La topología define cómo se conectan los switches de la subestación y qué pasa cuando uno falla. La estrella es simple y barata, pero su switch central es un punto único de falla; el anillo tolera la pérdida de un enlace a cambio de más saltos y de un protocolo de redundancia; la doble estrella con PRP no pierde tramas. La elección depende de la función que viaja por la red y del nivel de tensión.
Qué decide la topología
La topología es la forma en que se conectan los switches y los IED de la subestación. Define tres cosas que importan a protección y control:
- Qué pasa cuando falla un enlace o un switch: cuántos IED quedan aislados y por cuánto tiempo.
- Cuántos saltos hace una trama entre dos IED, y con ellos su retardo.
- Cuánto cuesta: número de switches, de puertos y de fibras.
IEC TR 61850-90-4, la guía de ingeniería de redes de IEC 61850, compara las topologías, la redundancia y la sincronización de tiempo para que el diseñador elija con criterio. No impone una: la elección es del proyecto. Los bloques generales de la red están en la red de comunicaciones de subestación.
Estrella
Todos los IED, o los switches de bahía, se conectan a un switch central.
- A favor: es la más simple, con un solo salto entre switches de bahía y el núcleo, y fácil de mantener: la falla de un switch de bahía solo afecta a su bahía.
- En contra: el switch central es un punto único de falla. Si cae, toda la subestación queda incomunicada.
- Dónde se usa: subestaciones de media tensión e industria donde la filosofía acepta perder la red durante una reparación, porque los disparos van cableados.
Doble estrella
Son dos estrellas independientes, la LAN A y la LAN B, y cada IED se conecta a ambas con PRP.
- A favor: la falla de cualquier switch o enlace de una LAN no hace perder ninguna trama, porque la otra LAN entrega la copia. Es la topología habitual del bus de estación en alta y extra alta tensión.
- En contra: duplica switches, fuentes y fibras, y exige separar físicamente las dos redes para que la redundancia sea real.
Anillo
Los switches se conectan en cadena cerrada. Para que la trama no gire sin fin, un protocolo bloquea un enlace en servicio normal y lo habilita si otro falla: RSTP o MRP. También puede ser un anillo HSR, donde cada trama recorre el anillo en los dos sentidos.
- A favor: tolera la pérdida de un enlace o de un switch con poco cableado: dos fibras por switch.
- En contra: con RSTP o MRP se pierden tramas mientras la red se reconfigura. Las tramas atraviesan varios switches, y cada salto suma retardo. Una falla de dos puntos parte el anillo en dos islas.
- Dónde se usa: bus de estación de alta tensión cuando la filosofía admite la reconfiguración; celdas de media tensión con HSR.
Anillo de anillos y escalera
En subestaciones grandes, un solo anillo con todos los switches acumula demasiados saltos y una sola falla afecta a toda la red. Se divide así:
- Anillo de anillos: un anillo principal de núcleo y anillos secundarios por nivel de tensión o por grupo de bahías, unidos al núcleo por dos switches. Una falla queda contenida en su anillo.
- Escalera: dos cadenas de switches paralelas unidas en varios puntos, como los peldaños de una escalera. Da varios caminos alternos y combina bien con PRP cuando cada cadena es una LAN.
Estas variantes dan más disponibilidad, pero complican el cálculo de retardos y la configuración de la redundancia. Conviene documentarlas con un plano que muestre qué enlace bloquea el protocolo en servicio normal.
Comparación
| Topología | Falla de un switch | Saltos típicos | Costo | Uso típico |
|---|---|---|---|---|
| Estrella | Si es el central, se pierde toda la red | Pocos | Bajo | Media tensión, industria |
| Doble estrella PRP | Ninguna trama perdida | Pocos | Alto (dos redes) | Bus de estación AT y EAT |
| Anillo RSTP o MRP | Reconfiguración con pérdida breve | Varios, según la posición | Medio | Bus de estación AT |
| Anillo HSR | Ninguna trama perdida | Varios; el tráfico se duplica | Medio | Bus de proceso, celdas MT |
| Anillo de anillos o escalera | La falla queda contenida | Varios | Medio a alto | Subestaciones grandes |
Retardo por salto
Los switches de subestación suelen reenviar una trama solo después de recibirla completa. Cada salto suma ese tiempo de recepción, que depende del tamaño de la trama y de la velocidad del enlace: a 100 Mbit/s, una trama de 1500 bytes tarda unos 120 µs en recibirse. Si además la trama espera en la cola detrás de otra larga, el retardo crece. Por eso:
- los GOOSE de disparo y los valores muestreados se marcan con prioridad alta según IEEE 802.1Q;
- los enlaces entre switches se hacen de 1 Gbit/s cuando hay muchos saltos;
- se limita el número de switches en el camino de las funciones críticas.
Bus de estación frente a bus de proceso
El bus de estación une IED, sistema de control, gateway y reloj de toda la subestación. Su tráfico es moderado (MMS, GOOSE, tiempo) y admite anillo, doble estrella o sus combinaciones.
El bus de proceso une unidades de fusión, IED de protección e interruptores. Lleva valores muestreados con un flujo constante y alto, y cualquier pérdida bloquea protecciones. Por eso se diseña por bahía o por zona de protección, con PRP o HSR, y se cuida que el tráfico de una bahía no inunde a las demás.
- ¿Viajan por la red disparos por GOOSE o valores muestreados?
- Sí¿El presupuesto permite dos redes independientes?
- SíDoble estrella con PRP
- NoAnillo HSR con pocos switches
- No, solo MMS, SCADA y enclavamientos no críticos¿Se acepta una pérdida breve al reconfigurar?
- SíAnillo con RSTP o MRP
- NoDoble estrella con PRP
Errores frecuentes
- Anillo sin plano del enlace bloqueado, que nadie sabe dónde está cuando hay que diagnosticar.
- Switches de las dos LAN de PRP alimentados por la misma fuente o con fibras por la misma canaleta.
- Demasiados switches en un anillo, con retardos que nadie calculó.
- Mezclar RSTP y PRP sin criterio en los mismos puertos.
Diseño de la red con Tiza Group
Elegir la topología es parte del diseño de la red y debe hacerse con los tiempos de cada función a la vista. Nuestro equipo lo hace dentro de la ingeniería de comunicaciones, de forma remota, para subestaciones de media, alta y extra alta tensión y para industria. En sitio, configuramos y probamos la red con nuestro servicio de ingeniería IEC 61850. Escríbanos con el número de bahías y la filosofía de protección.
Guías relacionadas
- Red de comunicaciones de subestación
- RSTP y MRP: redundancia Ethernet
- PRP y HSR (IEC 62439-3)
- Bus de estación
- Bus de proceso
- Switch Ethernet de subestación
- Tormenta de tráfico en la red de la subestación
- Redundancia de red en subestaciones: RSTP, PRP, HSR o MRP
- Tiempo de transferencia en IEC 61850: clases y medición
- Comunicaciones de subestación por nivel de tensión
- Plan de direccionamiento IP y VLAN de una subestación
- Pruebas de la red de comunicaciones de una subestación
Referencias
- IEC TR 61850-90-4:2020, Network engineering guidelines.
- IEC 62439-2:2021 (MRP) e IEC 62439-3:2021 (PRP y HSR).
- IEEE 802.1Q: VLAN y prioridad.
- IEC 61850-5: requisitos de comunicación y clases de tiempo de transferencia.
Preguntas frecuentes
¿Qué es mejor para IEC 61850, anillo o estrella?
Depende de lo que viaje por la red. Un anillo con RSTP o MRP tolera la pérdida de un enlace, pero pierde tramas mientras se reconfigura. Para GOOSE de disparo y valores muestreados se prefiere una doble estrella con PRP o un anillo HSR, que no tienen tiempo de recuperación.
¿Cuántos switches puede tener un anillo?
Lo limita el protocolo de redundancia y el retardo acumulado. MRP, por ejemplo, fija sus tiempos de recuperación para anillos de hasta 50 equipos. En subestaciones grandes es más común dividir la red en varios anillos, uno por nivel de tensión o por grupo de bahías, unidos a un núcleo.
¿La topología del bus de proceso es la misma que la del bus de estación?
No necesariamente. El bus de proceso lleva valores muestreados con gran volumen de tráfico y exigencia de tiempo, por eso suele diseñarse por bahía o por zona de protección, a menudo con HSR o PRP, mientras el bus de estación cubre toda la subestación.