Los valores muestreados (SV) son el mensaje de IEC 61850-9-2 que lleva las corrientes y tensiones digitalizadas desde la unidad de fusión hasta los relés por el bus de proceso. Cada trama multicast de capa 2 trae muestras numeradas con un contador (smpCnt) que vuelve a cero cada segundo y un indicador de sincronización (smpSynch); la guía 9-2LE y la norma IEC 61869-9 fijan las tasas y el contenido para que equipos de distintos fabricantes se entiendan.
Qué son los valores muestreados y su norma
Los valores muestreados (Sampled Values, SV) transmiten las formas de onda de corriente y tensión como muestras digitales. IEC 61850-7-2 define el modelo abstracto (bloque de control de SV multicast, MSVCB) e IEC 61850-9-2 su mapeo a tramas Ethernet. Como la 9-2 deja abiertas muchas opciones, el UCA International Users Group publicó en 2004 la guía de implementación conocida como 9-2LE, y luego IEC 61869-9 fijó la interfaz digital normalizada de los transformadores de medida. Es una pieza del modelo descrito en la visión general de IEC 61850.
Dónde se usa en la subestación y por qué
SV es el tráfico del bus de proceso: la merging unit junto al equipo primario digitaliza las señales de los CT y PT y publica los flujos; relés, controladores, medidores y registradores se suscriben. Reemplaza el cableado de cobre de los secundarios, elimina el riesgo de abrir un secundario de CT en la casa de control y permite que varios equipos usen la misma medida.
Cómo funciona
Trama. SV es multicast de capa 2, como GOOSE:
- MAC de destino del rango 01-0C-CD-04-xx-xx.
- Etiqueta IEEE 802.1Q con VLAN y prioridad (en 9-2LE la prioridad por defecto es 4).
- Ethertype 88-BA y APPID (en 9-2LE, 0x4000 por defecto).
- Dos campos reservados; uno lleva el bit de simulación.
Contenido. La unidad de datos lleva el número de ASDU por trama (noASDU) y, en cada ASDU: el identificador del flujo (svID), el contador de muestra (smpCnt), la revisión de configuración (confRev), el indicador de sincronización (smpSynch) y los datos; la tasa de muestreo y el tiempo de refresco son opcionales. En 9-2LE el dataset (PhsMeas1) trae cuatro corrientes (IA, IB, IC, IN) y cuatro tensiones (VA, VB, VC, VN), cada una con su calidad, desde los nodos lógicos TCTR y TVTR.
Tasas.
| Perfil | Muestras | Muestras por trama |
|---|---|---|
| 9-2LE protección | 80 por ciclo (4000/s a 50 Hz, 4800/s a 60 Hz) | 1 |
| 9-2LE medida | 256 por ciclo | 8 |
| IEC 61869-9 preferida | 4800/s, a 50 o 60 Hz | 2 |
IEC 61869-9 prevé además tasas mayores, como 14 400 muestras por segundo con seis muestras por trama para medida de calidad de potencia. Las tasas de 61869-9 son fijas en muestras por segundo, sin depender de la frecuencia de la red.
smpCnt. Vale cero en la muestra tomada al inicio de cada segundo y sube con cada muestra (hasta 3999 o 4799 en 9-2LE). Así el suscriptor alinea las muestras de varias unidades de fusión por su número, aunque lleguen con retardos distintos.
smpSynch. Indica la referencia de tiempo: 0 sin sincronización, 1 reloj local, 2 reloj global (exactitud mejor que 1 µs) y de 5 a 254 un reloj local identificado. 9-2LE usaba 1PPS; IEC 61869-9 se apoya en PTP según IEC/IEEE 61850-9-3.
Tiempos. El retardo de la unidad de fusión, del muestreo a la salida de la trama, está limitado: la guía 9-2LE remite a IEC 60044-8, que da 3 ms nominales cuando se sincroniza por pulsos, e IEC 61869-9 fija sus propios límites. A eso se suman los switches y el procesamiento del relé.
Ancho de banda. Una trama 9-2LE típica ocupa 146 bytes; a 4800 tramas por segundo son unos 5,6 Mbps por flujo, y unos 18 flujos saturan un enlace de 100 Mbps.
Redundancia. SV no tiene retransmisión; una trama perdida es una muestra perdida. Por eso se usa PRP o HSR en el bus de proceso.
Configuración
En el SCD se define, por unidad de fusión, el bloque de control (svID, confRev, perfil de tasa y muestras por trama), la MAC, el APPID, la VLAN y la prioridad. Cada suscriptor enlaza los canales a sus entradas analógicas y define la relación de transformación primaria. Hay que comprobar que publicador y suscriptor soporten el mismo perfil (9-2LE o una variante de IEC 61869-9). Vea archivos SCL.
Seguridad
SV viaja en claro. IEC 62351-6 define protección contra repetición y autenticación de SV en capa 2, pero su adopción está limitada por el retardo que añade frente a los tiempos de protección. En la práctica: red física dedicada o VLAN exclusiva, puertos cerrados y supervisión.
Problemas típicos en campo y cómo diagnosticarlos
- Bloqueo por sincronización: smpSynch distinto entre unidades de fusión. Revise reloj, switches PTP y estado de cada unidad.
- Muestras perdidas o fuera de secuencia: saltos en smpCnt, enlace saturado o switch sin prioridad.
- Suscripción rechazada: svID, confRev, APPID, MAC o VLAN distintos a lo configurado. LSVS lo indica.
- Magnitud o ángulo errados: relación o polaridad mal configuradas, o perfil de tasa distinto.
- Calidad inválida en un canal por falla de la unidad de fusión.
Un suscriptor SV de diagnóstico o Wireshark muestran svID, smpCnt, smpSynch y la calidad de cada canal.
Cómo convive con otros protocolos
En el bus de proceso SV comparte la red con los GOOSE de disparo y posición y con PTP. Son flujos continuos que no esperan eventos, así que el diseño de la red parte de su carga. Vea GOOSE. En subestaciones existentes conviven con el cableado convencional: una unidad de fusión independiente (SAMU, IEC 61869-13) toma los secundarios normales de los CT y PT y entrega SV, de modo que se puede digitalizar por bahías.
Cómo se prueba
- Exactitud de magnitud y ángulo: inyección en la unidad de fusión y comparación con lo publicado.
- Retardo de procesamiento: tiempo entre el inicio del segundo y la trama con smpCnt igual a cero.
- Intervalo entre tramas y fluctuación.
- Muestras perdidas, fuera de secuencia o corruptas.
- smpSynch ante pérdida y recuperación del tiempo.
- Estadísticas del suscriptor: muchos relés cuentan muestras perdidas, mensajes corruptos y retardo medido de cada flujo, útiles para evaluar la red a largo plazo.
- Relé con SV simulados: el equipo de prueba publica SV con el bit de simulación hacia un IED en modo simulación.
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Referencias
- IEC 61850-7-2: modelo de transmisión de valores muestreados.
- IEC 61850-9-2: valores muestreados sobre ISO/IEC 8802-3.
- UCA International Users Group: guía de implementación 9-2LE, versión 2.1 (2004).
- IEC 61869-9: interfaz digital para transformadores de medida.
- IEC 60044-8: transformadores de corriente electrónicos (retardo de 9-2LE).
- IEC/IEEE 61850-9-3: perfil PTP para automatización de sistemas de potencia.
- IEC 62351-6: seguridad para IEC 61850.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre 9-2LE e IEC 61869-9?
La 9-2LE es una guía de implementación del UCA International Users Group (2004) que fijó un perfil de IEC 61850-9-2: 80 muestras por ciclo con una muestra por trama, o 256 por ciclo con ocho, y sincronización por 1PPS. IEC 61869-9 es la norma de producto para la interfaz digital de los transformadores de medida; su configuración preferida es 4800 muestras por segundo con dos muestras por trama, sin depender de la frecuencia de la red.
¿Por qué el relé bloquea la diferencial cuando se pierde el reloj?
Porque las muestras de distintas unidades de fusión solo se pueden comparar si fueron tomadas en el mismo instante. Cuando una unidad pierde la referencia global, cambia su smpSynch y el relé, según su lógica, bloquea las funciones que comparan muestras de varias fuentes.
¿Cuántos flujos SV caben en un enlace de 100 Mbps?
Pocos. En un ejemplo publicado por un fabricante, un flujo 9-2LE de 4800 tramas por segundo ocupa unos 5,6 Mbps, de modo que unos 18 flujos saturan el enlace. Por eso el bus de proceso se diseña con VLAN, filtrado multicast y enlaces de mayor capacidad.