La crescente digitalizzazione delle infrastrutture critiche, comprese le sottostazioni elettriche, richiede l'implementazione di soluzioni di comunicazione sempre più avanzate. I sistemi tradizionali basati su metodi di trasmissione dati analogici stanno diventando insufficienti a fronte delle crescenti richieste di affidabilità, reattività e sicurezza operativa.

Bus di processo nelle moderne sottostazioni elettriche

Il bus di processo è un elemento chiave della modernizzazione nel settore elettrico. È una soluzione fondamentale che consente la trasmissione digitale dei dati in conformità con lo standard IEC 61850. Permette la sostituzione del tradizionale cablaggio in rame con l'infrastruttura Ethernet, che porta a significativi miglioramenti nel funzionamento dei sistemi di alimentazione elettrica.

Uno degli aspetti chiave delle moderne implementazioni di process rail è anche l'uso di connessioni uplink a 10 Gbps, che assicurano prestazioni adeguate e determinismo dei dati trasmessi. L'aumento della quantità di informazioni trasmesse e il crescente numero di utenti richiedono un'infrastruttura di rete ad

Uno degli aspetti chiave delle moderne implementazioni di bus di processo è anche l'uso di collegamenti uplink a 10 Gbps, che garantiscono prestazioni adeguate e determinismo dei dati trasmessi. L'aumento della quantità di informazioni trasmesse e il crescente numero di dispositivi di misurazione richiedono l'uso di connessioni più veloci che eliminino i limiti dei sistemi esistenti a 1 Gbps.

Che cos'è un bus di processo e come funziona?

Un bus di processo è un livello di comunicazione digitale che consente lo scambio di dati tra dispositivi di campo e dispositivi di controllo in una sottostazione. È uno dei pilastri fondamentali dello standard IEC 61850, che definisce il metodo di comunicazione tra dispositivi elettronici intelligenti (IED).

Tradizionalmente, le misurazioni e il controllo nelle sottostazioni elettriche venivano effettuati utilizzando cavi in rame che collegavano trasformatori di corrente e tensione (CT/VT) ai relè di protezione. Tuttavia, questa soluzione presentava molti svantaggi, come costi di installazione elevati, suscettibilità alle interferenze elettromagnetiche e flessibilità limitata in caso di espansione del sistema. Il bus di processo elimina la necessità di connessioni analogiche e le sostituisce con una rete Ethernet in cui

• i dati di misurazione vengono trasmessi sotto forma di valori digitali campionati (SV),
• i segnali di controllo e protezione vengono trasmessi utilizzando il protocollo Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE).

Architettura della stazione IEC 61850 per la trasmissione e la sincronizzazione temporale con monitoraggio, basata su soluzioni BitStream, foto: BitStream

Ciò significa che i dati analogici vengono convertiti in formato digitale a livello di dispositivo di campo e quindi trasmessi ai dispositivi di controllo tramite Ethernet. Questo approccio non solo semplifica l'architettura del sistema, ma ne aumenta anche l'affidabilità e riduce il rischio di errori operativi.

Vantaggi dell'utilizzo di un bus di processo

Riduzione dei costi di installazione e manutenzione – uno dei motivi principali per l'implementazione di un bus di processo è la riduzione dei costi associati all'installazione e alla manutenzione dell'infrastruttura dei cavi. Nelle soluzioni tradizionali, ogni linea di misurazione richiedeva l'instradamento di fili di rame separati, il che aumentava i costi dei materiali e della manodopera. L'uso di un bus di processo elimina la necessità di realizzare questi costosi collegamenti, consentendo di:

• ridurre la quantità di materiali utilizzati (rame, isolamento, canaline portacavi),
• abbreviare i tempi di installazione e implementazione del sistema,
• minimizzare il rischio di errori di connessione derivanti da difetti fisici nei cavi.

Maggiore flessibilità e scalabilità - il bus di processo consente di espandere facilmente il sistema aggiungendo nuovi dispositivi senza bisogno di cavi aggiuntivi. Nelle soluzioni basate su IEC 61850, è sufficiente una configurazione software per aggiungere un nuovo punto di misura o dispositivo di protezione, se la catena di sincronizzazione lo consente. Questo accelera notevolmente il processo di modernizzazione e ne riduce i costi.

Maggiore affidabilità e resistenza ai guasti: i sistemi tradizionali sono sensibili alle interferenze elettromagnetiche e ai danni fisici ai cavi. Un bus di processo basato sulla trasmissione di dati in fibra ottica elimina questi problemi e garantisce:

• resistenza alle interferenze elettromagnetiche che si verificano nelle stazioni di alta e bassa tensione,
• migliore qualità di trasmissione del segnale grazie alla trasmissione digitale dei dati,
• ridondanza di connessione, che consente un funzionamento affidabile anche in caso di guasto di un singolo collegamento.

Soluzioni BitStream, foto: BitStream

Bus di processo IEC 61850 con velocità di trasmissione di 10 Gbps: una necessità o un eccesso?

Come fornitore di bitstream, possiamo vedere che la trasformazione digitale del settore energetico in Polonia sta guadagnando slancio. I sistemi tradizionali basati su connessioni analogiche vengono sostituiti da moderne reti di trasmissione digitali conformi allo standard IEC 61850, il che significa l'emergere del suddetto bus di processo che consente la trasmissione diretta di valori di misurazione SV campionati e messaggi di controllo (GOOSE) tramite Ethernet.

La larghezza di banda comunemente utilizzata di 1 Gbps, sebbene ancora utile, sta iniziando a diventare un limite nei sistemi di trasmissione. L'aumento del numero di misurazioni e l'aumento della frequenza di campionamento generano una domanda sempre maggiore di larghezza di banda. Ad esempio, per le sottostazioni da 110, 220 e 400 kV, dove vengono utilizzati molti trasformatori ottici e tradizionali, il numero di campioni al secondo può superare i 16.000 per punto di misura. Un aumento della frequenza di campionamento (ad esempio 256 campioni per ciclo) fa crescere il flusso di dati e 1 Gbps non è più sufficiente. L'introduzione di 10 Gbps nel bus di processo consente di:

• ridurre i ritardi nella trasmissione di dati di misurazione critici,
• supportare un numero maggiore di dispositivi senza il rischio di sovraccarico della rete,
• migliorare il determinismo della trasmissione attraverso l'implementazione di TSN (Time-Sensitive Networking),
• implementare la piena ridondanza nelle comunicazioni di sicurezza della rete elettrica, eliminare potenziali punti di guasto.

Di conseguenza, 10 Gbps diventa uno standard che non solo soddisfa le esigenze attuali, ma prepara anche l'infrastruttura per i requisiti futuri relativi allo sviluppo di reti elettriche intelligenti.

Bus di processo in sintesi

Il bus di processo è il fondamento delle sottostazioni moderne, che eliminano le connessioni analogiche a favore della trasmissione digitale dei dati. La sua implementazione aumenta l'affidabilità, riduce i costi e semplifica la manutenzione. Allo stesso tempo, l'uso di 10 Gbps nel bus di processo consente una trasmissione deterministica, l'eliminazione dei ritardi e il supporto di un numero maggiore di dispositivi, rendendolo uno standard indispensabile nella moderna ingegneria energetica. Bitstream ha sia le conoscenze che i prodotti giusti per supportare questa trasformazione. Grazie alle nostre soluzioni, che sono adattate allo standard IEC 61850 e ai moderni requisiti del bus di processo, siamo in grado di contribuire alla costruzione di sottostazioni elettriche completamente digitali, scalabili ed efficienti. Offriamo interruttori industriali, dispositivi di sincronizzazione e sistemi di monitoraggio dei parametri di comunicazione che consentono l'implementazione di infrastrutture che soddisfano i più elevati standard tecnologici e di sicurezza.

Come Bitstream, non solo seguiamo lo sviluppo della digitalizzazione, ma vi partecipiamo attivamente offrendo soluzioni di rete avanzate per infrastrutture critiche. La nostra esperienza e le nostre tecnologie consentono ai nostri clienti di costruire il futuro del settore energetico in modo affidabile, scalabile e a prova di futuro.

Maciej Tomczyszyn
Responsabile marketing e vendite Bitstream

Fonte: Energetyka.plus