ERKEĞİN HANIMIYLA CİLVELEŞMESİ

O sistema de automação baseado na norma IEC 61.850 é composto de um conjunto de funções locais e distribuídas. A abordagem adotada consiste na alocação de funções nos vários níveis hierárquicos, baseada em três métodos: decomposição funcional, fluxo de dados e interface funcional.

Cada função do SAS é especificada na norma IEC 61.850 de acordo com a tarefa a ser executada, o critério de inicialização, o resultado ou impacto final, o desempenho esperado, a decomposição funcional e interação entre sub funções.

A decomposição funcional estabelecida na IEC 61.850 consiste na subdivisão das funções de monitoramento, controle, proteção e dispositivos primários, até o nível de objetos para sua representação orientada a objeto (ZHABELOVA; VYATKIN, 2012a).

As funções do SAS são decompostas em entidades menores, denominadas Nós Lógicos (NL). Um NL pode ser definido como a menor parte de uma função com capacidade de trocar dados. Os NL podem residir em diferentes IED e níveis hierárquicos, constituindo funções distribuídas, ou alocados em um determinado nível, compondo funções locais a um IED específico. Dessa forma, os NL descrevem funções locais, funções distribuídas e as interfaces funcionais do SAS. A troca de dados entre funções e subfunções ocorre por meio de conexões lógicas (CL) entre NL.

Na Figura 4.13 são mostrados três dispositivos físicos (DF1, DF2 e DF3), interligados através de conexões físicas (linha azul), e duas funções distribuídas (F1 e F2) decompostas em NL os quais estão interligados via conexões lógicas (linha verde) com o objetivo de realizar tarefas pré-definidas através da troca de mensagens entre si (IEC/TR 61.850-5, 2003).

Figura 4.13 - Conceito de nó lógico e conexão lógica.

Fonte: (IEC/TR 61.850-5, 2003)

Conforme pode ser observado na Figura 4.13, os NL estão alocados tanto nas funções (F), quanto nos Dispositivos Físicos (DF). Observa-se também que, além dos nós lógicos associados às funções (NL1 a NL6), cada dispositivo físico tem um NL identificador, denominado NL0. O NL0 contempla informações relacionadas a dados de placa e auto- supervisão do dispositivo físico (IEC/TR 61.850-5, 2003).

Os NL são organizados em grupos de acordo com as áreas de aplicação comum, suas finalidades, funcionalidades, funções e dados relacionados à sua aplicação. Na Figura 4.14 é mostrado um exemplo de decomposição de funções comuns em nós lógicos.

Fonte: Adaptada de IEC61850 (2003).

Os nós lógicos são classificados em 13 grupos, os quais são identificados com um código, representado por uma letra. Na Tabela 4.2são apresentados os grupos de Nós Lógicos, o código de cada grupo e a quantidade de nós por grupo.

Tabela 4.2 - Relação de grupos de nós lógicos.

Grupos de Nós Lógicos Código de Identificação _{do Grupo} Quantidade _{de NL}

Nós Lógicos de Sistema L 2

Funções de Proteção P 27

Funções Relacionadas à Proteção R 10

Controle Supervisor C 4

Referências Genéricas G 3

Interface e Arquivamento I 4

Controle Automático A 4

Metragem e Medida M 7

Equipamento de chaveamento (Switchgear) X 2

Transformador de Instrumento T 2

Transformador de potência Y 4

Equipamentos adicionais do sistema de potência Z 14

Sensores S 3

Fonte: IEC61850 (2003).

A norma IEC 61.850 estabelece modelos de dados baseados em projetos orientados a objeto (POO) de forma a definir a sintaxe abstrata e a semântica das informações utilizadas na comunicação entre os vários níveis do sistema de automação de subestação (SAS). Dentro desse contexto, os nós lógicos são modelos funcionais de dispositivos reais que constituem os objetos de dados que compõem as funções de proteção, controle e monitoramento e supervisão em um SAS (IEC/TR 61850-7-1, 2003a; OZANSOY; ZAYEGH; KALAM, 2009).

Os dispositivos físicos são modelados como um servidor de comunicação, compostos de dispositivos lógicos constituídos de um conjunto de nós lógicos (NL). Cada NL consiste em um conjunto de objetos de dados compostos de atributos de dados. O dispositivo lógico é modelado com diferentes NL.

Na Figura 4.15 é mostrado um modelo de informação de um dispositivo físico (IED1).

Figura 4.15 - Modelo de informação de um IED baseado no padrão IEC 61.850.

Fonte: (POFOUND, 2002).

Conforme ilustrado na Figura 4.15, o modelo de informação estabelecido na norma IEC 61.850 é constituído de três agrupamentos, os quais são: dispositivo físico, dispositivos lógicos e nós lógicos.

Os NL são agrupados em um dispositivo lógico (DL) e os DL, definidos como entidades virtuais, são agrupados em IED que opera como um servidor de comunicação (APOSTOLOV, 2009). Conforme ilustrado na referida figura, vários DL podem ser alocados

em um único dispositivo físico. Os dados e atributos de dados são modelos de informações estabelecidos para especificar as funções de automação e equipamentos primários. Esses dados são empacotados em conjunto e representados como um NL.

O modelo de informação do IEC define uma estrutura hierárquica de dados orientada a objeto. Um atributo de dado (menor objeto na estrutura de dados), é encapsulado na classe de dados comuns e utilizado pelos dispositivos, funções e sub funções em tempo de execução.

O dispositivo lógico pode ser populado por um número de NL para executar uma função específica, sendo que o NL pode executar mais de uma função (ZHABELOVA; VYATKIN, 2012b). Além disso, o padrão também oferece uma série de serviços de comunicação para acessar o modelo de informação e troca de dados (PINTO DE SA; CARTAXO, 2011). Dessa forma são padronizados os objetos de dados e a interface de serviço que permitem o intercâmbio de dados de forma interoperável entre diversos dispositivos via comunicação ponto a ponto. Os dados são estruturados de forma hierárquica, conforme ilustrado na Figura 4.16.

Figura 4.16 - Hierarquia de objetos do IEC 61.850.

Dessa forma, a norma estabelece padrões para comunicação vertical (cliente/servidor) entre os IED e a UCS (Unidade de Controle da Subestação), comunicação horizontal (editor/assinante) entre IED, modelo de dados orientado a objetos e serviços de comunicação, que proporcionam a interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes (OZANSOY; ZAYEGH; KALAM, 2007, 2009). Assim, o SAS como um todo pode ser modelado como um conjunto de dispositivos lógicos, constituídos por NL para executar determinadas funções.

Na Figura 4.17 é apresentada a decomposição do NL XCBR em dados e atributos de dados.

Figura 4.17 - Decomposição do nó lógico XCBR.

Fonte: (IEC/TR 61.850-6, 2003).

Conforme ilustrado, na Figura 4.17, o dado Pos do NL XCBR é composto de quatro grupos de atributos: controle, estados, substituição e configuração, descrição e extensão.

Na Figura 4.18 é apresentada a composição da descrição da informação do NL na estrutura de dados transmitida na rede de comunicação. Conforme ilustrado, o dado é descrito através dos códigos dos dispositivos lógico e físico, ponto de acesso, equipamento primário,

Figura 4.18 - Descrição da informação do NL na estrutura de dados.

Fonte: (IEC/TR 61850-7-1, 2003b).

4.5 Mapeamento dos pontos de automação

4.5.1 Modelagem do IED de proteção por meio de diagrama de caso de uso

A primeira fase para implantação de uma função ou sistema de automação consiste na identificação, análise e definição dos dados considerados importantes no processo de supervisão, controle, aquisição de dados, bem como no desenvolvimento de funções avançadas de automação. Esta etapa compreende o mapeamento de todos os pontos de automação que são considerados imprescindíveis no processo de automação do sistema elétrico.

A quantidade e tipo de pontos de automação utilizados podem variar de acordo com as características e funcionalidades do IED que depende da sua função no sistema, do elemento e equipamento que está sendo automatizado e do nível de automação desejado.

Em uma SED, por exemplo, o relé ou IED de proteção associado a um disjuntor geral do barramento de média tensão em 13,8 kV possui uma menor quantidade de funções de proteção habilitadas quando comparado ao relé de saída de alimentadores. Por outro lado, os IED das chaves, seccionalizadores e religadores existentes ao longo do SDMT possuem quantidades e tipos de pontos de automação distintos.

Existem IED que possuem funções automáticas que realizam suas ações a partir da análise das grandezas medidas em tempo real, como por exemplo, as funções de proteção, religamento ou controle de banco de capacitores. Essas funções comandam o equipamento primário (disjuntor, religador, chave motorizada) independente de intervenções humana. No entanto, existem IED que dependem da ação de comando de um operador para mudar seu estado

de aberto para fechado, como por exemplo, o IED associado a uma chave secionadora motorizada com fins exclusivamente operacionais.

Sabendo-se que no processo de operação do sistema elétrico parte das ações são automáticas, realizadas pelas funções automáticas dos IED, e outra parte são manuais, realizadas por operadores, a fase seguinte consiste na identificação das ações realizadas pelos IED e operadores durante as intervenções no SDMT.

Na Figura 4.19 é apresentado modelo de caso de uso de um IED de proteção. O IED Proteção é um dispositivo multifunção que apresenta maior grau de complexidade e funcionalidades em relação aos demais IED. Partindo dessa perspectiva, por uma questão de espaço e objetividade optou-se por apresentar nesta Tese apenas o diagrama de caso de uso do IED Proteção.

Figura 4.19 - Diagrama de caso de uso de um IED proteção.

Fonte: Elaborado pelo autor.

No diagrama de caso de uso apresentado na Figura 4.19, são apresentados os atores modelando as interfaces externas e as funcionalidades do IED de proteção, modeladas por meio dos casos de usos.

Na metodologia proposta nesta tese, os IED são modelados como agentes externos do SMAD que interagem com o ambiente SDMT, por meio das suas interfaces (entradas analógicas, saídas analógicas e digitais e operador local e remoto no SCADA), e disponibiliza dados de ocorrências no SDMT ao SMAD por meio de uma rede de comunicação.

A seguir é apresentado o mapeamento dos pontos analógicos e digitais e dos nós lógicos disponibilizados pelos IED.

4.5.2 Mapeamento dos pontos de automação analógicos e digitais de IED

Os pontos de automação disponibilizados nos IED de proteção, controle e sinalização são grandezas analógicas, como tensão e corrente, e digitais como estados das funções de proteção, estados dos contatos de equipamentos primários como disjuntores e religadores e comandos locais e remotos.

Os dados disponibilizados pelos IED retratam os estados do SDMT e das SED e são utilizados neste trabalho para definição das funcionalidades do SMAD.

Nesta seção é apresentado o mapeamento dos pontos de automação dos seguintes IED:

 IED de proteção da SED e SDMT;

 IED de controle do SDMT associados aos seccionalizadores e chaves motorizadas;

 IED indicadores de falta.

Na Tabela 4.3 são apresentados de forma simplificada os pontos de automação disponibilizados pelos IED de proteção, controle e sinalização considerados relevantes para integração dos IED aos subsistemas do SMAD.

Tabela 4.3 - Mapeamento dos pontos de automação dos IED proteção da SED e SDMT.

Pontos de automação dos IED de Proteção Tipo

Estado das proteções (50A, 50B, 50C e 50N; 51A, 51B, 51C, 51N e 51NS; 46, 27) partida. Digital Estado das proteções (50A, 50B, 50C e 50N; 51A, 51B, 51C, 51N e 51NS; 46, 27) atuada. Digital

Estado do grupo de ajuste ativo Digital

Estado do religador ou disjuntor Digital

Estado chave local/remoto do religador ou disjuntor Digital

Falhas (falhas da bobina de abertura, falta de tensão de alimentação do motor, falha de

comunicação, falha de disjuntor (50/62 BF) Digital

Sentido da corrente de curto circuito e da corrente de carga Digital

Bloqueios: religamento (função 79) funções de proteção (51NS, 50/51N) Digital

Ativação da função Linha Viva Trabalhando (Hot Line Tag) Digital

Medidas das correntes de linha das fases A, B, C e neutro, N Analógico

Medidas das tensões de linha das fases A, B, C e neutro, N Analógico

Mudança de grupo de ajuste das proteções Comando

Abertura e fechamento do religador ou disjuntor Comando

Estado da chave local/remoto da chave Digital

Falhas (falta de tensão de alimentação do motor, falha de comunicação) Digital

Pontos de automação dos IED de Controle Tipo

Medidas das correntes de linha das fases A, B, C e neutro, N Analógico

Medidas das tensões de linha das fases A, B, C e neutro, N Analógico

Abertura e fechamento da chave motorizada Comando

Estado da presença de falta (modelada como função partida da função 50) Digital

Fonte: Elaborada pelo autor.