Hvorfor kan pakker gå tabt på et LAN? Der er forskellige muligheder: reservationen er forkert konfigureret, netværket kan ikke klare belastningen, eller LAN er "stormfuldt". Men årsagen ligger ikke altid i netværkslaget.
Virksomheden Arktek LLC lavede automatiserede proceskontrolsystemer og videoovervågningssystemer til Rasvumchorrsky-minen i Apatit JSC baseret på .
Der var problemer i en del af netværket. Mellem FL SWITCH 3012E-2FX switche – og FL SWITCH 3006T-2FX – kommunikationskanalen var ekstremt ustabil.
Enhederne blev forbundet med et kobberkabel lagt i én kanal til et 6 kV strømkabel. Strømkablet skaber et stærkt elektromagnetisk felt, som forårsager interferens. Konventionelle industrielle switche har ikke tilstrækkelig støjimmunitet, så nogle data gik tabt.
Når FL SWITCH 3012E-2FX switches blev installeret i begge ender – , er forbindelsen stabiliseret. Disse kontakter overholder IEC 61850-3. Del 3 af denne standard beskriver blandt andet kravene til elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) for enheder, der er installeret i elektriske kraftværker og transformerstationer.
Hvorfor klarede switches med forbedret EMC bedre?
EMC - generelle bestemmelser
Det viser sig, at stabiliteten af datatransmission på et LAN ikke kun påvirkes af den korrekte konfiguration af udstyret og mængden af overførte data. Tabte pakker eller en ødelagt switch kan være forårsaget af elektromagnetisk interferens: en radio, der blev brugt i nærheden af netværksudstyr, et strømkabel lagt i nærheden, eller en strømafbryder, der åbnede kredsløbet under en kortslutning.
Radioen, kablet og kontakten er kilder til elektromagnetisk interferens. EMC-kontakter (Enhanced Electromagnetic Compatibility) er designet til at fungere normalt, når de udsættes for denne interferens.
Der er to typer elektromagnetisk interferens: induktiv og ledet.
Induktiv interferens transmitteres gennem det elektromagnetiske felt "gennem luften". Denne interferens kaldes også udstrålet eller udstrålet interferens.
Ledet interferens overføres gennem ledere: ledninger, jord osv.
Induktiv interferens opstår, når den udsættes for et kraftigt elektromagnetisk eller magnetisk felt. Ledet interferens kan være forårsaget af skiftende strømkredsløb, lynnedslag, impulser osv.
Afbrydere kan som alt andet udstyr blive påvirket af både induktiv og ledet støj.
Lad os se på de forskellige kilder til interferens på et industrielt anlæg, og hvilken slags interferens de skaber.
Kilder til interferens
Radioemitterende enheder (walkie-talkies, mobiltelefoner, svejseudstyr, induktionsovne osv.)
Enhver enhed udsender et elektromagnetisk felt. Dette elektromagnetiske felt påvirker udstyr både induktivt og ledende.
Hvis feltet genereres stærkt nok, kan det skabe en strøm i lederen, som vil forstyrre signaltransmissionsprocessen. Meget kraftig interferens kan føre til nedlukning af udstyr. Der opstår således en induktiv effekt.
Driftspersonale og sikkerhedstjenester bruger mobiltelefoner og walkie-talkies til at kommunikere med hinanden. Stationære radio- og tv-sendere fungerer på faciliteterne; Bluetooth- og WiFi-enheder er installeret på mobile installationer.
Alle disse enheder er kraftige elektromagnetiske feltgeneratorer. For at fungere normalt i industrielle miljøer skal afbrydere derfor kunne tolerere elektromagnetisk interferens.
Det elektromagnetiske miljø bestemmes af styrken af det elektromagnetiske felt.
Ved test af en switch for modstand mod de induktive effekter af elektromagnetiske felter induceres et felt på 10 V/m på switchen. I dette tilfælde skal kontakten være fuldt funktionsdygtig.
Alle ledere inde i switchen, såvel som eventuelle kabler, er passive modtageantenner. Radioemitterende enheder kan forårsage ledende elektromagnetisk interferens i frekvensområdet 150 Hz til 80 MHz. Det elektromagnetiske felt inducerer spænding i disse ledere. Disse spændinger forårsager igen strømme, som skaber støj i kontakten.
For at teste switchen for ført EMI-immunitet påføres spænding til dataportene og strømportene. GOST R 51317.4.6-99 indstiller en spændingsværdi på 10 V for et højt niveau af elektromagnetisk stråling. I dette tilfælde skal kontakten være fuldt funktionsdygtig.
Strøm i strømkabler, strømledninger, jordingskredsløb
Strømmen i strømkabler, strømledninger og jordingskredsløb skaber et magnetfelt med industriel frekvens (50 Hz). Udsættelse for et magnetfelt skaber en strøm i en lukket leder, som er interferens.
Magnetfeltet i kraftfrekvensen er opdelt i:
- magnetisk felt med konstant og relativt lav intensitet forårsaget af strømme under normale driftsforhold;
- et magnetfelt med relativt høj intensitet forårsaget af strømme under nødforhold, der virker i kort tid, indtil enhederne udløses.
Ved test af kontakter for stabilitet af eksponering for et strømfrekvensmagnetfelt påføres et felt på 100 A/m i en lang periode og 1000 A/m i en periode på 3 s. Når de er testet, skal kontakterne være fuldt funktionsdygtige.
Til sammenligning skaber en konventionel husholdningsmikrobølgeovn en magnetisk feltstyrke på op til 10 A/m.
Lynnedslag, nødforhold i elektriske netværk
Lynnedslag forårsager også interferens i netværksudstyr. De holder ikke længe, men deres størrelse kan nå flere tusinde volt. Sådan interferens kaldes pulseret.
Pulsstøj kan påføres både switchens strømporte og dataporte. På grund af høje overspændingsværdier kan de både forstyrre udstyrets funktion og helt brænde det ud.
Et lynnedslag er et særligt tilfælde af impulsstøj. Det kan klassificeres som højenergi mikrosekund pulsstøj.
Et lynnedslag kan være af forskellige typer: et lynnedslag til et eksternt spændingskredsløb, et indirekte nedslag, et nedslag til jorden.
Når lynet rammer et eksternt spændingskredsløb, opstår der interferens på grund af strømmen af en stor udladningsstrøm gennem det eksterne kredsløb og jordingskredsløbet.
Et indirekte lyn anses for at være et lynudladning mellem skyer. Under sådanne påvirkninger genereres elektromagnetiske felter. De inducerer spændinger eller strømme i lederne i det elektriske system. Det er det, der forårsager interferens.
Når lynet rammer jorden, løber der strøm gennem jorden. Det kan skabe en potentiel forskel i køretøjets jordforbindelse.
Nøjagtig den samme interferens skabes ved at skifte kondensatorbanker. Sådan skift er en overgangsproces. Alle koblingstransienter forårsager højenergi mikrosekunders impulsstøj.
Hurtige ændringer i spænding eller strøm, når beskyttelsesanordninger fungerer, kan også resultere i mikrosekunders pulsstøj i interne kredsløb.
For at teste omskifteren for modstand mod pulsstøj anvendes specielle testpulsgeneratorer. For eksempel UCS 500N5. Denne generator leverer impulser med forskellige parametre til switch-portene, der testes. Pulsparametre afhænger af de udførte tests. De kan variere i pulsform, udgangsmodstand, spænding og eksponeringstid.
Under mikrosekunders pulsstøjimmunitetstest tilføres 2 kV-impulser til strømportene. Til dataporte - 4 kV. Under denne test antages det, at operationen kan blive afbrudt, men efter at interferensen forsvinder, vil den komme sig af sig selv.
Omskiftning af reaktive belastninger, "bounce" af relækontakter, omskiftning ved ensretning af vekselstrøm
Forskellige koblingsprocesser kan forekomme i et elektrisk system: afbrydelser af induktive belastninger, åbning af relækontakter osv.
Sådanne koblingsprocesser skaber også impulsstøj. Deres varighed varierer fra et nanosekund til et mikrosekund. Sådan impulsstøj kaldes nanosekund impulsstøj.
For at udføre test sendes udbrud af nanosekundpulser til switchene. Pulser leveres til strømportene og dataportene.
Strømportene forsynes med 2 kV pulser, og dataportene forsynes med 4 kV pulser.
Under nanosekunds burst-støjtest skal kontakter være fuldt funktionsdygtige.
Støj fra industrielt elektronisk udstyr, filtre og kabler
Hvis afbryderen er installeret i nærheden af strømdistributionssystemer eller strømelektronisk udstyr, kan der induceres ubalancerede spændinger i dem. Sådan interferens kaldes ledet elektromagnetisk interferens.
De vigtigste kilder til udført interferens er:
- strømfordelingssystemer, inklusive DC og 50 Hz;
- kraftelektronisk udstyr.
Afhængigt af kilden til interferens er de opdelt i to typer:
- konstant spænding og spænding med en frekvens på 50 Hz. Kortslutninger og andre forstyrrelser i distributionssystemer genererer interferens ved grundfrekvensen;
- spænding i frekvensbåndet fra 15 Hz til 150 kHz. Sådan interferens genereres normalt af kraftelektroniske systemer.
For at teste switchene forsynes strøm- og dataportene med en rms-spænding på 30V kontinuerligt og en rms-spænding på 300V i 1 s. Disse spændingsværdier svarer til den højeste grad af sværhedsgrad af GOST-tests.
Udstyret skal modstå sådanne påvirkninger, hvis det installeres i et hårdt elektromagnetisk miljø. Det er kendetegnet ved:
- enhederne, der testes, vil blive forbundet til lavspændingselektriske netværk og mellemspændingsledninger;
- enheder vil blive forbundet til jordingssystemet for højspændingsudstyr;
- Der bruges strømomformere, der injicerer betydelige strømme i jordingssystemet.
Lignende forhold kan findes på stationer eller understationer.
AC spænding ensretning ved opladning af batterier
Efter ensretning pulserer udgangsspændingen altid. Det vil sige, at spændingsværdierne ændres tilfældigt eller periodisk.
Hvis kontakter drives af jævnspænding, kan store spændingsbølger forstyrre enhedernes drift.
Som regel bruger alle moderne systemer specielle anti-aliasing-filtre, og niveauet af krusning er ikke højt. Men situationen ændrer sig, når batterier er installeret i strømforsyningssystemet. Ved opladning af batterier øges krusningen.
Derfor skal muligheden for en sådan interferens også tages i betragtning.
Konklusion
Switche med forbedret elektromagnetisk kompatibilitet giver dig mulighed for at overføre data i barske elektromagnetiske miljøer. I eksemplet med Rasvumchorr-minen i begyndelsen af artiklen blev datakablet udsat for et kraftigt industrielt frekvensmagnetfelt og ledte interferens i frekvensbåndet fra 0 til 150 kHz. Konventionelle industrielle switche kunne ikke klare datatransmission under sådanne forhold, og pakker gik tabt.
Switche med forbedret elektromagnetisk kompatibilitet kan fungere fuldt ud, når de udsættes for følgende interferens:
- radiofrekvente elektromagnetiske felter;
- industrielle frekvens magnetiske felter;
- nanosekund impulsstøj;
- høj-energi mikrosekund puls støj;
- ført interferens induceret af radiofrekvent elektromagnetisk felt;
- ført interferens i frekvensområdet fra 0 til 150 kHz;
- DC strømforsyning spændingsrippel.
Kilde: www.habr.com