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Ferramentas de Testes e a Norma IEC 61850

1- Introdução

A implementação de subestações digitais baseadas na norma IEC 61850 está avançando cada vez mais tanto no cenário nacional quanto internacional. Desta forma, criam-se novas necessidades quanto aos procedimentos de testes.
Este artigo tem como objetivo abordar as novas necessidades de ensaios devido às mudanças de paradigmas ocorridas nas subestações com a adoção da IEC 61850.

2- Importância dos Testes

Os dispositivos microprocessados possuem constantes atualizações de firmwares. Cada vez que um firmware é atualizado isto implica em uma mudança no IED, pois o software embarcado naquele hardware passa a ser outro, eliminando-se todo o histórico daquele dispositivo e exigindo que se realize um teste total novamente.
Alguns fabricantes de IEDs possuem pequenas rotinas de testes através de softwares próprios, porém não são totalmente plenas, visto que não dão garantia de que não exista alguma entrada queimada ou que não esteja calibrada, ou ainda que não possua resposta em frequência como especificada. Testes de hardware que envolvam abrir o IED para injetar sinais internamente, jumpeando condicionadores de sinais e/ou conversores A/D, não substituem o teste completo, pois não possuem a mesma profundidade de verificação.
Os testes no contexto das subestações digitais baseadas na norma IEC 61850 são de vital importância e devem ser efetuados com o mesmo rigor que em subestações convencionais, da forma mais próxima possível do cenário real. Do contrário, se existir algum problema e houver uma falta real no sistema, o custo será infinitamente maior.

3- Ferramentas para Testes no Contexto da Norma IEC 61850

Erros no IED podem ocorrer devido a hardware, firmware, na parametrização ou até mesmo nas conexões, que podem levar o IED a enviar uma atuação indevida ou não atuação, o que acarretará em milhões de dólares em prejuízos e até perdas de vidas humanas. Novas condições de operação exigem assim novas condições a serem analisadas, ou seja, novos testes.
Quando se analisa apenas o IED em si, o equipamento de testes passa a não necessitar mais da geração de potência, haja visto que o mesmo não precisaria reproduzir sinais de secundário analógicos V e I, apenas seria necessário que o mesmo tivesse capacidade de envio de mensagens de SV ao IED sob teste. Para testar as outras partes do sistema como a SAMU ou o TC / TP ainda é necessário que o equipamento de testes tenha capacidade de injeção de Corrente e Tensão.
As Figuras 1 e 2, abaixo, fazem uma analogia entre o método clássico analógico de corrente e tensão de secundário e o Barramento de Processos:





Na Figura 1, é possível observar que para o método clássico há o valor Analógico de Primário (An P) que é convertido pelo transformador de instrumentos para o valor Analógico de Secundário (An S) que chega ao relé onde será medido e poderá resultar no fechamento de uma Binary Output (BO).
Já no barramento de processos, a saída do TC é acoplada à SAMU, responsável por converter o sinal analógico de secundário para digital de acordo com a formatação SV 9-2. Os sinais digitais são entregues ao IED através da rede Ethernet e, dependendo dos valores, o dispositivo poderá alterar o dado de uma mensagem GOOSE, conforme ilustrado na Figura 2.
No que diz respeito aos testes, o Barramento de Processos pode ser abordado de forma segmentada. Os ensaios podem ser divididos em partes, sempre analisando entradas e saídas levando em conta as suas particularidades. Na Figura 3 abaixo, o sistema está dividido e são exemplificadas as diferentes condições de testes.



De acordo com o esquema montado, existem 6 opções diferentes de ensaios, sendo que cada abordagem foca um objeto ou conjunto de objetos sob teste. Sendo assim, o equipamento de testes (mala) deverá possuir capacidade de injetar e medir diversos sinais para interagir com o sistema em avaliação, como descrito na Tabela 1 abaixo:



Dependendo do objetivo do teste, a realização do mesmo poderá ser feita de uma ou mais formas.
No contexto da norma IEC 61850, as ferramentas de testes devem medir e injetar sinais binários, GOOSE, tensões e correntes analógicas e SV, conforme ilustra a Figura 4 abaixo.



4- Ensaios com a Norma IEC 61850

O comissionamento dos IEDs, em geral, ocorre em duas fases: o FAT (Factory Acceptance Test) e o SAT (Site Acceptance Test).
Dependendo da utilização do IED, do nível de tensão em que será instalado, da importância daquele elemento protegido e da filosofia de cada empresa cliente, os testes podem variar.
Existem diversas formas de testes, entre os mais populares destacam-se três:
- Levantamento da Característica;
- Falta Pontual;
- Reprodução de Transitório.
Levantamento da Característica: consiste em testar vários pontos de operação e não operação até localizar a borda ou utilizar os pontos de testes dentro e fora da condição de operação, margeando-a, para que este limite garanta que o limiar de atuação esteja dentro desta diferença.

Falta Pontual (simulando uma condição de falta): ao injetar condições dinâmicas com valores RMS de Corrente e/ou Tensão de falta, verifica-se se há ou não atuação do relé, porém não se investiga a característica.
Reprodução de Transitório: através de Softwares de Simulação de Transitório, tais como PS Simul ou ATP, arquivos COMTRADE ou até mesmo no software da mala de testes que modele o sistema com condições reais e crie a forma de onda transitória de uma condição de falta.
Quando se trata de testes com a norma IEC 61850, é importante citar a norma IEC 61869. Lançada em 2016, esta é uma norma sobre Transformadores de Instrumento (TI), com quinze partes que definem os requerimentos para TCs e TPs. Em sua Parte 9 são tratadas as Interfaces Digitais para Transformadores de Instrumentos.
Ela é a substituta da norma IEC 60044-8 que foi utilizada como referência para a IEC 61850 na parte da estrutura do dataset dos valores amostrados. Desta forma a norma IEC 61869-9 é complementar a IEC 61850.
A norma 61869-9 possui forte embasamento no Guia de Implementação da UCA (Light Edition), incorporando para o interior da norma várias de suas definições, visando assim manter a compatibilidade com o que vem sendo adotado hoje.
Em seu item 7 a IEC61869-9 descreve algumas possibilidades de teste com os LPITs (Low Power Instrument Transformers):
Os testes mais relevantes são:
- Frequency Response Test (Resposta em freqüência)
- Max delay Time (Tempo de atraso da digitalização)
-Loss of sincronization test (Perda do Sincronismo)
- 1 PPS TEST (Sinal de Sincronismo, se for o caso 1PPS)
- Accuracy test (Precisão)
Neste sentido, a CONPROVE possui soluções completas para ensaios com a norma IEC 61850. As malas de testes tanto da família CE-70xx quanto CE-67xx possuem suporte total para realizar testes com a norma recebendo e enviando mensagens GOOSE e Sampled Value (SV). Comparam os tempos entre o contato tradicional (fiação de cobre rígida) e o envio do evento via rede ethernet através de mensagem GOOSE, permitindo o teste de qualquer função de proteção através de mensagens GOOSE. Avaliam possíveis diferenças entre o sinal analógico com as mensagens SV. Além disso, implementam sincronismo por PTP (IEEE 1588 – Precision Time Protocol), tanto no lado Mestre quanto Escravo.
Conforme foi apresentado em artigos anteriores, a CONPROVE também possui soluções em software para ensaios com a IEC 61850 que são os softwares MultimSV e GOOSE, para testes com Sampled Values e GOOSE, respectivamente.
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