Ethernet in rauen Umgebungen

Robuste Ethernet-Infrastrukturen

Eine der grundlegenden Anforderungen an IEDs und das Ethernet-LAN in einer Umspannanlage besteht darin, dass diese unter dem Einfluss einer ganzen Reihe von EMI-Phänomenen, die in Umspannanlagen auftreten, zuverlässig und korrekt arbeiten. Der IEC-61850-3-Standard spezifiziert hierfür eine Reihe von Typenfestigkeitstests. Diese stellen sicher, dass den in rauen Umgebungen auftretende Gefahren (beispielsweise induktive Lastwechsel, Blitzeinschläge oder elektrostatische Entladungen) effektiv entgegengewirkt wird. Zudem erfordert ein LAN-basiertes Tripping-System auf Basis der GOOSE-Spezifikationen eine hohe Robustheit gegenüber Umgebungseinflüssen. Eine einzige verlorene Nachricht entscheidet schon über den Erfolg oder Misserfolg eines Schalt- beziehungsweise Regelvorgangs.

Ethernet-Kommunikationsnetze zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:

• hohe Übertragungsgeschwindigkeiten,
• extrem lange Übertragungsdistanzen und
• standardisierte Stecker und Kabelverbindungen.

Über die klassischen Ethernet-Anforderungen hinausgehend stellt die Netzleittechnik zusätzliche Anforderungen an die Verfügbarkeit und die Zuverlässigkeit. Daher müssen Planer von Automatisierungssystemen sicherstellen, dass die in das Projekt eingeplanten Ethernet-Komponenten die IEC-61850-3-Typentests erfolgreich absolviert haben.

Das Ethernet unterstützt als Übertragungsmedium sowohl Glasfaser- als auch Kupferkabel. Der Netzplaner steht daher vor der schwierigen Entscheidung, wann er welche Übertragungsmedien einsetzen soll. Moderne Glasfaserkabel weisen in einem rauen Umfeld viele Vorzüge auf. Hierzu gehören die Unempfindlichkeit gegenüber elektrischen Störungen, die kostengünstige Überbrückung großer Entfernungen und die immense Bandbreite dieser Technologie. Die reinen Port-Kosten liegen zwar bei Glasfaser noch deutlich höher als bei Kupferkabeln, aber der Preis relativiert sich, wenn man bedenkt, dass für einen Kupferkabelanschluss in rauen Umgebungen zusätzlich noch teure Sicherungsmaßnahmen (Schirmungen, Erdungen, Blitz- und Überspannungsschutz) vorgesehen werden müssen.

Jede 61850-IED ist physikalisch über das Ethernet mit einem Switch-Port verbunden. Zu den Grundaufgaben von (ungemanagten) Switches gehört die Ausfilterung fehlerhafter Pakete, die Weiterleitung der Daten in Richtung des gewünschten Empfängers und das Verkehrsmanagement zwischen den Eingangs- und Ausgangsports. Ein gemanagter Switch stellt darüber hinaus wichtige zusätzliche Funktionen für die Verwaltung und Optimierung des Netzwerks zur Verfügung. Hierzu gehören beispielsweise:

• VLANs (802.1Q) und Class of Service (CoS) (802.1p),
• statische oder dynamische Multicast-Filter (für die GOOSE-Nachrichten),
• Link-Aggregierung / -Trunking (IEEE 802.3ad),
• Port-Spiegelung,
• Rapid-Spanning-Tree (IEEE 802.1D-2004) zur Unterstützung fehlertoleranter Topologien,
• SNMPv2/3 (inklusive der RMON-Gruppen 1, 2, 3, 9),
• Switch-Verwaltung über RS232, Telnet, SSH, SNMP, http sowie
• Abfragemöglichkeiten von Status und Statistiken als Mittel zur Fehleranalyse.

1. Ethernet in rauen Umgebungen
2. Robuste Ethernet-Infrastrukturen
3. Netzwerk-Topologie, Redundanz und RSTP
4. Administration und Management