¿Por qué se pueden perder paquetes en una LAN? Hay diferentes opciones: la reserva está configurada incorrectamente, la red no puede hacer frente a la carga o la LAN está "tormentosa". Pero la razón no siempre reside en la capa de red.
La empresa Arktek LLC fabricó sistemas automatizados de control de procesos y sistemas de videovigilancia para la mina Rasvumchorrsky de Apatit JSC basándose en .
Hubo problemas en una parte de la red. Entre interruptores FL SWITCH 3012E-2FX – y INTERRUPTOR FL 3006T-2FX – El canal de comunicación era extremadamente inestable.
Los dispositivos se conectaron mediante un cable de cobre tendido en un canal a un cable de alimentación de 6 kV. El cable de alimentación crea un fuerte campo electromagnético que provoca interferencias. Los interruptores industriales convencionales no tienen suficiente inmunidad al ruido, por lo que se perdieron algunos datos.
Cuando se instalaron interruptores FL SWITCH 3012E-2FX en ambos extremos: , la conexión se ha estabilizado. Estos interruptores cumplen con IEC 61850-3. Entre otras cosas, la Parte 3 de esta norma describe los requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC) para dispositivos que se instalan en plantas y subestaciones de energía eléctrica.
¿Por qué los conmutadores con EMC mejorada tuvieron un mejor rendimiento?
CEM - disposiciones generales
Resulta que la estabilidad de la transmisión de datos en una LAN se ve afectada no solo por la correcta configuración del equipo y la cantidad de datos transferidos. Los paquetes caídos o un interruptor roto pueden deberse a interferencias electromagnéticas: una radio que se usó cerca de un equipo de red, un cable de alimentación tendido cerca o un interruptor de encendido que abrió el circuito durante un cortocircuito.
La radio, el cable y el interruptor son fuentes de interferencias electromagnéticas. Los interruptores de compatibilidad electromagnética mejorada (EMC) están diseñados para funcionar normalmente cuando se exponen a esta interferencia.
Hay dos tipos de interferencias electromagnéticas: inductivas y conducidas.
La interferencia inductiva se transmite a través del campo electromagnético "a través del aire". Esta interferencia también se llama interferencia radiada o radiada.
La interferencia conducida se transmite a través de conductores: cables, tierra, etc.
La interferencia inductiva se produce cuando se expone a un potente campo electromagnético o magnético. Las interferencias conducidas pueden deberse a cambios en circuitos de corriente, rayos, impulsos, etc.
Los interruptores, como todos los equipos, pueden verse afectados por el ruido tanto inductivo como conducido.
Veamos las diferentes fuentes de interferencia en una instalación industrial y qué tipo de interferencia crean.
Fuentes de interferencia
Dispositivos emisores de radio (walkie-talkies, teléfonos móviles, equipos de soldadura, hornos de inducción, etc.)
Cualquier dispositivo emite un campo electromagnético. Este campo electromagnético afecta a los equipos tanto de forma inductiva como conductiva.
Si el campo se genera lo suficientemente fuerte, puede crear una corriente en el conductor, lo que interrumpirá el proceso de transmisión de la señal. Una interferencia muy fuerte puede provocar el apagado del equipo. Aparece así un efecto inductivo.
El personal operativo y los servicios de seguridad utilizan teléfonos móviles y walkie-talkies para comunicarse entre sí. En las instalaciones funcionan transmisores fijos de radio y televisión, en instalaciones móviles se instalan dispositivos Bluetooth y WiFi.
Todos estos dispositivos son potentes generadores de campos electromagnéticos. Por lo tanto, para funcionar normalmente en entornos industriales, los interruptores deben poder tolerar interferencias electromagnéticas.
El entorno electromagnético está determinado por la intensidad del campo electromagnético.
Al probar la resistencia de un interruptor a los efectos inductivos de campos electromagnéticos, se induce un campo de 10 V/m en el interruptor. En este caso, el interruptor debe estar completamente funcional.
Todos los conductores dentro del interruptor, así como los cables, son antenas receptoras pasivas. Los dispositivos emisores de radio pueden causar interferencias electromagnéticas conducidas en el rango de frecuencia de 150 Hz a 80 MHz. El campo electromagnético induce voltaje en estos conductores. Estos voltajes a su vez causan corrientes que crean ruido en el interruptor.
Para probar la inmunidad EMI conducida del conmutador, se aplica voltaje a los puertos de datos y de alimentación. GOST R 51317.4.6-99 establece un valor de voltaje de 10 V para un alto nivel de radiación electromagnética. En este caso, el interruptor debe estar completamente funcional.
Corriente en cables de alimentación, líneas eléctricas, circuitos de puesta a tierra.
La corriente en los cables eléctricos, líneas eléctricas y circuitos de puesta a tierra crea un campo magnético de frecuencia industrial (50 Hz). La exposición a un campo magnético crea una corriente en un conductor cerrado, lo que es interferencia.
El campo magnético de frecuencia industrial se divide en:
- campo magnético de intensidad constante y relativamente baja causado por corrientes en condiciones normales de funcionamiento;
- un campo magnético de intensidad relativamente alta causado por corrientes en condiciones de emergencia, que actúa durante un corto tiempo hasta que se activan los dispositivos.
Cuando se prueban interruptores para determinar la estabilidad de la exposición a un campo magnético de frecuencia industrial, se les aplica un campo de 100 A/m durante un período prolongado y 1000 A/m durante un período de 3 s. Cuando se prueben, los interruptores deberían ser completamente funcionales.
A modo de comparación, un horno microondas doméstico convencional crea una intensidad de campo magnético de hasta 10 A/m.
Caídas de rayos, condiciones de emergencia en redes eléctricas.
Los rayos también provocan interferencias en los equipos de red. No duran mucho, pero su magnitud puede alcanzar varios miles de voltios. Esta interferencia se llama pulsada.
El ruido de pulso se puede aplicar tanto a los puertos de alimentación como a los puertos de datos del conmutador. Debido a los elevados valores de sobretensión, pueden alterar el funcionamiento del equipo y quemarlo por completo.
La caída de un rayo es un caso especial de ruido impulsivo. Puede clasificarse como ruido de pulso de microsegundos de alta energía.
Un rayo puede ser de diferentes tipos: un rayo en un circuito de tensión externo, un impacto indirecto, un impacto en el suelo.
Cuando un rayo cae sobre un circuito de voltaje externo, se produce interferencia debido al flujo de una gran corriente de descarga a través del circuito externo y el circuito de conexión a tierra.
Se considera caída de rayo indirecto la descarga de un rayo entre nubes. Durante tales impactos, se generan campos electromagnéticos. Inducen tensiones o corrientes en los conductores del sistema eléctrico. Esto es lo que causa la interferencia.
Cuando un rayo cae al suelo, la corriente fluye a través del suelo. Puede crear una diferencia de potencial en el sistema de puesta a tierra del vehículo.
Se crea exactamente la misma interferencia al cambiar los bancos de condensadores. Esta conmutación es un proceso transitorio de conmutación. Todos los transitorios de conmutación provocan un ruido impulsivo de microsegundos de alta energía.
Los cambios rápidos de voltaje o corriente cuando funcionan los dispositivos de protección también pueden provocar un ruido de pulso de microsegundos en los circuitos internos.
Para probar la resistencia del interruptor al ruido del pulso, se utilizan generadores de pulsos de prueba especiales. Por ejemplo, UCS 500N5. Este generador suministra pulsos de varios parámetros a los puertos del conmutador bajo prueba. Los parámetros del pulso dependen de las pruebas realizadas. Pueden diferir en la forma del pulso, la resistencia de salida, el voltaje y el tiempo de exposición.
Durante las pruebas de inmunidad al ruido de pulsos de microsegundos, se aplican pulsos de 2 kV a los puertos de alimentación. Para puertos de datos - 4 kV. Durante esta prueba, se supone que la operación puede interrumpirse, pero una vez que desaparece la perturbación, se recuperará por sí sola.
Conmutación de cargas reactivas, "rebote" de contactos de relé, conmutación al rectificar corriente alterna
En un sistema eléctrico pueden ocurrir diversos procesos de conmutación: interrupciones de cargas inductivas, apertura de contactos de relé, etc.
Estos procesos de conmutación también generan ruido impulsivo. Su duración oscila entre un nanosegundo y un microsegundo. Este ruido impulsivo se denomina ruido impulsivo de nanosegundos.
Para realizar las pruebas, se envían ráfagas de pulsos de nanosegundos a los interruptores. Los pulsos se suministran a los puertos de alimentación y de datos.
Los puertos de alimentación se alimentan con pulsos de 2 kV y los puertos de datos con pulsos de 4 kV.
Durante las pruebas de ruido en ráfagas de nanosegundos, los interruptores deben estar completamente funcionales.
Ruido de equipos, filtros y cables electrónicos industriales.
Si el interruptor se instala cerca de sistemas de distribución de energía o equipos electrónicos de potencia, se pueden inducir voltajes desequilibrados en ellos. Esta interferencia se denomina interferencia electromagnética conducida.
Las principales fuentes de interferencia conducida son:
- sistemas de distribución de energía, incluidos CC y 50 Hz;
- Equipos electrónicos de potencia.
Según la fuente de interferencia, se dividen en dos tipos:
- voltaje constante y voltaje con una frecuencia de 50 Hz. Los cortocircuitos y otras perturbaciones en los sistemas de distribución generan interferencias en la frecuencia fundamental;
- voltaje en la banda de frecuencia de 15 Hz a 150 kHz. Estas interferencias suelen ser generadas por sistemas electrónicos de potencia.
Para probar los interruptores, los puertos de alimentación y datos se suministran con un voltaje rms de 30 V continuamente y un voltaje rms de 300 V durante 1 s. Estos valores de voltaje corresponden al mayor grado de severidad de las pruebas GOST.
El equipo debe resistir tales influencias si se instala en un entorno electromagnético hostil. Se caracteriza por:
- los dispositivos sometidos a prueba estarán conectados a redes eléctricas de baja tensión y líneas de media tensión;
- los dispositivos se conectarán al sistema de puesta a tierra de los equipos de alto voltaje;
- Se utilizan convertidores de potencia que inyectan corrientes importantes al sistema de puesta a tierra.
Se pueden encontrar condiciones similares en estaciones o subestaciones.
Rectificación de voltaje CA al cargar baterías.
Después de la rectificación, la tensión de salida siempre pulsa. Es decir, los valores de voltaje cambian de forma aleatoria o periódica.
Si los interruptores funcionan con tensión continua, las grandes ondulaciones de tensión pueden alterar el funcionamiento de los dispositivos.
Como regla general, todos los sistemas modernos utilizan filtros anti-aliasing especiales y el nivel de ondulación no es alto. Pero la situación cambia cuando se instalan baterías en el sistema de suministro de energía. Al cargar las baterías, la ondulación aumenta.
Por tanto, también debe tenerse en cuenta la posibilidad de que se produzca dicha interferencia.
Conclusión
Los interruptores con compatibilidad electromagnética mejorada le permiten transferir datos en entornos electromagnéticos hostiles. En el ejemplo de la mina Rasvumchorr al principio del artículo, el cable de datos fue expuesto a un potente campo magnético de frecuencia industrial y condujo interferencias en la banda de frecuencia de 0 a 150 kHz. Los conmutadores industriales convencionales no podían soportar la transmisión de datos en tales condiciones y se perdían paquetes.
Los interruptores con compatibilidad electromagnética mejorada pueden funcionar completamente cuando se exponen a las siguientes interferencias:
- campos electromagnéticos de radiofrecuencia;
- campos magnéticos de frecuencia industrial;
- ruido impulsivo de nanosegundos;
- ruido de pulso de microsegundos de alta energía;
- interferencia conducida inducida por un campo electromagnético de radiofrecuencia;
- interferencia conducida en el rango de frecuencia de 0 a 150 kHz;
- Ondulación del voltaje de la fuente de alimentación CC.
Fuente: habr.com