................................................................... 11 Figura 9 - Religador .................................................................................................................. 12 Figura 10 - Banco de capacitor instalado em uma SE 69-13,8 KV .......................................... 14 Figura 11 - Seo transversal de um para-raios ........................................................................ 15 Figura 12 - Tpico rel eletromecnico .................................................................................... 16 Figura 13 - Exemplos de rels estticos ................................................................................... 17 Figura 14 - Exemplos de rels digitais ..................................................................................... 17 Figura 15 - Exemplos de rels numricos ................................................................................ 18 Figura 16 - Foto de um retificador aplicado subestaes (INDUCOTEC)............................ 19 Figura 17 - Disposio do banco de baterias em subestaes .................................................. 20 Figura 18 - Disposio do sistema de suprimento auxiliar da SE ............................................ 20 Figura 19 - Diagrama simplificado do Sistema de Proteo (SP) ............................................ 21 Figura 20 Nveis hierrquicos do sistema de automao de subestaes .............................. 23 Figura 21 - Exemplo de IHM aplicada a Subestaes .............................................................. 29 Figura 22 - Exemplo de Unidade Terminal Remota (Fabricante: SEL) ................................... 30 Figura 23 - Topologia de rede com conexo em anel............................................................... 31 Figura 24 - Aplicao da topologia de comunicao em anel em uma subestao .................. 31 Figura 25 - Topologia de rede com conexo em anel duplo .................................................... 32 Figura 26 - Topologia de rede com conexo em barramento ................................................... 32 Figura 27 - Aplicao da topologia de barramento em uma subestao .................................. 33 Figura 28 - Topologia de rede com conexo em barramento duplo ......................................... 33 Figura 29 - Switch utilizada em subestaes ............................................................................ 34 Figura 30 - Conversor de protocolos INT 550 ......................................................................... 35 Figura 31 - Cabo par tranado blindado ................................................................................... 36

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Figura 32 - Fibra ptica ............................................................................................................ 36 Figura 33 - Protocolos convencionais utilizados ...................................................................... 40 Figura 34 - Arquitetura de um sistema de automao de subestaes com a utilizao da norma IEC 61850 ..................................................................................................................... 41 Figura 35 - Arquivos SCL em uma subestao ........................................................................ 43 Figura 36 - Sintaxe da informao seguindo o padro IEC 61850 ........................................... 43 Figura 37 - N Lgico XCBR .................................................................................................. 45 Figura 38 - Pilha simplificada de protocolos IEC 61850 ......................................................... 45 Figura 39 - Topologia do Sistema de comunicao da SE Campus do Pici ............................. 51 Figura 40 - Conexo do Servidor de sincronizao ao sistema de automao da SE .............. 53 Figura 41 - Atuao da Funo 62BF (Alimentadores) ........................................................... 56 Figura 42 - Exemplo de tela da IHM para superviso de alarmes (fabricante: EFACEC) ...... 59 Figura 43 - Exemplo de comando realizado pela IHM (fechamento manual do disjuntor) ..... 60

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Documentos da norma IEC 61850 .......................................................................... 41 Tabela 2 - Grupos indicadores e organizao de ns lgicos ................................................... 44 Tabela 3 - Classificao de mensagens .................................................................................... 46 Tabela 4 - Comparativo entre protocolos de comunicao ...................................................... 47 Tabela 5 - Atuao da funo 62BF ......................................................................................... 55 Tabela 6 - Protees do Transformador de Potncia da SE ..................................................... 57

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SUMRIO LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................... ix

LISTA DE TABELAS .............................................................................................................. xi

CAPTULO 1 - INTRODUO ................................................................................................ 1 1.1 JUSTIFICATIVA ............................................................................................. 1

1.2 OBJETIVO ....................................................................................................... 2

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO ..................................................................... 2

CAPTULO 2 - SUBESTAES DE ENERGIA ELTRICA ................................................. 4 2.1 INTRODUO ................................................................................................ 4 2.2 TIPOS DE SUBESTAO (SE) ..................................................................... 4

2.2.1 Quanto a Funo ......................................................................................... 5

2.2.2 Quanto ao Nvel de Tenso ......................................................................... 5

2.2.3 Quanto a Forma de Operao ..................................................................... 6

2.2.4 Quanto ao Tipo de Instalao ..................................................................... 6

2.3 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS DENTRO DE UMA SE ........................... 8

2.3.1 Transformador de Potncia ......................................................................... 8

2.3.2 Transformadores de Instrumentos ............................................................... 9

2.3.3 Equipamentos de Manobra. ...................................................................... 11

2.3.4 Equipamentos Para Regulao de Tenso e Compensao de Reativos .. 13

2.3.5 Equipamentos de Proteo ........................................................................ 14

2.3.6 Rels de Proteo ...................................................................................... 15

2.3.7 Sistema de Suprimentos ............................................................................ 19

2.4 REQUISITOS BSICOS DO SISTEMA DE PROTEO .......................... 20 CAPTULO 3 - SISTEMA DE AUTOMAO DE SUBESTAES .................................. 23

3.1 CONCEITOS GERAIS ................................................................................... 23

3.1.1 Funes Bsicas de um Sistema de Automao ....................................... 24

3.1.2 Vantagens da Automao ......................................................................... 26

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3.2 ELEMENTOS DE AUTOMAO DA SUBESTAO ............................. 27 3.2.1 Sistema de Superviso, Controle e Aquisio de Dados (SCADA) ......... 27

3.2.2 Interface Homem-Maquina (IHM) ........................................................... 28

3.2.3 Unidade Terminal Remota (UTR) ............................................................ 29

3.2.4 Dispositivos Eletrnicos Inteligentes (IED) ............................................. 30

3.3 REDES DE COMUNICAO ...................................................................... 30 3.4 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS EM REDES DE COMUNICAO ...... 34

3.4.1 Switch ....................................................................................................... 34

3.4.2 Conversor Serial Ethernet ......................................................................... 35

3.5 MEIOS DE TRANSMISSO ........................................................................ 35

3.5.1 Meios de Transmisso Guiados ................................................................ 35

3.5.2 Meios de Transmisso No Guiados ......................................................... 37

3.6 PROTOCOLOS DE COMUNICAO CONVENCIONAIS ....................... 37 3.6.1 IEC 60870-5-101 ...................................................................................... 37

3.6.2 Distributed Networks Protocol (DNP) ...................................................... 38

3.7 NORMA IEC 61850 ....................................................................................... 39

3.7.1 Estrutura da Norma ................................................................................... 41

3.7.2 Comparativo com Protocolos Convencionais ........................................... 47

CAPTULO 4 - SUBESTAO ABAIXADORA DO CAMPUS DO PICI (69-13.8 kV) .... 49 4.1 INTRODUO .............................................................................................. 49 4.2 ARQUITERUA E ORGANIZAO FUNCIONAL DO SISTEMA DE

MEDIO, PROTEO, COMANDO, CONTROLE E SUPERVISO (Mpccs) ........... 50 4.2.1 Redes de Comunicao e Definio dos Painis da SE ............................ 51

4.2.2 Sincronizao ............................................................................................ 52

4.2.3 Comunicao com Sistemas Externos ...................................................... 53

4.2.4 Funes de Proteo ................................................................................. 54

4.2.5 Definio de Comandos, Pontos de Superviso e Base de Dados da SE . 58

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CAPTULO 5 - CONCLUSES E TRABALHOS FUTUROS .............................................. 62 5.1 Concluses ...................................................................................................... 62

5.2 TRABALHOS FUTUROS ............................................................................. 63

BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................... 64

APNDICE I ............................................................................................................................ 67 APNDICE II ........................................................................................................................... 69 APNDICE III ......................................................................................................................... 71

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Introduo

CAPTULO 1

INTRODUO

A universalizao do consumo de energia eltrica, cada vez mais concreta nos dias de hoje, traz agregado uma busca continua pela excelncia na qualidade de fornecimento de energia como um todo ao consumidor final. Esta qualidade est ligada a disponibilidade do servio e a diminuio do tempo de resposta dos equipamentos a anomalias e falhas indesejadas na rede eltrica. As subestaes de distribuio de energia tem um papel muito importante no mantenimento desta qualidade.

O grande crescimento de demanda por energia eltrica, principalmente nas grandes metrpoles, vem exigindo cada vez mais investimentos na expanso do sistema de distribuio e, consequentemente, um crescimento no nmero de subestaes em funcionamento. Com a expanso do sistema, veio tambm evoluo tecnolgica.

Os sistemas integrados de proteo, controle e automao e a consequente digitalizao das subestaes de energia surgem com o objetivo de melhorar a confiabilidade, e mantenabilidade do sistema. Podem-se citar como principais vantagens:

Superviso do sistema a distncia, garantindo uma melhor interao entre os responsveis pela operao e o sistema em si, diminuindo a necessidade de se ter um operador local e centralizao a operao em um centro de controle;

Maior quantidade de informaes disponveis, garantindo uma melhor confiabilidade na operao e manuteno;

Melhoria na resposta do sistema a anomalias atravs do emprego de esquemas de proteo complexos e automatismos para restaurao automtica do sistema.

O correto estudo do sistema de automao de uma subestao de vital importncia, de modo a garantir a confiabilidade e correta resposta do sistema.

1.1 JUSTIFICATIVA O Campus do Pici, atualmente com uma extenso da rede area de distribuio de

aproximadamente 6,3 km, tem seu sistema de distribuio de energia suprido em uma tenso

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Introduo

primria de 13,8 kV com topologia radial, tendo como proteo geral um nico rel primrio associado a um disjuntor.

Os procedimentos de distribuio (PRODIST) elaborados pela Agencia Nacional de Energia Eltrica (ANEEL) estabelecem que consumidores com carga superior a 2500 kW devem ser atendido em alta tenso (69 kV).

Devido a carga atual instalada e Campus do PICI, de aproximadamente 10312,5 kVA com demanda de 3700 kW, e a baixa confiabilidade do sistema de proteo atual, deu-se inicio aos estudos para alterao do nvel de tenso de alimentao do Campus de 13,8 kV para 69 kV e, o consequente projeto para construo da subestao de distribuio do Campus.

1.2 OBJETIVO O principal objetivo desta monografia apresentar os princpios e metodologias

utilizadas para a implantao de um sistema integrado de proteo, controle e automao da subestao transformadora abaixadora 69-13,8 kV proposta para o Campus do Pici da Universidade Federal do Cear.

Para um correto entendimento e compreenso do tema, alguns objetivos secundrios devem ser alcanados:

Introduzir o conceito de subestao de energia, seus equipamentos e funcionalidades;

Introduzir o conceito de automao de subestaes, contemplando equipamentos necessrios, redes de comunicao e protocolos;

Analisar comparativamente os protocolos disponveis no mercado, dando nfase ao protocolo IEC 61850;

Determinar a melhor estrutura da rede de comunicao proposta para a SE Campus do Pici;

Determinar os princpios e funcionalidades do sistema de automao proposto.

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO A diviso deste trabalho foi feito em cinco captulos, conforme descrito a seguir. No Captulo 2 ser feita uma reviso bibliogrfica sobre subestaes dentro do sistema

eltrico de potncia. Os conceitos de subestao assim como suas principais formas de classificao sero descritos inicialmente. Logo a seguir sero abordados os equipamentos

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Introduo

existentes dentro de uma subestao. Por fim os requisitos bsicos de proteo aplicados a subestaes sero abordados.

Uma introduo automao de subestaes ser apresentada no Captulo 3. Sero apresentados: o conceito de automao dentro do sistema eltrico de potncia, os equipamentos que compem o sistema de automao, a rede de comunicao dentro da subestao e, por fim, os protocolos de comunicao mais utilizados, dando nfase ao protocolo IEC 61850, que ser utilizado para o desenvolvimento deste trabalho.

No Captulo 4 sero abordados os requisitos e princpios utilizados para elaborao da proposta de automao para a subestao do Campus do Pici. Temas como rede de comunicao, funes especiais de proteo a automatismos e a base de dados do projeto sero discutidos.

Por fim, o Captulo 5 apresenta a concluso sobre o trabalho e sugestes para pesquisas futuras.

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Subestaes de Energia Eltrica

CAPTULO 2

SUBESTAES DE ENERGIA ELTRICA

Neste capitulo ser apresentado, de forma sucinta o conceito bsico de subestaes de energia eltrica, suas classificaes e importncia dentro do sistema eltrico de potncia. Os equipamentos bsicos existentes dentro das instalaes de uma subestao tambm sero abordados, de modo a dar um melhor entendimento sobre o funcionamento do conjunto.

2.1 INTRODUO Uma Subestao pode ser definida como a interconexo de vrios equipamentos eltricos de alta e mdia tenso, usados para manobra (disjuntores e seccionadoras), interconexo (barramentos), transformao e transduo (transformador de fora, de corrente, de potencial), regulao e compensao (reatores e capacitores) e elementos de proteo (para-raios, aterramentos). Estes equipamentos so empregados com a finalidade de direcionar, controlar e monitorar o fluxo de energia em um sistema eltrico de potncia e garantir a segurana de sua operao por meio de dispositivos que o protejam, monitorem e controlem (HUMPHREYS, 1998).

Conforme a definio supracitada pode-se dizer que a subestao de energia um dos elementos do Sistema Eltrico de Potncia de maior importncia, pois, com frequncia, constituem uma interface entre dois subsistemas. O fornecimento de energia sem interrupes depende diretamente da integridade dos equipamentos da subestao, por esse motivo, deve-se buscar sempre uma maior confiabilidade no que diz respeito proteo e operao da mesma.

2.2 TIPOS DE SUBESTAO (SE) As subestaes de energia podem ser classificadas (LEO, 2011):

Quanto funo; Quanto ao nvel de tenso; Quanto ao tipo de instalao; Quanto forma de operao.

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2.2.1 Quanto a Funo a) SE de Manobra ou seccionadora:

Subestaes utilizadas para interligar circuitos sob o mesmo nvel de tenso. utilizada para possibilitar seccionamento e manobra de circuitos, permitindo sua energizao em trechos ou redirecionamento do fluxo de potncia.

b) SE de Transformao: Subestaes utilizadas quando se deseja converter a tenso de suprimento para um

nvel diferente, maior ou menor (SE Transformadora Elevadora e SE Transformadora Abaixadora, respectivamente).

2.2.2 Quanto ao Nvel de Tenso a) Alta Tenso: At 230 KV b) Extra Alta Tenso: Acima de 230 KV

No Brasil, a legislao especfica que define os nveis de tenso a serem obedecidos nos sistemas eltricos encontra respaldo no Decreto N 73.080 de 5/11/1973, de acordo com o grfico apresentado na Figura 1:

Figura 1 - Nveis de tenso obedecidos nos sistemas eltricos

(*) Nveis de tenso no normatizados pelo Dec. N 73.080, de 05.11.77 Fonte: (DEPARTAMENTO ENGENHARIA INDUSTRIAL ELTRICA: CEFET-MG, 2010)

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2.2.3 Quanto a Forma de Operao a) SE No Automatizada (Com operador):

Este tipo de subestao exige um alto nvel de capacitao das pessoas responsveis por sua operao (operadores locais).

O operador fica responsvel pela superviso e operao da SE e a utilizao de computadores s justificada em SEs de grande porte, onde um nico operador no teria condies de supervisionar toda a instalao.

b) SE Semi-automticas Nestas instalaes a presena do operador ainda necessria, porm, tem-se a

presena de computadores locais e intertravamentos eletromecnicos que impedem operaes indevidas, garantindo uma maior confiabilidade ao sistema e uma considervel reduo de falhas humanas.

c) SE Automatizadas: Este tipo de Subestao supervisionada a distncia com a utilizao de sistema de

superviso e controle e, por este motivo, no h necessidade de se manter um operador local. A superviso e alguns comandos podem ser executados diretamente do centro de controle, ficando o operador ainda responsvel por manobras de chaves e outros equipamentos.

A automao de subestaes o objetivo deste trabalho.

2.2.4 Quanto ao Tipo de Instalao a) SE Area ou Desabrigada:

Subestao em que os equipamentos so instalados ao tempo e sujeitos a adversidades (temperatura, chuva, poluio, vento, etc). Devido a maior susceptibilidade a danos e possvel perca de isolamento de certos componentes, esse tipo de subestao requer um programa de manuteno mais frequente. Na Figura 2 apresentada uma foto de uma SE Area, tipo transformadora abaixadora.

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Figura 2 - Subestao desabrigada 69 KV

Fonte: Arquivo fotogrfico COELCE

b) SE Abrigada: Instaladas em cmaras subterrneas ou ao abrigo do tempo, este tipo de subestao

possui uma melhor proteo com relao a elementos externos, se comparada a uma SE desabrigada. Na Figura 3 apresentada uma foto de uma SE abrigada.

Figura 3 - Subestao abrigada

Fonte: (GNOVA, 2010)

c) SE Blindada: Este tipo de SE pode ser instalada em um espao at 90% menor que o espao

destinado a uma SE convencional. So isoladas em leo, com material slido ou em gs (SF6 Hexafluoreto de Enxofre) o que ocasiona uma diminuio considervel na necessidade de manuteno, uma vez que diminumos o contato das partes energizadas com o meio externo. Em compensao, h uma necessidade de pessoal com um treinamento diferenciado para operar este tipo de instalao e as operaes de chaveamento no podem ser mais visualizadas

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(apenas supervisionadas), o que dificulta ainda mais o trabalho do operador. Na Figura 4 apresentada uma foto de uma SE Blindada.

Figura 4 - Subestao blindada

Fonte: (LEO, 2011)

2.3 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS DENTRO DE UMA SE

2.3.1 Transformador de Potncia Utilizado somente em subestaes transformadoras, o equipamento mais importante

da SE, sendo responsvel pela elevao ou reduo da tenso de transmisso, distribuio ou consumo em redes de energia eltrica. A reduo das perdas por efeito joule e reduo da seo, peso e custo das linhas de transmisso podem ser citadas como vantagens da utilizao de transformadores de potncia abaixadores e elevadores. Na Figura 5 apresentada uma foto de um transformador de potncia.

Figura 5 - Transformador de potncia 69/13,8 KV


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2.3.2 Transformadores de Instrumentos Os transformadores para instrumentos so os intermedirios entre os valores originais

do circuito e os valores a serem aplicados aos aparelhos de medio, proteo, controle e monitoramento, quando estes valores no podem ser aplicados diretamente, fazendo assim, parte integrante de tais circuitos eltricos.

A corrente ou tenso no primrio abaixada para valores no secundrio, adequados ligao de rels, medidores ou outros instrumentos de medio que operam com valores nominais de tenso e corrente padronizados em normas nacionais e internacionais (5 Ampres ou 1 Ampre e 110, 115 ou 120 Volts).

Outra e igualmente importante funo dos transformadores para instrumentos a de servirem como isolador entre circuitos primrio e secundrio, possibilitando a construo simplificada dos aparelhos de medio, proteo, controle e monitoramento, protegendo os operadores desses instrumentos contra surtos na rede primria.

Os transformadores de instrumentos so classificados em dois tipos:

Transformador de Potencial (TP); Transformador de Corrente (TC).

a) Transformador de Potencial (TP): um transformador de instrumento que tem como principal funo fornecer no seu

secundrio uma tenso proporcional tenso primria, com certo grau de preciso, dentro de uma faixa especificada para a tenso primria, promovendo o isolamento entre as tenses de primrio e secundrio e reduzindo os valores a serem medidos de modo que estes valores sejam compatveis com rels, medidores e outros instrumentos de controle e monitoramento utilizados. A tenso primria nominal depende da tenso entre fases, ou entre fase e neutro, do circuito em que o TP ser aplicado. Na Figura 6 apresentado o esquema de conexo de um TP rede eltrica.

b) Transformador de Corrente:O Transformador de Corrente (TC)

(de forma proporcional e sem alterao na posio fasorial)corrente do circuito primrio de maneira reduzida, tornando a corrente do circuito adequada para utilizao em instrumentos de proteo e medio.

A especificao do TC dependerutilizados para proteo utilizam classes de exatido maiores em relao apara medio), corrente nominal do circuito ao qual o TC ser conectadoutilizados em proteo, uma caracter(FS), que quando multiplicado pela corrente primria da relao nominal do TC,levado em conta a corrente de curto circuito no ponto ao qual o mesmo est conectadode evitar sua saturao. A corrente secundria normalmente padronizada em 1A ou 5A. Figura 7 apresentado o esquema de conexo de um TC rede eltrica.


Figura 6 - Ligao de um Transformador de potencial (TP)

Fonte: (SAMPAIO, 2010)

Transformador de Corrente: ransformador de Corrente (TC) conectado em srie com o circuitoproporcional e sem alterao na posio fasorial) em seu circuito secundrio a

to primrio de maneira reduzida, tornando a corrente do circuito adequada para utilizao em instrumentos de proteo e medio.

do TC depender basicamente da sua classe de exatido (TCs utilizados para proteo utilizam classes de exatido maiores em relao apara medio), corrente nominal do circuito ao qual o TC ser conectado

uma caracterstica importante tambm o Fator de Sobrecorrente (FS), que quando multiplicado pela corrente primria da relao nominal do TC,levado em conta a corrente de curto circuito no ponto ao qual o mesmo est conectado

. A corrente secundria normalmente padronizada em 1A ou 5A. apresentado o esquema de conexo de um TC rede eltrica.

Figura 7 - Esquema de ligao de um Transformador de corrente (TC)

Fonte: (SAMPAIO, 2010)

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potencial (TP)

conectado em srie com o circuito, reproduzindo em seu circuito secundrio a

to primrio de maneira reduzida, tornando a corrente do circuito adequada

basicamente da sua classe de exatido (TCs utilizados para proteo utilizam classes de exatido maiores em relao ao TCs utilizados para medio), corrente nominal do circuito ao qual o TC ser conectado e, para TCs

stica importante tambm o Fator de Sobrecorrente (FS), que quando multiplicado pela corrente primria da relao nominal do TC, dever ser levado em conta a corrente de curto circuito no ponto ao qual o mesmo est conectado, a fim

. A corrente secundria normalmente padronizada em 1A ou 5A. Na

um Transformador de corrente (TC)

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2.3.3 Equipamentos de Manobra. a) Disjuntores

O disjuntor de alta e mdia tenso pode ser definido como um dispositivo mecnico de manobra capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes nas condies normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir durante um tempo especificado e interromper correntes sob condies anormais especificadas, tais como em um curto-circuito. (IEEE STD C37. 100-1992, 1992).

Os disjuntores de alta tenso so compostos basicamente por: Unidade de Comando; Sistema de Acionamento e Unidade Interruptora.

Unidade de Comando: Conjunto de elementos de comando controle e superviso; Sistema de Acionamento: responsvel pela abertura e fechamento dos contatos

principais do disjuntor, energizando ou interrompendo o circuito; Unidade Interruptora: Tambm conhecida como cmara de extino, a unidade

responsvel pela eliminao do arco eltrico proveniente da abertura dos contatos principais do disjuntor. Os principais elementos utilizados para a extino do arco eltrico so: leo isolante, cmara a vcuo e gs (SF6). Este ltimo esta sendo a tecnologia mais empregada na atualidade. Na Figura 8 apresentado um disjuntor com isolamento a gs (SF6).

Figura 8 - Disjuntor 15 KV (isolamento em SF6)


b) Religadores O religador, assim como o disjuntor, projetado para abrir e fechar circuitos em carga

ou em curto-circuito. Para extinguir os arcos eltricos os religadores usam mecanismos e meios de interrupo similares aos disjuntores. O que diferencia um disjuntor de um religador que este possui a capacidade de religamento automtico que aps a interrupo do circuito

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devido a uma condio de falta, religa automaticamente com um tempo pr-determinado. Se a falta persistir aps o religamento, o disjuntor realiza a operao novamente por um nmero pr-determinado de vezes. A tecnologia dos religadores mais antigos, o mecanismo de religamento fazia parte do prprio religador. Com a evoluo tecnolgica, a ao de religamento atribuda ao rel/controle do equipamento.

A repetio desta sequncia de abertura e religamento permite que o equipamento teste repetidamente se a falta foi permanente (como por exemplo, o rompimento de um condutor) ou se foi apenas um falta transitria (um galho de arvore encostando na rede, por exemplo), evitando assim o desligamento desnecessrio do circuito em condies de falta no permanentes. Na Figura 9 apresentado um exemplo de religador empregado em subestaes.

Figura 9 - Religador

Fonte: (COOPER INDUSTRIES, 2012)

c) Chaves de Alta Tenso As chaves utilizadas em alta tenso so classificadas em: Chaves seccionadoras; Chave seccionadora com lmina de terra; Chave tetrapolar de aterramento; Chave seccionadora de operao em carga; Chave seccionadora de aterramento rpido.

Chaves seccionadoras So utilizadas para isolar trechos do sistema ou utilizada como by pass de

equipamentos como disjuntores ou religadores para manter a continuidade de servio no momento do isolamento deste equipamento para manuteno.

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Chave seccionadora com lmina de terra Exerce a mesma funo da chave seccionadora, no entanto possui um mecanismo de

aterramento utilizado para aterrar componentes do SEP que iro passar por algum tipo de interveno de manuteno, protegendo a equipe responsvel pelo servio contra surtos de tenso na rede. Esta chave utilizada normalmente para aterrar Linhas de Transmisso (LT). Ao seccionar o circuito, um outra lmina da prpria seccionadora liberada, conectando-se a terra. Possui intertravamentos prprios para impedir conexo a terra de circuitos energizados.

Chave tetrapolar de aterramento Esta chave tambm possui uma lmina de terra que utilizada para aterra banco de

capacitores em derivao quando da sua retirada para manuteno.

Chave seccionadora de operao em carga Utilizada na abertura e fechamento de circuitos em carga e na manobra de reatores ou

bancos de capacitores.

Chave seccionadora de aterramento rpido Este tipo de chave normalmente utilizado para proteo do sistema eltrico em

subestaes distribuidoras de menor porte que no possui disjuntores na entrada da subestao. Sua operao ocorre, no momento de um curto-circuito atravs da atuao de rels de proteo sobre o seu sistema de comando. A sua operao causa um curto-circuito fase-terra com magnitude suficiente para que a proteo da subestao de retaguarda atue eliminando a falta.

2.3.4 Equipamentos Para Regulao de Tenso e Compensao de Reativos a) Banco de Capacitores

O banco de capacitores em subestaes aplicado no controle de reativos e regulao de tenso do sistema, com o intuito de manter a tenso no barramento de carga dentro dos limites pr-estabelecidos, evitando assim penalidades por parte dos rgos regulatrios e garantindo uma maior qualidade da energia fornecida ao cliente final. Nas subestao distribuidoras os bancos de capacitores so colocados em operao atravs do dispositivo ou automatismo denominado Controle Automtico de Banco de Capacitores (CAC). O ajuste do CAC requer um estudo de regulao de teno, de forma a coordenar a entrada do banco de capacitores com a entrada do comutador de derivao sob carga (CDC) do transformador de

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potncia ou com o regulador de tenso da Subestao. Na Figura 10 apresentado um banco de capacitor instalado em uma subestao de distribuio.

Figura 10 - Banco de capacitor instalado em uma SE 69-13,8 KV


2.3.5 Equipamentos de Proteo a) Para-Raios

O para-raios um equipamento de proteo que tem a funo de eliminar as sobretenses provenientes de descargas atmosfricas (curta durao) e manobras no sistema eltrico (longa durao) em tempo hbil, de forma a evitar severos danos aos equipamentos eltricos. Na Figura 11 apresentado o aspecto construtivo de um para-raio.

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Figura 11 - Seo transversal de um para-raios

Fonte: (NETO, 2004)

Quando operando na tenso nominal do sistema, o para-raios comporta-se com um isolador e, a partir de determinado nvel de sobretenso, passa a conduzir e descarregar para terra parte da corrente associada ao surto de tenso, diminuindo assim os efeitos nocivos de tal evento.

Considerando-se que os para-raios esto permanentemente ligados aos circuitos eltricos a que se destinam a proteger, devem ser obedecidas duas condies fundamentais:

No devem permitir, nas condies normais de operao do sistema, o escoamento da corrente eltrica para a terra;

Uma vez descarregada para terra a corrente eltrica associada a um surto de tenso que tenha atingido, dever voltar sua condio de isolamento.

2.3.6 Rels de Proteo So dispositivos compactos que, atravs dos dados analgicos obtidos do sistema por

meio de conexes (TP e TC), tem o objetivo de detectar qualquer condio anormal operao da subestao, atuando no menor tempo possvel e, assim, diminuindo o tempo de exposio do sistema e de pessoas a uma situao de falta, que muitas vezes podem ocasionar acidentes e danos ao sistema.

Por essa funo de deciso lgica sobre a atuao de disjuntores ou religadores da subestao, estes dispositivos so considerados os mais importantes componentes do sistema de proteo e, por isso, precisam ser dispositivos robustos e confiveis.

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Nos ltimos 30 anos ocorreram grandes mudanas na tecnolgica dos rels de proteo, sempre visando melhorar a confiabilidade e o nmero de funcionalidades desempenhadas por um nico equipamento. As principais tecnologias desenvolvidas ao longo do tempo foram:

a) Rels Eletromecnicos Com cerca de 100 anos de existncia, foram os primeiros utilizados no sistema de

proteo.

Seu funcionamento baseado na fora mecnica gerada por meio de um fluxo de corrente em um ou mais ncleos magnticos. Na Figura 12 apresentado um exemplo de rel eletromecnico.

Figura 12 - Tpico rel eletromecnico

Fonte: (L.G. HEWITSON, 2004)

b) Rels Estticos Introduzido na dcada de 60, seu projeto, diferentemente dos rels eletromecnicos,

no utilizavam mais boninas e ims, mas sim dispositivos eletrnicos com componentes analgicos para sensibilizar a atuao do sinal de disparo.

O principal avano em relao aos rels eletromecnicos foi em relao a necessidade de calibrao e reparos frequentes que, nos rels estticos, no so mais necessrios. Na Figura 13 so apresentados alguns modelos de rels estticos.

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Figura 13 - Exemplos de rels estticos

Fonte: (RUSH, 2011)

c) Rels Digitais Uma grande desvantagem dos rels estticos o fato de seu empacotamento ainda ser

restrito a uma nica funo de proteo. Com isso, funes complexas (proteo diferencial de transformadores, por exemplo) exigiam a utilizao de um conjunto de equipamentos interconectados.

Na dcada de 80, os primeiros rels digitais foram colocados em operao, substituindo os circuitos analgicos por microprocessadores e microcontroladores atravs da converso Analgica Digital (A/D) de sinais. Na Figura 14 so apresentados alguns modelos de rels digitais.

Figura 14 - Exemplos de rels digitais

Fonte: (RUSH, 2011)

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d) Rels Numricos (Dispositivo Eletrnico Inteligente IED) Os rels numricos podem ser considerados um avano natural dos rels digitais,

proveniente dos avanos da microtecnologia. Os rels, que antes desempenhavam apenas funes de proteo, passam agora a

agregar um nmero muito maior de funcionalidades, visando garantir uma confiabilidade e seletividade cada vez maior do sistema de proteo.

As principais vantagens do rel numrico so:

Utilizao de diversos grupos de ajustes; Maior faixa de ajuste de parmetros; Comunicao remota interna;

Diagnstico interno de falha;

Registro de distrbios;

Funes complexas de proteo;

Monitoramento de equipamentos (disjuntores, chaves seccionadoras, religadores...); Lgica definida pelo usurio;

Funes de proteo de retaguarda embarcada;

Preciso dos tempos de operao (possibilidade de margem de coordenao reduzida).

Na Figura 15 so apresentados alguns exemplos de rels numricos.

Figura 15 - Exemplos de rels numricos

Fonte: (RUSH, 2011)

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2.3.7 Sistema de Suprimentos a) Retificador

O retificador converte a corrente alternada (CA) proveniente do Transformador de Servios Auxiliares (TSA), presente na SE, em corrente contnua (CC). Os seus principais objetivo so a alimentao das cargas CC da subestao e carregamento do banco de baterias que ser melhor apresentado a seguir.

Na ocorrncia da falta de CA na SE, o retificador desligado e as cargas essenciais passam a ser alimentadas pelo banco de baterias, que antes estava em flutuao. Aps a normalizao da rede CA, o retificador entra em operao automaticamente, passando a alimentar as cargas CC e, paralelamente, carregar e manter em flutuao o banco de baterias. Na Figura 16 apresentado um modelo de retificador, de fabricao da Inducotec.

Figura 16 - Foto de um retificador aplicado subestaes (INDUCOTEC)

Fonte: Arquivo fotogrfico CEMEC

b) Banco de Baterias O banco de baterias a principal fonte de CC da subestao e tem como finalidade

manter a confiabilidade de operao do sistema de proteo, comando e sinalizao, bem como a iluminao de emergncia, garantindo que os mesmos permaneam operantes mesmo com a falta de CA.

Composto por 60 elementos ligados em srie, cada um com tenso nominal de aproximadamente 2,2 V, o banco de baterias disposto em paralelo com o retificador, o que identifica a operao em flutuao. A tenso de flutuao a qual o banco submetido de aproximadamente 132 V e, nestas condies, o retificador alimenta as cargas em CC da

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subestao. Na Figura 17 apresentado, tanto na forma de diagrama como por foto, a disposio do banco de baterias em subestaes.

Figura 17 - Disposio do banco de baterias em subestaes

Fonte: Arquivo fotogrfico da COELCE

Com a sada de operao do retificador, o banco passa a alimentar as cargas em CC at que o sistema de alimentao auxiliar da subestao seja reestabelecido. A autonomia de um banco de baterias de subestaes de aproximadamente 10 horas. A Figura 18 abaixo representa a disposio do sistema de suprimento auxiliar CC da subestao.

Figura 18 - Disposio do sistema de suprimento auxiliar da SE

Fonte: (NETO, 2004)

2.4 REQUISITOS BSICOS DO SISTEMA DE PROTEO O Sistema de Proteo (SP) um conjunto de filosofias e consequentemente equipamentos para deteco de situaes anormais operao do SEP, com o intuito de prevenir danos permanentes aos equipamentos que o compe, salvaguardando a integridade fsica das pessoas que o operam, buscar tempos de interrupo no fornecimento de energia eltrica to pequenos quando possvel e minimizar a influncia de um defeito local sobre o restante do SEP. (ANDERSON, 1999)

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Na Figura 19 apresentado um diagrama unifilar simplificado de um sistema de proteo, composto pelos elementos apresentados anteriormente: Transformador de Corrente (TC), Transformador de Potencial (TP), alimentao auxiliar, rel de proteo e disjuntor de alta tenso.

Figura 19 - Diagrama simplificado do Sistema de Proteo (SP)

Fonte: (SILVEIRA, 2011)

A conexo dos transformadores de medidas ao rel de proteo ir depender essencialmente da funo de proteo que aquele rel est exercendo no sistema. No Anexo I deste trabalho ser apresentada a tabela ANSI que padroniza o cdigo utilizado para as funes de proteo dentro do sistema eltrico de potncia.

Para garantir a eficincia e eficcia de um SP, necessrio que o mesmo atenda a alguns princpios bsicos (GTP/SCEE, 1997):

Confiabilidade: Os equipamentos e dispositivos pertencentes ao SP devem ser escolhidos de tal forma que os mesmos tenham sensibilidade para operar com segurana sempre que forem solicitados e evitar a operao indevida em condies normais ou em contingncia do sistema;

Velocidade: O SP deve ser projetado de modo a atuar no menor tempo possvel em uma situao de falta, de modo a minimizar ao mximo os danos ocasionados ao sistema por uma corrente de defeito;

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Seletividade: A atuao do SP deve ter tal que retire, sob uma condio de falta, sempre a menor parte da carga possvel para isolamento do defeito, de modo a no ocasionar a desconexo de cargas desnecessariamente;

Economia: Devemos sempre levar em considerao o aspecto custo/beneficio do SP, de modo a obtermos o mximo de proteo com o menor custo possvel.

Simplicidade: A simplicidade no projeto, construo, manuteno e operao devem ser sempre levados em conta, de modo a reduzirmos ao mximo o tempo fora de servio e custos com manuteno do sistema.

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Sistema de Automao de Subestaes

CAPTULO 3

SISTEMA DE AUTOMAO DE SUBESTAES

Neste captulo ser abordada mais detalhadamente a automao de subestaes de energia, com um foco maior nos componentes do sistema de automao, bem como a configurao das redes de comunicao dentro da SE e os protocolos disponveis no mercado para este tipo de aplicao. Uma nfase ao protocolo IEC 61850 ser dada ao final deste captulo, pois este protocolo ser utilizado para o desenvolvimento do trabalho.

3.1 CONCEITOS GERAIS O surgimento do sistema de automao de subestao se deu a partir da busca continua

por melhorias no fornecimento de energia eltrica. A partir da implantao da automao, se pode obter uma superviso e comando do sistema eltrico em tempo real e direto, ocasionando uma grande reduo na quantidade e tempo de interrupes, bem como uma reduo significativa no tempo de reposio em caso de faltas.

H algum tempo que a automao de subestaes ultrapassam os limites fsicos da SE, trabalhando em conjunto com outras subestaes, um Centro de Controle do Sistema e at a rede coorporativa da empresa, enviando informaes e recebendo comandos via protocolos de comunicao.

Para facilitar o atendimento aos diversos nveis aos quais o sistema deve se comunicar, a automao em subestaes de energia foi classificada em alguns nveis hierrquicos definidos conforme ilustrados na Figura 20.

Figura 20 Nveis hierrquicos do sistema de automao de subestaes

Fonte: (SAMPAIO, 2002).

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Nvel 0: Barramento de Processo Eltrico Neste nvel so alocados todos os equipamentos de campo referentes ao processo

eltrico (disjuntores, seccionadoras, TP, TC, etc). Nvel 1: Barramento de Proteo e Controle

Equipamentos responsveis por realizar o controle e superviso direta dos equipamentos no barramento de processo (rels, Unidades Terminais Remotas, etc).

Nvel 2: Sistema Supervisrio Local

Equipamentos responsveis por fazer a interface entre o operador da subestao e o sistema eltrico. neste nvel que so realizadas a maior parte das funes de superviso e controle por parte do operador local. A comunicao com o supervisrio local pode ainda ser feita de forma remota atravs de programas especficos, como ser detalhado um pouco mais adiante.

Nvel 3: Centro de Controle do Sistema (CCS) Comunicando-se de forma remota, o nvel 3 representa uma central onde esto

concentradas as funes de superviso e controle tambm presentes no supervisrio local.

3.1.1 Funes Bsicas de um Sistema de Automao As principais funes de um sistema de automao compreendem:

Comando remoto;

Funo de Monitoramento

Listas de eventos;

Registro Sequencial de Eventos

Armazenamento de Dados Histricos

Intertravamento

Controle de Tenso e Reativos

Religamento Automtico

Recomposio.

a) Comando Remoto O comando remoto de equipamentos como disjuntores e religadores uma importante

vantagem de sistemas de automao por garantir uma maior segurana aos operadores locais,

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uma vez que no h necessidade de os mesmos estarem prximos ao equipamento, e garantir uma maior rapidez, diminuindo consideravelmente o tempo de resposta da operao.

A ao pode ser feita na prpria subestao, atravs de uma interface grfica onde apresentado o diagrama unifilar da subestao com todos os equipamentos e comando possveis de serem executados, ou remotamente atravs de um Centro de Controle do Sistema (CCS). Esta segunda opo bastante til quando se trata de subestaes desassistidas.

b) Funo de Monitoramento Outra funo importante dos sistemas de automao em subestaes manter, de

forma confivel e rpida, os responsveis pela operao em tempo real informados sobre o estado do sistema. Isso inclui medidas realizadas, indicaes de estado de disjuntores, chaves seccionadoras, atuao das protees e demais equipamentos de interesse.

c) Alarmes Em subestaes de energia importantssimo que os responsveis pela operao

tomem cincia no menor tempo possvel de qualquer anormalidade ou eventualidade que venha a interferir no perfeito funcionamento da instalao, como por exemplo: alteraes espontneas da configurao da malha eltrica (abertura de um disjuntor), irregularidade funcional de algum equipamento (falha do mecanismo de abertura de um disjuntor), ocorrncias no sistema digital (falha de comunicao com algum IED), ou ainda, violaes de limites operativos de grandezas eltricas medidas.

d) Registro Sequencial de Eventos O registro sequencial de eventos uma ferramenta importante, principalmente na

analise de distrbios no sistema. O registro nos d de forma precisa (em at milissegundos) um histrico de todas as ocorrncias significativas no sistema, como por exemplo: atuao de rels de proteo, abertura e fechamento de disjuntores, religadores e chaves seccionadoras, entre outros.

e) Armazenamento de Dados Histricos Outra ferramenta importante para anlise posterior de distrbios o armazenamento

de dados histricos, como medies, indicaes de estado de equipamentos e do sistema, alarmes e aes executadas pelo operador.

f) Intertravamento Visando sempre manter a segurana operacional e evitar possveis operaes que

venham a interferir de forma negativa no sistema ou danificar algum equipamento, devem ser implementados bloqueios ou liberaes de comando em chaves, disjuntores e religadores em funo da topologia da subestao.

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g) Sistema de Recomposio Automtico Visando uma melhoria no tempo de resposta do sistema a uma abertura espontnea de

um disjuntor ou religador, este algoritmo de controle tenta reestabelecer o sistema de forma automtica, automatizando assim a reposio do sistema. Estes automatismos so elaborados com tcnicas de inteligncia artificial que levam em considerao a topologia da subestao e da rede a qual a mesma est interligada para tomar a deciso de em que equipamento intervir para garantir o fornecimento continuo de energia sem colocar em risco a segurana das pessoas e instalaes.

h) Controle de Tenso e Reativos As concessionarias de distribuio de energia eltrica enfrentam dificuldades para

controlar o fator de potncia do sistema de distribuio, manter nveis de tenso adequados e patamares aceitveis de perdas ativas do sistema (FELBER, 2010).

Para mitigar este problema, so utilizados alguns mtodos de compensao dentro da subestao, como transformadores com tap varivel e instalao de banco de capacitores e reguladores de tenso.

Para garantir uma maior confiabilidade e resposta rpida do sistema a esta correo, implementada uma logica atravs do sistema de automao visando o nvel de tenso e fluxo de reativo nos barramentos atravs do controle das variveis como alterao automtica do tap de transformadores e insero ou retirada parcial ou total de banco de capacitores.

i) Recomposio A recomposio do sistema pode ser definida com um conjunto de aes que tem

como principal objetivo reestabelecer a topologia do sistema e, consequentemente, a entrega de energia eltrica ao consumidor final, interrompida por desligamentos imprevistos.

A primeira fase da recomposio do sistema, chamada de recomposio fluente, realizada seguindo procedimentos operacionais predefinidos pelos responsveis pela operao do sistema. Com o sistema de automao, este tempo de recomposio se torna bem mais rpido, podendo ser feito, inclusive, pelo prprio Centro de Controle do Sistema.

3.1.2 Vantagens da Automao Algumas das vantagens do sistema de automao podem ser vistas observando as suas

funes bsicas mostradas anteriormente. Podemos citar ainda, duas principais vantagens para este sistema.

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A primeira refere-se diminuio do nmero de operadores, uma vez que podemos realizar a superviso e alguns comandos de forma remotamente. Um operador, que antes ficava responsvel por apenas uma subestao e tinha que permanecer na mesma de forma integral, agora pode ficar responsvel por uma regio (5 ou 6 subestaes), sendo solicitado pelo Centro de Controle do Sistema para alguma das SEs para realizar manobras ou atendimento possveis eventualidades. Com isso garantimos tambm uma maior confiabilidade do sistema, pois reduzimos de forma significativa a possibilidade de falha humana e aumentamos o nvel de superviso das SEs.

A segunda associada ao tempo de resposta do sistema distrbios e faltas. Como j mencionado anteriormente, com a insero de automatismos e o auxilio, atravs de alarmes, superviso do sistema, diminumos consideravelmente o tempo de atuao do Centro de Controle e de operadores locais para a resoluo do problema, aumento a confiabilidade do sistema e diminuindo o nmero e tempo de interrupes no fornecimento de energia.

Podemos citar ainda a diminuio dos custos das equipes de manuteno. Atravs do acesso remoto ao sistema, algumas tarefas como: mudana de curvas de ajuste de rels de proteo, instalao de softwares, coleta de oscilografias, entre outras podem agora ser executadas sem a necessidade do deslocamento de uma equipe at o local.

3.2 ELEMENTOS DE AUTOMAO DA SUBESTAO

3.2.1 Sistema de Superviso, Controle e Aquisio de Dados (SCADA) O sistema SCADA o corao de sistemas de automao modernos. Ele o

software responsvel por monitorar, supervisionar e comandar os elementos da SE atravs de drivers especficos.

O SCADA tem como principal objetivo fornecer ao operador ou qualquer outro usurio do sistema (responsvel pela manuteno, por exemplo) uma interface grfica amigvel e confivel, de alto nvel, informando-os de todos os eventos do sistema (monitoramento e superviso) e dando-lhes ferramentas para agir no menor tempo possvel (comandos), caso necessrio.

Os componentes bsicos de um sistema SCADA so:

Estao de Superviso;

Sistema de Controle e Aquisio de Dados;

Infraestrutura de Comunicao.

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a) Estao de Superviso Promove a interface entre quem interage com o sistema e o sistema em si (chamado de

interface Homem-Mquina ou IHM), constituda de software de superviso e microcomputador compatvel com o sistema.

b) Sistema de controle e aquisio de dados Normalmente executado por uma unidade separada da estao de superviso. Em

subestaes, comum o uso de Unidades Terminais Remotas (UTR). c) Infraestrutura de comunicao

Composta por conversores e interfaces de Input/Output (I/O), responsvel por realizar a comunicao entre a estao de superviso e as unidades de controle.

Estes componentes so explicados em detalhes a seguir.

3.2.2 Interface Homem-Maquina (IHM) A Interface Homem-Maquina (IHM) o componente de SEs automatizadas

responsvel por realizar a interface entre o homem e o sistema SCADA local.

As IHMs, em sua concepo inicial, eram plataformas proprietrias limitadas em seu campo de atuao. Atualmente, baseadas na plataforma PC podem se comunicar via Ethernet/TCP-IP diversas redes (rede corporativa da concessionria, por exemplo), fazendo com que seu acesso possa ser feito tanto localmente, pelo operador do sistema, como remotamente, atravs de programas especficos de acesso remoto (Netmeeting, Dameware, VNC, etc).

Em alguns sistemas essa funo desempenhada por computadores industriais, que por serem mais robustos e resistentes a condies adversas, garantem uma maior confiabilidade no sistema. Alguns outros fabricantes utilizam equipamentos prprios para desempenhar este papel.

Na Figura 21 apresentada um exemplo de aplicao de uma IHM subestaes de energia.

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Figura 21 - Exemplo de IHM aplicada a Subestaes

Fonte: (ABBOUD, 2007)

As funes bsicas do sistema de automao descritas a seguir so executadas, localmente ou remotamente, atravs da IHM:

Superviso de todo o sistema eltrico da SE;

Execuo de comandos remotos de disjuntores, religadores e rels de bloqueio; Comando remoto dos tapes de transformadores com comutadores automticos;

Controle remoto do nvel de reativos e de tenso nos barramentos da subestao;

Bloqueio das aes de controle em determinados equipamentos;

Superviso da atuao dos rels de proteo;

Alterao das curvas de atuao dos rels digitais;

Reconhecimento fcil e rpido de mensagens de alarmes;

Acesso a todas as telas de diagramas unifilares, tabulares e de tendncias;

3.2.3 Unidade Terminal Remota (UTR) A UTR, quando utilizada como Unidade de Controle da Subestao (UCS), pode ser

definida como uma interface entre o processo eltrico e o sistema SCADA. Dotadas de entradas analgicas e digitais, a UTR coleta as informaes de campo

(medidas e estados de equipamentos, por exemplo) atravs de equipamentos como transdutores e rels digitais e, via protocolo de comunicao, envia tais dados para o sistema SCADA, onde ocorre o processamento e o correto direcionamento das informaes.

Devido a sua importncia dentro do sistema de automao, as UTRs devem ser equipamentos robustos de modo a garantir a confiabilidade das informaes vindas de campo

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e proporcionar a segurana dos comandos executados, assegurando assim o correto funcionamento da SE. Um exemplo de UTR apresentado na Figura 22.

Figura 22 - Exemplo de Unidade Terminal Remota (Fabricante: SEL)

Fonte: Catlogo SEL

3.2.4 Dispositivos Eletrnicos Inteligentes (IED) Com a evoluo do IED, o mesmo deixa de ser responsvel apenas pela proteo da

SE e passa a agregar diversas funes assumindo o papel de principal elemento de superviso e controle de subestaes com automao integrada.

Muitas funes antes executadas pelas UTRs passam agora a ser executadas diretamente pelos IEDs, como superviso do estado de equipamentos e medidas digitais e alguns comandos.

Estes equipamentos podem se comunicar diretamente com o sistema SCADA ou atravs da UTR, dependendo do protocolo de comunicao utilizado e filosofia da automao da SE.

3.3 REDES DE COMUNICAO Em uma subestao digitalizada equipamentos esto se comunicando em tempo real

atravs de protocolos de comunicao em redes. No sistema de automao uma rede pode ser definida como um conjunto de

dispositivos eletrnicos conectados e dispostos de forma a compartilhar informaes de forma eficiente e confivel entre os mesmos. Cada dispositivo da rede denominado n e o meio fsico utilizado para conectar estes ns chamado de meio de transmisso.

A definio da topologia da rede de comunicao uma importante deciso e deve levar em considerao algumas premissas bsicas, como: funcionalidades requeridas, grau de importncia da instalao, taxa de falhas admissvel e, por ltimo, mas no menos importante, o custo total dos componentes necessrios.

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A seguir sero apresentados alguns tipos comuns de topologias das redes de comunicao utilizadas em subestaes.

a) Anel Uma rede em anel caracterizada por diversos ns conectados atravs de um

caminho fechado, conforme exposto na Figura 23.

Figura 23 - Topologia de rede com conexo em anel

Fonte: (PEREIRA, 2007)

As configuraes mais usuais desse tipo de rede garantem uma comunicao unidirecional, evitando assim o problema de roteamento. Um exemplo de aplicao da topologia de conexo em anel em subestaes apresentado na Figura 24.

Figura 24 - Aplicao da topologia de comunicao em anel em uma subestao

Fonte: Prpria

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b) Anel Duplo Na topologia com conexo em anel duplo, um dos anis dito anel principal e o outro

funciona como um backup, sendo acionado em casos de falha. A redundncia garante uma maior confiabilidade do sistema, sendo esse tipo de topologia utilizada quando o sistema de automao requer uma taxa de falhas bastante reduzida. Um exemplo desta topologia mostrado na Figura 25.

Figura 25 - Topologia de rede com conexo em anel duplo


c) Barramento Nesta topologia de comunicao, todos os equipamentos (ns) so conectados ao

mesmo meio de transmisso, conforme apresentado na Figura 26.

Figura 26 - Topologia de rede com conexo em barramento


Ao contrario da topologia anel, a topologia em barra possui uma configurao multiponto, onde cada n conectado a barra pode receber todas as informaes transmitidas na rede, facilitando a utilizao do conceito de mensagens do tipo difuso.

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Em redes por difuso (broadcasting) todas as informaes so transmitidas na rede e todos os equipamentos utilizam o mesmo meio de transmisso. Os ns interessados na informao captam as mesmas e os demais simplesmente a ignoram e, com isso cria-se uma espcie de nuvem de dados de informaes, disponvel a todos os elementos da rede. A Figura 27 representa melhor a aplicao desta topologia em subestaes de energia.

Figura 27 - Aplicao da topologia de barramento em uma subestao

Fonte: Prpria

d) Barramento Duplo A topologia em barramento duplo, assim como em anel duplo, justificada quando necessitamos de um sistema extremamente confivel. Um dos barramentos funciona como principal e o outro como retaguarda, sendo acionado em caso de falha do primeiro. A Figura 28 apresenta a conexo de uma rede em barramento duplo.

Figura 28 - Topologia de rede com conexo em barramento duplo


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3.4 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS EM REDES DE COMUNICAO As subestaes de energia so ambientes complexos onde os equipamentos em seu

interior so submetidos a diversos eventos que podem afetar o desempenho de dispositivos eletrnicos como: tenses induzidas, interferncias eletromagnticas e ainda elevaes de potencial de terra no momento de uma falta. Por esta razo, os equipamentos utilizados para compor a rede de comunicao da SE no podem ser os mesmos empregados em nossas residncias.

A norma 1613 IEEE Standard Environmental and Testing Requirements for Communications Networking Devices in Electric Power Substations especifica as condies eltricas, trmicas e ambientais de servios para os equipamentos de comunicao utilizados em SEs

3.4.1 Switch O switch dentro de uma SE tem como principal funo fazer a interligao entre os

diversos equipamentos digitais existentes (IEDs, UTR, etc.), formando uma rede local na subestao na qual os equipamentos podem comunicar-se entre si.

Com a evoluo da tecnologia e surgimento de novos meios de transmisso, houve o surgimento de switches pticos, onde so utilizadas fibras pticas no lugar dos convencionais cabos de rede de par tranado. A Figura 29 apresenta um exemplo de switch aplicado em subestaes de energia.

Figura 29 - Switch utilizada em subestaes

Fonte: (GARRETTCOM, 2012)

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3.4.2 Conversor Serial Ethernet Este dispositivo tem como objetivo permitir a conexo entre equipamentos que

possuam portas seriais RS232 e RS485 redes ethernet LAN ou WLAN. Em subestaes de energia, bastante utilizado para realizar a comunicao entre a IHM local (porta serial) e o centro de controle remoto (ethernet).

A Figura 30 mostra o conversor de protocolos INT 550, comum em subestaes de energia.

Figura 30 - Conversor de protocolos INT 550

Fonte: (ALIANSA BRASIL, 2012)

3.5 MEIOS DE TRANSMISSO Nas redes de comunicao podemos citar duas categorias de meios de transmisso

(MELLO, 2006):

3.5.1 Meios de Transmisso Guiados Nesta categoria a comunicao feita atravs de um meio fsico. Os meios fsicos

podem ser classificados em dois mtodos de transmisso, os quais so: a) Condutores metlicos

Neste meio os dados a serem transmitidos so convertidos em sinais eltricos e se propagam atravs do material condutor. Em subestaes de energia comum a utilizao de cabos tipo par tranado blindados, devido a sua maior proteo contra interferncias eletromagnticas. A Figura 31 mostra um exemplo de cabo de par tranado blindado.

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Figura 31 - Cabo par tranado blindado

Fonte: (FULL WIRELESS, 2012)

b) Fibra Optica Na transmisso por fibra ptica, os dados so convertidos em sinais luminosos e

propagados atravs do material transparente da fibra ptica. A principal vantagem da fibra ptica sua imunidade a interferncias eletromagnticas. A desvantagem esta no fato deste tipo de condutor apresentar uma maior fragilidade em relao a condutores metlicos, necessitando de um maior cuidado na instalao e manuteno, alm de apesentar alto custo.

importante ressaltar ainda que, devido ao fato de o sinal s poder ser propagado em uma direo neste tipo de condutor (uniderecionalidade), a comunicao entre dois equipamentos feita atravs de um par de fibras. A Figura 32 apresenta um exemplo de fibra ptica utilizada em subestaes.

Figura 32 - Fibra ptica

Fonte: (FORTEC SERVIOS, 2012)

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3.5.2 Meios de Transmisso No Guiados Nos meios de transmisso no guiados a comunicao feita atravs do ar, sem a

utilizao de material fsico. Dentro desta categoria esto a transmisso via rdio e satlite. No comum a utilizao deste meio de transmisso no interior de subestaes, devido a baixa velocidade e confiabilidade desses sistemas, quando comparados aos meios fsicos de transmisso.

3.6 PROTOCOLOS DE COMUNICAO CONVENCIONAIS Em semelhana comunicao entre pessoas, a comunicao entre mquinas deve

seguir um conjunto de regras prescritas, mas, enquanto pessoas frequentemente variam as regras de acordo com a necessidade de cada conversao, as maquinas no so susceptveis a esse recurso. As regras que regem as comunicaes entre maquinas so definidas pelos protocolos.

Protocolos so padres de mensagens definidas para implementar uma comunicao efetiva entre estes equipamentos.

Atualmente existe dezenas de protocolos distintos com este mesmo objetivo. Neste tpico ser apresentado uma breve descrio dos protocolos mais utilizados nos sistema de automao de subestaes de energia, sendo dado maior nfase no protocolo de comunicao IEC 61850.

3.6.1 IEC 60870-5-101 Publicado inicialmente em 1995, o IEC 60870-5-101, assim como o DNP 3.0, possui

uma estrutura diretamente aplicvel interface entre UTRs e IEDs. A norma baseada nos 5 documentos do padro IEC 870-5, sendo eles (SAMPAIO, 2003):

870-5-1: Relacionado aos formatos e tipos de frames de transmisso, bem como os requisitos e condies especficas para transmisso de dados em sistemas de telemetria;

870-5-2: Descreve os processos e estruturas de transmisso de dados da camada link, responsvel por promover um trnsito ntegro de dados atravs de um link fsico;

870-5-3: Define as regras para a estruturao de dados a nvel de aplicao. A camada de aplicao responsvel pela interao direto do usurio com o sistema. Essas

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regras so utilizadas como padres genricos para dar suporte rea de telecomunicaes;

870-5-4: Define as regras para os tipos de elementos de dados utilizados nas trocas de mensagens. O objetivo padronizar os tipos de dados de modo a definir tipos nicos para representar elementos digitais;

870-5-5: Especifica as funes bsicas utilizadas nos procedimentos de controle de sistemas de telemetria e controle remoto, assim como algumas regras para uma adequada troca de mensagens entre o nvel de aplicao entre o processo local e o remoto.

3.6.2 Distributed Networks Protocol (DNP) O DNP 3.0, protocolo aberto desenvolvido pela GE Harris na dcada de 90, tem

como principal caracterstica a conformidade com as especificaes da norma IEC 870-5 com relao transmisso de dados entre estaes mestres (Centro de Controle, por exemplo) e UTRs ou IEDs.

As principais caractersticas deste protocolo aplicveis rea de energia eltrica so (MAIA, 1998):

Transferncia de blocos de dados: Possui uma camada de transporte com capacidade de transferncia de at 2kbytes, podendo transferir tabelas de configuraes, algoritmos de controle e informaes de prioridade;

Tipos de Mensagens: So dois tipos de mensagens: Com confirmao, quando a prioridade a confiabilidade, onde o receptor garante a entrega da mensagem; Sem confirmao, quando a prioridade o desempenho e velocidade;

Arquitetura mestre-escravo: Permite relacionamento sncrono (operao por varredura) e assncrono (respostas no solicitadas, de iniciativa das estaes escravas);

Modos de endereamento: Suporte a trs modos distintos de endereamento: independentes para mestre-escravos, de grupo e broadcasting;

Protocolo Carrier Sense Multiple Access (CSMA): Permite o compartilhamento do meio fsico de transmisso;

Tempo de propagao das mensagens: Sincronizao dos relgios dos vrios equipamentos do sistema a partir do calculo do tempo de propagao de mensagens;

Algoritmo Cyclic Redundancy Code (CRC): Reduo da taxa de erros na transmisso de mensagens, garantindo uma alta segurana nos dados;

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Congelamento: Permite a obteno de dados de um equipamento em um determinado instante;

Nveis de prioridade: Estabelece a hierarquia das mensagens;

Registro de tempos: Permite o envio de mensagens de eventos sequenciais de operao;

Objeto de dados: Orientados ao setor de energia eltrica (entrada binria, sada binaria, entrada analgica, etc);

Arquitetura Enhanced Performance Architecture (EPA): Possibilita o alto desempenho e a aplicao em equipamentos de pequeno porte;

Capacidade de endereamento: Alta capacidade de endereamento, permitindo uma grande diversidade de equipamentos;

Independncia do meio de comunicao: Permite comunicao atravs de vrios meios distintos (rdio, fibra ptica, cabo coaxial, etc);

Frame FT3: Proporciona alta taxa de transferncia de dados com uma alta eficincia (aproximadamente 78%).

3.7 NORMA IEC 61850 Uma das grandes dificuldades na implantao de sistemas de automao em

subestaes durante muito tempo foi a variedade de equipamentos que compem o sistema. Cada equipamento utilizava um padro de linguagem (protocolo) diferente e, muitas vezes, tornava muito difcil ou invivel a comunicao entre eles, ocasionando um grande problema na integrao do sistema. Na Figura 33 so mostrados os diversos protocolos de comunicao utilizados em sistema de automao de subestaes de energia.

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Figura 33 - Protocolos convencionais utilizados

Fonte: (NETTO, 2008)

Visando o fim deste problema, em 1994 foram criados grupos de trabalho formados por especialista nas normas IEC-60870-5, padro europeu, e a UCA 2.0, padro americano, (principais normas sobre protocolos de comunicao para automao sistemas eltricos de potncia) para criar uma padronizao universal para redes de comunicao para automao de subestaes de energia. Este padro seria denominado IEC 61850.

Pode-se citar ento como principal caracterstica da norma IEC 61850 a garantia da interoperabilidade entre equipamento distintos em fabricao e propsito, empregados dentro de uma subestao de energia. Entende-se por interoperabilidade a capacidade de um sistema se comunicar com outro, mesmo que os dois sistemas no sejam semelhantes.

O novo padro da norma utiliza programao orientada a objetos e subdivide as funes presentes em equipamentos fsicos (IED) em grupamentos funcionais de dados, denominados ns lgicos, que se comunicam entre si.

Na Figura 34 apresentada a hierarquia da norma IEC 61850 dentro do sistema de automao de uma subestao de energia.

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Figura 34 - Arquitetura de um sistema de automao de subestaes com a utilizao da norma IEC 61850


3.7.1 Estrutura da Norma A norma IEC 61850 subdividida em 10 partes, de acordo com o apresentado na

Tabela 1. Cada parte da norma constituda de um documento que descreve caractersticas especificas que um sistema de automao deve ter para estar em conformidade com a norma.

Tabela 1 - Documentos da norma IEC 61850

Tema do Documento Parte Descrio

Aspectos do Sistema

1 Introduo e Viso Geral 2 Glossrio 3 Requisitos Gerais 4 Gerenciamento de Sistema e Projetos 5 Requisitos de Comunicao para Funes e Modelos de Dispositivos

Configurao 6 Linguagem de Configurao para IEDs (SCL) Estrutura de Comunicao Bsica

para Equipamentos de Subestaes e Alimentadores

7.1 Princpios e Modelos 7.2 Servios de Comunicao Abstratos (ACSI) 7.3 Classes de Dados Comuns 7.4 Classes de Ns Lgicos e de Dados Compatveis

Mapeamento de Servios de Comunicao Especficos

8.1 Mapeamento para MMS e para ISSO/IEC 8802-3 9.1 Valores Amostrais sobre Enlace Serial Unidirecional Multidrop Ponto-a-Ponto 9.2 Valores Amostrais sobre ISO/IEC 8802-3

Ensaios 10 Testes de Conformidade


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Para o controle e monitoramento de equipamentos, 4 documentos se destacam dos demais. Ser visto a seguir, de forma sucinta, a descrio de tais partes da norma.

a) Parte 5: Requisitos de Comunicao para Funes e Modelos de Dispositivos Na parte 5 da norma so abordados os requisitos de desempenho dos diversos tipos de

mensagens presentes no sistema, independentemente da tecnologia de comunicao utilizada. Para cada tarefa a ser executada dentro da SE (monitoramento e controle, por exemplo) so determinadas funes, que podem ser alocadas nos 3 nveis hierrquicos do sistema de automao, conforme mostrado na Figura 34.

O modelo de dados da norma especifica todos os dados obrigatrios descrio dessas funes. Vale ressaltar que a implementao de tais funes para cada fabricante no modificada, a norma apenas padroniza os dados de configurao, entrada e sada de cada funo.

b) Parte 6: Linguagem de Configurao A parte 6 da norma define como j mencionada anteriormente linguagem de

configurao do sistema de automao. Com a variedade de equipamentos (IEDs e ns lgicos) presentes dentro de uma SE,

necessrio certa formalidade no encaminhamento das informaes, de modo a facilitar o processo de integrao. Para isso, foi criada uma linguagem de configurao padro: Substation Configuration Language (SCL).

A linguagem SCL baseada na j consagrada eXtender Markaup Language (XML) verso 1.0, onde um arquivo SCL basicamente composto por dados gerais da SE e dos equipamentos utilizados no sistema de automao, bem como os servios de comunicao de dados. Os arquivos utilizados na configurao de uma SE so (DIAS, 2009):

IED capability Description (ICD): Descreve as capacidades e pr-configuraes dos IEDs. Este arquivo enviado a ferramenta de configurao do sistema.

Configured IED Description (CID): Descreve a configurao especifica de um IED para aquela aplicao. Este arquivo enviado ao IED.

Substation Configuration Description (SCD): Descreve a configurao de toda a rede de comunicao e fluxo de dados da SE.

System Specification Description (SSD): Este arquivo, por fim, descreve todo o diagrama e funcionalidades da automao da SE.

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A configurao da automao de uma SE atravs de arquivos SCL pode ser melhor entendida a partir da Figura 35.

Figura 35 - Arquivos SCL em uma subestao


c) Parte 7: Estrutura de Comunicao Bsica para Equipamentos de Subestaes e Alimentadores Qualquer informao que circula na rede de comunicao sobre o padro IEC 61850

possui a sintaxe apresentada na Figura 36.

Figura 36 - Sintaxe da informao seguindo o padro IEC 61850


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O n lgico, como j mencionado anteriormente, capaz por si s de realizar tarefas simples e completas.

Inicialmente a norma classificou 13 grupos de ns lgicos, mostrados na Tabela 2.

Tabela 2 - Grupos indicadores e organizao de ns lgicos

Grupo Indicador Grupo de Ns Lgicos

Nmero de Ns Lgicos

A Controle Automtico 4 C Controle Supervisrio 5 G Genricos 3 I Interfaceamento e Arquivamento 4

L Ns Lgicos do Sistema 3 M Medio 8 P Funes de Proteo 28 R Funes de Relatrios de Proteo 10 S Sensoriamento e Monitorao 8

T Transformadores de Instrumentos 2 X Chaveamento 2 Y Transformadores de Potncia 4 Z Equipamentos Adicionais do Sistema de Potncia 5

Fonte: (DIAS, 2009)

A denominao de cada n lgico iniciada pelo grupo indicador. Podemos citar como exemplo os disjuntores, modelados como um n XCBR, onde X representa o grupo indicador e CBR, circuit breaker. Alm disso, conforme necessidade do sistema, o usurio poder criar novos dados e atributos associados a qualquer n lgico declarado, dando-lhe uma maior flexibilidade na configurao do sistema. A definio dos elementos de dados caractersticos de um n lgico feita de acordo com a especificao de uma Classe de Dados Comum (CDC). Cada CDC determina a estrutura de dados dentro do n lgico associado. Utilizando ainda o disjuntor como exemplo, o n lgico XCBR pode ser descrito conforme a Figura 37.

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Figura 37 - N Lgico XCBR

Fonte: (MIRANDA, 2009) Onde:

Pos: Posio;

OpCnt: Contador de Operaes;

BlkOpn: Bloqueado para Comando de Abertura;

BlkCls: Bloqueado para Comando de Fechamento;

CBOpCap: Disponibilidade de Operao;

LOC: Bloqueado.

d) Parte 8: Servios de Comunicao Especficos Esta parte da norma tem como objetivo especificar como se dar a troca de dados

dentro da rede local da subestao atravs do protocolo que define o mapeamento dos objetos de dados e servios: Manufacturing Messaging Specification (MMS).

A representao da pilha simplificada de protocolos da norma IEC 61850 pode ser vista na Figura 38 e a Tabela 3 apresenta a classificao das mensagens no padro da norma.

Figura 38 - Pilha simplificada de protocolos IEC 61850

Fonte: (GURJO, 2007)

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Tabela 3 - Classificao de mensagens

Tipo de Mensagem Descrio Servio 1 Mensagem Rpida GOOSE / GSSE

1A Trip GOOSE / GSSE

2 Mensagem de Mdia Velocidade Cliente / Servidor

3 Mensagens Lentas Cliente / Servidor 4 Dados em rajada Valores Amostrados 5 Funes de Transferncia de Arquivos Cliente Servidor

6 Mensagens de Sincronismo de Tempo Time Sync


Quatro tipos de servios so utilizados: Cliente / Servidor: So mensagens que no possuem restrio quanto ao tempo, ou

seja, no so criticas para o sistema. Por esse motivo, esse tipo de mensagem utiliza toda a pilha de protocolos at alcanar a camada de enlace;

Valores Amostrados: Leitura de valores amostrados do sistema, como corrente e tenso;

Time Sync: Mensagens que tem como funo o sincronismo de tempo da rede, de acordo com o protocolo Simple Network Time Protocol (SNTP).

GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) / GSSE (Generic Substation Status Event): Pertencentes a classe GSE (Generic Substation Event), so mensagens de alta prioridade e, por esse motivo, esto associadas a uma restrio de tempo com relao ao seu trafego na rede. So mapeadas diretamente camada de enlace, conforme demonstrado.

A principal diferena entre as mensagens GOOSE e GSSE referente a configurao. Enquanto as mensagens GOOSE podem ser configurveis, as mensagens GSSE trabalham com uma estrutura fixa.

As mensagens GSE so utilizadas principalmente para comunicao direta entre IEDs (ponto-a-ponto) em alta velocidade, garantindo a confiabilidade e velocidade na resposta do sistema. Ainda no tema de confiabilidade, importante ressaltar a utilizao do servio Specific Communication Service Mapping (SCSM) para esse tipo de mensagem, que garante a entrega da mesma atravs da retransmisso feita at que o receptor sinalize uma confirmao de entrega.

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3.7.2 Comparativo com Protocolos Convencionais apresentado na Tabela 4 um quadro comparativo das caractersticas gerais entre o

IEC 61850 e os protocolos DNP 3.0 e IEC 60870-5-101, apresentados anteriormente.

Tabela 4 - Comparativo entre protocolos de comunicao

Caracterstica IEC 60870-5-101 DNP 3.0 IEC 61850

Domnio de aplicao Telecontrole (SCADA).

Telecontrole (SCADA) Dentro da subestao e do centro de controle.

Subestao e automao de alimentadores (aberto para

outros domnios)

Principal cobertura Camada de

aplicao, servios e protocolos.

Camada de aplicao, servios

e protocolos.

Semntica de aplicao (modelos de dispositivos e aplicaes), linguagem de

configurao de subestaes e camada de aplicao, servios e protocolos.

Padronizao Padro IEC (1995). Padro IEEE 1379 (2000) IEC (2005).

rgo Padronizador IEC TC 57 WG 03. DNP USERS GROUP; IEEE. IEC TC 57 WG 10, 11 e 12.

Meta pretendida Otimizar o uso de banda e hardware. Otimizar o uso de banda e hardware.

Simplificar a integrao e engenharia de dispositivos e

dados; reutilizar modelos

Paradigma Troca de listas numeradas de pontos e dados

Troca de listas numeradas de

pontos de dados simples.

Modelagem de objetos de aplicao e troca de

metadados (gerenciamento de dados).

Modelos de informao especficos da aplicao

Poucos tipos de dados de aplicao

especficos.

Permite ao fabricante

Documents

Microsoft Word - Monografia - V1