Bezpieczna komunikacja w sektorze energetycznym

Architektura systemu energetycznego

System energetyczny można podzielić na:

• Wytwarzanie – producenci energii elektrycznej, np. elektrownie jądrowe, węglowe, gazowe, wodne, słoneczne, wiatrowe,
• Przesył – dostarczanie na duże odległości energii elektrycznej, czyli przesyłanie energii od punktu wytwarzania, do stacji elektroenergetycznej,
• Dystrybucję – obniża napięcie do poziomu odpowiedniego dla lokalnej sieci dystrybucyjnej i ponownie obniża napięcie do poziomu klienta końcowego.

Odległości, na jakie ma być przesyłana energia, obligują różne wartości stosowanych napięć:

• Sieci przesyłowe od 220 do 400 kV (tzw. najwyższe napięcia), w przypadku przesyłania na duże odległości,
• Sieci dystrybucyjne 110 kV (tzw. wysokie napięcie), w przypadku przesyłania na odległości nie przekraczające kilkudziesięciu kilometrów,
• od 10 do 20 kV (tzw. średnie napięcia), stosowane w lokalnych liniach rozdzielczych.

Podnoszenie napięcia dla celów przesyłu, a następnie obniżania do poziomu, na którym możliwe jest stosowanie elektrycznych urządzeń powszechnego użytku zbudowanego na napięcie 220/230 lub 380/400 V, wymaga korzystania z systemowych stacji elektroenergetycznych najwyższych napięć, wielu stacji rozdzielczych wysokiego napięcia oraz rozlicznych stacji transformatorowych zamieniających średnie napięcie (rozdzielcze) na powszechnie stosowane w instalacjach odbiorczych (230/400 V).

W stacjach znajdują się m.in. sterowniki polowe przeznaczone do realizacji automatyki zabezpieczeniowej, sterowania, pomiarów i nadzoru pól rozdzielczych średniego napięcia oraz urządzenia elektroniczne służące do komunikacji. Co ważne, komunikacja pomiędzy urządzeniami zainstalowanymi w różnych polach stacji elektroenergetycznej odbywa się zazwyczaj za pomocą sieci Ethernet. W strukturze takich stacji bardzo często, na poziomie szyny stacyjnej oraz szyny procesowej, używa się specjalnych switchy umożliwiających niezawodną pracę w ekstremalnych warunkach.

Modułowe switche Raptor do zastosowań w infrastrukturze krytycznej od Phoenix Contact

Do szerokiej oferty produktów i rozwiązań dla energetyki od Phoenix Contact dołączyły switche serii RAPTOR, które łączą w sobie liczne funkcje bezpieczeństwa, diagnostyki i wydajności. Jest to o tyle istotne, że inteligentne sieci energetyczne umożliwiają integrację zaawansowanych technologii oraz odnawialnych źródeł energii, a ich budowa stała się kluczowa dla efektywnego zarządzania energią i reagowania na awarie. Rozwój oraz inwestycje w rozbudowę infrastruktury sieciowej przyczyniają się do poprawy efektywności energetycznej oraz obniżenia kosztów operacyjnych. Ponadto, integracja sieci elektroenergetycznych w UE wymaga adaptacji do rosnącego zapotrzebowania na energię elektryczną, co wiąże się z potrzebą obsługi bardziej cyfrowego, zdecentralizowanego i elastycznego systemu. Globalne standardy odgrywają zatem kluczową rolę w zapewnieniu interoperacyjności oraz bezpieczeństwa. Przedsiębiorstwa energetyczne mogą lepiej zarządzać zasobami i optymalizować procesy, co jest istotne w kontekście ciągłej ewolucji technologii czy przepisów.

Komunikacja w stacjach elektroenergetycznych

W strukturze stacji, takich jak na powyższym schemacie, switche mogą pracować zarówno na poziomie szyny stacyjnej, jak i szyny procesowej.

W cyfrowych stacjach elektroenergetycznych, w magistrali procesowej, kluczowymi elementami są Merging Units, czyli jednostki scalające umożliwiające digitalizację informacji analogowych, binarnych i poleceń do formatu IEC 61850. Jest to interfejs pomiarowy pomiędzy procesem pierwotnym, a funkcjonalnością zabezpieczeń.

Innym bardzo ważnym elementem jest IED (ang. Intelligent Electronic Device), czyli zintegrowany sterownik mikroprocesorowy, często nazywany również mikroprocesorowym urządzeniem stacyjnym. Urządzenia te odbierają dane z czujników oraz urządzeń zasilających i wydają polecenia sterujące, np. wyzwalające wyłączniki, jeśli wykryją anomalie napięcia, prądu lub częstotliwości. Urządzenia IED są oczywiście zaprojektowane do obsługi normy IEC 61850, co zapewnia zaawansowane funkcje ochrony i komunikacji.

Switche a wymagania i normy

Urządzenia stosowane w obszarze dystrybucji energii muszą być odporne na ekstremalne warunki środowiskowe i spełniać wysokie wymagania norm IEC 61850-3 oraz IEEE 1613:

• wysoka odporność na zakłócenia elektromagnetyczne,
• rozszerzony zakresem temperatur (od –40 do 85°C),
• ekstremalna odporność na wstrząsy i wibracje, niezawodna praca w wymagających sieciach.

Tak ekstremalne warunki występują najczęściej w samych stacjach elektroenergetycznych i/lub polach transformatorowych, stąd wymóg stosowania specjalnych urządzeń spełniających normy.

Switche Raptor są zaprojektowane do pracy w wymagających warunkach infrastruktury krytycznej i spełniają rygorystyczne wytyczne norm IEC 61850-3 i IEEE 1613. Zapewniają niezawodność oraz wydajność nawet w ekstremalnych warunkach środowiskowych, są idealnym rozwiązaniem dla sektora energetycznego, gwarantując ciągłość i bezpieczeństwo przesyłu energii. Infrastruktura krytyczna wymaga również wysokiego poziomu cyberbezpieczeństwa, aby chronić sieć przed atakami hakerów lub nieautoryzowanym dostępem. Mając to na uwadze, switche Raptor oferują rozbudowane funkcje bezpieczeństwa, a ich modułowa konstrukcja umożliwia adaptację urządzeń do potrzeb aplikacji.

Switche serii Raptor umożliwiają szybką i niezawodną komunikację

Switche Raptor dostępne są w 2 wariantach:

• EP6400/EP 6500 – występują w predefiniowanych konfiguracjach, które mają swoje indywidualne numery zamówieniowe. Są przystosowane do montażu na szynę DIN,
• EP7400/EP 7500 – modele modułowe, który składają się z bazy i osobno zamawianych modułów komunikacyjnych oraz redundantnych zasilaczy, przeznaczone są do montażu w szafach rack (19-calowych).

Pod względem funkcjonalności sieciowych obie serie są sobie równoważne. Mają dokładnie taki sam interfejs konfiguracyjny i identyczne możliwości komunikacyjne. Są to switche zarządzalne warstwy drugiej (L2) oraz trzeciej (L3), wyposażone m.in. w wymagany w aplikacjach energetycznych precyzyjny transparentny zegar PTPv2 (do obsługi synchronizacji czasu). Mają budowę bezwentylatorową, a mimo to mogą pracować w temperaturach dochodzących nawet do 85°C.

Seria EP7400/7500 ma bardzo szerokie portfolio – zarówno samych modułów bazowych, jak i zasilaczy czy modułów rozszerzeń (komunikacyjnych):

• moduły bazowe – 4 rodzaje umożliwiające dopasowanie do aplikacji (podstawowy, z dodatkową powłoką ochronną, z obsługą PoE oraz z dodatkowymi funkcjami bezpieczeństwa),
• moduły zasilające z możliwością wymiany podczas pracy – 24 V DC, 48 V DC, 100/240 V AC/DC,
• moduły komunikacyjne – wyposażone w porty RJ45, SFP o przepustowości 10 GBit/s, redundancyjne HSR/PRP, porty szeregowe RS-232/422/485 (w formie D-SUB-9 lub RJ45),
• komputery przemysłowe pod systemy Windows lub Linux, instalowane jako moduł rozszerzeń.

Na płycie czołowej znajduje się czytelny, kolorowy ekran LCD wyświetlający informacje diagnostyczne, sloty na karty SD oraz porty konfiguracyjne umożliwiające dostęp do konsoli switcha.

Podsumowanie

W infrastrukturze krytycznej niezwykle istotne jest zachowanie wysokiego poziomu ochrony i zabezpieczenie sieci przed atakami hakerów lub nieautoryzowanym dostępem. Zainstalowane tam urządzenia komunikacyjne powinny oferować rozbudowane funkcje bezpieczeństwa, takie jak VLAN (do segmentacji i monitorowania sieci), zintegrowaną zaporę sieciową, NAT czy VPN/IPsec do zapewnienia bezpiecznej komunikacji. Wszystkie wspomniane funkcjonalności są dostępne w wersjach EP6500/7500 i nie wymagają żadnych dodatkowych licencji.

Switche RAPTOR spełniają kluczowe wymagania infrastruktury krytycznej (energetyka, procesy ciągłe, kolejnictwo itp.), takie jak skalowalna wydajność sieci, wysoka prędkość czy długi czas pracy. Ich modułowość poprawia niezawodne zarządzanie energią w sieci, zmniejsza koszty eksploatacji i ułatwia eksploatację.

Dowiedz się więcej o nowej serii RAPTOR – switchy zarządzalnych do wysokich wymagań!

www.phoenixcontact.pl