A conformidade dos sistemas de comunicação para automação de sistemas de potência

Os sistemas elétricos de potência são grandes sistemas de energia que correspondem à geração, à transmissão e à distribuição de energia elétrica. O seu objetivo principal é transferir toda a energia elétrica convertida pela transformação de qualquer fonte de energia primária (água, carvão, vento, etc.) aos consumidores. Consequentemente, o ciclo iniciado pela escolha da forma de energia elétrica tem como objetivo final o consumidor. Deve-se conhecer as técnicas-padrão para avaliar a conformidade de implementações, bem como técnicas específicas de medição a serem aplicadas na determinação de parâmetros de desempenho. A utilização destas técnicas aprimorará a habilidade do integrador do sistema para facilmente integrar os Intelligent Electronic Devices (IED), operar os IED corretamente e suportar as aplicações de acordo com o pretendido.

potência2Da Redação –

Como não há meios suficientemente desenvolvidos para a armazenagem de energia elétrica, com exceção das baterias, que desenvolvem somente pequenas quantidades, não é possível atender a todos os tipos de consumidores. Uma vez que não se pode armazenar quantidades suficientes de energia elétrica para consumo posterior, deve-se consumir toda a energia elétrica, convertida ou gerada, sob pena de desperdiçar aquela parte que não for consumida.

Além disso, deve-se estudar todas as possibilidades de armazenagem de energia primária, para que esteja disponível no momento da necessidade de conversão em energia elétrica. Consequentemente, a extensão do sistema elétrico de potência será determinada em função da localização da fonte de energia primária.

Muitas vezes, é possível transportar a energia primária até o local escolhido para a conversão, como, por exemplo, os combustíveis (carvão, solar, vento, óleo, gás, etc.). Neste caso, a determinação da extensão do sistema elétrico de potência será igualmente dependente dos custos do transporte da energia primária em comparação com os custos decorrentes do transporte, através de um sistema elétrico de potência, da energia elétrica gerada no local onde se encontra originalmente a fonte de energia elétrica.

O sistema de transmissão é constituído pelas linhas de transmissão e pelas subestações. Encontra-se com frequência uma subdivisão desse sistema em transmissão e subtransmissão. A transmissão é a parte do sistema que interliga dois sistemas ou une um grande aproveitamento a um centro de carga, isto é, constitui as linhas e subestações da malha principal, normalmente com tensão de serviço de 230 kV e superior.

Já a subtransmissão é o conjunto de linhas e as subestações que une as cargas à malha principal, normalmente com tensão de serviço compreendida entre 138 kV e 69 kV. A tensão dessas linhas depende da quantidade de energia a ser transportada e da distância a ser percorrida. Consequentemente, quanto maior a distância entre a geração e o consumo, maior será a tensão para transmissão.

O sistema de distribuição é constituído pelo conjunto de linhas, alimentadores, ramais de serviços e estações abaixadoras, que se destinam a atender o consumidor final operando com tensão de serviço situada na faixa de 110/220 V a 35 kV. Deve-se observar que a geração é sempre feita em tensões iguais ou inferiores a 30 kV, a transmissão é sempre efetuada sob uma tensão maior que a geração: alta, extra-alta e ultra-alta tensão, em corrente alternada ou contínua e o nível de tensão sempre depende da quantidade de energia e de extensão do sistema. Assim, havendo o transporte de energia, seja primária ou secundária, está estabelecido um fluxo de carga entre a fonte de energia e os consumidores.

Esse fluxo é variável, pois, como o consumo varia a cada momento em função das necessidades dos consumidores, a geração também terá que ser variável. A cada instante, a geração de todas as fontes do sistema elétrico terá que se adequar à carga solicitada pelos consumidores. Portanto, em qualquer análise do sistema elétrico, é fundamental que se conheça o fluxo de carga entre geração e consumo.

A NBR IEC 61850-10 de 07/2018 – Redes e sistemas de comunicação para automação de sistemas de potência – Parte 10: Ensaios de conformidade especifica as técnicas-padrão para avaliar a conformidade de implementações, bem como técnicas específicas de medição a serem aplicadas na determinação de parâmetros de desempenho. A utilização destas técnicas aprimorará a habilidade do integrador do sistema para facilmente integrar os Intelligent Electronic Devices (IED), operar os IED corretamente e suportar as aplicações de acordo com o pretendido. A função da organização responsável pelo ensaio de conformidade e na certificação de resultados está além do escopo dessa parte.

Esta parte está incluída em um conjunto de especificações que detalha uma arquitetura estratificada de um sistema de comunicação de um sistema elétrico de potência. Define: os métodos e exemplos de ensaios abstratos para a execução de ensaios de conformidade de dispositivos de clientes, servidores e valores amostrados, utilizados em automação de sistemas elétricos de potência, e os métodos e exemplos de ensaios abstratos para a execução de ensaios de conformidade de ferramentas de software de engenharia utilizadas em automação de sistemas elétricos de potência, e os critérios de aceitação dos resultados a serem medidos nos dispositivos, de acordo com os requisitos estabelecidos na IEC 61850-5.

Os usuários pretendidos para a leitura e aplicação desta norma são os desenvolvedores da série IEC 61850, os engenheiros e as empresas de engenharia de ensaios, os desenvolvedores e as empresas de ensaios de sistemas de automação e de comunicação elétrica. Os ensaios relativos aos requisitos de compatibilidade eletromagnética e condições ambientais são tratados na IEC 61850-3 e não foram incluídos nesta Parte da NBR IEC 61850.

Recomenda-se que as IEC 61850-5 e IEC 61850-7-1 sejam lidas em conjunto com as IEC 61850-7-2, IEC 61850-7-3 e IEC 61850-7-4. A lista das abreviações utilizadas nesta Parte da NBR IEC 61850 é apresentada na Seção 4 ou pode ser encontrada em outras partes da NBR IEC 61850 que sejam pertinentes aos ensaios de conformidade. Há muitas etapas envolvidas desde o desenvolvimento e produção de um dispositivo até o adequado funcionamento de um sistema completo aderente aos requisitos específicos de um cliente. As etapas de ensaios apropriados são incorporadas neste processo.

O sistema de qualidade de um produtor/fornecedor forma a base para os ensaios confiáveis em atividades de desenvolvimento e produção. Diversos ensaios internos realizados durante o desenvolvimento de um dispositivo (ou parte de um sistema) resultam em ensaio de tipo (ensaio de nível unitário). Estes ensaios são realizados no mínimo pelo fornecedor e – se requerido por normas aplicáveis – por uma autoridade de ensaios independente.

No contexto deste documento, o termo ensaio de tipo é restrito ao comportamento funcional do dispositivo. Os ensaios de rotina, realizados de forma contínua durante uma cadeia de produção, são necessários para assegurar a permanente qualidade dos dispositivos entregues, de acordo com os procedimentos de qualidade do fabricante. Um ensaio de conformidade é o ensaio de tipo para comunicação e, simultaneamente, o ensaio relativo ao sistema dos IED incorporados, uma vez que a comunicação estabelece um sistema.

Como uma norma de comunicação global, a série IEC 61850 inclui ensaios de conformidade padrão para assegurar que todos os fornecedores atendam aos requisitos aplicáveis. Os ensaios de tipo e ensaios de conformidade não asseguram completamente que todos os requisitos funcionais e de desempenho sejam atendidos. Entretanto, quando propriamente executados, estes ensaios reduzem significativamente os riscos de problemas com alto custo durante a integração do sistema na fábrica ou em campo.

Os ensaios de conformidade não substituem os relacionados ao sistema específico de projeto, como o FAT e o SAT. Os FAT e SAT são baseados em requisitos específicos do cliente para um sistema de automação do sistema de potência dedicado e são realizados pelo integrador de sistema e normalmente acreditados pelo cliente. Estes ensaios aumentam o nível de confiança de que todos os potenciais problemas em um sistema tenham sido identificados e resolvidos. Estes ensaios estabelecem que o sistema de automação do sistema de potência entregue possui desempenho como especificado.

Em geral, os ensaios de conformidade do comportamento da comunicação de um IED consideram os requisitos funcionais e de desempenho de aplicações típicas suportadas por estes dispositivos em um SAS. A IEC 61850-4 estabelece uma classificação geral para os ensaios da qualidade, utilizados ao longo desta parte.

Os ensaios de conformidade demonstram a capacidade do DUT (Device Under Test) operar com outros IED de uma forma específica, de acordo com a série IEC 61850. Os ensaios de conformidade requerem a consideração dos seguintes aspectos: o problema de todos os ensaios é a sua abrangência. O número de cenários pode ser muito grande. Pode ser possível cobrir todos os casos de operação normal, o que pode não ser verdade para todos os casos de falha.

É impossível ensaiar todas as configurações de sistema composto pelos IED de diferentes fornecedores mundiais. Portanto, convém que uma arquitetura de ensaios padronizados empregando simuladores de dispositivos seja usada. A utilização desta arquitetura de ensaio implica em concordância sobre sua configuração e sobre os procedimentos de ensaios aplicáveis, a fim de se alcançarem resultados compatíveis e reproduzíveis.

Um modelo de comunicação não padroniza as funções do equipamento em comunicação. Portanto, os modos de falha das funções estão fora do escopo desta parte da série IEC 61850. Mas tanto a existência de funções distribuídas como o impacto gerado pela resposta das funções nos dispositivos que estão sobre o fluxo de dados criam alguma interdependência.

Dependendo da parte da norma em foco, algumas propriedades do dispositivo podem ser comprovadas por informações e documentação fornecidas juntamente com o DUT para o ensaio de conformidade, em vez do ensaio por si só. O ensaio de conformidade estabelece que a comunicação do DUT ocorra de acordo com a série IEC 61850.

A série IEC 61850 é focada na interoperabilidade, utilizando dados, funções e modelos de dispositivos, incluindo todos os serviços no nível de aplicação (ACSI) ou em níveis superiores. Adicionalmente, são consideradas classes de desempenho. Uma vez que a série IEC 61850 não estabelece novas pilhas de comunicação, a conformidade a todas as sete camadas ISO/OSI pode ser comprovada por documentação de que o software, compatível com a pilha de comunicação com as especificações correspondentes, está implementado e pode ter sido previamente ensaiado e, opcionalmente, certificado.

No ensaio de conformidade padrão, somente a aplicação feita de acordo com a ACSI é passível de ser ensaiada. A fim de assegurar a qualidade durante os ensaios de conformidade, um sistema de garantia da qualidade deve ser implantado. Isto deve ser claramente demonstrado pela organização responsável pelo ensaio.

Isto se aplica aos sistemas da qualidade de todos os subfornecedores. Em geral, uma auditoria da qualidade é usada para monitorar e verificar o estado dos componentes durante todas as fases dos ensaios de conformidade. Para este propósito, inspeções são conduzidas com base nos pontos de espera e pontos de verificação que são indicados pelo promotor do ensaio ou seu representante e com base no plano de inspeção que é fornecido pela organizadora de ensaio.

Estas inspeções são relacionadas ao processo e fornecem informação e confiança na qualidade dos ensaios. A supervisão da qualidade reduz os riscos de falha durante o FAT e o SAT. A organização responsável pelos ensaios fornece para avaliação um plano da qualidade para os ensaios de conformidade. O plano da qualidade para os ensaios de conformidade deve atender aos requisitos da NBR ISO 9001.

O plano deve descrever todas as medidas para o escopo do trabalho e/ou entregas nas áreas de orçamento, organização, tempo, informação e qualidade. Há somente um plano para a organização responsável pelos ensaios e seus subfornecedores. O plano da qualidade para o ensaio de conformidade também deve conter algumas especificações.

Por exemplo, uma descrição completa e detalhada dos métodos de trabalho. Isto auxiliará a assegurar que todas as atividades verificáveis atendam a todos os requisitos pertinentes e condições estabelecidas no escopo do trabalho durante o tempo permitido. Uma descrição detalhada de todas as tarefas a serem realizadas, incluindo referências ao cronograma, uma visão geral do pessoal envolvido, materiais e métodos de trabalho, assim como métodos e procedimentos pertinentes.

Uma descrição detalhada da organização, incluindo as atribuições, tarefas e responsabilidades do pessoal mencionado durante os diferentes estágios dos programas de ensaio. A descrição deve incluir todos os ensaios, inspeções, pesquisas e auditorias durante os vários estágios dos ensaios e as datas nas quais estes ocorrerão. Estas descrições são parte do plano de ensaio e inspeção.

Um método para tratar desvios, alterações e modificações durante todos os estágios do ensaio. Um procedimento de finalização do ensaio e a descrição da documentação a ser fornecida. O plano de qualidade para o ensaio de conformidade deve conter um plano de inspeção e ensaios.

Neste plano, a entidade organizadora de ensaio especifica, para todas as fases dos ensaios: o que será inspecionado, ensaiado e registrado; o propósito das inspeções e ensaios; os procedimentos e padrões para os quais inspeções, ensaios e registros serão executados; os resultados esperados destas inspeções e ensaios; quem efetuará os ensaios, inspeções e registros. A entidade organizadora de ensaio é responsável pelo desempenho correto e em tempo adequado de todas as atividades mencionadas no plano de inspeção e ensaios.

A entidade organizadora de ensaio deve fornecer uma proposta para os pontos de espera, pontos de verificação e pontos de revisão no plano de inspeção e ensaio. Existem vários métodos para efetuar um ponto de espera ou verificação. O promotor do ensaio de conformidade ou um representante pode estar presente durante a execução de um ensaio ou inspeção.

Também é possível rever os documentos de qualidade, por exemplo, listas de verificação e documentos de validação e verificação. Esta revisão pode ocorrer nas dependências da entidade organizadora de ensaio durante a execução de um ensaio, ou a inspeção pode ser feita nas dependências do promotor. Neste caso, entidade organizadora de ensaio deve fornecer toda a documentação pertinente para o promotor.

Todos os pontos de espera e os pontos de verificação devem ser informados pela entidade organizadora de ensaio em um prazo mínimo predefinido antes da realização dos ensaios. Um período mínimo de uma semana é recomendado, dependendo do tempo necessário para providências de viagem e disponibilidade de recursos.

O promotor de um ensaio de conformidade tem o direito de conduzir auditorias no sistema de qualidade da entidade organizadora de ensaio e seus subfornecedores. A entidade organizadora do ensaio deve cooperar e fornecer acesso a todos os locais aplicáveis para o ensaio de conformidade. O direito do promotor de verificar a qualidade do ensaio de conformidade não desobriga a entidade organizadora de ensaio de suas responsabilidades.

As inspeções e ensaios requeridos pelo promotor do ensaio de conformidade devem ser possíveis em horários mutuamente acordados nos locais, escritórios e fábricas da entidade organizadora de ensaio e todos os terceiros aplicáveis e seus subfornecedores. Os ensaios de conformidade devem ser customizados para cada dispositivo sob ensaio, baseados nas capacidades identificadas nos PICS, PIXIT e MICS disponibilizados pelo fornecedor.

Ao submeter um dispositivo para ensaio, as seguintes informações e produtos devem ser fornecidas: dispositivo pronto para ensaios; declaração de conformidade da implementação do protocolo (PICS). Um PICS-padrão, também conhecido como PICS proforma, deve ser fornecido (ver IEC 61850-7-2, Anexo A). A declaração de informação extra da implementação do protocolo para ensaio (PIXIT), a declaração de conformidade da implementação do modelo (MICS) e os manuais de instrução detalhando a instalação e a operação do dispositivo.

Os requisitos para o ensaio de conformidade ocorrem em duas categorias: os requisitos de conformidade estática (estabelecem os requisitos a que a implementação deve atender); os requisitos de conformidade dinâmica (estabelecem os requisitos que se originam do protocolo utilizado para uma determinada implementação). Os requisitos estáticos e dinâmicos de conformidade devem ser estabelecidos em uma declaração de conformidade da implementação do protocolo (PICS).

Este PICS serve a três propósitos: selecionar o conjunto de ensaios apropriado; assegurar que os ensaios apropriados para uma alegação de conformidade sejam realizados; fornecer as bases para revisão da conformidade estática. Um PICS-padrão deve ser fornecido. Um PICS concreto deve ser estabelecido para os SCSM.

Uma declaração de conformidade da implementação do modelo (MICS) deve ser fornecida detalhando os elementos do modelo de objeto de dados suportado pelo sistema ou dispositivo. O MICS é implementado no arquivo SCD ou IID, de acordo com a IEC 61850-6. Adicionalmente ao PICS, uma declaração de informação extra da implementação do protocolo para ensaio ou PIXIT deve ser fornecida. O processo de avaliação da conformidade é mostrado na figura abaixo.

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Os ensaios de conformidade para um dispositivo específico incluem ensaios positivos e negativos nas condições indicadas a seguir, como apropriado: inspeção da documentação e controle de versão do dispositivo (IEC 61850-4); o ensaio de arquivo de configuração do dispositivo de acordo com a sintaxe padronizada (esquema) (IEC 61850-6); o ensaio de arquivo de configuração do dispositivo de acordo com o modelo de objeto relativo ao dispositivo (IEC 61850-7-4, IEC 61850-7-3); o ensaio da implementação da pilha de comunicação de acordo com o SCSM aplicável (IEC 61850-8-1, IEC 61850-9-1 e IEC 61850-9-2); os ensaios dos serviços ACSI implementados de acordo com a definição de ACSI (IEC 61850-7-2); e o ensaio das extensões específicas do dispositivo de acordo com as regras determinadas pela série IEC 61850 em geral.



Categorias:Normalização, Qualidade

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