Solução de process bus com a merging unit SAM600 IEC

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1 Julio Oliveira, Agosto de 2015 Evento Automation & Power World Brasil Solução de process bus com a merging unit SAM600 IEC November 5, 2015 Slide 1

2 Agenda Desafios Do cabeamento de cobre à fibra óptica: a subestação digital Benefícios SAM600 merging unit Conclusões November 5, 2015 Slide 2

3 Desafios 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 November 5, 2015 Slide 3

4 Agenda Desafios Do cabeamento de cobre à fibra óptica: a subestação digital Benefícios SAM600 merging unit Conclusões November 5, 2015 Slide 4

5 Do cabeamento de cobre à fibra óptica Evolução das aplicações legadas ao IEC e IEC November 5, 2015 Slide 5

6 O que é uma subestação digital? November 5, 2015 Slide 6

7 IEC station bus e process bus November 5, 2015 Slide 7

8 Serviços 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. November 5, 2015 Slide 8

9 Agenda Desafios Do cabeamento de cobre à fibra óptica: a subestação digital Benefícios do uso do process bus SAM600 merging unit Conclusões November 5, 2015 Slide 9

10 Benefícios do uso do process bus November 5, 2015 Slide 10 As tabelas acima consideram as vantagens/argumentos em uma solução de process bus se comparada a um projeto convencional de automação de subestações.

11 Redução de cabos: Qual a relevância? Redução de aproximadamente 80% dos cabos de cobre: Cabos das canelatas que conectam a casa de controle aos equipamentos primários são substituídos por fibras ópticas; A consequência e que apenas os cabos de alimentação dos equipamentos em campo (e algum outro caso especial) permancem; Em uma subestação de médio para grande porte, o transporte das bobinas de cabo é reduzido, assim como os custos inerentes a este processo (como a logística). November 5, 2015 Slide 11

12 Redução do tempo de instalação e desligamento November 5, 2015 Slide 12 Aproximadamente 40% menos tempo para a instalação em nosvos sistemas secundários: Poucos painéis para instalar no campo; Poucos cabos para lançar. Cerca de 50% menos tempo de desligamento Todos os ensaios entre o nível 1 e a MU podem ser feitos em fábrica, sem necessidade de repetição; Com a instalação em serviço, é possível conectar novas fibras ópticas e IEDs à MU.

13 Estudo feito pela ABB e um cliente na Suiça A figura mostra a subestação Wambel, de 110kV na Suiça. O estudo realizado junto ao cliente considera o seguinte escopo: 10 bays/disjuntores; 1 tie; 5 bays November 5, 2015 Slide 13

14 Estudo feito pela ABB e um cliente na Suiça (2) O comparativo demonstra o confronto dos custos entre a solução AIS convencional e o process bus. November 5, 2015 Slide 14

15 Estudo feito pela ABB e um cliente na Suiça (3) A tabela exibe as diferenças de custo entre uma solução convencional e uma com a aplicação de process bus considerando o mesmo arranjo de subestação November 5, 2015 Slide 15

16 Estudo feito pela ABB e um cliente na Suiça (4) A tabela exibe as diferenças de custo entre uma solução convencional e uma com a aplicação de process bus considerando o mesmo arranjo de subestação: November 5, 2015 Slide 16

17 Agenda Desafios Do cabeamento de cobre à fibra óptica: a subestação digital Benefícios do uso do process bus SAM600 merging unit Conclusões November 5, 2015 Slide 17

18 Sistema modular Para cada equipamento primário é considerado um módulo (TCs e TPs); O hardware é interconectado para se adaptar as mais variadas aplicações; Os módulos são compactos, com fixação em trilhos possibilitando a instalação e troca das unidades de forma rápida e fácil; Sincronização entre as unidades da merging unit via IEEE November 5, 2015 Slide 18

19 SAM600-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). November 5, 2015 Slide 19

20 Arquitetura 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. November 5, 2015 Slide 20

21 Arquitetura (2) November 5, 2015 Slide 21 Este exemplo demonstra uma arquitura com process bus em um arranjo de disjuntor e meio. Os switches praticamente não são necessários e observa-se a flexibilidade dos envio dos SVs, sem que seja preciso coletar as grandezas diretamente do módulo que as aquisita.

22 Arquitetura (3) e - Cadeias principal e alternada 1 2 Para aumentar a disponibilidade do sistema, a cadeia principal das proteções é ligada ao primeiro grupo de SAM600. As alternadas, no segundo grupo. Os dados analógicos necessários para o IED de controle podem ser coletados a partir de um dos grupos. 3 - Sincronismo das amostras e coleta de informações Observa-se na arquitetura que o IED recebe uma conexão PPS para sincronizar a recepção das amostras do sampled value. Este procedimento é adotado para cada IED. Verifica-se também que dois IEDs recebem grandezas analógicas de uma única unidade SAM600 sem necessidade de switches, já que de cada módulo é possível coletar dados provenientes de quaisquer outras unidades do grupo de SAMs 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 de pequeno porte apenas para distribuir dados para um IED específico. Outros arranjos são permitidos para eliminar este switch. 6 7 e - Station bus e IEDs de processo Para os IEDs da casa de controle (ou eletrocentro), uma porta Ethernet é conectada ao SAM600. A segunda, aos switches do station bus (IEC ). No que concerne ao IED de processo, que é alocado em campo para aquisição de pontos digitais, as duas interfaces Ethernet são conectadas ao station bus via o protocol PRP (IEC ). November 5, 2015 Slide 22

23 Cuidados com o design da rede O serviço/protocolo Ethernet Sampled Values (SV) consiste no envio de mensagens em tempo real, assim como o GSE, porém com uma diferença muito relevante: O número de amostras, como sugere a figura acima; Para uma frequência de 60Hz, considerando um ciclo de 16,6 ms com 80 amostras, há 4800 SVs injetados na rede por segundo; Isso significa que, considerando que um stream de SVs tem 984 bits (123 bytes), a ocupação da banda Ethernet é de quase 5Mbits/s. November 5, 2015 Slide 23

24 Agenda Desafios Do cabeamento de cobre à fibra óptica: a subestação digital Benefícios do uso do process bus SAM600 merging unit Conclusões November 5, 2015 Slide 24

25 Conclusões O process bus, aliado ao station bus da norma IEC 61850, completa o conceito de digital substation, considerando que todas as informações dentro da subestação passam a se propagar por meio da rede de comunicação Ethernet; Em um cenário que não apenas a redução de custo é considerada, mas também (e em alguns casos, principalmente) o prazo é um obstáculo, o process bus oferece uma excelente oportunidade para diminuir o tempo da instalação e manutenção das aplicações; A segurança dos operadores e mantenedores do Sistema de automação é aprimorada, uma vez que o risco de acidentes elétricos dentro da sala de controle são sensivelmente reduzidos; A demanda por um bom desing e concepção da rede Ethernet leva a uma necessidade de conhecimento/treinamento sobre esta área de TI. November 5, 2015 Slide 25

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