IEC 61869-9 define el retardo de procesamiento de una merging unit como la diferencia entre el tiempo codificado en el campo SmpCnt y el instante en que el mensaje aparece en la salida digital. El fabricante declara el máximo, que no puede pasar de 10 ms en calidad de energía, 2 ms en protección y medida, 100 µs en control de continua de bajo ancho de banda y 25 µs en el de alto ancho de banda. No incluye los retardos de la red.
Respuesta corta
Una merging unit toma las señales del primario, las convierte en muestras y las publica en una trama de valores muestreados. Entre el instante que representa cada muestra y el instante en que su trama sale por el puerto pasa un tiempo. IEC 61869-9, edición de 2016, lo llama retardo de procesamiento.
Ese tiempo se suma al que tarda la protección en detectar una falla. Por eso la norma obliga al fabricante a declarar el máximo y le impone un tope según la aplicación.
Qué es el retardo de procesamiento
La cláusula 3.5.902 lo define como la diferencia entre el tiempo codificado en el campo SmpCnt del mensaje de salida y el instante en que ese mensaje aparece en la salida digital. La cláusula 3.5.903 define el máximo como el mayor retardo de procesamiento en todas las condiciones de funcionamiento asignadas.
SmpCnt es un contador de muestras. Cuenta desde cero al inicio de cada segundo, y a partir de él se calcula el instante que representa cada muestra. El formato de la trama se explica en la guía de mensaje de valores muestreados 9-2.
El instante de salida se mide en un punto preciso de la trama, el punto de sello de tiempo del mensaje. La norma lo define en la figura 907 para la capa física 100BASE-FX, a partir de una interpretación de IEEE 1588.
Un ejemplo de la norma
La figura 906 de la norma muestra una merging unit que publica 4 800 muestras por segundo, una cada 0,2 ms aproximadamente. La muestra con SmpCnt igual a 0 codifica el instante xxx,0000 s. Llega a la salida en el instante xxx,0009 s. Su retardo de procesamiento es de 0,9 ms.
Como ninguna otra muestra del ejemplo tarda más, 0,9 ms es también el retardo de procesamiento máximo de esa merging unit.
- Muestra tomada en el primario. Su instante lo codifica SmpCnt, por ejemplo xxx,0000 s
- Conversión y filtrado en la merging unit. Aquí se consume el tiempo de procesamiento
- Mensaje en el punto de sello de tiempo. El instante de salida se mide con el reloj externo
- Retardo = salida menos tiempo de SmpCnt. En el ejemplo, xxx,0009 menos xxx,0000 es 0,9 ms
- El mayor valor es el retardo máximo. Es el que declara el fabricante
Límites de la tabla 901
El fabricante especifica el retardo máximo, y este debe estar dentro de los límites de la tabla 901.
| Clase de aplicación | Límite del retardo máximo |
|---|---|
| Medida de calidad de energía | 10 ms |
| Protección y medida | 2 ms |
| Control de continua de bajo ancho de banda y crítico en tiempo | 100 µs |
| Control de continua de alto ancho de banda | 25 µs |
El límite se mide en la salida de la merging unit. Para una merging unit de protección a 50 Hz, 2 ms equivalen a una décima parte de un ciclo.
Qué no incluye
La norma deja claro que el límite no incluye los retardos externos de los componentes de la red del bus de proceso ni la congestión. Esos retardos dependen de la aplicación, son críticos para el funcionamiento del sistema y son responsabilidad del integrador, es decir, del ingeniero que diseña la red. Quedan fuera del alcance de la norma.
Esto tiene una consecuencia práctica. El tiempo total desde el primario hasta el relé es la suma del retardo de la merging unit, el de la red y el de procesamiento del propio relé. Una merging unit que cumple 2 ms no garantiza por sí sola un tiempo de operación. Los retardos de red se estudian en las guías de bus de proceso y de ancho de banda de valores muestreados y GOOSE.
Qué pasa con el ángulo de fase
Con una salida analógica, el retardo afecta la estimación de los ángulos primarios. Con salida digital, el ángulo se calcula con el tiempo de muestreo codificado en el mensaje, no con el momento de la recepción. El error de fase resulta de la diferencia entre el tiempo codificado y el instante que la muestra representa en el primario, y es independiente del retardo.
Los límites de error de fase de las normas de producto aseguran que el tiempo codificado corresponda al instante real de la muestra. Para un relé que compara varias merging units, lo importante es que todas estén bien sincronizadas, no que tengan el mismo retardo.
El retardo sí cuenta en otra cosa: se suma al tiempo de detección de falla del relé. Para sistemas de alto desempeño, la norma recomienda mantener el retardo máximo al mínimo.
En holdover y en modo libre
La cláusula 6.902.2 pide que el retardo máximo siga cumpliendo la norma, tanto si el equipo está sincronizado con una referencia externa como si está en holdover, es decir, con el tiempo que sostiene durante una pérdida de sincronización.
En modo libre, por definición, el retardo no se puede medir, porque no hay una referencia externa. Tampoco se verifica por separado por la complejidad de medir con precisión alta tensión y alta corriente. Lo que se exige es que no se observe un cambio significativo del retardo al pasar de holdover a modo libre.
Cómo se verifica
El ensayo está en la cláusula 7.2.902. Se mide el retardo de procesamiento de cada trama que sale por la salida digital. Como los requisitos de respuesta en frecuencia y de fase ya forman parte de la exactitud, se asume que el tiempo codificado corresponde al punto de muestreo en el primario.
Condiciones del ensayo:
- dura al menos 1 minuto;
- no necesita señales analógicas de tensión ni de corriente;
- usa la misma fuente de tiempo que sincroniza a la merging unit;
- la incertidumbre de la medida de tiempo debe ser menor que la diferencia entre el límite de la tabla 901 y el máximo medido;
- si el mensaje trae varias muestras, se mide con respecto al primer SmpCnt, el más antiguo.
Para ver la transición a modo libre, el ensayo se repite durante 1 s desde el instante en que SmpSynch pasa a cero. El retardo máximo medido no debe cambiar más de 100 µs respecto del valor del ensayo sincronizado. Los equipos con holdover de más de 24 h quedan exentos y deben asegurar el cumplimiento por diseño.
Qué no hacer
- No sume el retardo declarado de la merging unit y suponga que es el retardo de todo el bus de proceso.
- No compare merging units de aplicaciones distintas con el mismo límite.
- No use un retardo medido con una fuente de tiempo distinta de la que sincroniza al equipo.
- No confunda el retardo de procesamiento con el retardo de la red de valores muestreados.
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El retardo se combina con la sincronización, la tasa de muestreo y la calidad de las muestras. La carga y el retardo de un LPIT completan el cálculo. La visión general está en merging unit y bus de proceso. Para calcular el ancho de banda y la latencia del bus de proceso, use nuestra herramienta gratuita de direcciones GOOSE/SV y bus de proceso.
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Referencias
- IEC 61869-9, Instrument transformers - Part 9: Digital interface for instrument transformers, edición 1.0 de 2016, cláusulas 3.5.902, 3.5.903, 6.902.2 (tabla 901, figuras 906 y 907) y 7.2.902.
Preguntas frecuentes
¿El retardo de procesamiento de la merging unit incluye el retardo de la red de la subestación?
No. IEC 61869-9 mide el límite en la salida de la merging unit y excluye los retardos de los equipos de red y la congestión. Esos retardos dependen de cada aplicación y son responsabilidad del integrador del sistema, que diseña la red.
¿El retardo de procesamiento afecta el ángulo de fase de la medida?
No, cuando la salida es digital. El ángulo se calcula con el tiempo de muestreo codificado en el mensaje, no con el instante en que el mensaje llega. El error de fase depende de la diferencia entre el tiempo codificado y el instante real de la muestra en el primario. Lo que sí hace el retardo es sumarse al tiempo de detección de falla del relé.
¿Cómo se verifica el retardo máximo de una merging unit?
Se mide durante al menos 1 minuto, sin señales analógicas, con la misma fuente de tiempo que sincroniza a la merging unit y la del equipo de medida. Se compara el instante en que aparece el mensaje con el tiempo que representa su SmpCnt. Además se verifica que al pasar de sincronizado a modo libre el retardo no cambie más de 100 µs.