Centro de datos
La IEC 61850 es una norma de comunicaciones bien afianzada para la automatización de subestaciones. La alta fiabilidad, el diagnóstico integrado, la selectividad fina, los tiempos de reacción de fallo más cortos y la mejor tolerancia de fallo que proporciona la IEC 61850 la hacen también ideal para la infraestructura energética de los centros de datos
Es justo decir que la publicación de la norma IEC 61850 en 2004 transformó el mundo de la automatización de subestaciones. La IEC 61850, a la que ABB ha contribuido significativamente, proporciona un marco normalizado para la integración de subestaciones que especifica los requisitos de comunicaciones, las características funcionales, la estructura de datos de los aparatos, las convenciones para poner nombres a los datos, la forma en que las aplicaciones interactúan y controlan los aparatos y cómo debe comprobarse la conformidad con la norma.
Las capacidades de la IEC 61850 para combinar protección y supervisión en instalaciones de baja y media tensión se reconocieron rápidamente y la norma se está utilizando cada vez más en aplicaciones de baja tensión, media tensión y alta tensión. Los equipos que ahora se benefician de la funcionalidad IEC 61850 incluyen relés de protección, disyuntores, pasarelas de comunicación, controladores lógicos programables (PLC) y arquitecturas de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA). Conjuntamente, estos dispositivos hacen posible diseñar y aplicar un sistema de protección y supervisión totalmente integrado que abarque los rangos de tensión descritos más arriba.
Este amplio enfoque es posible valiéndose de la IEC 61850 para crear propiedades tales como una selectividad lógica avanzada basada en la comunicación de aparato a aparato, unos diagnósticos en tiempo real e ingeniería integrada.
La IEC 61850 es ideal para la automatización de la infraestructura energética de los centros de datos.
IEC 61850 y los centros de datos
El mundo está viviendo una explosión de datos. No solo está aumentando la cantidad de datos a un ritmo vertiginoso, sino que la medida en que la sociedad depende de esos datos también está aumentando día a día. Estas tendencias elevan al centro de datos a la categoría de infraestructura crítica en muchos países. Si falla un centro de datos, se produce el caos, lo que hace indispensable un suministro eléctrico fiable. Por lo general, los centros de datos tienen provisiones de energía de reserva bien pensadas, tales como fuentes de alimentación ininterrumpida (SAI), generadores diésel, etc.
— En lugar del tiempo de ciclo, la consideración fundamental de los mensajes GOOSE es la latencia
Al utilizar dispositivos compatibles con la IEC 61850 y la comunicación GOOSE (suceso genérico de subestación orientado a objetos, por sus siglas en inglés) basada en la IEC 61850 para automatizar la infraestructura energética del centro de datos, se pueden realizar mejoras significativas: mayor fiabilidad del suministro eléctrico, mayor control operativo y menor coste, por nombrar solo algunos.
GOOSE
Cuando se produce un fallo en un componente de alimentación de un centro de datos, el dispositivo de protección que lo detecte debe transmitir la información del fallo lo antes posible a los dispositivos que deciden qué interruptor debe dispararse. La disposición de esas transmisiones en una organización de turnos equitativos u otro método cíclico que obliga a que el dispositivo tenga que esperar su turno para acceder al medio de comunicación introduciría unos retrasos inaceptables. El manejo efectivo de este tipo de comunicación no programada con ocasión de un evento es una de las características diferenciadoras de la IEC 61850 y se aplica empleando paquetes especiales de datos denominados mensajes GOOSE. En vez de la duración del ciclo, la consideración fundamental de los mensajes GOOSE es la latencia, es decir, el retardo entre un evento y la transmisión en la red de la información pertinente.
Una característica importante de los mensajes GOOSE es que pueden utilizarse para comunicación horizontal (es decir, peer-to-peer o sea entre pares) entre dispositivos además de la usual comunicación vertical de dispositivos a un sistema de supervisión. Por eso, se puede establecer una selectividad lógica o interconexión entre dos interruptores automáticos mediante el intercambio de mensajes directos entre los dispositivos
correspondientes sin depender de una unidad central de proceso que controle la situación.
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Los mensajes GOOSE también pueden utilizarse para implantar un mecanismo de diagnóstico incorporado en el sistema de protección eléctrica del centro de datos
La comunicación horizontal mejora tanto la actuación (menor tiempo de reacción global y uso más eficiente del canal de comunicación) como la fiabilidad (ya que un fallo en la unidad central de proceso afectaría a todo el esquema de protección).
Además de la señalización de fallos, los mensajes GOOSE se pueden utilizar para incorporar un mecanismo de diagnóstico en el sistema de protección eléctrica del centro de datos. Cada dispositivo puede configurarse para que envíe un mensaje «ping» a los demás de forma regular (por ejemplo, cada segundo) para informar de que el estado es normal. Si los dispositivos pertinentes dejan de recibir el mensaje adecuado, pueden enviar mensajes de alarma, conmutar a un modo seguro predefinido o adoptar otras medidas, según se precise. Los mensajes de diagnóstico utilizan el mismo medio de comunicación que otros paquetes de datos, por lo que no se requiere un hardware adicional.
Protección práctica de bus para GOOSE
La IEC 61850 permite eliminar el relé de protección de bus dedicado del centro de datos. En su lugar, se confía en el relé de cada interruptor, como el relé de protección del alimentador o el relé de fallo del interruptor.
Un relé «maestro» realiza la función de protección de bus, asignando otro relé como backup del maestro.
Todos los relés que participan en la protección de bus de alimentación de los centros de datos EC 61850 se comunican mediante protocolos GOOSE.
Los relés conformes con IEC 61850, como los relés Relion de ABB y Emax 2, suelen estar equipados con varios puertos Ethernet con protocolo de redundancia en paralelo (PRP). PRP permite topologías de red en estrella doble utilizando anillos autorreparables que alcanzan de manera efectiva una disponibilidad de comunicación del 100 %. De estos dos enfoques (estrella doble y autorreparación), la última configuración genera menos perturbaciones en la red en caso de futuras ampliaciones, ofrece una resolución de problemas más rápida, tiene una latencia de comunicación mínima y es más fácil de mantener.
Un esquema de protección de la alimentación de los centros de datos basado en IEC 61850 también tiene otras ventajas sobre los enfoques tradicionales: Debido a que utiliza una red Ethernet de fibra óptica, permite reducir o eliminar el costoso cableado de cobre punto a punto que consume espacio, es complicado y propenso a errores que presenta los esquemas de alimentación tradicionales de los centros de datos. La reducción (o eliminación) de este cableado transversal de los relés asociados también supone un ahorro sustancial en términos de ingeniería, mano de obra y tiempo de instalación y materiales. La reducción del cableado de cobre por sí sola tiene un impacto económico positivo significativo, así como importantes ventajas en lo que respecta a una mayor fiabilidad y una reducción de los costes del ciclo de vida. En el caso de instalaciones nuevas, los costes también se reducen evitando el gasto de relés de protección adicionales. El bus IEC 61850 también simplifica las modificaciones o ampliaciones futuras.
Interruptor de transferencia automática (ATS)
El ATS presenta otro ejemplo de aplicación de la IEC 61850. La disponibilidad y estabilidad de la energía son aspectos críticos para las operaciones del centro de datos, por lo que, normalmente, el emplazamiento está alimentado por dos fuentes de electricidad entrantes, normalmente en una configuración de bus «Main-TieMain» (M-T-M) de media tensión. El ATS ofrece una forma eficaz y fiable de transferir automáticamente a un bus sano desde uno que ha perdido su fuente de entrada. Para buscar rápidamente la fuente alternativa disponible y transferir cargas del bus de la fuente perdida al bus sano, los relés intercambian mensajes GOOSE que contienen datos de condición tales como el propio evento de pérdida de tensión de la fuente, el estado de salud de la fuente alternativa, los disparos pendientes de sobreintensidad o de protección del bus, el estado normal de los interruptores principales y de conexión, etc. Utilizar la IEC 61850 de esta forma ofrece las siguientes ventajas:
• Reducción de materiales de cableado y mano de obra.
• Minimización del tiempo de pérdida del sistema.
• Una operación segura que minimiza el estrés en los generadores de reserva y la SAI.
• Visibilidad total de datos conforme a la IEC 61850 de los relés para la elaboración de informes, supervisión y el análisis de sistemas.
Ingeniería y configuración fáciles
Otras ventajas de la IEC 61850 tienen que ver con los procesos de ingeniería y configuración. Debido a la complejidad y al número de dispositivos que intervienen en un sistema de alimentación típico de un centro de datos, es difícil diseñar un sistema de protección sin un proceso estructurado asistido por ordenador; el ingente número de detalles de configuración y funcionamiento invita a cometer errores críticos. Para evitar estos errores, la IEC 61850 se basa en la normalización de tipos de objetos y datos, y en descripciones electrónicas formales.
La complejidad del IED (dispositivo electrónico inteligente) es controlada en la IEC 61850 mediante la descripción de cada dispositivo en forma de un conjunto de objetos lógicos, que se pueden publicar en la aplicación final. Dichos objetos son lo bastante abstractos para ser aplicables a dispositivos de distintos tipos o de distintos vendedores, si bien lo suficientemente realistas para ser aplicables a los trabajos de ingeniería que se realizan. Ejemplos de esos objetos son la protección frente a sobreintensidades, la medición de intensidades y tensiones, el control de un interruptor, etc.
La piedra angular del modelo de datos de la IEC 61850 es un catálogo de objetos lógicos normalizados con significados bien definidos, y parámetros aplicables y elementos de datos. Todos los dispositivos que satisfacen la IEC 61850 emplean los mismos objetos para implementar la misma función, permitiendo combinar objetos de una forma común en la implementación final de alimentación de un centro de datos. Esa normalización llega hasta los nombres de los objetos (por ejemplo, PTOC representa siempre una protección contra sobreintensidad) lo que facilita su reconocimiento y uso por el ingeniero proyectista. Los tipos de datos vienen también fijados por la IEC 61850, de forma que, por ejemplo, el resultado de una medición se define junto con su nombre, las unidades de medida, los indicadores de calidad, etc., reduciendo de esta forma la probabilidad de errores.
Para complementar esa normalización, la IEC 61850 describe un formato electrónico común en el que se describen dispositivos y sistemas. Todos los dispositivos (IED) vienen descritos, cada uno con un fichero, escrito en SCL (Substation Cofiguration Language), que lista todas sus propiedades y objetos lógicos. Las herramientas de software de ingeniería de la IEC 61850 pueden leer y manipular los ficheros SCL, permitiendo un proceso sin saltos y un reducido número de errores.
Un lenguaje formalizado de descripción electrónica de estas características tiene la ventaja colateral importante de facilitar la interoperabilidad entre dispositivos de distintos vendedores instalados en el centro de datos: En tanto que los objetos que incorporan estén descritos por el fichero SCL, el usuario no tiene por qué preocuparse por sus procesos internos.
— Todos los dispositivos que cumplen la IEC 61850 utilizan
los mismos objetos para implementar la misma función.
Ideal para la automatización de la infraestructura energética de los centros de datos
La IEC 61850 resulta especialmente adecuada para la automatización de la infraestructura energética de los centros de datos, donde puede formar la base de un concepto completo de diseño eléctrico que incluye todo el sistema de protección, control y supervisión, así como la ciberseguridad, utilizando un protocolo único.
— Al utilizar fibra óptica en lugar de cable de cobre, se reducen los costes de cableado, se reducen sustancialmente las necesidades de espacio y se aumenta la seguridad.
La IEC 61850 también ofrece la capacidad de supervisar y controlar los IED a distancia, y la comodidad de que los dispositivos suministrados por distintos fabricantes puedan comunicarse entre sí sin pasarelas de diseño personalizado u otras complicaciones de ingeniería intensiva.
Desde una perspectiva más amplia, la norma IEC 61850 permite digitalizar el sistema de energía del centro de datos de forma que lo abre a la colaboración con otras entidades digitales del centro de datos, como un sistema de gestión del edificio (BMS), un sistema de gestión de la energía (PMS), gestión de la infraestructura del centro de datos (DCIM) o ABB Ability™ Data Center Automation. Todas estas son partes importantes del objetivo final: el «plano de vidrio único» que orquesta todo el centro de datos. Decathlon for Data Centers, por ejemplo, proporciona visibilidad de la energía y la refrigeración, y los protocolos abiertos de la IEC 61850 permiten la integración de equipos y sistemas existentes.
Con las capacidades de comunicación entre pares de la IEC 61850 en componentes como los relés Relion de ABB y los interruptores automáticos Emax, se puede pasar del sistema DCIM para controlar o supervisar el software a interactuar en tiempo real directamente con el subsistema (como un interruptor SAI).
Una mayor fiabilidad, una selectividad más precisa, tiempos de reacción de fallo más cortos y la posibilidad de implementar tolerancia de fallos y diagnóstico integrado, además de muchas otras ventajas, hacen de la IEC 61850 la norma ideal para los centros de datos.
