Curso IEC 61850
Curso IEC 61850
Curso IEC 61850
Semana 1
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Introducción
Comités de trabajo y Grupos de la IEC
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Introducción
Comités la IEC relacionados con comunicaciones
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> WG 10 – Comunicaciones de IEDs del sistema de potencia y modelos de datos
asociados (IEC 61850)
> WG 13 – Interfaz de aplicación del sistema de gestión de la energía (EMS - API)
> WG 14 – Interfaces de sistema para la gestión de la distribución (SIDM)
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Introducción
Normas IEC relacionadas con las comunicaciones
La IEC 61850 publicada por TC57/WG10 define una norma para comunicación en
las subestaciones.
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Introducción
Extensiones de IEC 61850 para aplicaciones en otros dominios
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Introducción
Historia
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Introducción
Rango de Aplicación
La IEC 61850 va mucho más allá de muchas otras normas de comunicaciones. Incluye:
> Comunicación entre procesos, definiendo qué y cómo comunicar;
> Modelos de objetos normalizados y extensibles;
> Lenguaje de configuración normalizado;
> Especificación de las Pruebas de Conformidad desde el primer momento.
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Edición 2:
Redes y sistemas de comunicación para la automatización de las empresas
eléctricas
(Communication networks and systems for power utility automation)
Edición 1:
Redes y sistemas de comunicación en subestaciones
(Communication networks and systems in substations)
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Fundamentos de la norma
Objetivos
Los tres objetivos principales de la norma IEC 61850 son: IEDs de diferentes
fabricantes son capaces de intercambiar información y de utilizar dicha
información para sus funciones.
La norma soportará diferentes filosofías. Deberá permitir a fabricantes y
empresas eléctricas un cierto grado de libertad para soportar requerimientos
específicos de diferentes sistemas.
La norma debe ser capaz de incorporar los progresos en las tecnologías de
comunicaciones, así como los cambios en los requerimientos del sistema.
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Fundamentos de la norma
IEC 61850
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Fundamentos de la norma
Características IEC 61850
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Fundamentos de Redes de datos
Características IEC 61850
NIC
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Fundamentos de Redes de datos
Dispositivos de RED
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Fundamentos de Redes de datos
Switches
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Fundamentos de Redes de datos
Topología de red
La otra parte es la topología lógica, que define la forma en que los hosts acceden a los
medios para enviar datos.
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Fundamentos de Redes de datos
Topologías Físicas
Una topología de bus usa un solo cable backbone que debe terminarse en ambos
extremos. Todos los hosts se conectan directamente a este backbone.
• La topología de anillo conecta un host con el siguiente y al último host con el primero.
Esto crea un anillo físico de cable.
• Una topología jerárquica es similar a una estrella extendida. Pero en lugar de conectar
los hubs o switches entre sí, el sistema se conecta con un computador que controla el
tráfico de la topología.
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hosts. Aunque la Internet cuenta con múltiples rutas hacia cualquier ubicación, no adopta
la topología de malla completa.
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Fundamentos de Redes de datos
Protocolos de red
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Asociación de Industrias Electrónicas (EIA) y la Unión Internacional de
Telecomunicaciones (UIT),
antiguamente conocida como el Comité Consultivo Internacional Telegráfico y
Telefónico (CCITT).
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Fundamentos de Redes de datos
Redes de área local (LAN)
Las LAN permiten a las empresas aplicar tecnología informática para compartir
localmente archivos e impresoras de manera eficiente, y posibilitar las comunicaciones
internas. Un buen ejemplo de esta
tecnología es el correo electrónico. Los que hacen es conectar los datos, las
comunicaciones locales y los equipos informáticos.
Algunas de las tecnologías comunes de LAN son:
• Ethernet
• Token Ring
• FDDI
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Fundamentos de Redes de datos
Redes de área amplia (WAN)
Las LAN permiten a las empresas aplicar tecnología informática para compartir
localmente archivos e impresoras de manera eficiente, y posibilitar las comunicaciones
internas. Un buen ejemplo de esta
tecnología es el correo electrónico. Los que hacen es conectar los datos, las
comunicaciones locales y los equipos informáticos.
Algunas de las tecnologías comunes de LAN son:
• Ethernet
• Token Ring
• FDDILas WAN interconectan las LAN, que a su vez proporcionan acceso a los
computadores o a los servidores
de archivos ubicados en otros lugares. Como las WAN conectan redes de usuarios
dentro de un área
geográfica extensa, permiten que las empresas se comuniquen entre sí a través
de grandes distancias. Las
WAN permiten que los computadores, impresoras y otros dispositivos de una
LAN compartan y sean
compartidas por redes en sitios distantes. Las WAN proporcionan
comunicaciones instantáneas a través de
zonas geográficas extensas.
Las WAN están diseñadas para realizar lo siguiente:
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• Operar entre áreas geográficas extensas y distantes
• Posibilitar capacidades de comunicación en tiempo real entre usuarios
• Brindar recursos remotos de tiempo completo, conectados a los servicios locales
• Brindar servicios.
Algunas de las tecnologías comunes de WAN son:
• Módems
• Red digital de servicios integrados (RDSI)
• Línea de suscripción digital (DSL - Digital Subscriber Line)
• Frame Relay
• Series de portadoras para EE.UU. (T) y Europa (E): T1, E1, T3, E3
• Red óptica síncrona (SONET )
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Fundamentos de Redes de datos
Ancho de banda
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2. El ancho de banda no es gratuito. Es posible adquirir equipos para una red de
área local (LAN) capaz de brindar un ancho de banda casi ilimitado durante un
período extendido de tiempo. Para conexiones de red de área amplia (WAN), casi
siempre hace falta comprar el ancho de banda de un proveedor de servicios. En
ambos casos, comprender el significado del ancho de banda, y los cambios en su
demanda a través del tiempo, pueden ahorrarle importantes sumas de dinero a
un individuo o a una empresa. Un administrador de red necesita tomar las
decisiones correctas con respecto al tipo de equipo y servicios que debe adquirir.
3. El ancho de banda es un factor clave a la hora de analizar el rendimiento de
una red, diseñar
nuevas redes y comprender la Internet. Un profesional de networking debe
comprender el fuerte impacto del ancho de banda y la tasa de transferencia en el
rendimiento y el diseño de la red. La información fluye en una cadena de bits de
un computador a otro en todo el mundo. Estos bits representan enormes
cantidades de información que fluyen de ida y de vuelta a través del planeta en
segundos, o menos. En cierto sentido, puede ser correcto afirmar que la Internet
es puro ancho de banda.
4. La demanda de ancho de banda no para de crecer. No bien se construyen
nuevas tecnologías e infraestructuras de red para brindar mayor ancho de banda,
se crean nuevas aplicaciones que aprovechan esa mayor capacidad. La entrega de
contenidos de medios enriquecidos a través de la red, incluyendo video y audio
fluido, requiere muchísima cantidad de ancho de banda. Hoy se instalan
comúnmente sistemas telefónicos IP en lugar de los tradicionales sistemas de voz,
lo que contribuye a una mayor necesidad de ancho de banda. Un profesional de
networking exitoso debe anticiparse a la necesidad de mayor ancho de banda y
actuar en función de eso.
En los sistemas digitales, la unidad básica del ancho de banda es bits por segundo
(bps). El ancho de banda es la medición de la cantidad de información, o bits, que
puede fluir desde un lugar hacia otro en un período de tiempo determinado, o
segundos. Aunque el ancho de banda se puede describir en bits por segundo, se
suelen usar múltiplos de bits por segundo. En otras palabras, el ancho de banda
de una red generalmente se describe en términos de miles de bits por segundo
(kbps), millones de bits por segundo (Mbps), miles de millones de bits por
segundo (Gbps) y billones de bits por segundo (Tbps). A pesar de que las
expresiones ancho de banda y velocidad a menudo se usan en forma indistinta, no
significan exactamente lo mismo. Se puede decir, por ejemplo, que una conexión
T3 a 45Mbps opera a una velocidad mayor que una conexión T1 a 1,544Mbps. No
obstante, si sólo se utiliza una cantidad pequeña de su capacidad para transportar
datos, cada uno de estos tipos de conexión transportará datos a
aproximadamente la misma velocidad.
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Fundamentos de Redes de datos
Limitaciones del medio
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Fundamentos de Redes de datos
Modelo TCP/IP
La capa de aplicación se encuentra en la parte superior de las capas del protocolo TCP/IP.
Contiene las aplicaciones de red que permiten la comunicación mediante las capas
inferiores. Por lo tanto, el software en esta capa se comunica mediante uno o dos
protocolos de la capa inferior (la capa de transporte), es decir, TCP o UDP.
Los protocolos de las capas posteriores permiten enviar información de un equipo a otro.
La capa de transporte permite que las aplicaciones que se ejecutan en equipos remotos
puedan comunicarse.
La capa de Internet es la capa "más importante" (si bien todas son importantes a su
manera), ya que es la que define los datagramas y administra las nociones de direcciones
IP. Permite el enrutamiento de datagramas (paquetes de datos) a equipos remotos junto
con la administración de su división y ensamblaje cuando se reciben.
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aplicación posee funciones diferentes en cada modelo.
Los diseñadores de TCP/IP sintieron que la capa de aplicación debía incluir
los detalles de las capas de sesión y presentación OSI. Crearon una capa de
aplicación que maneja aspectos de representación, codificación y control de
diálogo.
La capa de transporte se encarga de los aspectos de calidad del servicio con
respecto a la confiabilidad, el control de flujo y la corrección de errores. Uno
de sus protocolos, el protocolo para el control de la transmisión (TCP),
ofrece maneras flexibles y de alta calidad para crear comunicaciones de red
confiables, sin problemas de flujo y con un nivel de error bajo.
TCP es un protocolo orientado a conexión. Mantiene un diálogo entre el
origen y el destino mientras empaqueta la información de la capa de
aplicación en unidades denominadas segmentos. Orientado a conexión no
significa que existe un circuito entre los computadores que se comunican.
Significa que segmentos de la Capa 4 viajan de un lado a otro entre dos
hosts para comprobar que la conexión exista lógicamente para un
determinado período.
El propósito de la capa Internet es dividir los segmentos TCP en paquetes y
enviarlos desde cualquier red.
Los paquetes llegan a la red de destino independientemente de la ruta que
utilizaron para llegar allí.
El protocolo específico que rige esta capa se denomina Protocolo Internet
(IP). En esta capa se produce la determinación de la mejor ruta y la
conmutación de paquetes.
La relación entre IP y TCP es importante. Se puede pensar en el IP como el
que indica el camino a los paquetes, en tanto que el TCP brinda un
transporte seguro.
El nombre de la capa de acceso de red es muy amplio y se presta a
confusión. También se conoce como la capa de host a red. Esta capa guarda
relación con todos los componentes, tanto físicos como lógicos, necesarios
para lograr un enlace físico. Incluye los detalles de tecnología de networking,
y todos los detalles de las capas física y de enlace de datos del modelo OSI.
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Fundamentos de Redes de datos
Encapsulación de datos
Durante una transmisión, los datos cruzan cada una de las capas
en el nivel del equipo remitente. En cada capa, se le agrega
información al paquete de datos. Esto se llama encabezado, es
decir, una recopilación de información que garantiza la transmisión.
En el nivel del equipo receptor, cuando se atraviesa cada capa, el
encabezado se lee y después se elimina.
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Comparación de la aplicación de los protocolos
DNP y norma IEC 61850 en equipos de protección.
¿Porque ambos protocolos no pueden llevarse bien?
DNP3 está diseñado para centrarse en los puntos finales y canales con anchos de banda de bajo
costo, mientras que IEC 61850 está diseñado para los canales de comunicación de banda ancha
con una rica gama, más amplia de funciones
Ambos protocolos se deben adaptar a las llamadas cada vez más fuertes para la flexibilidad.
Según Bruce Muschlitz Ingeniero consultor de la compañía EnerNex especializado en
comunicaciones de datos
"Esto va a conducir a la industria hacia una solución IEC 61850, sin embargo DNP3 seguirá siendo
el protocolo norteamericano dominante durante al menos otros tres años con una disminución
gradual después de eso,“
IEC 61850 es ya el protocolo dominante en Europa y la India.
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Comparación de la aplicación de los protocolos
DNP y norma IEC 61850 en equipos de protección.
¿Por qué está tomando tanto tiempo la migración?
Muchos usuarios europeos aceptaron rápidamente IEC 61850, pero en América del Norte empieza
a ganar terreno poco a poco con proyectos aquí y allá.
Muschlitz culpa a esta brecha en las diferencias culturales. Los norteamericanos están
interesados en la visión de conjunto, haciendo DNP3 una mejor opción en este momento.
"Servicios públicos de América del Norte se diferencian de otros en todo el mundo en el que nos
gusta comprar dispositivos mejores en su clase, mientras que el resto del mundo prefiere usar
soluciones de un solo proveedor", dijo. "Esto tiene mucho que ver con la preferencia americana
para sistemas altamente optimizados, mientras que otros prefieren la simplicidad en la integración
de sistemas."
En contra de la opinión popular en la norma IEC 61850, Muschlitz sigue viendo problemas con el
sistema de múltiples proveedores adoptada con IEC 61850 Él opta por la simplicidad y la facilidad
de una elección de proveedor único. Protocolos más antiguos, como DNP3 han tenido tiempo de
evolucionar y para familiarizarse. IEC 61850 requiere un reinicio que desenterrar "dolores de
crecimiento", como Muschlitz los describió. esos problemas deben disminuir. Es por eso que
empresas de servicios públicos de América del Norte están a la espera de adoptar la norma IEC
61850-para cosas que suavizan.
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Comparación de la aplicación de los protocolos
DNP y norma IEC 61850 en equipos de protección.
Ventajas y desventajas
Al igual que todos los protocolos, IEC 61850-el ganador predicho de este protocolo de batalla tiene puntos
positivos.
"IEC 61850 no es sólo otro protocolo; se trata de una nueva manera de resolver un problema del sistema ", dijo
Muschlitz.
Señaló que la norma IEC 61850:
• comienza con los requisitos de especificación,
• se mueve a la especificación detallada,
• proporciona una metodología de documentación electrónica, y
• permite la evolución del sistema de una manera controlada.
Mientras que los productos de IEC 61850 pueden reunirse poco sistemática y queramos o no, la gran ventaja del
protocolo es una visión más amplia de esos cuatro puntos. En el pasado, cada uno fue considerado por separado.
Diferentes problemas tenían soluciones diferentes: cuestiones especificación requerida una solución, los detalles
dentro de esas especificaciones necesitaba una solución diferente, documentación centrado en una tercera
solución, y la evolución era un problema ajeno. IEC 61850 cambió eso.
IEC 61850 ha demostrado que un enfoque unificado para la ingeniería del sistema puede reducir los costos
generales", dijo Muschlitz. "IEC 61850 también es compatible con el concepto GOOSE, lo que permite grandes
reducciones en el cableado entre dispositivos y la realización de la subestación sin cobre. De hecho, GOOSE a
menudo se promociona como el principal resultado de la norma IEC 61850 ".
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Comparación de la aplicación de los protocolos
DNP y norma IEC 61850 en equipos de protección.
Ventajas y desventajas
Los puntos positivos se equilibran con los negativos, incluso con este protocolo emergente. IEC 61850 es joven, no probado y no ha
tenido tiempo para suavizar y evolucionar.
Además de las ventajas antes mencionadas sobre IEC 61850 para soluciones, tambie se cuenta con una desventaja importante para
el entrenamiento. Es diferente del viejo sistema, que requiere "una curva de aprendizaje bastante empinada", dijo Muschlitz.
"Muchas personas se deprimen cuando ven la pila de 1.500 páginas de la norma IEC 61850 frente a ellos con la obligación de
'aprender esto'", dijo.
IEC 61850 también tiene necesidades de alta gama: Se requiere un ancho de banda seria. Se necesitan muchos canales Ethernet
para todos los rasgos positivos (tales como la eliminación del cableado de cobre), que tienden a provocar una pelea entre los
variados ingenieros de protección y de telecomunicaciones involucrados, ya que se pelean por ancho de banda suficiente para
cumplir sus propios requisitos de trabajo.
Siendo nuevo en el campo de los protocolos, la primera edición de la IEC 61850 tenía problemas que los vendedores resolvieron de
manera diferente, lo que lleva a algunos problemas de interoperabilidad. La segunda edición-actualmente en evaluación pretende
soliucionar los problemas de interoperabilidad dentro de los próximos tres a cinco años.
Muschlitz ve los problemas de la IEC 61850 como algo común en la mayoría de las nuevas tecnologías. Sus ventajas empujarán el
protocolo a la cima.
"IEC 61850 eventualmente ganara, ya que tiene todas las características requeridas por todas las partes interesadas. Aunque cada
grupo verá estas características que ventajas para ellos, las sinergias globales del sistema será el principal impulsor de la norma IEC
61850, "dijo.
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