لماذا يمكن فقدان الحزم على الشبكة المحلية؟ هناك خيارات مختلفة: تم تكوين الحجز بشكل غير صحيح، أو أن الشبكة لا تستطيع التعامل مع الحمل، أو أن الشبكة المحلية "عاصفة". لكن السبب لا يكمن دائمًا في طبقة الشبكة.
قامت شركة Arktek LLC بتصنيع أنظمة التحكم الآلي في العمليات وأنظمة المراقبة بالفيديو لمنجم Rasvumchorrsky التابع لشركة Apatit JSC استنادًا إلى .
كانت هناك مشاكل في جزء واحد من الشبكة. بين مفاتيح FL SWITCH 3012E-2FX – وFL سويتش 3006T-2FX – وكانت قناة الاتصال غير مستقرة للغاية.
تم توصيل الأجهزة بواسطة كابل نحاسي موضوع في قناة واحدة بكابل طاقة بقدرة 6 كيلو فولت. يخلق كابل الطاقة مجالًا كهرومغناطيسيًا قويًا، مما يسبب التداخل. لا تتمتع المفاتيح الصناعية التقليدية بحصانة كافية من الضوضاء، لذلك تم فقدان بعض البيانات.
عندما تم تثبيت مفاتيح FL SWITCH 3012E-2FX على كلا الطرفين – ، لقد استقر الاتصال. تتوافق هذه المفاتيح مع IEC 61850-3. من بين أمور أخرى، يصف الجزء 3 من هذه المواصفة القياسية متطلبات التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) للأجهزة التي يتم تركيبها في محطات الطاقة الكهربائية والمحطات الفرعية.
لماذا كان أداء المحولات ذات التوافق الكهرومغناطيسي المحسن أفضل؟
EMC - أحكام عامة
اتضح أن استقرار نقل البيانات على الشبكة المحلية لا يتأثر فقط بالتكوين الصحيح للمعدات وكمية البيانات المنقولة. يمكن أن يكون سبب الحزم المسقطة أو المفتاح المكسور هو التداخل الكهرومغناطيسي: جهاز راديو تم استخدامه بالقرب من معدات الشبكة، أو كابل طاقة موضوع بالقرب، أو مفتاح طاقة فتح الدائرة أثناء حدوث ماس كهربائي.
يعد الراديو والكابل والمحول مصادر للتداخل الكهرومغناطيسي. تم تصميم محولات التوافق الكهرومغناطيسي المحسّن (EMC) لتعمل بشكل طبيعي عند تعرضها لهذا التداخل.
هناك نوعان من التداخل الكهرومغناطيسي: الاستقرائي والمنفذ.
وينتقل التداخل الاستقرائي عبر المجال الكهرومغناطيسي "عبر الهواء". ويسمى هذا التداخل أيضًا بالتداخل المشع أو المشع.
يتم نقل التداخل عبر الموصلات: الأسلاك والأرض وما إلى ذلك.
يحدث التداخل الاستقرائي عند تعرضه لمجال كهرومغناطيسي أو مغناطيسي قوي. يمكن أن يحدث التداخل الناتج عن تبديل الدوائر الحالية، أو ضربات البرق، أو النبضات، وما إلى ذلك.
يمكن أن تتأثر المفاتيح، مثل جميع المعدات، بالضوضاء الحثية والموصلة.
دعونا نلقي نظرة على مصادر التدخل المختلفة في المنشأة الصناعية، ونوع التدخل الذي تسببه.
مصادر التدخل
الأجهزة التي ينبعث منها الراديو (أجهزة الاتصال اللاسلكي، والهواتف المحمولة، ومعدات اللحام، وأفران الحث، وما إلى ذلك)
أي جهاز ينبعث منه مجال كهرومغناطيسي. يؤثر هذا المجال الكهرومغناطيسي على المعدات حثيًا وموصليًا.
إذا تم توليد المجال بقوة كافية، فإنه يمكن أن يخلق تيارًا في الموصل، مما سيؤدي إلى تعطيل عملية نقل الإشارة. يمكن أن يؤدي التداخل القوي جدًا إلى إيقاف تشغيل المعدات. وهكذا يظهر التأثير الاستقرائي.
يستخدم موظفو التشغيل والخدمات الأمنية الهواتف المحمولة وأجهزة الاتصال اللاسلكي للتواصل مع بعضهم البعض. تعمل أجهزة إرسال الراديو والتلفزيون الثابتة في المرافق، ويتم تثبيت أجهزة Bluetooth وWiFi على المنشآت المتنقلة.
كل هذه الأجهزة عبارة عن مولدات قوية للمجال الكهرومغناطيسي. لذلك، لكي تعمل بشكل طبيعي في البيئات الصناعية، يجب أن تكون المحولات قادرة على تحمل التداخل الكهرومغناطيسي.
يتم تحديد البيئة الكهرومغناطيسية من خلال قوة المجال الكهرومغناطيسي.
عند اختبار مفتاح لمقاومة التأثيرات الحثية للمجالات الكهرومغناطيسية، يتم تحفيز مجال قدره 10 فولت/م على المفتاح. في هذه الحالة، يجب أن يكون المفتاح يعمل بكامل طاقته.
أي موصلات داخل المفتاح، وكذلك أي كابلات، هي هوائيات استقبال سلبية. قد تتسبب الأجهزة التي ينبعث منها الراديو في حدوث تداخل كهرومغناطيسي في نطاق التردد من 150 هرتز إلى 80 ميجا هرتز. يحفز المجال الكهرومغناطيسي الجهد في هذه الموصلات. هذه الفولتية بدورها تسبب تيارات، مما يخلق ضوضاء في المفتاح.
لاختبار المفتاح الخاص بمناعة EMI، يتم تطبيق الجهد على منافذ البيانات ومنافذ الطاقة. يحدد GOST R 51317.4.6-99 قيمة جهد قدرها 10 فولت لمستوى عالٍ من الإشعاع الكهرومغناطيسي. في هذه الحالة، يجب أن يكون المفتاح يعمل بكامل طاقته.
التيار في كابلات الكهرباء وخطوط الكهرباء ودوائر التأريض
يخلق التيار في كابلات الطاقة وخطوط الكهرباء ودوائر التأريض مجالًا مغناطيسيًا بتردد صناعي (50 هرتز). يؤدي التعرض للمجال المغناطيسي إلى توليد تيار في موصل مغلق، وهو ما يسمى بالتداخل.
ينقسم المجال المغناطيسي لتردد الطاقة إلى:
- المجال المغناطيسي ذو الكثافة الثابتة والمنخفضة نسبيًا الناتج عن التيارات في ظل ظروف التشغيل العادية؛
- مجال مغناطيسي ذو كثافة عالية نسبيًا ناجم عن التيارات في ظروف الطوارئ، ويعمل لفترة قصيرة حتى يتم تشغيل الأجهزة.
عند اختبار المفاتيح من أجل ثبات التعرض لمجال مغناطيسي بتردد الطاقة، يتم تطبيق مجال قدره 100 أمبير/م عليها لفترة طويلة و1000 أمبير/م لمدة 3 ثوانٍ. عند الاختبار، يجب أن تكون المفاتيح تعمل بكامل طاقتها.
للمقارنة، يولد فرن الميكروويف المنزلي التقليدي قوة مجال مغناطيسي تصل إلى 10 أمبير/م.
الصواعق، حالات الطوارئ في الشبكات الكهربائية
تتسبب الصواعق أيضًا في حدوث تداخل في معدات الشبكة. إنها لا تدوم طويلا، لكن حجمها يمكن أن يصل إلى عدة آلاف من الفولتات. ويسمى هذا التدخل بالنبض.
يمكن تطبيق ضوضاء النبض على كل من منافذ الطاقة ومنافذ البيانات الخاصة بالمحول. نظرًا لقيم الجهد الزائد العالية، فإنها يمكن أن تعطل عمل الجهاز وتحرقه بالكامل.
تعتبر ضربة البرق حالة خاصة من الضوضاء النبضية. يمكن تصنيفها على أنها ضوضاء نبضية عالية الطاقة بالميكروثانية.
يمكن أن تكون ضربة البرق من أنواع مختلفة: ضربة صاعقة لدائرة الجهد الخارجي، ضربة غير مباشرة، ضربة على الأرض.
عندما يضرب البرق دائرة جهد خارجي، يحدث تداخل بسبب تدفق تيار تفريغ كبير عبر الدائرة الخارجية ودائرة التأريض.
تعتبر ضربة البرق غير المباشرة بمثابة تفريغ البرق بين السحب. خلال مثل هذه التأثيرات، يتم إنشاء المجالات الكهرومغناطيسية. أنها تحفز الفولتية أو التيارات في موصلات النظام الكهربائي. وهذا ما يسبب التداخل.
عندما يضرب البرق الأرض، يتدفق التيار عبر الأرض. يمكن أن يخلق فرقًا محتملاً في نظام تأريض السيارة.
يتم إنشاء نفس التداخل بالضبط عن طريق تبديل بنوك المكثفات. مثل هذا التبديل هو عملية تبديل عابرة. جميع عمليات التبديل العابرة تسبب ضوضاء نبضية عالية الطاقة بالميكروثانية.
يمكن أن تؤدي التغيرات السريعة في الجهد أو التيار عند تشغيل أجهزة الحماية أيضًا إلى حدوث ضوضاء نبضية بالميكروثانية في الدوائر الداخلية.
لاختبار مفتاح المقاومة لضوضاء النبض، يتم استخدام مولدات نبض اختبار خاصة. على سبيل المثال، يو سي إس 500N5. يوفر هذا المولد نبضات ذات معلمات مختلفة لمنافذ التبديل قيد الاختبار. تعتمد معلمات النبض على الاختبارات التي يتم إجراؤها. يمكن أن تختلف في شكل النبض ومقاومة الخرج والجهد ووقت التعرض.
أثناء اختبارات مناعة ضوضاء نبضة الميكروثانية، يتم تطبيق نبضات بقدرة 2 كيلو فولت على منافذ الطاقة. لمنافذ البيانات - 4 كيلو فولت. خلال هذا الاختبار، من المفترض أن العملية قد تنقطع، ولكن بعد اختفاء التداخل، سوف تتعافى من تلقاء نفسها.
تبديل الأحمال التفاعلية، "ارتداد" جهات اتصال التتابع، والتبديل عند تصحيح التيار المتردد
يمكن أن تحدث عمليات تبديل مختلفة في النظام الكهربائي: انقطاع الأحمال الحثية، وفتح اتصالات التتابع، وما إلى ذلك.
تؤدي عمليات التبديل هذه أيضًا إلى إنشاء ضوضاء نبضية. وتتراوح مدتها من نانوثانية واحدة إلى ميكروثانية واحدة. تسمى هذه الضوضاء النبضية بالضوضاء النبضية بالنانو ثانية.
ولإجراء الاختبارات، يتم إرسال دفعات من نبضات النانو ثانية إلى المفاتيح. يتم توفير النبضات إلى منافذ الطاقة ومنافذ البيانات.
يتم تزويد منافذ الطاقة بنبضات 2 كيلو فولت، ويتم تزويد منافذ البيانات بنبضات 4 كيلو فولت.
أثناء اختبار الضوضاء المتفجرة بالنانو ثانية، يجب أن تكون المفاتيح تعمل بكامل طاقتها.
الضوضاء الصادرة عن المعدات الإلكترونية الصناعية والمرشحات والكابلات
إذا تم تركيب المفتاح بالقرب من أنظمة توزيع الطاقة أو معدات الطاقة الإلكترونية، فقد يؤدي ذلك إلى حدوث فولطية غير متوازنة فيها. يسمى هذا التداخل بالتداخل الكهرومغناطيسي.
المصادر الرئيسية للتداخل الذي تم إجراؤه هي:
- أنظمة توزيع الطاقة، بما في ذلك التيار المستمر و50 هرتز؛
- المعدات الإلكترونية الطاقة.
وتنقسم حسب مصدر التداخل إلى نوعين:
- الجهد المستمر والجهد بتردد 50 هرتز. تولد الدوائر القصيرة والاضطرابات الأخرى في أنظمة التوزيع تداخلاً عند التردد الأساسي؛
- الجهد في نطاق التردد من 15 هرتز إلى 150 كيلو هرتز. عادةً ما يتم إنشاء مثل هذا التداخل بواسطة أنظمة الطاقة الإلكترونية.
لاختبار المفاتيح، يتم تزويد منافذ الطاقة والبيانات بجهد جذر متوسط التربيع يبلغ 30 فولت بشكل مستمر وجهد جذر متوسط التربيع يبلغ 300 فولت لمدة ثانية واحدة. تتوافق قيم الجهد هذه مع أعلى درجة من خطورة اختبارات GOST.
يجب أن يتحمل الجهاز مثل هذه التأثيرات إذا تم تركيبه في بيئة كهرومغناطيسية قاسية. وتتميز بما يلي:
- وسيتم ربط الأجهزة قيد الاختبار بالشبكات الكهربائية ذات الجهد المنخفض وخطوط الجهد المتوسط؛
- سيتم توصيل الأجهزة بنظام التأريض للمعدات ذات الجهد العالي.
- يتم استخدام محولات الطاقة التي تضخ تيارات كبيرة في نظام التأريض.
يمكن العثور على ظروف مماثلة في المحطات أو المحطات الفرعية.
تصحيح جهد التيار المتردد عند شحن البطاريات
بعد التصحيح، ينبض جهد الخرج دائمًا. أي أن قيم الجهد تتغير بشكل عشوائي أو دوري.
إذا كانت المفاتيح مدعومة بجهد التيار المستمر، فقد تؤدي تموجات الجهد الكبيرة إلى تعطيل تشغيل الأجهزة.
كقاعدة عامة، تستخدم جميع الأنظمة الحديثة مرشحات خاصة مضادة للتعرجات ومستوى التموج ليس مرتفعا. لكن الوضع يتغير عندما يتم تركيب البطاريات في نظام إمداد الطاقة. عند شحن البطاريات، يزداد التموج.
ولذلك، يجب أيضا أن تؤخذ في الاعتبار إمكانية حدوث مثل هذا التدخل.
اختتام
تتيح لك المحولات ذات التوافق الكهرومغناطيسي المحسن نقل البيانات في البيئات الكهرومغناطيسية القاسية. في مثال منجم Rasvumchorr في بداية المقال، تم تعريض كابل البيانات لمجال مغناطيسي قوي للتردد الصناعي وإجراء تداخل في نطاق التردد من 0 إلى 150 كيلو هرتز. لم تتمكن المحولات الصناعية التقليدية من التعامل مع نقل البيانات في ظل هذه الظروف وتم فقدان الحزم.
يمكن أن تعمل المحولات ذات التوافق الكهرومغناطيسي المحسن بشكل كامل عند تعرضها للتداخل التالي:
- المجالات الكهرومغناطيسية للترددات الراديوية؛
- المجالات المغناطيسية ذات التردد الصناعي؛
- ضوضاء نبضية بالنانو ثانية؛
- ضوضاء نبض ميكروثانية عالية الطاقة ؛
- إجراء التداخل الناجم عن المجال الكهرومغناطيسي للترددات الراديوية؛
- إجراء تداخل في نطاق التردد من 0 إلى 150 كيلو هرتز؛
- تموج جهد مصدر الطاقة DC.
المصدر: www.habr.com