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© ABB Group November 5, 2015 | Slide 1

Solução de process bus com a merging unit SAM600IEC 61850-9-2

Julio Oliveira, Agosto de 2015 – Evento Automation & Power World Brasil

Agenda


Desafios

Do cabeamento de cobre à fibra óptica: a subestação digital

Benefícios

SAM600 merging unit

Conclusões


Process bus com a merging unit SAM600Desafios

� Há um aumento crescente de modernizações de subestações;

� Momento de transição: Comunicação entre equipamentos em franca expansão;

� Projetos em execução com aumento de custo e prazos mais curtos;

� Clientes preocupados na gestão e melhor utilização dos ativos;

� Busca pela garantia do investimento por todo o cliclo de vida do empreendimento;

� Qualificação dos fornecedores para reduzir os prazos e custos

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Desafios


Benefícios

SAM600 merging unit

Conclusões


Process bus com a merging unit SAM600Do cabeamento de cobre à fibra óptica

� Evolução das aplicações legadas ao IEC 61850-8-1 e IEC 61850-9-2


Process bus com a merging unit SAM600O que é uma subestação digital?


Process bus com a merging unit SAM600IEC 61850 station bus e process bus


Process bus com a merging unit SAM600Serviços de comunicação de uma subestação digital

� Cliente/Servidor� Comunicação ponto a ponto para

monitoramento e controle.� Comandos, SOE, transferência de

arquivos, etc.

� GSE� Mensagens de tempo real para a troca

de informações entre os IEDs, de forma colaborativa.

� Dados binários, indicações e commandos.

� Sampled Values (SV)� Mensagens em tempo real adquiridas

do campo via barramento de processo.� Amostras de valores digitalizados de

corrente e tensão.

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Desafios


Benefícios do uso do process bus

SAM600 merging unit

Conclusões


Process bus com a merging unit SAM600Benefícios do uso do process bus

� As tabelas acima consideram as vantagens/argumentos em uma soluçãode process bus se comparada a um projeto convencional de automaçãode subestações.


Process bus com a merging unit SAM600Redução de cabos: Qual a relevância?

� Redução de aproximadamente 80%dos cabos de cobre:

� Cabos das canelatas que conectama casa de controle aosequipamentos primários sãosubstituídos por fibras ópticas;

� A consequência e que apenas oscabos de alimentação dosequipamentos em campo (e algumoutro caso especial) permancem;

� Em uma subestação de médio paragrande porte, o transporte dasbobinas de cabo é reduzido, assimcomo os custos inerentes a esteprocesso (como a logística).


Process bus com a merging unit SAM600Redução do tempo de instalação e desligamento

� Aproximadamente 40% menostempo para a instalação em nosvossistemas secundários:

� Poucos painéis para instalar no campo;

� Poucos cabos para lançar.

� Cerca de 50% menos tempo dedesligamento

� Todos os ensaios entre o nível 1 e aMU podem ser feitos em fábrica,sem necessidade de repetição;

� Com a instalação em serviço, épossível conectar novas fibrasópticas e IEDs à MU.


Process bus com a merging unit SAM600Estudo feito pela ABB e um cliente na Suiça

� A figura mostra a subestação Wambel, de 110kV na Suiça. O estudorealizado junto ao cliente considera o seguinte escopo:

� 10 bays/disjuntores;� 1 tie;� 5 bays


Process bus com a merging unit SAM600Estudo feito pela ABB e um cliente na Suiça (2)

� O comparativo demonstra o confronto dos custos entre a soluçãoAIS convencional e o process bus.



� A tabela exibe as diferenças de custo entre uma soluçãoconvencional e uma com a aplicação de process bus considerandoo mesmo arranjo de subestação



� A tabela exibe as diferenças de custo entre uma soluçãoconvencional e uma com a aplicação de process bus considerandoo mesmo arranjo de subestação:

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Desafios



SAM600 merging unit

Conclusões


Process bus com a merging unit SAM600Sistema modular

� Para cada equipamento primário éconsiderado um módulo (TCs e TPs);

� O hardware é interconectado para seadaptar as mais variadas aplicações;

� Os módulos são compactos, com fixaçãoem trilhos possibilitando a instalação etroca das unidades de forma rápida efácil;

� Sincronização entre as unidades damerging unit via IEEE 1588.


Process bus com a merging unit SAM600SAM600-TS, SAM600-VT e SAM600-CT

� O conjunto da merging unit é composto por uma unidade de tensão(VT), uma de corrente (CT) e uma unidade de sincronismo (TS).


Process bus com a merging unit SAM600Arquitetura

� O sicronismo entre as merging units é feito via PTP pela unidade TS.Em uma mesma cadeia, é possível ligar aproximadamente 12 módulos(entre CTs e VTs). Os IEDs são sincronizados por PPS.


Process bus com a merging unit SAM600Arquitetura (2)

� Este exemplo demonstra uma arquitura com process bus em um arranjo dedisjuntor e meio. Os switches praticamente não são necessários e observa-se aflexibilidade dos envio dos SVs, sem que seja preciso coletar as grandezasdiretamente do módulo que as aquisita.


Process bus com a merging unit SAM600Arquitetura (3)

� e - Cadeias principal e alternada

� Para aumentar a disponibilidade do sistema, a cadeia principal das proteções é ligada aoprimeiro grupo de SAM600. As alternadas, no segundo grupo. Os dados analógicos necessáriospara o IED de controle podem ser coletados a partir de um dos grupos.

� - Sincronismo das amostras e coleta de informações

� Observa-se na arquitetura que o IED recebe uma conexão PPS para sincronizar a recepção dasamostras do sampled value. Este procedimento é adotado para cada IED. Verifica-se tambémque dois IEDs recebem grandezas analógicas de uma única unidade SAM600 sem necessidadede switches, já que de cada módulo é possível coletar dados provenientes de quaisquer outrasunidades do grupo de SAMs600.

� e - Tensão da barra

� No arranjo uma unidade SAM600 de tensão foi alocada exclusivamente para a tensão da barra.Neste caso específico, por esta unidade estar isolada, pode-se adotar um switch IEC 61850-3de pequeno porte apenas para distribuir dados para um IED específico. Outros arranjos sãopermitidos para eliminar este switch.

� e - Station bus e IEDs de processo

� Para os IEDs da casa de controle (ou eletrocentro), uma porta Ethernet é conectada aoSAM600. A segunda, aos switches do station bus (IEC 61850-8-1). No que concerne ao IED deprocesso, que é alocado em campo para aquisição de pontos digitais, as duas interfacesEthernet são conectadas ao station bus via o protocol PRP (IEC 62439-3).

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Process bus com a merging unit SAM600Cuidados com o design da rede

� O serviço/protocolo Ethernet Sampled Values (SV) consiste no envio demensagens em tempo real, assim como o GSE, porém com uma diferençamuito relevante: O número de amostras, como sugere a figura acima;

� Para uma frequência de 60Hz, considerando um ciclo de 16,6 ms com 80amostras, há 4800 SVs injetados na rede por segundo;

� Isso significa que, considerando que um stream de SVs tem 984 bits (123bytes), a ocupação da banda Ethernet é de quase 5Mbits/s.

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Desafios



SAM600 merging unit

Conclusões


Process bus com a merging unit SAM600Conclusões

� O process bus, aliado ao station bus da norma IEC 61850, completa oconceito de digital substation, considerando que todas as informaçõesdentro da subestação passam a se propagar por meio da rede decomunicação Ethernet;

� Em um cenário que não apenas a redução de custo é considerada,mas também (e em alguns casos, principalmente) o prazo é umobstáculo, o process bus oferece uma excelente oportunidade paradiminuir o tempo da instalação e manutenção das aplicações;

� A segurança dos operadores e mantenedores do Sistema deautomação é aprimorada, uma vez que o risco de acidentes elétricosdentro da sala de controle são sensivelmente reduzidos;

� A demanda por um bom desing e concepção da rede Ethernet leva auma necessidade de conhecimento/treinamento sobre esta área de TI.

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