Novos Conceitos em Testes e Especificação de SAS Baseados ...
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16 December 2017
Novos Conceitos em Testes e Especificação de SAS
Baseados na Norma IEC 61850
Guilherme Penariol
© OMICRON Academy
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Sobre a Comunicação: o que queremos?
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Representação de Sistema Convencional para Eliminação
de Falha
Fonte: Scheduled Versus Event Driven Testing of Distribution Protection IEDs– A Apostolov
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Representação de Sistema para Eliminação de Falha
baseada na IEC61850
Fonte: Scheduled Versus Event Driven Testing of Distribution Protection IEDs– A Apostolov
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Evolução do SAS
Monitoramento eControle SimplesAutomação lenta
1980’
SupervisórioCentro de Controle
RTU
SupervisórioCentro de Controle
Fast EthernetUCA2 – IEC 61850
Monitoramento, Controle e Proteção(Automação Rápida)
Novo padrão de Engenharia
Automação da SERedes Ethernet
UCA2 e IEC61850
2000’
Monitoramento, Controle e Proteção(Automação Média)
Automação da SEProtocolos PrivadosRS485/T103-DNP3
1990’
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Evolução do SAS – Vista do lado do IED
Era Analógica
Equipos discretos
Integração Física
Preço de compraRedução de espaço
Era Digital
Equipos Integrado
Rede
Otimização totalde custos
Era do Sistema
Software + I/O BoxIEC 61850 Process bus
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Evolução do SAS – Vista do lado do Sistema
PadronizaçãoAutomação Distribuída
Sistema dosSistemas
Era Pioneira
Comunicação Serial ou protocolo privado
Era IEC 61850
Nativo ou através de Gateway
Era Smat Grid
Além da SubestaçãoIntegração semântica
Alm
en
tação
Pro
cessad
or
Cen
tral
RTU
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Rede
Estação
Rede protocolosIEC60870-5-101, DNP, etc.
Escopo e Estrutura do Sistema de Automação
Bay
Processo
Fiação RígidaCabos de cobre
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Estação
Barramento de Estação
Escopo e Estrutura do Sistema de Automação
Bay
Processo
Barramento de Processo
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Estação
Barramento de Estação
Situação antes da Norma IEC 61850
Bay
Processo
Barramento de ProcessoMVB,
CANOutros
proprietários
DNP MODBUS FIELDBUSIEC 101/103
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A Normalização - Comitês Técnicos da IEC
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> IEC – International Electrotechnical Commission> Mais de 179 Comitês Técnicos (Technical Committes - TCs)
> Alguns TCs relacionados com Subestações:
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IEC Standards
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Extensões da Norma IEC 61850
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> Como Norma também fora da subestação!
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Escopo da Norma IEC 61850
Ela não é apenas outro protocolo... A Norma define:
> O que e como se comunicar
> Padroniza Modelos de Objetos
> Padroniza Linguagem de Configuração
> Especifica os Testes de Conformidade
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Novo título da edição 2:Communication networks and systems for power utility automation
Redes e sistemas de comunicação para a automação das
empresas eléctricas
Título antigo (edição 1):Communication networks and systems in substations.
Redes e sistemas de comunicação em subestações
Escopo limitado
Escopo abrangente
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Metas da IEC 61850
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Processo de Virtualização
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Mundo Virtual
XCBR
opCnt
pos
Equipamentos Reais
na Subestação
M
a
p
e
a
m
e
n
t
o
Rede TCP/IPMMS
Virtualização de dados da comunicação (Fonte: IEC TC 57 – modificada por M. Paulino)
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Vocabulário
indicado pela
norma IEC
61850
Virtualização
Objeto
Disjuntor
Modelo
XCBR
Objeto
Transformador
de corrente
Modelo
TCTR
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Visão Geral do Modelo de Dados
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Servidor
Logical Device
(1 to n)
Logical Node
(2 to n)
Data Object
Data Object
(2nd level)
Data Attribute
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
Nivel 4
Nivel 5
Vista geral do modelo de dados (Fonte: IEC TC 57)
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16 December 2017
Exemplo de Aplicação:
Objeto de Dados e seus Atributos
Guilherme Penariol
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Exemplo 1: PTOC
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Exemplo 1: PTOC – Proteção Sobrecorrente
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Exemplo 1: PTOC - Ajustando os Atributos
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Modelo com os Nós Lógicos
Chave
Disjuntor
Transformador de Corrente
Transformador de Potencial
Chave
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Modelo com os Nós Lógicos
XSWI CSWI CILO
XCBR CSWI CILO
TCTR
TVTR
PDIS
XSWI CSWI CILO
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Modelo com os Nós Lógicos
XSWI CSWI CILO
XCBR CSWI CILO
TCTR
TVTR
PDIS
XSWI CSWI CILOModelo dos
Equipamentos
Primários
Modelo dos
Equipamentos
Secundários
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Modelo com os Nós Lógicos
XSWI CSWI CILO
XCBR CSWI CILO
TCTR
TVTR
PDIS
XSWI CSWI CILOModelo dos
Equipamentos
Primários
Modelo dos
Equipamentos
Secundários
Checa as
condições de
intertravamento
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Modelo com os Nós Lógicos
XSWI CSWI CILO
XCBR CSWI CILO
TCTR
TVTR
PDIS
XSWI CSWI CILOModelo dos
Equipamentos
Primários
Modelo dos
Equipamentos
Secundários
Controle de
chaveamento
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Modelo com os Nós Lógicos
XSWI CSWI CILO
XCBR CSWI CILO
TCTR
TVTR
PDIS
XSWI CSWI CILOModelo dos
Equipamentos
Primários
Modelo dos
Equipamentos
Secundários
Atuação do LN de
chaves e
disjuntores
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Modelo com os Nós Lógicos
XSWI CSWI CILO
XCBR CSWI CILO
TCTR
TVTR
PDIS
XSWI CSWI CILOModelo dos
Equipamentos
Primários
Modelo dos
Equipamentos
Secundários
Função de
Proteção de
Distância
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Grupos de Nós Lógicos
XSWI CSWI CILO
XCBR CSWI CILO
TCTR
TVTR
PDIS
XSWI CSWI CILO
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Grupos de Nós Lógicos
XSWI CSWI CILO
XCBR CSWI CILO
TCTR
TVTR
PDIS
XSWI CSWI CILO
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Grupos de Nós Lógicos
XSWI CSWI CILO
XCBR CSWI CILO
TCTR
TVTR
PDIS
XSWI CSWI CILO
Controle
Proteção
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Grupos de Nós Lógicos
Controle
Proteção
Aquisição e
Medida
Gravação de
Eventos
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Serviços e Mapeamento Específico da Comunicação
Serviços
Aspectos fundamentais da IEC 61850 (Fonte: IEC TC 57)
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Troca de Informações
Os serviços são definidos de forma abstrata.
Isto significa que a definição centra-se na descrição do que o serviço deve fornecer.
Não é descrito como os serviços são aplicados a uma rede de comunicações real.
Portanto, nós nos referimos a elas como ACSI - Abstract Communication Service Interface /
Interface Abstrata de Serviços de Comunicação.
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Troca de Informações
1. Dados TC/TP (Sampled Values)
2. Mensagens rápidas para proteção e controle (GOOSE)
3. Sinais de Controle
4. Configuração
5. Supervisão
6. Comunicação com SCADA
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Client/Server (MMS)
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Métodos de Comunicação
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Serviços Cliente / Servidor Serviços Tempo Real
ServidorCliente
Editor
(Publisher)Assinante
(Subscriber)
> Centro de Controle ↔ Equipamentos
de campo (SCADA)
> Tempo não crítico
> Relatórios, controles, etc.
> Conexão ponto a ponto
(Two-Party-Application-Association)
> Comunicação rápida entre dispositivos
e transmissão de Valores Amostrados
> Tempo crítico
> GOOSE e Valores Amostrados
> Conexão um para muitos
(Multicast-Application-Association)
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Fiação: Cobre versus GOOSE
> GOOSE> Comunicação rápida entre dispositivos
> Substitui conexões com fio
> Aplicações:> Intertravamento
> Reverse busbar blocking
> Sinais de Trip
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Processo de Publishing & Subscribing
> Publishing:> Mensagem Multicast
> Não confirmação
> Estratégia de repetição
> Subscribing:
Baseada nos parâmetros do GOOSE Control Block
Parâmetros típicos usados na subscrição (depende da implementação):> Destinação MAC address
> GOOSE ID
> Application ID
> Nome do DataSet
> Configuração de revisão
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Multicasting
> Não confirmação> Nenhuma sobrecarga para a Confirmação
> Simples, Eficiente
> Publicado sem endereçar um receptor> Destination MAC Address = Multicast Address
> Subscribers Decide Which GOOSE to Use
> Agrupamento / Filtro pelo MAC Addresses> Defined Multicast Address Range (Part 8-1)
> Ethernet Chips can Filter on MAC Addresses
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A mensagem GOOSE é prioritária no tráfego de informações pela rede.
Linha Ultrapassada pelo IEC GOOSE
Buffer de um telegrama normal
Switch Ethernet Homologado
GOOSE
Telegrama normal
O rápido
GOOSE – telegramas diretos
Interno ao switch
Mensagens GOOSE
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Conceitos Básicos
> Transmissão de valores amostrados de medição de transformadores de
instrumentos
> publisher/subscriber
> Mensagens multicast
> IEC 61850-9-2> Tecnologia do está fora do escopo da norma
> Foco no protocolo
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Configuração
> IEC 61850-6
> Suporte à engenharia> Estrutura primaria do sistema (projeto funcional da subestação);
> Configurações e parámetros dos IEDs relacionados com a comunicação,
> Configuração do sistema de comunicação
> Interoperabilidade entre as ferramentas de engenharia
> SCL – Substation (System) Configuration Language> Baseada em XML
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O Conceito „SCL“
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System
Configurator
SSD
CIDSCD
ICD
System Specification Description
Substation Configuration DescriptionConfigured IED Description
IED Capability Description
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Novos arquivos SCL (edição 2)...
> IID: Instantiated IED Description: descreve a troca de dados entre o configurador do IED e o configurador do sistema. Descreve um IED individual, (pré)configurado específicamente para un projeto. Pode ser usado no começodo processo ao invés do arquivo ICD ou para atualizar o configurador do sistema em caso de alguma modificação no IED
> SED: System Exchange Description: é usado para trocar dados entre dois projetos. Descreve as interfaces de um projeto que vai usar o outro, e as conexões entre eles.
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Especificação de Sistemas de Proteção e
Automação
> A especificação de sistemas de Protação e Automação é um grande
desafio para as empresas.
> Atualmente, a maiora das empresas produzem suas especificações
em sistemas de texto, como PDF ou similares
> Usando os conceitos apresentadas da IEC 61850, existe outra
maneira, mais inteligente, de realizer esta tarefa. Trata-se da
utilização de arquivos XML.
> Podemos definer os agentes envolvidos e um workflow dos arquivos
baseados na Norma que devem ser seguidos
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Os Agentes
> Existem 3 agentes claros envolvidos no processo (do
Projeto até o comissionamento) que são utilizados pelas
empresas:> Projetista
> Especialista do IED
> Testador / Comissionador
> Estes agentes necessitam de um mínimo de interação
entre eles.
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Projetista
> Este agente é responsável pelos requisites do Sistema, a
especificação do Sistema e o Projeto propriamente dito. Assim:
> Requisitos: O que a empresa gostaria de fazer, o principal
motive do Sistema a ser implementado
> Especificação: O que o Sistema precisa ter, considerando os
requisitos
> Projeto: O que pode ser feito para se alcançar os requisites e
attender a especificação
> O projetista é responsável:
> Levar em conta os requisites da subestação;
> Fazer a especificação do Sistema;
> Projetar o Sistema de PAC;
> Usar ferramentas de especificação;
> Gerar os arquivos SCL (SSD, ISD e SCD
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Especialista o IED
> Este agente é responsável por implementar o Sistema projetado no
IED
> O especialista é responsável por:
> Implementar os ajustes do relé;
> Utilizar manuais, ferramentas do IED e ferramentas de Sistema;
> Usar os arquivos SCL (SCD e ICD – do fabricante);
> Gerar os arquivos SCL (CID e IID)
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Testador / Comissionamento
> É responsável pelo comissionamento do Sistema implementado
> O testador é responsável:
> Usar equipamentos de teste, ferramentas de teste,
especificação do Sistema, ferramentas de Sistema
> Usar os arquios SCL (SCD e CID/IID)
> Gerar os relatórios de comissionamento
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Os três agentes
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O Workflow
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16 December 2017
Novos Conceitos e Ferramentas de Teste de SAS
baseados em IEC 61850
Guilherme Penariol
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O que e como testar?
> Investigação da configuração dos IEDs e monitoramento de seus dados
> Verificação do “cabeamento” GOOSE e Sampled Values
> Testes de Proteção com GOOSE e Sampled Values
> Testes de Merging Units e interfaces com IEDs
> SCADA: Verificação da comunicação Cliente/Servidor> Configuração dos IEDs e IHM
> Redes de comunicação:> Análises de Carga e Desempenho
> Separação de VLAN
> Prioridade de mensagens
> Redundancia de rede
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Verificação do cabeamento
> Em subestações convencionais
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> Em subestações com comunicação
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Tipos de Testes
> Testes de Conformidade
> Testes de Desempenho
> Testes Funcionais> Durante FAT (Factory Acceptance Test) e SAT (Site Acceptance Test)
> Testes de rotina
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Testes de Conformidade
> IEC 61850-10
> Cooperação com o UCA International Users Group
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PICS
PIXIT
MICS
Documentos
do fabricante
Procedimentos
de Teste
Teste no Laboratório
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Teste de Desempenho
> Desempenho de tempo> Desempenho do IED
> Desempenho da rede
> IEC 61850-5:> Requisitos de desempenho
> IEC 61850-10> „Performance metrics“: O que deve ser medido!
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Testes Funcionais
> Não especificado pela norma...
> ... mas algumas características de teste são definidas!
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Ferramentas OMICRON
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CMC Test Sets
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NET-1 NET-1B NET-1C NET-2
CMC 850
CMC 356 CMC 256plus CMC 353
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Test Universe software
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Módulo GOOSE no Test Universe
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Entradas Binárias(físicas ou virtuais)
Saídas Binárias(físicas ou virtuais)
GOOSE
Subscriptions
GOOSE
Simulations
Módulos de Teste
Rede
Mapeamento
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Módulo de Configuração Sampled Values (SV)
> SV gerados segundo as diretrizes de implementação do UCA IUG
baseadas na IEC 61850-9-2
> Todos os módulos de teste podem utilizar aplicação de SV
> Solução Híbrida
SV (Sampled Values)3 x V
3 x I
Rede da estação(“Barramento de processo")
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Como tudo se encaixa
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SCL
File
Sampled Values
GOOSE & C/S
Configurador do Sistema
Módulos de Configuração
Configuração Manual
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Novas possibilidades com IEDScout
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IEDScout
Autodescriitivo
Interface gráfica
intuitivaGrupos de ajustesDataset dinâmicosComandos
Transferência
de Arquivos
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IEDScout, aspectos chave
> Fácil e potente
> Nomes descritivos do modelo de dados IEC61850 (agora não é necessário decorar o
significado dos LN)
> Extração dos serviços relevantes: IEDScout encontra para você os reports, goose,
datasets, files services, settings grupos dentro do datamodel
> Amigável interface de monitoramento: fácil interpretação de dados
> Sniffer detalhadamente comentado
> Filtros rápidos e faceis para mensagens goose retransmitidas
> Vinculação do modelo de dados do browser com os dados visualizados no sniffer
> Simulação de IED
> Muito útil para testes de SCADA sem o IED físico
> Posivel criação de subestação virtuais em laboratorio ou no escritorio
> Permite geração de tráfico real IEC61850
> Novas características do IEDScout 4.2
> Transferência de arquivos: Uma só ferramenta para descarregar arquivos de oscilografia de
diferentes IEDs e diferentes fabricantes
> Grupos de ajustes: Agora é possível trocar ajustes de proteção ou trocar entre um grupo de
proteção e outro
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Simulação de IED com IEDScout
> IEDScout pode simular IEDs baseados
na IEC 61850 completos da Ed.2 e
Ed.1.
> A configuração das mensagens GOOSE
simuladas e dos Reports pode ser
modificado facilmente e a modificação
dos valores de dados no IED simulado
ativa automaticamente as mensagens
GOOSE e os Reports.
> Só é necessário um arquivo SCL para
simular a maioria dos aspectos de
comunicações IEC 61850 de um IED.
> É compatível com os modos de teste
asim como com a indicação de
simulação para GOOSE
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Transferência de arquivos com IEDScout
> Sempre que o IED suporte o serviço de
transferência de arquivos por IEC
61850, IEDScout permitirá realizar
descarga de arquivos (Comtrade, e
outros) de IEDs de diferentes
fabricantes de forma simples e rápida
> Os arquivos Comtrade são
descarregados baixados para a pasta
padrão software Transview que
permitira visualizar facilmente a
oscilografia
> Alguns fabricantes podem deixar
disponível outro tipo de arquivos como
eventos, arquivos de configuração ou
arquivos SCL. Deve-se usar uma
aplicação especifica para cada tipo de
arquivo© OMICRON Academy
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Grupos de ajustes com IEDScout
> Sempre que o IED suporte dados com limite funcional SG (Settings
Groups), o IEDScout permitirá modificar esses parâmetros online.
> Agora, com IEDScout, você terá uma única ferramenta para
modificar os dados de proteção de diferentes IEDS e fabricantes
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> É possível modificar
dados de ajustes de
proteção dentro dos
grupos de ajustes,
assim como comutar
entre um grupo de
ajuste e outro.
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Client / Server Communication
Client
Server
Client
Server
TCP Connection
TCP Connection
IED1 IED2 IED3 IED4
SCADA
System
IEDScout
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Multicast Communication
IED sends GOOSE as multicast(one publisher – many subscribers)
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SVScout
> SVScout para trabalhar com Sampled Values
> Verificação e visualização de Sampled Values> Osciloscópio e diagrama fasorial
> Avaliação de conversão A/D de Merging Units> Amplitude, deslocamento de fase
> Avaliação do sincronismo de comunicações> Distribução de pacotes no tempo
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Testes de “Stand Alone Merging Units”Medidas
Avaliação de tempos
V, I
PTP ou
PPS
Merging Unit
SV
SV
SVScout
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Testes Funcionais aplicados ao Barramento de Processo
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Teste da Merging Unit com elemento de referência de
tempo
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Teste Primário: TC, TP e Merging Unit
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Teste Primário: TC, TP e Merging Unit
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Teste Primário: TC, TP e Merging Unit
> Importante quando NCIT ou tecnología ótica são utilizados
> Verificação da amplitude e polaridade dos parâmetros dos SV
Conexão de teste
sensor
Exemplos TC Ótico
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16 December 2017
Avaliação da Rede de Comunicação
Guilherme Penariol
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Avaliação da rede de comunicação
> IEC 61850 não especifica detalhes da rede de comunicação – ela é
definida livremente
> Define um “Relatório Técnico” para ajudar na engenharia de rede> IEC 61850-90-4 (Network Engineering Guidelines)
> Topologia de rede, avaliação de carga, VLANs, protocolos de redundância
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Verificação do Tráfico de Rede
DANEO
Comparação com arquivo SCL
Verificação VLAN
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Verificação de carga
> Simulação de situações críticas
DANEO
burst
blue: MMS traffic
red: GOOSE traffic
black: total traffic
packets / s
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Medição do tempo de propagação de mensagens
em redes LAN em redes WAN
Histograma de tempo com resultados de medição
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Avaliação da redundancia da rede
> RSTP e MRP: verificação do tempo de reconfiguração
21 pacotes perdidos / 20.996 ms
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Avaliação da redundancia da rede
> PRP e HSR: verificação da perda de pacotes
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16 December 2017
CMC 430Equipamento ultra portátil para testes de relés e
calibradores
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Vantagens
> Ultra-portátil (8.7 kg)
> Manuseio conveniente
> 6 saídas de tensão
> Testes de Relés e Medidores
> Medição e Gravação Híbridas
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Convenient on-site handling
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Vista Frontal
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Entradas Analógicas / Binárias
600 V / CAT II
Portas de Comunicação
de Acessórios
Conexão combinada
Saída Aux DC
12 - 264 V
Entrada DC
±10 V / ±20 mA
Saídas de Tensão
6 x 150 V
Saídas Binárias
300 V / 8 A / 2 kVA
Saídas de Corrente
3 x 12.5 A
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Principais Funcionalidades
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> 6 entradas binárias
gavanicamente isoladas
> 6 tensões / 3 saídas de
corrente
> Indicação de Status
Sonoro e Visual
> Pequena e Leve
> Fácil manuseio e
transporte
> Teste de Sinais precisos
> Usado como calibrador
> Design Robusto
> Todos os elementos na
frente
> Caixa de Transporte
inteligente
> Suporte Wi-Fi para
controle remoto sem fio
> Sistema de medição
Híbrido e Gravação
CMC 430
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Opção de Transporte: Mala de Transporte multifuncional
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1 2
> A mala de transporte serve como invólucro robusto
> Todos os elementos de controle estão na frente do CMC,
permitindo que o equipamento seja deixado dentro da
Caixa.
> Pode ser utilizado como uma mesa de trabalho (por
exemplo, para o notebook)
> “Abas” podem ser anexadas para serem usadas com
mouse ou documentos técnicos
> Espaço adicional para
acessórios
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Opção para Transporte: Trolley / Mochila
> Menor e mais leve que a mala de transporte
> Preço Favorável
> Espaço para acessórios adicionais
> Opção de Transporte para condições extremas
(parque eólico off-shore, etc.)
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CMC 430 – Diversas opções de Controle
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Ethernet/USB ou conexão Wi-Fi
Software para Android:
> CMControl P e R App
Software para Windows:
> Test Universe
> RelaySimTest
> CMControl P e R App
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16 December 2017
RelaySimTestTeste de Proteção baseado em Sistemas com
equipamentos CMC
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PFÁCIL
Benefícios do RelaySimTest
RelaySimTest
> Melhor qualidade dos
seus testes
> Economize approx.
50% do tempo de teste
> Teste Fácil
independente da
complexicidade da
Proteção
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Funções do RelaySimTest
Seite 97
Simulação Transitória
1.
Múltiplos Controles (Mesmo
distribuídos) do CMC com 1 PC
Loop Fechado Interativo para testes
de lógicas
2.
3.Trip
Close
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Aumento da Qualidade do Teste
Conclusão do Teste de elementos:
> O relé está funcionando
> Os parametros dos relés estão dentro dos
estabelecidos
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E se os ajustes, lógicas e Projeto
estiver errado ?
O esquema de proteção está
funcionando corretamente ?
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Aumento da Qualidade do Teste
Conclusões de Teste baseados em Sistemas com o RelaySimTest:
> O Sistema de Proteção eliminou uma falha a 70% da linha instantaneamente
> O Sistema de Proteção pode fazer o seu trabalho!
> A Comunicação pode ser parte do Sistema de Teste
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Trip
Logic
Relay
Elements50P
I>>
PTOC
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Exemplo simplificado
Exemplo: Teste Ponta a Ponta com proteção diferencial
> Ajuste do Sistema de Potência
> Eliminação de Falhas ou Evento de Disjuntores
Page 100
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1. Impedância de Linha
2. CC nas barras
3. Relação TP e TC
Vantagens:
> Independente do tipo de relé ou fabricante
> Poucos parâmetros são necessários
> Caso de Teste criado em menos de 1 minuto
> Esforço de configuração independente da complexidade do sistema
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Testes Distribuídos
Page 101
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Contole de
Todos de 1 PC
Conexão e Controle via Internet
ou Ethernet
Aplicação Proxy
Aplicação
Principal
A B C
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Software overview
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Editor
Intuitivo
Simulação
estacionária
Cálculo de
Todos os
valores
automáticos
Formas de
onda
realísticas
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Aplicação – Proteção de Linha
> Usuário: Operador de Transmissão
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> Proteção: Proteção de Distância com Telecomunicação
> Solução: Os tempos da Proteção de Distância foram revisados.
> Falha: TRIP inexistente na linha adjacente. Conceito errado da coordenação relé de
proteção remoto.
Parametrização
errada do relé remoto
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16 December 2017
OMICRON Energy- Visão Geral
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Guilherme Penariol
Gerente Comercial
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Sobre a OMICRON
> Soluções Inovadoras para testes de
sistemas elétricos de potência
> Clientes em mais de 150 países
> Time de colaboradores com 45
nacionalidades
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Marcos Importantes
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