Γιατί μπορεί να χαθούν πακέτα σε ένα LAN; Υπάρχουν διαφορετικές επιλογές: η κράτηση δεν έχει ρυθμιστεί σωστά, το δίκτυο δεν μπορεί να αντιμετωπίσει το φορτίο ή το LAN είναι «θυελλώδη». Αλλά ο λόγος δεν βρίσκεται πάντα στο επίπεδο δικτύου.
Η εταιρεία Arktek LLC κατασκεύασε αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου διεργασιών και συστήματα βιντεοεπιτήρησης για το ορυχείο Rasvumchorrsky της Apatit JSC με βάση .
Υπήρχαν προβλήματα σε ένα μέρος του δικτύου. Μεταξύ διακοπτών FL SWITCH 3012E-2FX – και FL SWITCH 3006T-2FX – το κανάλι επικοινωνίας ήταν εξαιρετικά ασταθές.
Οι συσκευές συνδέονταν με ένα καλώδιο χαλκού τοποθετημένο σε ένα κανάλι σε ένα καλώδιο τροφοδοσίας 6 kV. Το καλώδιο τροφοδοσίας δημιουργεί ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το οποίο προκαλεί παρεμβολές. Οι συμβατικοί βιομηχανικοί διακόπτες δεν έχουν επαρκή θόρυβο, επομένως ορισμένα δεδομένα χάθηκαν.
Όταν εγκαταστάθηκαν διακόπτες FL SWITCH 3012E-2FX και στα δύο άκρα – , η σύνδεση έχει σταθεροποιηθεί. Αυτοί οι διακόπτες συμμορφώνονται με το IEC 61850-3. Μεταξύ άλλων, το Μέρος 3 αυτού του προτύπου περιγράφει τις απαιτήσεις ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC) για συσκευές που εγκαθίστανται σε σταθμούς ηλεκτρικής ενέργειας και υποσταθμούς.
Γιατί οι διακόπτες με βελτιωμένη EMC είχαν καλύτερη απόδοση;
EMC - γενικές διατάξεις
Αποδεικνύεται ότι η σταθερότητα της μετάδοσης δεδομένων σε ένα LAN επηρεάζεται όχι μόνο από τη σωστή διαμόρφωση του εξοπλισμού και την ποσότητα των δεδομένων που μεταφέρονται. Τα πεσμένα πακέτα ή ένας σπασμένος διακόπτης μπορεί να προκληθούν από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές: ένα ραδιόφωνο που χρησιμοποιήθηκε κοντά σε εξοπλισμό δικτύου, ένα καλώδιο τροφοδοσίας που ήταν τοποθετημένο κοντά ή ένας διακόπτης τροφοδοσίας που άνοιξε το κύκλωμα κατά τη διάρκεια ενός βραχυκυκλώματος.
Το ραδιόφωνο, το καλώδιο και ο διακόπτης είναι πηγές ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών. Οι διακόπτες ενισχυμένης ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC) είναι σχεδιασμένοι να λειτουργούν κανονικά όταν εκτίθενται σε αυτές τις παρεμβολές.
Υπάρχουν δύο τύποι ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών: η επαγωγική και η αγώγιμη.
Η επαγωγική παρεμβολή μεταδίδεται μέσω του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου «μέσω του αέρα». Αυτή η παρεμβολή ονομάζεται επίσης ακτινοβολούμενη ή ακτινοβολούμενη παρεμβολή.
Οι αγώγιμες παρεμβολές μεταδίδονται μέσω αγωγών: καλώδια, γείωση κ.λπ.
Η επαγωγική παρεμβολή εμφανίζεται όταν εκτίθεται σε ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό ή μαγνητικό πεδίο. Οι αγώγιμες παρεμβολές μπορούν να προκληθούν από κυκλώματα ρεύματος μεταγωγής, κεραυνούς, παλμούς κ.λπ.
Οι διακόπτες, όπως όλος ο εξοπλισμός, μπορούν να επηρεαστούν τόσο από επαγωγικό όσο και από αγώγιμο θόρυβο.
Ας δούμε τις διαφορετικές πηγές παρεμβολών σε μια βιομηχανική εγκατάσταση και τι είδους παρεμβολές δημιουργούν.
Πηγές παρεμβολών
Συσκευές εκπομπής ραδιοφώνου (walkie-talkies, κινητά τηλέφωνα, εξοπλισμός συγκόλλησης, επαγωγικοί κλίβανοι, κ.λπ.)
Οποιαδήποτε συσκευή εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Αυτό το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο επηρεάζει τον εξοπλισμό τόσο επαγωγικά όσο και αγώγιμα.
Εάν το πεδίο παράγεται αρκετά ισχυρό, μπορεί να δημιουργήσει ρεύμα στον αγωγό, το οποίο θα διαταράξει τη διαδικασία μετάδοσης του σήματος. Πολύ ισχυρές παρεμβολές μπορεί να οδηγήσουν σε διακοπή λειτουργίας του εξοπλισμού. Έτσι, εμφανίζεται ένα επαγωγικό αποτέλεσμα.
Το λειτουργικό προσωπικό και οι υπηρεσίες ασφαλείας χρησιμοποιούν κινητά τηλέφωνα και ραδιοτηλέφωνα για να επικοινωνούν μεταξύ τους. Στις εγκαταστάσεις λειτουργούν σταθεροί πομποί ραδιοφώνου και τηλεόρασης, ενώ οι συσκευές Bluetooth και WiFi είναι εγκατεστημένες σε κινητές εγκαταστάσεις.
Όλες αυτές οι συσκευές είναι ισχυρές γεννήτριες ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Επομένως, για να λειτουργούν κανονικά σε βιομηχανικά περιβάλλοντα, οι διακόπτες πρέπει να είναι σε θέση να ανέχονται ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.
Το ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον καθορίζεται από την ένταση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.
Κατά τη δοκιμή ενός διακόπτη για αντίσταση στις επαγωγικές επιδράσεις των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, ένα πεδίο 10 V/m προκαλείται στον διακόπτη. Σε αυτή την περίπτωση, ο διακόπτης πρέπει να είναι πλήρως λειτουργικός.
Τυχόν αγωγοί μέσα στο διακόπτη, καθώς και οποιαδήποτε καλώδια, είναι παθητικές κεραίες λήψης. Οι συσκευές εκπομπής ραδιοφώνου ενδέχεται να προκαλέσουν αγώγιμες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές στην περιοχή συχνοτήτων 150 Hz έως 80 MHz. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο προκαλεί τάση σε αυτούς τους αγωγούς. Αυτές οι τάσεις προκαλούν με τη σειρά τους ρεύματα, τα οποία δημιουργούν θόρυβο στον διακόπτη.
Για να ελέγξετε το διακόπτη για αγώγιμη ατρωσία EMI, εφαρμόζεται τάση στις θύρες δεδομένων και στις θύρες ισχύος. Το GOST R 51317.4.6-99 ορίζει μια τιμή τάσης 10 V για υψηλό επίπεδο ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Σε αυτή την περίπτωση, ο διακόπτης πρέπει να είναι πλήρως λειτουργικός.
Ρεύμα σε καλώδια ρεύματος, γραμμές τροφοδοσίας, κυκλώματα γείωσης
Το ρεύμα στα καλώδια τροφοδοσίας, στις γραμμές τροφοδοσίας και στα κυκλώματα γείωσης δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο βιομηχανικής συχνότητας (50 Hz). Η έκθεση σε ένα μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ρεύμα σε έναν κλειστό αγωγό, το οποίο είναι παρεμβολή.
Το μαγνητικό πεδίο συχνότητας ισχύος χωρίζεται σε:
- μαγνητικό πεδίο σταθερής και σχετικά χαμηλής έντασης που προκαλείται από ρεύματα υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας.
- ένα μαγνητικό πεδίο σχετικά υψηλής έντασης που προκαλείται από ρεύματα υπό συνθήκες έκτακτης ανάγκης, που ενεργεί για μικρό χρονικό διάστημα μέχρι να ενεργοποιηθούν οι συσκευές.
Κατά τη δοκιμή διακοπτών για σταθερότητα έκθεσης σε μαγνητικό πεδίο συχνότητας ισχύος, εφαρμόζεται πεδίο 100 A/m σε αυτό για μεγάλο χρονικό διάστημα και 1000 A/m για περίοδο 3 δευτερολέπτων. Κατά τη δοκιμή, οι διακόπτες θα πρέπει να είναι πλήρως λειτουργικοί.
Για σύγκριση, ένας συμβατικός οικιακός φούρνος μικροκυμάτων δημιουργεί ένταση μαγνητικού πεδίου έως και 10 A/m.
Κεραυνοί, καταστάσεις έκτακτης ανάγκης σε ηλεκτρικά δίκτυα
Οι κεραυνοί προκαλούν επίσης παρεμβολές στον εξοπλισμό του δικτύου. Δεν διαρκούν πολύ, αλλά το μέγεθός τους μπορεί να φτάσει αρκετές χιλιάδες βολτ. Μια τέτοια παρεμβολή ονομάζεται παλμική.
Ο θόρυβος παλμού μπορεί να εφαρμοστεί τόσο στις θύρες τροφοδοσίας όσο και στις θύρες δεδομένων του διακόπτη. Λόγω των υψηλών τιμών υπέρτασης, μπορεί να διαταράξουν τη λειτουργία του εξοπλισμού και να τον κάψουν εντελώς.
Ένας κεραυνός είναι μια ειδική περίπτωση παλμικού θορύβου. Μπορεί να ταξινομηθεί ως παλμικός θόρυβος μικροδευτερόλεπτων υψηλής ενέργειας.
Ένας κεραυνός μπορεί να είναι διαφορετικών τύπων: ένα χτύπημα κεραυνού σε ένα εξωτερικό κύκλωμα τάσης, ένα έμμεσο χτύπημα, ένα χτύπημα στο έδαφος.
Όταν ο κεραυνός χτυπήσει ένα εξωτερικό κύκλωμα τάσης, συμβαίνουν παρεμβολές λόγω της ροής ενός μεγάλου ρεύματος εκφόρτισης μέσω του εξωτερικού κυκλώματος και του κυκλώματος γείωσης.
Ένας έμμεσος κεραυνός θεωρείται ως εκκένωση κεραυνού μεταξύ νεφών. Κατά τη διάρκεια τέτοιων κρούσεων, δημιουργούνται ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Επάγουν τάσεις ή ρεύματα στους αγωγούς του ηλεκτρικού συστήματος. Αυτό είναι που προκαλεί παρεμβολές.
Όταν ο κεραυνός χτυπά το έδαφος, το ρεύμα ρέει μέσα από το έδαφος. Μπορεί να δημιουργήσει μια διαφορά δυναμικού στο σύστημα γείωσης του οχήματος.
Ακριβώς η ίδια παρεμβολή δημιουργείται με την εναλλαγή συστοιχιών πυκνωτών. Μια τέτοια εναλλαγή είναι μια μεταβατική διαδικασία μεταγωγής. Όλα τα μεταβατικά στοιχεία μεταγωγής προκαλούν παλμικό θόρυβο μικροδευτερολέπτων υψηλής ενέργειας.
Οι γρήγορες αλλαγές στην τάση ή το ρεύμα όταν λειτουργούν οι προστατευτικές συσκευές μπορεί επίσης να έχουν ως αποτέλεσμα θόρυβο παλμού μικροδευτερόλεπτου στα εσωτερικά κυκλώματα.
Για τη δοκιμή του διακόπτη για αντίσταση στον παλμικό θόρυβο, χρησιμοποιούνται ειδικές δοκιμαστικές γεννήτριες παλμών. Για παράδειγμα, UCS 500N5. Αυτή η γεννήτρια παρέχει παλμούς διαφόρων παραμέτρων στις υπό δοκιμή θύρες μεταγωγέα. Οι παράμετροι παλμού εξαρτώνται από τις δοκιμές που εκτελούνται. Μπορούν να διαφέρουν ως προς το σχήμα παλμού, την αντίσταση εξόδου, την τάση και τον χρόνο έκθεσης.
Κατά τη διάρκεια των δοκιμών προστασίας από θόρυβο μικροδευτερόλεπτου, εφαρμόζονται παλμοί 2 kV στις θύρες ισχύος. Για θύρες δεδομένων - 4 kV. Κατά τη διάρκεια αυτής της δοκιμής, θεωρείται ότι η λειτουργία μπορεί να διακοπεί, αλλά αφού εξαφανιστεί η παρεμβολή, θα ανακάμψει μόνη της.
Εναλλαγή άεργων φορτίων, «αναπήδηση» επαφών ρελέ, εναλλαγή κατά την ανόρθωση εναλλασσόμενου ρεύματος
Σε ένα ηλεκτρικό σύστημα μπορούν να συμβούν διάφορες διαδικασίες μεταγωγής: διακοπές επαγωγικών φορτίων, άνοιγμα επαφών ρελέ κ.λπ.
Τέτοιες διαδικασίες μεταγωγής δημιουργούν επίσης παλμικό θόρυβο. Η διάρκειά τους κυμαίνεται από ένα νανοδευτερόλεπτο έως ένα μικροδευτερόλεπτο. Αυτός ο παλμικός θόρυβος ονομάζεται παλμικός θόρυβος νανοδευτερόλεπτου.
Για τη διεξαγωγή δοκιμών, ριπές παλμών νανοδευτερόλεπτου αποστέλλονται στους διακόπτες. Οι παλμοί παρέχονται στις θύρες ισχύος και στις θύρες δεδομένων.
Οι θύρες ισχύος παρέχονται με παλμούς 2 kV και οι θύρες δεδομένων με παλμούς 4 kV.
Κατά τη διάρκεια της δοκιμής θορύβου ριπής νανοδευτερόλεπτου, οι διακόπτες πρέπει να είναι πλήρως λειτουργικοί.
Θόρυβος από βιομηχανικό ηλεκτρονικό εξοπλισμό, φίλτρα και καλώδια
Εάν ο διακόπτης είναι εγκατεστημένος κοντά σε συστήματα διανομής ισχύος ή ηλεκτρονικό εξοπλισμό ισχύος, ενδέχεται να προκληθούν μη ισορροπημένες τάσεις σε αυτά. Μια τέτοια παρεμβολή ονομάζεται αγώγιμη ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή.
Οι κύριες πηγές παρέμβασης είναι:
- συστήματα διανομής ισχύος, συμπεριλαμβανομένων DC και 50 Hz.
- ηλεκτρονικός εξοπλισμός ισχύος.
Ανάλογα με την πηγή παρεμβολής, χωρίζονται σε δύο τύπους:
- σταθερή τάση και τάση με συχνότητα 50 Hz. Τα βραχυκυκλώματα και άλλες διαταραχές στα συστήματα διανομής δημιουργούν παρεμβολές στη θεμελιώδη συχνότητα.
- τάση στη ζώνη συχνοτήτων από 15 Hz έως 150 kHz. Τέτοιες παρεμβολές δημιουργούνται συνήθως από ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος.
Για τον έλεγχο των διακοπτών, οι θύρες τροφοδοσίας και δεδομένων τροφοδοτούνται με τάση rms 30V συνεχώς και τάση rms 300V για 1 δευτερόλεπτο. Αυτές οι τιμές τάσης αντιστοιχούν στον υψηλότερο βαθμό σοβαρότητας των δοκιμών GOST.
Ο εξοπλισμός πρέπει να αντέχει τέτοιες επιδράσεις εάν είναι εγκατεστημένος σε σκληρό ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον. Χαρακτηρίζεται από:
- οι υπό δοκιμή συσκευές θα συνδέονται σε ηλεκτρικά δίκτυα χαμηλής τάσης και γραμμές μέσης τάσης·
- οι συσκευές θα συνδεθούν στο σύστημα γείωσης του εξοπλισμού υψηλής τάσης.
- Χρησιμοποιούνται μετατροπείς ισχύος που διοχετεύουν σημαντικά ρεύματα στο σύστημα γείωσης.
Παρόμοιες συνθήκες μπορούν να βρεθούν σε σταθμούς ή υποσταθμούς.
Διόρθωση τάσης AC κατά τη φόρτιση μπαταριών
Μετά την ανόρθωση, η τάση εξόδου πάλλεται πάντα. Δηλαδή, οι τιμές της τάσης αλλάζουν τυχαία ή περιοδικά.
Εάν οι διακόπτες τροφοδοτούνται από τάση συνεχούς ρεύματος, μεγάλοι κυματισμοί τάσης μπορεί να διαταράξουν τη λειτουργία των συσκευών.
Κατά κανόνα, όλα τα σύγχρονα συστήματα χρησιμοποιούν ειδικά φίλτρα κατά της παραμόρφωσης και το επίπεδο κυματισμού δεν είναι υψηλό. Αλλά η κατάσταση αλλάζει όταν τοποθετούνται μπαταρίες στο σύστημα τροφοδοσίας. Κατά τη φόρτιση των μπαταριών, ο κυματισμός αυξάνεται.
Επομένως, πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη η πιθανότητα τέτοιας παρεμβολής.
Συμπέρασμα
Οι διακόπτες με βελτιωμένη ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα σάς επιτρέπουν να μεταφέρετε δεδομένα σε σκληρά ηλεκτρομαγνητικά περιβάλλοντα. Στο παράδειγμα του ορυχείου Rasvumchorr στην αρχή του άρθρου, το καλώδιο δεδομένων εκτέθηκε σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο βιομηχανικής συχνότητας και πραγματοποίησε παρεμβολές στη ζώνη συχνοτήτων από 0 έως 150 kHz. Οι συμβατικοί βιομηχανικοί μεταγωγείς δεν μπορούσαν να αντιμετωπίσουν τη μετάδοση δεδομένων υπό τέτοιες συνθήκες και τα πακέτα χάθηκαν.
Οι διακόπτες με βελτιωμένη ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα μπορούν να λειτουργήσουν πλήρως όταν εκτίθενται στις ακόλουθες παρεμβολές:
- Ηλεκτρομαγνητικά πεδία ραδιοσυχνοτήτων.
- Μαγνητικά πεδία βιομηχανικής συχνότητας.
- παλμικός θόρυβος νανοδευτερόλεπτου.
- παλμικός θόρυβος μικροδευτερόλεπτου υψηλής ενέργειας.
- Διεξαγόμενες παρεμβολές που προκαλούνται από ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ραδιοσυχνοτήτων.
- διεξαγόμενη παρεμβολή στο εύρος συχνοτήτων από 0 έως 150 kHz.
- Κυματισμός τάσης τροφοδοτικού DC.
Πηγή: www.habr.com