Pourquoi des paquets peuvent-ils être perdus sur un réseau local ? Il existe différentes options : la réservation est mal configurée, le réseau ne peut pas faire face à la charge ou le LAN est « orageux ». Mais la raison ne réside pas toujours dans la couche réseau.
La société Arktek LLC a fabriqué des systèmes de contrôle de processus automatisés et des systèmes de vidéosurveillance pour la mine Rasvumchorrsky d'Apatit JSC sur la base de .
Il y avait des problèmes dans une partie du réseau. Entre les commutateurs FL SWITCH 3012E-2FX – et COMMUTATEUR FL 3006T-2FX – le canal de communication était extrêmement instable.
Les appareils étaient connectés par un câble en cuivre posé dans un canal à un câble d'alimentation de 6 kV. Le câble d’alimentation crée un puissant champ électromagnétique qui provoque des interférences. Les commutateurs industriels conventionnels ne disposent pas d'une immunité suffisante au bruit, ce qui entraîne la perte de certaines données.
Lorsque les commutateurs FL SWITCH 3012E-2FX ont été installés aux deux extrémités – , la connexion s'est stabilisée. Ces commutateurs sont conformes à la norme CEI 61850-3. Entre autres choses, la partie 3 de cette norme décrit les exigences de compatibilité électromagnétique (CEM) pour les appareils installés dans les centrales électriques et les sous-stations.
Pourquoi les commutateurs dotés d’une CEM améliorée ont-ils mieux fonctionné ?
CEM - dispositions générales
Il s'avère que la stabilité de la transmission des données sur un réseau local n'est pas seulement affectée par la configuration correcte de l'équipement et la quantité de données transférées. Les paquets perdus ou un interrupteur cassé peuvent être causés par des interférences électromagnétiques : une radio utilisée à proximité d'un équipement réseau, un câble d'alimentation posé à proximité ou un interrupteur d'alimentation qui a ouvert le circuit lors d'un court-circuit.
La radio, le câble et l'interrupteur sont des sources d'interférences électromagnétiques. Les commutateurs à compatibilité électromagnétique améliorée (CEM) sont conçus pour fonctionner normalement lorsqu'ils sont exposés à ces interférences.
Il existe deux types d'interférences électromagnétiques : inductives et conduites.
Les interférences inductives sont transmises par le champ électromagnétique « par l'air ». Cette interférence est également appelée interférence rayonnée ou rayonnée.
Les interférences conduites se transmettent à travers des conducteurs : fils, terre, etc.
Des interférences inductives se produisent lorsqu'elles sont exposées à un puissant champ électromagnétique ou magnétique. Les interférences conduites peuvent être provoquées par des circuits de courant de commutation, des coups de foudre, des impulsions, etc.
Les interrupteurs, comme tous les équipements, peuvent être affectés par le bruit inductif et conduit.
Examinons les différentes sources d'interférences dans une installation industrielle et le type d'interférences qu'elles créent.
Sources d'interférences
Appareils émetteurs de radio (talkies-walkies, téléphones portables, matériel de soudage, fours à induction, etc.)
Tout appareil émet un champ électromagnétique. Ce champ électromagnétique affecte les équipements de manière inductive et conductrice.
Si le champ est généré suffisamment fort, il peut créer un courant dans le conducteur, ce qui perturbera le processus de transmission du signal. De très fortes interférences peuvent entraîner l’arrêt de l’équipement. Ainsi, un effet inductif apparaît.
Le personnel d'exploitation et les services de sécurité utilisent des téléphones portables et des talkies-walkies pour communiquer entre eux. Des émetteurs de radio et de télévision fixes fonctionnent dans les installations ; des appareils Bluetooth et WiFi sont installés sur les installations mobiles.
Tous ces appareils sont de puissants générateurs de champs électromagnétiques. Par conséquent, pour fonctionner normalement dans des environnements industriels, les interrupteurs doivent pouvoir tolérer les interférences électromagnétiques.
L'environnement électromagnétique est déterminé par la force du champ électromagnétique.
Lors du test de résistance d'un interrupteur aux effets inductifs des champs électromagnétiques, un champ de 10 V/m est induit sur l'interrupteur. Dans ce cas, l'interrupteur doit être entièrement fonctionnel.
Tous les conducteurs à l'intérieur du commutateur, ainsi que tous les câbles, sont des antennes de réception passives. Les appareils émetteurs de radio peuvent provoquer des interférences électromagnétiques conduites dans la plage de fréquences de 150 Hz à 80 MHz. Le champ électromagnétique induit une tension dans ces conducteurs. Ces tensions provoquent à leur tour des courants qui créent du bruit dans le commutateur.
Pour tester l'immunité aux interférences électromagnétiques conduites du commutateur, une tension est appliquée aux ports de données et aux ports d'alimentation. GOST R 51317.4.6-99 définit une valeur de tension de 10 V pour un niveau élevé de rayonnement électromagnétique. Dans ce cas, l'interrupteur doit être entièrement fonctionnel.
Courant dans les câbles électriques, les lignes électriques, les circuits de mise à la terre
Le courant dans les câbles électriques, les lignes électriques et les circuits de mise à la terre crée un champ magnétique de fréquence industrielle (50 Hz). L'exposition à un champ magnétique crée un courant dans un conducteur fermé, ce qui constitue une interférence.
Le champ magnétique à fréquence industrielle est divisé en :
- champ magnétique d'intensité constante et relativement faible provoqué par les courants dans des conditions normales de fonctionnement ;
- un champ magnétique d'intensité relativement élevée provoqué par des courants dans des conditions d'urgence, agissant pendant une courte période jusqu'au déclenchement des appareils.
Lors du test des interrupteurs pour vérifier leur stabilité d'exposition à un champ magnétique à fréquence industrielle, un champ de 100 A/m leur est appliqué pendant une longue période et de 1000 3 A/m pendant une période de XNUMX s. Une fois testés, les commutateurs doivent être entièrement fonctionnels.
À titre de comparaison, un four à micro-ondes domestique conventionnel crée un champ magnétique pouvant atteindre 10 A/m.
Coups de foudre, conditions d'urgence dans les réseaux électriques
Les coups de foudre provoquent également des interférences dans les équipements réseau. Ils ne durent pas longtemps, mais leur ampleur peut atteindre plusieurs milliers de volts. Une telle interférence est appelée pulsée.
Le bruit d'impulsion peut être appliqué à la fois aux ports d'alimentation et aux ports de données du commutateur. En raison de valeurs de surtension élevées, ils peuvent à la fois perturber le fonctionnement de l'équipement et le griller complètement.
Un coup de foudre est un cas particulier de bruit impulsif. Il peut être classé comme bruit d’impulsion microseconde à haute énergie.
Un coup de foudre peut être de différents types : un coup de foudre sur un circuit à tension externe, un coup de foudre indirect, un coup de foudre au sol.
Lorsque la foudre frappe un circuit de tension externe, des interférences se produisent en raison du flux d'un courant de décharge important à travers le circuit externe et le circuit de mise à la terre.
Un coup de foudre indirect est considéré comme une décharge de foudre entre les nuages. Lors de tels impacts, des champs électromagnétiques sont générés. Ils induisent des tensions ou des courants dans les conducteurs du système électrique. C'est ce qui provoque des interférences.
Lorsque la foudre frappe le sol, le courant circule dans le sol. Cela peut créer une différence de potentiel dans le système de mise à la terre du véhicule.
Exactement la même interférence est créée lors de la commutation des batteries de condensateurs. Une telle commutation est un processus de commutation transitoire. Tous les transitoires de commutation provoquent un bruit impulsionnel de microseconde à haute énergie.
Des changements rapides de tension ou de courant lorsque les dispositifs de protection fonctionnent peuvent également entraîner un bruit d'impulsion de l'ordre de la microseconde dans les circuits internes.
Pour tester la résistance du commutateur au bruit d'impulsion, des générateurs d'impulsions de test spéciaux sont utilisés. Par exemple, UCS 500N5. Ce générateur fournit des impulsions de divers paramètres aux ports de commutation testés. Les paramètres d'impulsion dépendent des tests effectués. Ils peuvent différer par la forme de l'impulsion, la résistance de sortie, la tension et le temps d'exposition.
Lors des tests d'immunité au bruit d'impulsion en microsecondes, des impulsions de 2 kV sont appliquées aux ports d'alimentation. Pour les ports de données – 4 kV. Au cours de ce test, on suppose que le fonctionnement peut être interrompu, mais qu'une fois l'interférence disparue, il se rétablira tout seul.
Commutation de charges réactives, "rebond" des contacts de relais, commutation lors du redressement du courant alternatif
Différents processus de commutation peuvent se produire dans un système électrique : interruptions de charges inductives, ouverture de contacts de relais, etc.
De tels processus de commutation génèrent également un bruit impulsif. Leur durée varie d'une nanoseconde à une microseconde. Un tel bruit impulsionnel est appelé bruit impulsionnel nanoseconde.
Pour effectuer les tests, des salves d'impulsions nanosecondes sont envoyées aux commutateurs. Des impulsions sont fournies aux ports d'alimentation et aux ports de données.
Les ports d'alimentation sont alimentés par des impulsions de 2 kV et les ports de données sont alimentés par des impulsions de 4 kV.
Lors des tests de bruit en rafale nanoseconde, les commutateurs doivent être entièrement fonctionnels.
Bruit provenant des équipements électroniques industriels, des filtres et des câbles
Si le commutateur est installé à proximité de systèmes de distribution d'énergie ou d'équipements électroniques de puissance, des tensions déséquilibrées peuvent y être induites. Une telle interférence est appelée interférence électromagnétique conduite.
Les principales sources d’interférences conduites sont :
- systèmes de distribution d'énergie, y compris DC et 50 Hz ;
- équipement électronique de puissance.
Selon la source des interférences, elles sont divisées en deux types :
- tension constante et tension avec une fréquence de 50 Hz. Les courts-circuits et autres perturbations dans les systèmes de distribution génèrent des interférences à la fréquence fondamentale ;
- tension dans la bande de fréquence de 15 Hz à 150 kHz. De telles interférences sont généralement générées par les systèmes électroniques de puissance.
Pour tester les commutateurs, les ports d'alimentation et de données sont alimentés avec une tension efficace de 30 V en continu et une tension efficace de 300 V pendant 1 s. Ces valeurs de tension correspondent au plus haut degré de sévérité des tests GOST.
L'équipement doit résister à de telles influences s'il est installé dans un environnement électromagnétique difficile. Il se caractérise par :
- les appareils testés seront connectés aux réseaux électriques basse tension et aux lignes moyenne tension ;
- les appareils seront connectés au système de mise à la terre des équipements haute tension ;
- des convertisseurs de puissance sont utilisés pour injecter des courants importants dans le système de mise à la terre.
Des conditions similaires peuvent être trouvées dans les stations ou sous-stations.
Rectification de la tension alternative lors du chargement des batteries
Après rectification, la tension de sortie pulse toujours. C'est-à-dire que les valeurs de tension changent de manière aléatoire ou périodique.
Si les commutateurs sont alimentés par une tension continue, d'importantes ondulations de tension peuvent perturber le fonctionnement des appareils.
En règle générale, tous les systèmes modernes utilisent des filtres anti-aliasing spéciaux et le niveau d'ondulation n'est pas élevé. Mais la situation change lorsque des batteries sont installées dans le système d'alimentation électrique. Lors du chargement des batteries, l'ondulation augmente.
La possibilité d’une telle interférence doit donc également être prise en compte.
Conclusion
Les commutateurs dotés d'une compatibilité électromagnétique améliorée vous permettent de transférer des données dans des environnements électromagnétiques difficiles. Dans l'exemple de la mine Rasvumchorr au début de l'article, le câble de données a été exposé à un puissant champ magnétique de fréquence industrielle et a conduit des interférences dans la bande de fréquences de 0 à 150 kHz. Les commutateurs industriels conventionnels ne pouvaient pas assurer la transmission de données dans de telles conditions et des paquets étaient perdus.
Les interrupteurs dotés d'une compatibilité électromagnétique améliorée peuvent fonctionner pleinement lorsqu'ils sont exposés aux interférences suivantes :
- champs électromagnétiques de radiofréquences ;
- champs magnétiques à fréquence industrielle ;
- bruit impulsionnel nanoseconde ;
- bruit d'impulsion microseconde à haute énergie ;
- interférence conduite induite par un champ électromagnétique radiofréquence ;
- interférences conduites dans la gamme de fréquences de 0 à 150 kHz ;
- Ondulation de la tension d’alimentation CC.
Source: habr.com