Warum können Pakete in einem LAN verloren gehen? Es gibt verschiedene Möglichkeiten: Die Reservierung ist falsch konfiguriert, das Netzwerk kann die Last nicht bewältigen oder das LAN ist „stürmisch“. Der Grund liegt jedoch nicht immer in der Netzwerkschicht.
Das Unternehmen Arktek LLC stellte automatisierte Prozesskontrollsysteme und Videoüberwachungssysteme für die Rasvumchorrsky-Mine von Apatit JSC her .
In einem Teil des Netzwerks gab es Probleme. Zwischen FL SWITCH 3012E-2FX-Schaltern – und FL SWITCH 3006T-2FX – Der Kommunikationskanal war äußerst instabil.
Die Geräte wurden über ein einkanalig verlegtes Kupferkabel an ein 6-kV-Stromkabel angeschlossen. Das Stromkabel erzeugt ein starkes elektromagnetisches Feld, das Störungen verursacht. Herkömmliche Industrieschalter verfügen nicht über eine ausreichende Störfestigkeit, sodass einige Daten verloren gingen.
Wenn an beiden Enden FL SWITCH 3012E-2FX-Schalter installiert wurden – , die Verbindung hat sich stabilisiert. Diese Schalter entsprechen der IEC 61850-3. Teil 3 dieser Norm beschreibt unter anderem die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) für Geräte, die in elektrischen Kraftwerken und Umspannwerken installiert werden.
Warum schnitten Schalter mit verbesserter EMV besser ab?
EMV – Allgemeine Bestimmungen
Es stellt sich heraus, dass die Stabilität der Datenübertragung in einem LAN nicht nur von der richtigen Konfiguration der Geräte und der übertragenen Datenmenge abhängt. Verlorene Pakete oder ein defekter Switch können durch elektromagnetische Störungen verursacht werden: ein Funkgerät, das in der Nähe von Netzwerkgeräten verwendet wurde, ein in der Nähe verlegtes Stromkabel oder ein Netzschalter, der den Stromkreis während eines Kurzschlusses öffnete.
Radio, Kabel und Schalter sind elektromagnetische Störquellen. Schalter mit verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) sind so konzipiert, dass sie normal funktionieren, wenn sie diesen Störungen ausgesetzt sind.
Es gibt zwei Arten elektromagnetischer Störungen: induktive und leitungsgebundene.
Induktive Störungen werden durch das elektromagnetische Feld „durch die Luft“ übertragen. Diese Interferenz wird auch abgestrahlte oder abgestrahlte Interferenz genannt.
Leitungsgebundene Störungen werden über Leiter übertragen: Drähte, Erde usw.
Induktive Störungen treten auf, wenn sie einem starken elektromagnetischen oder magnetischen Feld ausgesetzt werden. Leitungsgebundene Störungen können durch Schaltstromkreise, Blitzeinschläge, Impulse usw. verursacht werden.
Schalter können, wie alle Geräte, sowohl durch induktives als auch leitungsgebundenes Rauschen beeinträchtigt werden.
Schauen wir uns die verschiedenen Störquellen in einer Industrieanlage an und welche Art von Störungen sie verursachen.
Störquellen
Funkemittierende Geräte (Walkie-Talkies, Mobiltelefone, Schweißgeräte, Induktionsöfen usw.)
Jedes Gerät sendet ein elektromagnetisches Feld aus. Dieses elektromagnetische Feld beeinflusst Geräte sowohl induktiv als auch leitend.
Wenn das Feld stark genug erzeugt wird, kann es im Leiter einen Strom erzeugen, der den Signalübertragungsprozess stört. Sehr starke Störungen können zur Abschaltung des Gerätes führen. Somit tritt ein induktiver Effekt auf.
Bedienpersonal und Sicherheitsdienste nutzen Mobiltelefone und Walkie-Talkies, um miteinander zu kommunizieren. In den Einrichtungen sind stationäre Radio- und Fernsehsender in Betrieb, auf mobilen Anlagen sind Bluetooth- und WLAN-Geräte installiert.
Alle diese Geräte sind leistungsstarke elektromagnetische Feldgeneratoren. Um in industriellen Umgebungen normal zu funktionieren, müssen Schalter daher elektromagnetische Störungen tolerieren können.
Die elektromagnetische Umgebung wird durch die Stärke des elektromagnetischen Feldes bestimmt.
Bei der Prüfung eines Schalters auf Widerstandsfähigkeit gegenüber der induktiven Wirkung elektromagnetischer Felder wird am Schalter ein Feld von 10 V/m induziert. In diesem Fall muss der Schalter voll funktionsfähig sein.
Alle Leiter im Schalter sowie alle Kabel sind passive Empfangsantennen. Funkemittierende Geräte können leitungsgebundene elektromagnetische Störungen im Frequenzbereich von 150 Hz bis 80 MHz verursachen. Das elektromagnetische Feld induziert in diesen Leitern Spannung. Diese Spannungen verursachen wiederum Ströme, die Störungen im Schalter verursachen.
Um den Schalter auf Störfestigkeit gegen leitungsgebundene elektromagnetische Störungen zu testen, wird Spannung an die Daten- und Stromanschlüsse angelegt. GOST R 51317.4.6-99 legt einen Spannungswert von 10 V für eine hohe elektromagnetische Strahlung fest. In diesem Fall muss der Schalter voll funktionsfähig sein.
Strom in Stromkabeln, Stromleitungen, Erdungskreisen
Der Strom in Stromkabeln, Stromleitungen und Erdungskreisen erzeugt ein Magnetfeld mit industrieller Frequenz (50 Hz). Die Einwirkung eines Magnetfeldes erzeugt in einem geschlossenen Leiter einen Strom, der eine Störung darstellt.
Das Netzfrequenz-Magnetfeld ist unterteilt in:
- Magnetfeld konstanter und relativ geringer Intensität, das durch Ströme unter normalen Betriebsbedingungen verursacht wird;
- Ein Magnetfeld relativ hoher Intensität, das durch Ströme im Notfall verursacht wird und nur für kurze Zeit wirkt, bis die Geräte ausgelöst werden.
Bei der Prüfung von Schaltern auf Stabilität bei Einwirkung eines Netzfrequenz-Magnetfelds wird ein Feld von 100 A/m über einen langen Zeitraum und 1000 A/m über einen Zeitraum von 3 s angelegt. Bei der Prüfung sollten die Schalter voll funktionsfähig sein.
Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Haushaltsmikrowellenherd erzeugt eine magnetische Feldstärke von bis zu 10 A/m.
Blitzeinschläge, Notfälle in Stromnetzen
Blitzeinschläge verursachen auch Störungen in Netzwerkgeräten. Sie halten nicht lange an, aber ihre Stärke kann mehrere tausend Volt erreichen. Eine solche Störung wird als gepulst bezeichnet.
Impulsrauschen kann sowohl auf die Stromanschlüsse als auch auf die Datenanschlüsse des Switches angewendet werden. Aufgrund hoher Überspannungswerte können sie sowohl die Funktion des Geräts stören als auch es vollständig durchbrennen.
Ein Blitzeinschlag ist ein Sonderfall von Impulslärm. Es kann als hochenergetisches Mikrosekunden-Pulsrauschen klassifiziert werden.
Ein Blitzeinschlag kann unterschiedlicher Art sein: ein Blitzeinschlag in einen externen Spannungskreis, ein indirekter Einschlag, ein Einschlag in die Erde.
Wenn ein Blitz in einen externen Spannungskreis einschlägt, kommt es aufgrund des Flusses eines großen Entladestroms durch den externen Stromkreis und den Erdungskreis zu Störungen.
Unter einem indirekten Blitzeinschlag versteht man eine Blitzentladung zwischen Wolken. Bei solchen Stößen entstehen elektromagnetische Felder. Sie induzieren Spannungen oder Ströme in den Leitern des elektrischen Systems. Dies führt zu Störungen.
Wenn ein Blitz in den Boden einschlägt, fließt Strom durch den Boden. Es kann zu einem Potenzialunterschied im Erdungssystem des Fahrzeugs kommen.
Genau die gleichen Störungen entstehen durch das Schalten von Kondensatorbänken. Ein solches Schalten ist ein transienter Schaltvorgang. Alle Schalttransienten verursachen hochenergetisches Mikrosekunden-Impulsrauschen.
Schnelle Spannungs- oder Stromänderungen beim Betrieb von Schutzgeräten können auch zu Mikrosekunden-Impulsrauschen in internen Schaltkreisen führen.
Um den Schalter auf Widerstandsfähigkeit gegen Impulsrauschen zu testen, werden spezielle Testimpulsgeneratoren verwendet. Zum Beispiel UCS 500N5. Dieser Generator liefert Impulse verschiedener Parameter an die zu prüfenden Schalteranschlüsse. Die Pulsparameter hängen von den durchgeführten Tests ab. Sie können sich in Impulsform, Ausgangswiderstand, Spannung und Belichtungszeit unterscheiden.
Bei Mikrosekundenimpuls-Störimmunitätstests werden 2-kV-Impulse an die Stromanschlüsse angelegt. Für Datenanschlüsse - 4 kV. Bei diesem Test wird davon ausgegangen, dass der Vorgang möglicherweise unterbrochen wird, sich jedoch nach dem Verschwinden der Störung von selbst erholt.
Schalten von Blindlasten, „Prellen“ von Relaiskontakten, Schalten bei Gleichrichtung von Wechselstrom
In einem elektrischen System können verschiedene Schaltvorgänge auftreten: Unterbrechungen induktiver Lasten, Öffnen von Relaiskontakten usw.
Auch bei solchen Schaltvorgängen entstehen Impulsgeräusche. Ihre Dauer reicht von einer Nanosekunde bis zu einer Mikrosekunde. Ein solches Impulsrauschen wird als Nanosekunden-Impulsrauschen bezeichnet.
Zur Durchführung von Tests werden Impulsstöße im Nanosekundenbereich an die Schalter gesendet. Den Stromanschlüssen und Datenanschlüssen werden Impulse zugeführt.
Die Stromanschlüsse werden mit 2-kV-Impulsen versorgt, die Datenanschlüsse mit 4-kV-Impulsen.
Während der Nanosekunden-Burst-Rauschprüfung müssen die Schalter voll funktionsfähig sein.
Lärm von industriellen elektronischen Geräten, Filtern und Kabeln
Wenn der Schalter in der Nähe von Stromverteilungssystemen oder leistungselektronischen Geräten installiert wird, können dort unsymmetrische Spannungen induziert werden. Solche Störungen werden als leitungsgebundene elektromagnetische Störungen bezeichnet.
Die Hauptquellen leitungsgebundener Störungen sind:
- Stromverteilungssysteme, einschließlich Gleichstrom und 50 Hz;
- Leistungselektronische Geräte.
Abhängig von der Störquelle werden sie in zwei Typen unterteilt:
- konstante Spannung und Spannung mit einer Frequenz von 50 Hz. Kurzschlüsse und andere Störungen in Verteilungsnetzen erzeugen Störungen auf der Grundfrequenz;
- Spannung im Frequenzband von 15 Hz bis 150 kHz. Solche Störungen werden in der Regel durch leistungselektronische Systeme erzeugt.
Zum Testen der Schalter werden die Strom- und Datenanschlüsse kontinuierlich mit einer Effektivspannung von 30 V und für 300 s mit einer Effektivspannung von 1 V versorgt. Diese Spannungswerte entsprechen dem höchsten Schärfegrad der GOST-Prüfungen.
Solchen Einflüssen muss das Gerät standhalten, wenn es in einer rauen elektromagnetischen Umgebung installiert wird. Es zeichnet sich aus durch:
- die zu prüfenden Geräte werden an Niederspannungsnetze und Mittelspannungsleitungen angeschlossen;
- Geräte werden an das Erdungssystem von Hochspannungsgeräten angeschlossen;
- Es werden Stromrichter eingesetzt, die erhebliche Ströme in das Erdungssystem einspeisen.
Ähnliche Bedingungen finden sich an Bahnhöfen oder Umspannwerken.
Wechselspannungsgleichrichtung beim Laden von Batterien
Nach der Gleichrichtung pulsiert die Ausgangsspannung immer. Das heißt, die Spannungswerte ändern sich zufällig oder periodisch.
Wenn Schalter mit Gleichspannung betrieben werden, können große Spannungsschwankungen den Betrieb der Geräte stören.
In der Regel verwenden alle modernen Systeme spezielle Anti-Aliasing-Filter und die Welligkeit ist nicht hoch. Die Situation ändert sich jedoch, wenn Batterien in das Stromnetz eingebaut werden. Beim Laden von Batterien nimmt die Welligkeit zu.
Daher muss auch die Möglichkeit eines solchen Eingriffs berücksichtigt werden.
Abschluss
Switches mit verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit ermöglichen Ihnen die Datenübertragung in rauen elektromagnetischen Umgebungen. Im Beispiel der Rasvumchorr-Mine am Anfang des Artikels war das Datenkabel einem starken industriellen Frequenzmagnetfeld ausgesetzt und leitete Störungen im Frequenzband von 0 bis 150 kHz. Herkömmliche Industrie-Switches konnten die Datenübertragung unter solchen Bedingungen nicht bewältigen und es kam zu Paketverlusten.
Schalter mit verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit können bei folgenden Störungen voll funktionsfähig sein:
- hochfrequente elektromagnetische Felder;
- industrielle Frequenzmagnetfelder;
- Nanosekunden-Impulsrauschen;
- hochenergetisches Mikrosekunden-Pulsrauschen;
- leitungsgebundene Interferenz, die durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld induziert wird;
- leitungsgebundene Störungen im Frequenzbereich von 0 bis 150 kHz;
- Welligkeit der Gleichstromversorgungsspannung.
Source: habr.com