Resumo

A aceleração da transição energética demanda soluções que garantam agilidade, padronização e eficiência na concepção de sistemas de proteção, automação e controle (PAC). Este trabalho apresenta uma abordagem baseada em uma Plataforma de Engenharia (PE) com banco de dados integrado e aderente à norma IEC 61850, capaz de viabilizar o desenvolvimento modular de projetos a partir da definição de estruturas típicas reutilizáveis. Com suporte à abordagem de engenharia Top-Down, a plataforma permite que decisões de alto nível resultem na geração automática de dispositivos, conexões, diagramas e documentação técnica completa, garantindo consistência e rastreabilidade em todas as etapas. Recursos como o Advanced Typical Manager (ATM) e o Project Builder (PB) facilitam a configuração de variantes e a replicação de soluções previamente validadas, promovendo ganhos de escala e redução no tempo de engenharia. Além disso, a centralização de dados e a gestão integrada de objetos técnicos permitem que todas as disciplinas acessem informações atualizadas, minimizando erros e melhorando a coordenação entre equipes. A integração nativa com a norma IEC 61850 viabiliza a exportação e importação de arquivos SCL e a estruturação funcional automatizada conforme os padrões estabelecidos. Estudos de caso demonstram que projetos completos, com centenas de dispositivos, foram gerados em poucos minutos, evidenciando ganhos significativos em produtividade e qualidade. A estratégia proposta contribui de forma direta para a digitalização da infraestrutura elétrica, com potencial de apoiar a implantação em larga escala de tecnologias sustentáveis e acelerar a liberação de empreendimentos estratégicos no contexto da transição energética.

1.0 INTRODUÇÃO

A transição energética é um processo natural, capaz de refletir as necessidades e valores de cada etapa da história. Contudo, o agravamento do estado de Aquecimento Global, marcado por recordes de altas temperaturas e ondas de calor mais frequentes, resultando em impactos significativos nos mais diversos âmbitos, denota a necessidade de aceleração desse processo. Nesse contexto, são introduzidos os pilares da modernização do setor energético, os 3 Ds da energia: descentralização, digitalização e descarbonização [1].

Buscando oferecer suporte à crescente complexidade da rede, a digitalização se destaca com tecnologias de automação e inovação para o gerenciamento de informações operacionais do sistema [[2]. Dentre os conceitos envolvidos nesse movimento, são introduzidos os gêmeos digitais, que remetem à representação de modelos digitais dinâmicos de ativos físicos: conferem constante atualização, com dados em tempo real, de sistemas como subestações, linhas de transmissão e plantas de geração. Desse modo, permitem análise de comportamento dos sistemas, aumentando sua eficiência operacional, além de atuar com a previsão de falhas, otimização do desempenho e auxiliar na tomada de decisões [3].

Nesta conjuntura, a seleção de uma PE é essencial para a viabilização dessa transformação. A PE é estruturada para suportar o ciclo de vida de projetos de sistemas de energia, incluindo o desenvolvimento de sistemas PAC. A plataforma oferece um ambiente colaborativo para engenheiros de diferentes disciplinas, facilitando a criação, configuração e gerenciamento de projetos de subestações. A utilização de uma PE permite uma melhor gestão da informação, padronização de processos e automação de tarefas repetitivas. Assim como evidenciado em [4], seu papel também está associado à preservação e inclusão de documentação legada, caracterizada por formatos analógicos ou pouco estruturados. [4] apresentou a implementação da gestão de informações e processos, em cenário de volume expressivo de documentos técnicos, com suporte de integrações compatíveis com a plataforma, como ferramentas de inteligência artificial e automatismos baseados nos padrões estabelecidos. Além disso, a integração de normas como a IEC 61850 aos processos de engenharia presentes na PE permite a adoção de uma abordagem baseada em modelos, na qual todos os dados relevantes são representados como objetos no banco de dados da plataforma [5].

Experiências internacionais também comprovam a eficácia da adoção desse tipo de estratégia: uma distribuidora alemã obteve significativa redução no esforço de configuração por meio do uso de kits modulares e do recurso ATM, reduzindo o tempo de geração da documentação técnica de uma semana para poucas horas, por projeto [6]. Outro operador alemão destacou a implementação de um gêmeo digital com suporte a múltiplas disciplinas (engenharia 2D/3D, ERP), permitindo que alterações em objetos técnicos sejam refletidas automaticamente em todas as representações, eliminando redundâncias e falhas de consistência comuns a entradas duplicadas [7]. Adicionalmente, um fornecedor internacional de energia relatou uma redução de aproximadamente 20% no tempo de planejamento, atribuída à padronização de estruturas [8]. Esses resultados demonstram os ganhos reais obtidos com a centralização da informação técnica e a aplicação de processos integrados de engenharia digital.

Além disso, estudos anteriores, como o apresentado em [9], demonstram que a integração da IEC 61850 nos empreendimentos resulta em reduções de até 30% nos custos de capital (CAPEX), devido à eliminação de painéis físicos, redução de fiação e maior integração funcional. Em paralelo, os custos operacionais (OPEX) podem ser reduzidos em até 60%, graças à manutenção baseada em condição (CBM), menor necessidade de visitas de campo e maior capacidade de monitoramento remoto. Além dos ganhos tangíveis, há ainda benefícios intangíveis, como maior segurança, padronização, redução de erros, preparação para futuras exigências regulatórias e melhor posicionamento para práticas de cibersegurança.

2.0 CONTROLADOR DE TÍPICOS

Típicos podem ser definidos como estruturas padronizadas que representam configurações genéricas de elementos funcionais presentes em sistemas de engenharia. Dessa forma, podem ser utilizados como "blocos padronizados" para replicação em diferentes tipos de documentação.

Ao fragmentar um grande projeto em pequenas partes categorizadas, é possível atribuir diferentes frentes para sua execução. Esse tipo de abordagem permite que especialistas de cada área possam desenvolver o “típico” correspondente à sua disciplina, para integração do projeto completo em um único ambiente. Ademais, colaboradores menos experientes podem ter acesso aos típicos através do armazenamento em bibliotecas da PE, tanto para melhor compreensão de seu desenvolvimento quanto para a replicação em novos projetos. Assim, conforme a necessidade do desenvolvimento de projetos, seus respectivos típicos podem ser armazenados em bibliotecas previstas pelo banco de dados da PE. Essas estruturas podem conter tanto os ativos primários quanto os secundários da instalação, juntamente com o modelo de dados definido pela norma IEC 61850, que organiza de forma estruturada as funções de automação, medição e controle [[10]. Esta abordagem integra o modelo de dados e os detalhes específicos do projeto, combinando o mundo físico com o modelo lógico definido pela IEC 61850 [10].

Adicionalmente, como a gestão de típicos está associada aos princípios de design modular, no qual o sistema é segmentado em blocos funcionais padronizados e reutilizáveis, há indicativo de sua compatibilidade com a abordagem de engenharia Top-Down. Isso se deve ao fato de que a metodologia inicia o desenvolvimento a partir da definição de requisitos de alto nível e especificações funcionais, antes de avançar para os detalhes de implementação [11]. Dessa forma, a utilização de projeto modelo, aliado ao padrão IEC 61850, como base para novos projetos permite a padronização e a replicação de configurações validadas, resultando em ganhos significativos de produtividade, qualidade e interoperabilidade.

No contexto do ATM, os típicos podem ser combinados de maneira flexível, através do processo de seleção de opções e variações, permitindo a estruturação de arranjos personalizados que se adequem às necessidades específicas dos projetos, como apresentado na Figura 1. Durante a escolha de configuração de um transformador de corrente (TC) com um, dois ou três núcleos, destinados às funções de proteção, medição ou deixados sem uso, cada particularidade está associada a uma parte do diagrama e são unidas em um único desenho.

Cada típico encapsula um conjunto de elementos que abrangem múltiplas camadas do projeto: desde diagramas funcionais, que são automaticamente adaptados de acordo com a seleção do arranjo, até as estruturas físicas que são representadas no banco de dados, como painéis, dispositivos, bornes, cabos e conexões.

Além disso, o ATM contempla a parte funcional dos projetos, característica fundamental para projetos baseados na norma IEC 61850. Desse modo, as informações sobre os elementos funcionais, como funções lógicas, nós lógicos e suas atribuições a IEDs estão associadas aos típicos e são herdadas automaticamente pelo projeto de destino, garantindo consistência na modelagem funcional e facilitando a posterior geração de arquivos com formato Substation Configuration Language (SCL). O caminho reverso é compreendido pela PE, com classe nativa implementada especificamente para adequação à norma, seu escopo prevê importação de arquivos SCL com posterior estruturação no banco de dados.

2.1 Desenvolvimento de Projetos

A estratégia proposta é de que os típicos sejam desenvolvidos à medida que a concepção de projetos envolvendo suas especificidades seja requisitada, refletindo soluções testadas e validadas com base em experiências reais. Para apoiar o processo de criação de projetos, com ou sem típicos, a PE dispõe de ferramentas específicas para otimização do fluxo de trabalho. Um dos destaques é o Workflow Assistant, que coordena a gestão de projetos entre diferentes departamentos, viabiliza a programação de ações entre transições e a transferência automatizada de informações para outros sistemas corporativos [10]. Isso garante uma comunicação eficiente entre as equipes envolvidas e contribui para o desenvolvimento contínuo e estruturado dos típicos, com alto grau de reutilização e consistência técnica [4].

Para complementar o conjunto de recursos oferecidos, a PE oferece a funcionalidade de Rastreamento de Dados, capaz de gerar comparações entre diferentes versões do projeto. Dessa forma, o sistema identifica e destaca automaticamente registros de dados que foram modificados, excluídos ou adicionados entre os estados comparados, facilitando o controle de alterações em projetos. Outro recurso de natureza semelhante é o histórico de objetos, que registra o ciclo de vida completo de cada elemento do projeto, armazenando informações como o valor anterior, o novo valor, o autor da modificação e a data/hora em que ela foi feita, permitindo o acompanhamento de todas as modificações realizadas [10]. Essa visibilidade detalhada apoia tanto a auditoria quanto a validação de informações em projetos complexos.

Diante da perspectiva de identificar inconsistências em equipamentos, potenciais, fios ou documentos, o Assistente de Qualidade é acrescentado ao conjunto de ferramentas descrito. Esse assistente contribui para a confiabilidade dos dados, ao realizar verificações automáticas nos projetos com a possibilidade de geração de relatórios, acessar diretamente o item com falha e aplicar as devidas correções, seja na estrutura do banco ou no diagrama. Buscando oferecer apoio à tomada de decisão mais precisa, o módulo Asset 360 Datasheet apresenta fichas técnicas completas que reúnem uma visão panorâmica sobre todos os objetos associados ao ativo selecionado. O documento inclui atributos relevantes, conexões elétricas existentes no projeto, dispositivos vinculados e quaisquer elementos conectados logica ou fisicamente. Cada vez que o arquivo é aberto, os dados são atualizados com base nas informações mais recentes do projeto, garantindo que a visualização esteja sempre alinhada com a última versão do modelo [10].

2.2 Catálogos e Dimensionamento

Dentro do ambiente proporcionado pela PE, os catálogos constituem repositórios estruturados baseados em modelo de objetos que armazenam definições completas de equipamentos e dispositivos técnicos [[10]. Cada item de catálogo encapsula a topologia funcional e física do dispositivo, incluindo módulos, interfaces de comunicação, tipos de porta, atributos descritivos, contatos, estrutura de pinos etc.

Durante o desenvolvimento de projetos, ao instanciar um objeto é possível utilizar o recurso de substituição por item do catálogo. Esse procedimento transfere automaticamente toda a hierarquia de objetos filhos e propriedades técnicas do item selecionado. Além disso, os catálogos permitem portabilidade e reutilização por meio das funcionalidades de exportação e importação [10], facilitando o compartilhamento entre diferentes projetos, departamentos ou até mesmo unidades organizacionais.

Essa funcionalidade também está presente no ATM, através do campo de Dimensionamento, através do qual é possível aplicar de forma massiva e automatizada os conjuntos de dados de catálogo sobre vários dispositivos simultaneamente [10]. De acordo com a seleção na interface do assistente, o conjunto de dados configurado no catálogo é aplicado diretamente aos objetos instanciados, garantindo coerência técnica e padronização nos projetos.

3.0 INTEGRAÇÃO COM O ASSISTENTE DE CRIAÇÃO DE PROJETOS

O Project Builder é uma ferramenta complementar ao ATM, desenvolvida para facilitar a criação de projetos dentro da PE. Oferece uma interface intuitiva, permitindo a composição de variantes de projeto de forma clara e acessível, mesmo sem conhecimento técnico especializado.

Sua estrutura é dividida em duas partes principais, de acordo com a Figura 2. A primeira é um editor, responsável pela construção da interface de entrada de dados, na qual usuários familiarizados com o ATM podem configurar condições específicas para combinações de módulos e variantes [10]. Esse aspecto reduz a ocorrência de inconsistências e reforça a qualidade dos projetos gerados, pois garante que as seleções feitas sejam coerentes e atendam plenamente aos requisitos técnicos e funcionais de cada projeto.

A segunda parte é o configurador, que executa a criação do projeto com base nas condições e opções definidas [10]. O PB não substitui o ATM, apenas o complementa. Ao usar o PB, o ATM funciona em segundo plano para garantir que as variantes selecionadas estejam em conformidade com os padrões e típicos existentes no sistema.

Ademais, com o alto nível de personalização, é possível estruturar de forma parametrizada e consistente configurações completas do sistema. Desde decisões macro, como a topologia da subestação (SE), o tipo de vão, tipo da SE (SE convencional ou digital), até elementos complementares, como modelos de IEDs, modelos de equipamentos de pátio, miscelânea etc. Dessa forma, também é possível realizar o estabelecimento de condições de modo que escolhas em uma instância causem impacto nas seleções posteriores: optar por vão do tipo transformador, desbloquearia a possiblidade de definir o tipo de sistema de controle de paralelismo envolvido, ou, em cenários com linhas, a disponibilidade de configurar o tipo de comunicação entre terminais remotos para teleproteção, por exemplo.

4.0 ESTUDO DE CASOS

A seguir, são apresentados os resultados da aplicação da abordagem proposta em dois estudos de caso distintos, implementados na plataforma de engenharia da Aucotec, o Engineering Base (EB). O primeiro está relacionado à velocidade e escala da geração de documentação técnica a partir de projetos típicos, enquanto o segundo explora a integração direta com a norma IEC 61850, comparando qualitativamente o desempenho obtido no EB com abordagens tradicionais utilizadas no setor elétrico.

4.1 Documentação Herdada

O ponto de partida é um projeto vazio, contendo apenas a estrutura de pastas nativas oferecida por padrão em todo novo projeto da plataforma. Com a execução do assistente, o usuário inicia o projeto com a escolha do tipo de cubículo, assim como apresentado na Figura 3, configurando compatibilidade com a abordagem de engenharia Top-Down. Essa decisão macro, tomada no início do processo, desencadeia automaticamente a inserção de todos os elementos técnicos associados à seleção. O assistente se encarrega de instanciar os dispositivos correspondentes, organizar a documentação de forma hierárquica, gerar os diagramas funcionais e estabelecer os relacionamentos necessários no banco de dados. Assim, os detalhes complementares são incorporados ao projeto de forma coerente e padronizada.

Como resultado, foi produzido um caderno técnico contendo 10 páginas de diagramas funcionais, apresentado na Figura 4. Esses diagramas apresentam uma visão completa do funcionamento dos cubículos de saída, incluindo as interfaces com o barramento de comunicação, comandos locais e remotos, lógica de sinalização local e remota, medição da saída, supervisão de estado, lógica de falha de disjuntor, lógica de religamento, relé de proteção utilizado e os intertravamentos e proteções gerais aplicados à saída. Todo o projeto foi concebido em menos de três minutos, com total aderência ao padrão estabelecido no projeto típico.

Os resultados observados refletem os benefícios já evidenciados por experiências internacionais. Assim como as organizações estrangeiras mencionadas anteriormente, que alcançaram reduções significativas em tempo e esforço de engenharia por meio da modularização, padronização e centralização de dados, o caso em questão demonstra desempenho equivalente. Evidenciando a atuação da PE como fonte única da verdade, ao consolidar todas as informações técnicas em um único banco de dados orientado a objetos. Além de viabilizar a cooperação multidisciplinar contínua, permitindo que diferentes áreas atuem simultaneamente sobre os mesmos objetos, sem perda de rastreabilidade ou duplicidade de informações, pois propaga automaticamente todas as alterações realizadas, eliminando erros de sincronização comumente relacionados à fragmentação de plataformas.

4.2 Integração com a IEC 61850

Em ambientes tradicionais, como descritos no desenvolvimento em [12], a construção do sistema exige que os dados estejam distribuídos em múltiplos arquivos e ferramentas. O estudo apresentou a concepção do arquivo SSD em um configurador de sistema, para posteriormente ser testado em outra ferramenta e adaptado manualmente de acordo com cada fabricante de IED. Essa fragmentação exige cuidados adicionais para manter a consistência entre os arquivos, além de dificultar a rastreabilidade e o controle de versões.

Em contrapartida, todos os elementos no EB, sejam físicos ou lógicos, são representados como objetos em uma fonte única da verdade – um banco de dados unificado –, incluindo IEDs, cabos, pinos, diagramas, potenciais, sinais e relações lógicas. Essa modelagem centralizada garante que qualquer alteração feita em um objeto se propague automaticamente para todos os documentos e representações relacionadas, mantendo a consistência e eliminando a redundância de dados. A configuração descrita é ilustrada na Figura 5, na qual um projeto é gerado a partir da interface do PB.

Além disso, a PE possui recursos nativos para exportar e importar arquivos SCL conforme a IEC 61850 de modo totalmente integrado ao modelo digital do projeto, assim como ilustrado na Figura 6. As funções lógicas são organizadas com estrutura compatível à norma IEC 61850, facilitando o mapeamento de LNs, LDs, datasets e estruturas de comunicação.

5.0 CONCLUSÕES

A otimização do desenvolvimento de projetos de sistemas PAC em plataformas de engenharia, utilizando ferramentas de automação e uma abordagem estruturada como a engenharia Top-Down, representa um avanço significativo na modernização da infraestrutura elétrica. A capacidade de padronizar, replicar e gerenciar projetos de forma eficiente, aliada à integração do padrão IEC 61850, contribui para a redução de custos, a diminuição de erros e a aceleração do tempo de desenvolvimento. Além disso, a curva de aprendizado das equipes é encurtada e o tempo necessário entre a concepção do projeto e sua entrada em operação é significativamente reduzido. Esse ganho operacional e documental é particularmente relevante diante do cenário de constante evolução das tecnologias relacionadas a recursos renováveis e da urgência em destravar trâmites envolvendo grandes investimentos em infraestrutura energética.

Esses benefícios são cruciais para apoiar a transição energética, permitindo a rápida e eficiente integração de fontes de energia renováveis e a implantação de tecnologias avançadas necessárias para um sistema de energia mais sustentável e resiliente.

6.0 BIBLIOGRAFIA

[1] EPE – EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Cenários Energéticos: Plano Nacional de Energia 2055. Rio de Janeiro: EPE, 2025. Acesso em: 3 mar. 2025.

[2] EPE – EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Relatório final do PNE 2050: Plano Nacional de Energia 2050. Rio de Janeiro: EPE, 2020. Acesso em: 4 jan. 2025.

[3] FIRAS, B. I. et al. A comprehensive review of the dynamic applications of the digital twin technology across diverse energy sectors. Energy Strategy Reviews, v. 52, p. 101334, 1 mar. 2024.

[4] MAGALHÃES, E. et al. Implementação de Gestão Integrada de Informações e Processos de Projetos de SPCS em Plataforma de Engenharia na Eletrobras Chesf. XVII Seminário Técnico de Proteção e Controle – STPC, 2024.

[5] AUCOTEC. Substations according to IEC 61850 made easy. Hanôver, Alemanha: Aucotec, 2024. Disponível em: https://www.aucotec.com/en/news-press/article/substations-according-to-iec-61850-made-easy/. Acesso em: 14 abr. 2025.

[6] AUCOTEC. Engineering Base drives forward network expansion in Bavaria. Hanôver, Alemanha: Aucotec, 2025. Disponível em: https://www.aucotec.com/en/industries/energy-infrastructure-technology/power-transmission-and-distribution/bayernwerk-success-story. Acesso em: 14 abr. 2025.

[7] AUCOTEC. Engineering expertise in plant modeling accelerates expansion of grid. Hanôver, Alemanha: Aucotec, 2025. Disponível em: https://www.aucotec.com/en/industries/energy-infrastructure-technology/power-transmission-and-distribution/bs-netz-success-story. Acesso em: 14 abr. 2025.

[8] AUCOTEC. New engineering concept to combat time pressure. Hanôver, Alemanha: Aucotec, 2025. Disponível em: https://www.aucotec.com/en/industries/energy-infrastructure-technology/power-transmission-and-distribution/tennet-success-story. Acesso em: 14 abr. 2025.

[9] CLERMONT, S. et al. Cost-Benefit Analysis for IEC 61850 Implementation. PAC World Conference. 2020

[10] AUCOTEC. Engineering Base: User Guide 2025. Hanôver, Alemanha: Aucotec, 2025.

[11] SILVA, F. et al. Novel IEC 61850-based off-site engineering and validation methodology for protection, automation, and control systems. Electric Power Systems Research, v. 232, p. 110409, 19 abr. 2024.

[12] ALEXANDRINO, M. et al. Protection, automation and control system design according to IEC 61850 – Eletrobras Eletrosul’s experience on System Specification Description file development. 15th International Conference on Developments in Power System Protection (DPSP 2020), Liverpool, UK, 2020, p. 1-6.