Betrachtet man die Auswirkungen des neuen Standards auf die Kommunikationsinfrastruktur, so steht außer Frage, dass Interoperabilität sowohl innerhalb des Stromerzeugungssystems als auch zwischen seinen verschiedenen Komponenten im Mittelpunkt stehen sollte. Kommunikationsschnittstellen wurden beispielsweise standardisiert, um die Kompatibilität von Automatisierungskomponenten verschiedener Hersteller zu gewährleisten.
Durch die Wahl von Ethernet profitiert der Energiesektor von der weitverbreiteten Nutzung und der kontinuierlichen Weiterentwicklung dieser Technologie. Fast Ethernet (100 Mbit/s) ist in anderen Branchen (Fabrikautomation, Fertigung und Materialflusstechnik) bereits Standard, und Gigabit Ethernet (1000 Mbit/s) gewinnt zunehmend an Bedeutung. Höhergeschwindigkeitsversionen sind stets abwärtskompatibel, wodurch Ethernet flexibel an zukünftige Erweiterungen angepasst werden kann.
Hochgeschwindigkeits-Redundanzmechanismen und drahtlose Lösungen entwickeln sich stetig weiter und schaffen neue Anwendungsbereiche. Der konsequente Einsatz verfügbarer Sicherheitstechnologien und der Schutz des Zugriffs auf Datennetze sind unerlässlich, da die Kommunikation nicht auf den lokalen Standort beschränkt ist, sondern auch die Datenübertragung zwischen Umspannwerken und Leitstellen umfasst.
Hochgeschwindigkeits-Redundanzringe:
Hirschmann hat den HIPER Ring entwickelt, um maximale Verfügbarkeit zu gewährleisten. Alle Netzwerkkomponenten sind zu einem Ring verbunden. Ein in jeden Switch integrierter Redundanzmanager stellt eine physische Verbindung in den Standby-Modus her. Bei einem Leitungsausfall senden die betroffenen Geräte ein Signal an den Manager, der daraufhin die Standby-Verbindung aktiviert. Die Konfiguration des HIPER Rings ist denkbar einfach: Ein Switch wird als Redundanzmanager festgelegt. Abgesehen von der Zuweisung des Ring-Ports zu den anderen Switches ist keine weitere Konfiguration erforderlich.
Bei der aktuellen Version der Technologie, dem Fast HIPER Ring, erfolgt die Umschaltung in den neuen MACH 1000- und RSR-Switches für einen vollständigen Ring mit zehn Geräten 10 ms nach dem Auftreten des Fehlers, wie in Abbildung 2 dargestellt. Die Technologie unterstützt große Ringe mit bis zu 200 Netzwerkkomponenten, und die Schaltzeiten verlängern sich nur geringfügig (weniger als 60 ms).
Militärstandards:
Neben Redundanztechniken hängt die Verfügbarkeit eines Datennetzwerks auch von der mittleren Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) ab. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die MTBF eines Ethernet-Switches zu bestimmen. Die strengste Methode basiert auf dem Militärstandard MIL-HDBK-217F und wird von Hirschmann verwendet.
Unsere OpenRail-Schienenweiche weist eine mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) von über 70 Jahren auf. Sollte dennoch eine Weiche ausgetauscht werden müssen, ist ein schneller und einfacher Austausch ohne spezielle Netzwerkkenntnisse wichtig.
Das gesamte Konfigurationspaket und die Weichensoftware können auf einem externen Speichermedium gesichert werden. Nach dem Herunterladen der Daten auf eine neue Weiche ist diese sofort einsatzbereit (siehe Abbildung 3).
Hochspannungsgeschützte Switches.
Die neuen Gigabit-Ethernet-Switch-Familien, die den Standards IEC 61850, MACH 1000 (siehe Abbildung 4) und RSR (siehe Abbildung 1) entsprechen, wurden speziell für Anwendungen in der Energieautomation entwickelt. Sie bieten eine hervorragende Immunität gegen elektrostatische Entladungen und Magnetfelder. Die 19-Zoll-Switches der MACH-1000-Familie sind für den Einbau in Schaltschränke konzipiert, während die kompakten RSR-Switches auf DIN-Schienen oder in Schalttafeln montiert werden können.
Beide Produktfamilien bieten zahlreiche Optionen hinsichtlich Portanzahl und Übertragungsmedien. Ihre Software umfasst umfassende Management-, Diagnose- und Filterfunktionen und unterstützt Hochgeschwindigkeits-Redundanzmechanismen wie RSTP, MRP und Fast Hyper Ring. Weitere Merkmale sind ein breiter Betriebstemperaturbereich (-40 °C bis 85 °C) und redundante AC- oder DC-Netzteile (18 V DC Eingang – 300 V AC/DC Ausgang). Zum Schutz vor Kondensation kann eine Schutzlackierung auf die Leiterplatten aufgebracht werden.
Zusammenfassung:
Der internationale Standard IEC 61850 schafft einen geeigneten Rahmen für die Implementierung von Ethernet zur Unterstützung der Automatisierung von Stromnetzen. Seine offene Architektur und Interoperabilität bieten einen hohen Investitionsschutz. Extrem robuste Netzwerkgeräte, die speziell für den Energiesektor geeignet sind, stehen nun zur Verfügung. Es gibt keinen Grund mehr, bei Neubau- oder Modernisierungsprojekten von Umspannwerken nicht auf die neueste Technologie umzusteigen.
Autor: Jürgen Schmid, Belden
