Miksi paketit voivat kadota lähiverkossa? Vaihtoehtoja on useita: varaus on määritetty väärin, verkko ei kestä kuormitusta tai LAN on "myrskyinen". Mutta syy ei aina piile verkkokerroksessa.
Arktek LLC valmisti Apatit JSC:n Rasvumchorrskyn kaivokselle automatisoituja prosessinohjausjärjestelmiä ja videovalvontajärjestelmiä. .
Verkon yhdessä osassa oli ongelmia. FL SWITCH 3012E-2FX kytkimien välillä – ja FL SWITCH 3006T-2FX – viestintäkanava oli erittäin epävakaa.
Laitteet yhdistettiin yhteen kanavaan vedetyllä kuparikaapelilla 6 kV tehokaapeliin. Virtajohto muodostaa voimakkaan sähkömagneettisen kentän, joka aiheuttaa häiriöitä. Perinteisissä teollisuuskytkimissä ei ole riittävää häiriönkestävyyttä, joten osa tiedoista katosi.
Kun FL SWITCH 3012E-2FX -kytkimet asennettiin molempiin päihin - , yhteys on vakiintunut. Nämä kytkimet ovat standardin IEC 61850-3 mukaisia. Tämän standardin osassa 3 kuvataan muun muassa sähkömagneettisen yhteensopivuuden (EMC) vaatimukset sähkölaitoksille ja sähköasemille asennetuille laitteille.
Miksi kytkimet, joissa on parannettu EMC, toimivat paremmin?
EMC - yleiset määräykset
Osoittautuu, että tiedonsiirron vakauteen lähiverkossa ei vaikuta vain laitteiden oikea konfigurointi ja siirrettävän tiedon määrä. Pudonneet paketit tai rikkinäinen kytkin voivat johtua sähkömagneettisista häiriöistä: radiosta, jota käytettiin verkkolaitteiden lähellä, lähelle vedetystä virtajohdosta tai virtakytkimestä, joka avasi piirin oikosulun aikana.
Radio, kaapeli ja kytkin ovat sähkömagneettisten häiriöiden lähteitä. Enhanced Electromagnetic Compatibility (EMC) -kytkimet on suunniteltu toimimaan normaalisti, kun ne ovat alttiina tälle häiriölle.
Sähkömagneettisia häiriöitä on kahdenlaisia: induktiivisia ja johtuvia.
Induktiiviset häiriöt välittyvät sähkömagneettisen kentän kautta "ilman kautta". Tätä häiriötä kutsutaan myös säteileväksi tai säteileväksi häiriöksi.
Johtuvat häiriöt välittyvät johtimien kautta: johdot, maa jne.
Induktiivista häiriötä esiintyy, kun se altistuu voimakkaalle sähkömagneettiselle tai magneettikentälle. Johtuvat häiriöt voivat johtua kytkentävirtapiireistä, salamaniskuista, pulsseista jne.
Kytkimiin, kuten kaikkiin laitteisiin, voi vaikuttaa sekä induktiivinen että johdettu melu.
Katsotaanpa eri häiriölähteitä teollisuuslaitoksessa ja millaisia häiriöitä ne aiheuttavat.
Häiriöiden lähteet
Radiolähettimet (radiopuhelimet, matkapuhelimet, hitsauslaitteet, induktiouunit jne.)
Mikä tahansa laite lähettää sähkömagneettista kenttää. Tämä sähkömagneettinen kenttä vaikuttaa laitteisiin sekä induktiivisesti että johtavasti.
Jos kenttä on riittävän voimakas, se voi muodostaa johtimeen virran, joka häiritsee signaalin siirtoprosessia. Erittäin voimakkaat häiriöt voivat johtaa laitteiden sammumiseen. Siten syntyy induktiivinen vaikutus.
Käyttöhenkilöstö ja turvallisuuspalvelut kommunikoivat keskenään matkapuhelimilla ja radiopuhelimilla. Tiloissa toimivat kiinteät radio- ja televisiolähettimet, mobiiliasennuksiin on asennettu Bluetooth- ja WiFi-laitteet.
Kaikki nämä laitteet ovat tehokkaita sähkömagneettisen kentän generaattoreita. Siksi kytkimien on kestettävä sähkömagneettisia häiriöitä toimiakseen normaalisti teollisuusympäristöissä.
Sähkömagneettinen ympäristö määräytyy sähkömagneettisen kentän voimakkuuden mukaan.
Testattaessa kytkimen kestävyyttä sähkömagneettisten kenttien induktiivisille vaikutuksille, kytkimeen indusoituu 10 V/m kenttä. Tässä tapauksessa kytkimen on oltava täysin toimiva.
Kaikki kytkimen sisällä olevat johtimet, kuten myös kaapelit, ovat passiivisia vastaanottoantenneja. Radiosäteilevät laitteet voivat aiheuttaa johdettuja sähkömagneettisia häiriöitä taajuusalueella 150 Hz - 80 MHz. Sähkömagneettinen kenttä indusoi jännitteen näissä johtimissa. Nämä jännitteet puolestaan aiheuttavat virtoja, jotka aiheuttavat kohinaa kytkimessä.
Kytkimen johdetun EMI-immuniteetin testaamiseksi dataportteihin ja virtaportteihin syötetään jännite. GOST R 51317.4.6-99 asettaa 10 V:n jännitearvon korkealle sähkömagneettiselle säteilylle. Tässä tapauksessa kytkimen on oltava täysin toimiva.
Virta virtakaapeleissa, voimalinjoissa, maadoituspiireissä
Virta virtakaapeleissa, voimalinjoissa ja maadoituspiireissä luo teollisen taajuuden (50 Hz) magneettikentän. Altistuminen magneettikenttään muodostaa virran suljettuun johtimeen, mikä on häiriötä.
Tehotaajuusmagneettikenttä on jaettu:
- magneettikenttä, jolla on vakio ja suhteellisen pieni intensiteetti, jonka aiheuttavat virrat normaaleissa käyttöolosuhteissa;
- suhteellisen korkean intensiteetin magneettikenttä, jonka aiheuttavat virrat hätätilanteissa ja joka vaikuttaa lyhyen aikaa, kunnes laitteet laukeavat.
Testattaessa kytkimiä teho-taajuusmagneettikentän altistumisen vakautta varten, siihen kohdistetaan 100 A/m kenttä pitkäksi ajaksi ja 1000 A/m 3 sekunnin ajaksi. Testattaessa kytkimien tulee olla täysin toimivia.
Vertailun vuoksi: perinteinen kotitalouksien mikroaaltouuni luo jopa 10 A/m magneettikentän voimakkuuden.
Salamaniskut, hätätilanteet sähköverkoissa
Salamaniskut aiheuttavat myös häiriöitä verkkolaitteissa. Ne eivät kestä kauan, mutta niiden suuruus voi olla useita tuhansia voltteja. Tällaista häiriötä kutsutaan pulssitukseksi.
Pulssikohinaa voidaan soveltaa sekä kytkimen virtaportteihin että dataportteihin. Korkeiden ylijännitearvojen vuoksi ne voivat sekä häiritä laitteen toimintaa että polttaa sen kokonaan.
Salamanisku on impulssiäänen erityinen tapaus. Se voidaan luokitella korkeaenergiseksi mikrosekunnin pulssikohinaksi.
Salamanisku voi olla erityyppistä: salamanisku ulkoiseen jännitepiiriin, epäsuora isku, isku maahan.
Kun salama iskee ulkoiseen jännitepiiriin, syntyy häiriöitä, jotka johtuvat suuren purkausvirran virtauksesta ulkoisen piirin ja maadoituspiirin läpi.
Epäsuoraa salamaniskua pidetään salamanpurkauksena pilvien välillä. Tällaisten iskujen aikana syntyy sähkömagneettisia kenttiä. Ne aiheuttavat jännitteitä tai virtoja sähköjärjestelmän johtimissa. Tämä aiheuttaa häiriöitä.
Kun salama iskee maahan, virta kulkee maan läpi. Se voi aiheuttaa potentiaalieron ajoneuvon maadoitusjärjestelmään.
Täsmälleen samat häiriöt syntyy vaihtamalla kondensaattoriparistoja. Tällainen kytkentä on kytkentätransienttiprosessi. Kaikki kytkentätransientit aiheuttavat korkeaenergistä mikrosekunnin impulssikohinaa.
Nopeat jännitteen tai virran muutokset suojalaitteiden toimiessa voivat myös aiheuttaa mikrosekunnin pulssikohinaa sisäisissä piireissä.
Kytkimen pulssikohinan kestävyyden testaamiseen käytetään erityisiä testipulssigeneraattoreita. Esimerkiksi UCS 500N5. Tämä generaattori syöttää eri parametrien pulsseja testattaviin kytkinportteihin. Pulssiparametrit riippuvat suoritetuista testeistä. Ne voivat vaihdella pulssimuodon, lähtövastuksen, jännitteen ja valotusajan suhteen.
Mikrosekunnin pulssihäiriönsietotestien aikana tehoportteihin syötetään 2 kV pulsseja. Dataporteille - 4 kV. Tämän testin aikana oletetaan, että toiminta voi keskeytyä, mutta häiriön poistuttua se palautuu itsestään.
Loiskuormien kytkentä, relekoskettimien "pomppiminen", kytkentä vaihtovirtaa tasasuuntaamalla
Sähköjärjestelmässä voi tapahtua erilaisia kytkentäprosesseja: induktiivisten kuormien katkoksia, relekoskettimien avautumista jne.
Tällaiset kytkentäprosessit aiheuttavat myös impulssikohinaa. Niiden kesto vaihtelee yhdestä nanosekunnista yhteen mikrosekuntiin. Tällaista impulssikohinaa kutsutaan nanosekunnin impulssikohinaksi.
Testien suorittamista varten kytkimille lähetetään nanosekunnin pulssien purskeet. Pulssit syötetään virta- ja dataportteihin.
Tehoportit syötetään 2 kV pulsseilla ja dataportit 4 kV pulsseilla.
Nanosekuntien purskekohinatestauksen aikana kytkimien on oltava täysin toimivia.
Teollisuuden elektroniikkalaitteista, suodattimista ja kaapeleista aiheutuva melu
Jos kytkin asennetaan lähelle virranjakelujärjestelmiä tai tehoelektroniikkalaitteita, niihin voi indusoitua epäsymmetrisiä jännitteitä. Tällaista häiriötä kutsutaan johtuneeksi sähkömagneettiseksi häiriöksi.
Tärkeimmät johdetun häiriön lähteet ovat:
- tehonjakelujärjestelmät, mukaan lukien DC ja 50 Hz;
- tehoelektroniikkalaitteet.
Häiriön lähteestä riippuen ne jaetaan kahteen tyyppiin:
- vakiojännite ja jännite taajuudella 50 Hz. Oikosulut ja muut häiriöt jakelujärjestelmissä aiheuttavat häiriöitä perustaajuudella;
- jännite taajuusalueella 15 Hz - 150 kHz. Tällaisia häiriöitä aiheuttavat yleensä tehoelektroniikkajärjestelmät.
Kytkimien testaamiseksi teho- ja dataportteihin syötetään 30 V:n rms-jännite jatkuvasti ja 300V:n rms-jännite 1 sekunnin ajan. Nämä jännitearvot vastaavat GOST-testien korkeinta vakavuusastetta.
Laitteen on kestettävä tällaisia vaikutuksia, jos se asennetaan kovaan sähkömagneettiseen ympäristöön. Sille on ominaista:
- testattavat laitteet liitetään pienjänniteverkkoihin ja keskijännitelinjoihin;
- laitteet liitetään suurjännitelaitteiden maadoitusjärjestelmään;
- käytetään tehomuuntimia, jotka syöttävät merkittäviä virtoja maadoitusjärjestelmään.
Samanlaisia olosuhteita voi löytää asemilla tai sähköasemilla.
AC-jännitteen tasasuuntaus akkuja ladattaessa
Tasasuuntauksen jälkeen lähtöjännite aina sykkii. Eli jännitearvot muuttuvat satunnaisesti tai ajoittain.
Jos kytkimet saavat virran tasajännitteellä, suuret jännitteen aallot voivat häiritä laitteiden toimintaa.
Pääsääntöisesti kaikissa nykyaikaisissa järjestelmissä käytetään erityisiä anti-aliasing-suodattimia ja aaltoilutaso ei ole korkea. Mutta tilanne muuttuu, kun paristot asennetaan virtajärjestelmään. Akkuja ladattaessa aaltoilu lisääntyy.
Siksi myös tällaisten häiriöiden mahdollisuus on otettava huomioon.
Johtopäätös
Kytkimet, joissa on parannettu sähkömagneettinen yhteensopivuus, mahdollistavat tiedon siirron ankarissa sähkömagneettisissa ympäristöissä. Artikkelin alussa olevassa Rasvumchorrin kaivoksen esimerkissä datakaapeli altistui voimakkaalle teollisen taajuuden magneettikentällä ja johti häiriötä taajuuskaistalla 0-150 kHz. Perinteiset teollisuuskytkimet eivät pystyneet selviytymään tiedonsiirrosta tällaisissa olosuhteissa ja paketteja katosi.
Kytkimet, joilla on parannettu sähkömagneettinen yhteensopivuus, voivat toimia täysin, kun ne altistuvat seuraaville häiriöille:
- radiotaajuiset sähkömagneettiset kentät;
- teollisuuden taajuus magneettikentät;
- nanosekunnin impulssikohina;
- korkean energian mikrosekunnin pulssikohina;
- radiotaajuisen sähkömagneettisen kentän aiheuttamat johtuneet häiriöt;
- johtuneet häiriöt taajuusalueella 0 - 150 kHz;
- Tasavirtalähteen jännitteen aaltoilu.
Lähde: will.com