Proč mohou být pakety ztraceny v síti LAN? Existují různé možnosti: rezervace je nesprávně nakonfigurována, síť nezvládá zátěž nebo je LAN „bouřlivá“. Důvod ale ne vždy leží v síťové vrstvě.
Společnost Arktek LLC vyrobila automatizované systémy řízení procesů a video monitorovací systémy pro důl Rasvumchorrsky společnosti Apatit JSC založené na .
V jedné části sítě byly problémy. Mezi přepínači FL SWITCH 3012E-2FX – a FL SWITCH 3006T-2FX – komunikační kanál byl extrémně nestabilní.
Zařízení byla propojena měděným kabelem uloženým v jednom kanálu s napájecím kabelem 6 kV. Napájecí kabel vytváří silné elektromagnetické pole, které způsobuje rušení. Konvenční průmyslové přepínače nemají dostatečnou odolnost proti rušení, takže došlo ke ztrátě některých dat.
Když byly na obou koncích instalovány přepínače FL SWITCH 3012E-2FX – , spojení se stabilizovalo. Tyto spínače vyhovují IEC 61850-3. Část 3 této normy mimo jiné popisuje požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu (EMC) pro zařízení, která jsou instalována v elektrárnách a rozvodnách.
Proč fungovaly přepínače s vylepšenou EMC lépe?
EMC - obecná ustanovení
Ukazuje se, že stabilitu přenosu dat v síti LAN ovlivňuje nejen správná konfigurace zařízení a množství přenášených dat. Zahozené pakety nebo rozbitý spínač mohou být způsobeny elektromagnetickým rušením: rádiem, které bylo použito v blízkosti síťového zařízení, napájecím kabelem položeným poblíž nebo vypínačem, který rozpojil obvod během zkratu.
Rádio, kabel a spínač jsou zdrojem elektromagnetického rušení. Přepínače EMC (Enhanced Electromagnetic Compatibility) jsou navrženy tak, aby při vystavení tomuto rušení fungovaly normálně.
Existují dva typy elektromagnetického rušení: indukční a vedené.
Indukční interference se přenáší elektromagnetickým polem „vzduchem“. Tato interference se také nazývá vyzařovaná nebo vyzařovaná interference.
Vedené rušení se přenáší přes vodiče: dráty, zem atd.
K indukčnímu rušení dochází při vystavení silnému elektromagnetickému nebo magnetickému poli. Rušení ve vedení může být způsobeno spínáním proudových obvodů, údery blesku, impulsy atd.
Spínače, stejně jako všechna zařízení, mohou být ovlivněny jak indukčním, tak vedením.
Podívejme se na různé zdroje rušení v průmyslovém zařízení a na to, jaký druh rušení vytvářejí.
Zdroje rušení
Rádiová zařízení (vysílačky, mobilní telefony, svářecí zařízení, indukční pece atd.)
Jakékoli zařízení vysílá elektromagnetické pole. Toto elektromagnetické pole působí na zařízení jak indukčně, tak vodivě.
Pokud je pole generováno dostatečně silné, může ve vodiči vytvořit proud, který naruší proces přenosu signálu. Velmi silné rušení může vést k vypnutí zařízení. Dochází tak k induktivnímu efektu.
Provozní personál a bezpečnostní služby ke vzájemné komunikaci využívají mobilní telefony a vysílačky. Na objektech fungují stacionární rozhlasové a televizní vysílače, na mobilních instalacích jsou instalována zařízení Bluetooth a WiFi.
Všechna tato zařízení jsou výkonné generátory elektromagnetického pole. Proto, aby fungovaly normálně v průmyslovém prostředí, musí být přepínače schopny tolerovat elektromagnetické rušení.
Elektromagnetické prostředí je určeno silou elektromagnetického pole.
Při zkoušení spínače na odolnost proti indukčním účinkům elektromagnetických polí se na spínači indukuje pole 10 V/m. V tomto případě musí být spínač plně funkční.
Jakékoli vodiče uvnitř přepínače, stejně jako jakékoli kabely, jsou pasivní přijímací antény. Zařízení vyzařující rádiové signály mohou způsobovat elektromagnetické rušení ve frekvenčním rozsahu 150 Hz až 80 MHz. Elektromagnetické pole indukuje napětí v těchto vodičích. Tato napětí zase způsobují proudy, které vytvářejí šum ve spínači.
Pro testování odolnosti přepínače vůči elektromagnetickému rušení se na datové porty a napájecí porty přivede napětí. GOST R 51317.4.6-99 nastavuje hodnotu napětí 10 V pro vysokou úroveň elektromagnetického záření. V tomto případě musí být spínač plně funkční.
Proud v silových kabelech, silových vedeních, zemnících obvodech
Proud v silových kabelech, silových vedeních a zemnících obvodech vytváří magnetické pole průmyslové frekvence (50 Hz). Vystavením magnetickému poli vzniká v uzavřeném vodiči proud, což je rušení.
Magnetické pole silové frekvence se dělí na:
- magnetické pole konstantní a relativně nízké intenzity způsobené proudy za normálních provozních podmínek;
- magnetické pole relativně vysoké intenzity způsobené proudy v nouzových podmínkách, působící krátkodobě do spuštění zařízení.
Při testování spínačů na stabilitu vystavení silově-frekvenčnímu magnetickému poli je na ně dlouhodobě aplikováno pole 100 A/m a po dobu 1000 s 3 A/m. Při testování by měly být spínače plně funkční.
Pro srovnání, běžná domácí mikrovlnná trouba vytváří sílu magnetického pole až 10 A/m.
Údery blesku, havarijní stavy v elektrických sítích
Údery blesku také způsobují rušení síťových zařízení. Netrvají dlouho, ale jejich velikost může dosáhnout několika tisíc voltů. Takové rušení se nazývá pulzní.
Pulzní šum lze aplikovat jak na napájecí porty přepínače, tak na datové porty. Kvůli vysokým hodnotám přepětí mohou jak narušit fungování zařízení, tak je zcela spálit.
Úder blesku je zvláštní případ impulsního hluku. Lze jej klasifikovat jako vysokoenergetický mikrosekundový pulzní šum.
Úder blesku může být různých typů: úder blesku do vnějšího napěťového obvodu, nepřímý úder, úder do země.
Když blesk udeří do vnějšího napěťového obvodu, dochází k rušení v důsledku toku velkého výbojového proudu přes vnější obvod a zemnící obvod.
Za nepřímý úder blesku se považuje výboj blesku mezi mraky. Při takových nárazech vznikají elektromagnetická pole. Indukují napětí nebo proudy ve vodičích elektrického systému. To způsobuje rušení.
Při úderu blesku do země protéká zemí proud. Může vytvořit potenciální rozdíl v uzemňovacím systému vozidla.
Úplně stejné rušení vzniká přepínáním kondenzátorových bank. Takové přepínání je přepínací přechodový proces. Všechny spínací přechody způsobují vysokoenergetický mikrosekundový impulsní šum.
Rychlé změny napětí nebo proudu při činnosti ochranných zařízení mohou také způsobit mikrosekundový pulzní šum ve vnitřních obvodech.
Pro testování odolnosti spínače vůči pulznímu šumu se používají speciální testovací pulzní generátory. Například UCS 500N5. Tento generátor dodává impulzy různých parametrů do testovaných portů přepínače. Parametry pulsu závisí na provedených testech. Mohou se lišit tvarem pulzu, výstupním odporem, napětím a dobou expozice.
Během testů odolnosti mikrosekundového pulzního šumu jsou na napájecí porty aplikovány pulzy 2 kV. Pro datové porty - 4 kV. Při tomto testu se předpokládá, že provoz může být přerušen, ale po odeznění rušení se samo obnoví.
Spínání jalových zátěží, „odskakování“ kontaktů relé, spínání při usměrňování střídavého proudu
V elektrickém systému mohou nastat různé spínací procesy: přerušení indukčních zátěží, rozepnutí kontaktů relé atd.
Takové spínací procesy také vytvářejí impulsní šum. Jejich trvání se pohybuje od jedné nanosekundy do jedné mikrosekundy. Takový impulsní šum se nazývá nanosekundový impulsní šum.
K provedení testů se do spínačů posílají shluky nanosekundových pulzů. Impulzy jsou dodávány do napájecích a datových portů.
Napájecí porty jsou napájeny pulzy 2 kV a datové porty jsou napájeny pulzy 4 kV.
Během testování nanosekundového burst hluku musí být spínače plně funkční.
Hluk z průmyslových elektronických zařízení, filtrů a kabelů
Pokud je spínač instalován v blízkosti rozvodných systémů elektrické energie nebo výkonových elektronických zařízení, může se do nich indukovat nesymetrické napětí. Takové rušení se nazývá řízené elektromagnetické rušení.
Hlavními zdroji rušeného vedení jsou:
- systémy distribuce energie, včetně DC a 50 Hz;
- výkonová elektronická zařízení.
V závislosti na zdroji rušení se dělí na dva typy:
- konstantní napětí a napětí s frekvencí 50 Hz. Zkraty a jiná rušení v distribučních soustavách generují rušení na základní frekvenci;
- napětí ve frekvenčním pásmu od 15 Hz do 150 kHz. Takové rušení je obvykle generováno výkonovými elektronickými systémy.
Pro testování přepínačů jsou napájecí a datové porty napájeny rms napětím 30V nepřetržitě a rms napětím 300V po dobu 1s. Tyto hodnoty napětí odpovídají nejvyššímu stupni závažnosti testů GOST.
Zařízení musí odolat takovým vlivům, pokud je instalováno v drsném elektromagnetickém prostředí. Vyznačuje se:
- zkoušená zařízení budou napojena na elektrické sítě nízkého napětí a vedení vysokého napětí;
- zařízení budou připojena k uzemňovací soustavě vysokonapěťových zařízení;
- používají se výkonové měniče, které injektují značné proudy do uzemňovacího systému.
Podobné podmínky lze nalézt na stanicích nebo rozvodnách.
Usměrnění střídavého napětí při nabíjení baterií
Po usměrnění výstupní napětí vždy pulzuje. To znamená, že hodnoty napětí se mění náhodně nebo periodicky.
Pokud jsou spínače napájeny stejnosměrným napětím, velké zvlnění napětí může narušit činnost zařízení.
Všechny moderní systémy zpravidla používají speciální antialiasingové filtry a úroveň zvlnění není vysoká. Situace se však mění, když jsou v napájecím systému instalovány baterie. Při nabíjení baterií se zvlnění zvyšuje.
Proto je třeba počítat i s možností takového rušení.
Závěr
Přepínače s vylepšenou elektromagnetickou kompatibilitou umožňují přenos dat v drsných elektromagnetických prostředích. V příkladu dolu Rasvumchorr na začátku článku byl datový kabel vystaven silnému průmyslovému frekvenčnímu magnetickému poli a vedl rušení ve frekvenčním pásmu od 0 do 150 kHz. Konvenční průmyslové přepínače si za takových podmínek nedokázaly poradit s přenosem dat a došlo ke ztrátě paketů.
Spínače se zlepšenou elektromagnetickou kompatibilitou mohou plně fungovat, když jsou vystaveny následujícímu rušení:
- vysokofrekvenční elektromagnetická pole;
- průmyslová frekvenční magnetická pole;
- nanosekundový impulsní šum;
- vysokoenergetický mikrosekundový pulzní šum;
- vedená interference indukovaná vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem;
- rušení vedením ve frekvenčním rozsahu od 0 do 150 kHz;
- Zvlnění stejnosměrného napájecího napětí.
Zdroj: www.habr.com