Miért veszhetnek el csomagok a LAN-on? Különböző lehetőségek vannak: a foglalás helytelenül van konfigurálva, a hálózat nem tud megbirkózni a terheléssel, vagy a LAN „viharos”. De az ok nem mindig a hálózati rétegben rejlik.
Az Arktek LLC cég automatizált folyamatirányító rendszereket és videó megfigyelő rendszereket készített az Apatit JSC Rasvumchorrsky bányája számára. .
Problémák adódtak a hálózat egyik részén. FL SWITCH 3012E-2FX kapcsolók között – és FL SWITCH 3006T-2FX – a kommunikációs csatorna rendkívül instabil volt.
A készülékeket egy csatornában lefektetett rézkábellel kötötték össze egy 6 kV-os tápkábellel. A tápkábel erős elektromágneses teret hoz létre, ami interferenciát okoz. A hagyományos ipari kapcsolók nem rendelkeznek megfelelő zajtűréssel, így néhány adat elveszett.
Amikor az FL SWITCH 3012E-2FX kapcsolókat mindkét végére telepítették – , a kapcsolat stabilizálódott. Ezek a kapcsolók megfelelnek az IEC 61850-3 szabványnak. Ennek a szabványnak a 3. része többek között leírja az elektromágneses kompatibilitási (EMC) követelményeket az elektromos erőművekbe és alállomásokba telepített eszközökre vonatkozóan.
Miért teljesítettek jobban a továbbfejlesztett EMC-vel rendelkező kapcsolók?
EMC - általános rendelkezések
Kiderült, hogy a LAN-on történő adatátvitel stabilitását nem csak a berendezés helyes konfigurációja és az átvitt adatok mennyisége befolyásolja. A kiesett csomagokat vagy a kapcsoló meghibásodását elektromágneses interferencia okozhatja: a hálózati berendezések közelében használt rádió, a közelben elhelyezett tápkábel, vagy egy tápkapcsoló, amely rövidzárlat során kinyitotta az áramkört.
A rádió, a kábel és a kapcsoló elektromágneses interferencia forrása. A továbbfejlesztett elektromágneses kompatibilitási (EMC) kapcsolókat úgy tervezték, hogy normálisan működjenek, ha ki vannak téve ennek az interferenciának.
Kétféle elektromágneses interferencia létezik: induktív és vezetett.
Az induktív interferencia az elektromágneses mezőn keresztül „levegőn keresztül” továbbítódik. Ezt az interferenciát sugárzott vagy sugárzott interferenciának is nevezik.
A vezetett interferencia vezetékeken keresztül továbbítódik: vezetékeken, földön stb.
Induktív interferencia akkor lép fel, ha erős elektromágneses vagy mágneses térnek van kitéve. Vezetett interferenciát okozhatnak kapcsolóáramkörök, villámcsapások, impulzusok stb.
A kapcsolókat, mint minden berendezést, induktív és vezetett zaj egyaránt érintheti.
Nézzük meg, hogy egy ipari létesítményben milyen különböző interferenciaforrások keletkeznek, és milyen interferenciát keltenek.
Az interferencia forrásai
Rádiósugárzó eszközök (walkie-talkie, mobiltelefon, hegesztőberendezés, indukciós kemencék stb.)
Bármely eszköz elektromágneses teret bocsát ki. Ez az elektromágneses mező mind induktív, mind vezetőképes hatással van a berendezésre.
Ha a mező elég erős, akkor áram keletkezhet a vezetőben, ami megzavarja a jelátviteli folyamatot. A nagyon erős interferencia a berendezés leállásához vezethet. Így induktív hatás jelenik meg.
Az üzemeltető személyzet és a biztonsági szolgálatok mobiltelefonokat és walkie-talkie-t használnak az egymással való kommunikációhoz. A létesítményekben helyhez kötött rádió- és televízióadók üzemelnek, mobil létesítményekre Bluetooth és WiFi eszközök vannak telepítve.
Mindezek az eszközök erős elektromágneses térgenerátorok. Ezért ahhoz, hogy ipari környezetben normálisan működjenek, a kapcsolóknak el kell viselniük az elektromágneses interferenciát.
Az elektromágneses környezetet az elektromágneses tér erőssége határozza meg.
Egy kapcsoló elektromágneses terek induktív hatásával szembeni ellenállásának tesztelésekor a kapcsolón 10 V/m mezőt indukálnak. Ebben az esetben a kapcsolónak teljesen működőképesnek kell lennie.
A kapcsolóban lévő vezetékek, valamint a kábelek passzív vevőantennák. A rádiósugárzást kibocsátó eszközök a 150 Hz és 80 MHz közötti frekvenciatartományban vezetett elektromágneses interferenciát okozhatnak. Az elektromágneses tér feszültséget indukál ezekben a vezetékekben. Ezek a feszültségek viszont áramokat okoznak, amelyek zajt keltenek a kapcsolóban.
A kapcsoló EMI-tűrésének teszteléséhez feszültséget kapcsolnak az adat- és tápportokra. A GOST R 51317.4.6-99 10 V-os feszültségértéket állít be a magas szintű elektromágneses sugárzáshoz. Ebben az esetben a kapcsolónak teljesen működőképesnek kell lennie.
Áram a tápkábelekben, távvezetékekben, földelő áramkörökben
A tápkábelekben, távvezetékekben és földelő áramkörökben lévő áram ipari frekvenciájú (50 Hz) mágneses mezőt hoz létre. A mágneses térnek való kitétel egy zárt vezetőben áramot hoz létre, ami interferencia.
A teljesítményfrekvenciás mágneses mező a következőkre oszlik:
- állandó és viszonylag alacsony intenzitású mágneses tér, amelyet normál üzemi körülmények között áramok okoznak;
- egy viszonylag nagy intenzitású mágneses mező, amelyet vészhelyzetben áramok okoznak, és rövid ideig hat, amíg a készülékek ki nem kapcsolnak.
A kapcsolók teljesítmény-frekvenciás mágneses térrel való kitettség stabilitásának tesztelésekor hosszú ideig 100 A/m, 1000 másodpercig 3 A/m erőteret alkalmaznak. A tesztelés során a kapcsolóknak teljesen működőképesnek kell lenniük.
Összehasonlításképpen: egy hagyományos háztartási mikrohullámú sütő akár 10 A/m mágneses térerősséget hoz létre.
Villámcsapások, vészhelyzetek elektromos hálózatokban
A villámcsapások is interferenciát okoznak a hálózati berendezésekben. Nem tartanak sokáig, de nagyságuk elérheti a több ezer voltot. Az ilyen interferenciát impulzusnak nevezzük.
Az impulzuszaj a kapcsoló tápcsatlakozóira és adatportjaira egyaránt alkalmazható. A magas túlfeszültség értékek miatt a berendezés működését megzavarhatják és teljesen ki is égethetik.
A villámcsapás az impulzuszaj speciális esete. A nagy energiájú mikroszekundumos impulzuszajhoz sorolható.
A villámcsapás többféle lehet: villámcsapás külső feszültségkörbe, közvetett csapás, földbe csapás.
Amikor a villám becsap egy külső feszültségű áramkörbe, interferencia lép fel a nagy kisülési áram áramlása miatt a külső áramkörön és a földelő áramkörön keresztül.
A közvetett villámcsapás a felhők közötti villámkisülésnek minősül. Az ilyen becsapódások során elektromágneses mezők keletkeznek. Feszültséget vagy áramot indukálnak az elektromos rendszer vezetőiben. Ez okozza az interferenciát.
Amikor a villám a földbe csap, áram folyik át a talajon. Ez potenciálkülönbséget hozhat létre a jármű földelési rendszerében.
Pontosan ugyanaz az interferencia jön létre a kondenzátortelepek váltása során. Az ilyen kapcsolás egy kapcsolási tranziens folyamat. Minden kapcsolási tranziens nagy energiájú mikroszekundumos impulzuszajt okoz.
A védőeszközök működése közben bekövetkező gyors feszültség- vagy áramváltozások mikroszekundumos impulzuszajt is okozhatnak a belső áramkörökben.
A kapcsoló impulzuszaj-ellenállásának tesztelésére speciális tesztimpulzus-generátorokat használnak. Például UCS 500N5. Ez a generátor különféle paraméterű impulzusokat szolgáltat a vizsgált kapcsolóportokhoz. Az impulzus paraméterei az elvégzett tesztektől függenek. Különbözhetnek az impulzus alakjában, a kimeneti ellenállásban, a feszültségben és az expozíciós időben.
A mikroszekundumos impulzuszaj-tűrési tesztek során 2 kV-os impulzusokat adnak a tápcsatlakozókra. Adatportokhoz - 4 kV. A teszt során feltételezzük, hogy a működés megszakadhat, de az interferencia megszűnése után magától helyreáll.
Reaktív terhelések kapcsolása, reléérintkezők „pattanása”, váltás váltóáram egyenirányításánál
Egy elektromos rendszerben különféle kapcsolási folyamatok fordulhatnak elő: induktív terhelések megszakítása, reléérintkezők nyitása stb.
Az ilyen kapcsolási folyamatok impulzuszajt is keltenek. Időtartamuk egy nanoszekundumtól egy mikroszekundumig terjed. Az ilyen impulzuszajt nanoszekundumos impulzuszajnak nevezzük.
A tesztek elvégzéséhez nanoszekundumos impulzussorozatokat küldenek a kapcsolókra. Az impulzusokat a tápcsatlakozók és az adatportok kapják.
A tápcsatlakozók 2 kV-os, az adatcsatlakozók 4 kV-os impulzusokkal vannak ellátva.
A nanoszekundumos burst zajteszt során a kapcsolóknak teljesen működőképesnek kell lenniük.
Ipari elektronikus berendezések, szűrők és kábelek zaja
Ha a kapcsolót áramelosztó rendszerek vagy erősáramú elektronikai berendezések közelében szerelik fel, kiegyensúlyozatlan feszültség indukálható beléjük. Az ilyen interferenciát vezetett elektromágneses interferenciának nevezzük.
A vezetett interferencia fő forrásai a következők:
- áramelosztó rendszerek, beleértve az egyenáramú és 50 Hz-et is;
- teljesítményelektronikai berendezések.
Az interferencia forrásától függően két típusra oszthatók:
- állandó feszültség és 50 Hz frekvenciájú feszültség. Az elosztórendszerekben fellépő rövidzárlatok és egyéb zavarok az alapfrekvencián okoznak interferenciát;
- feszültség a 15 Hz és 150 kHz közötti frekvenciasávban. Az ilyen interferenciát általában teljesítményelektronikai rendszerek generálják.
A kapcsolók teszteléséhez a táp- és adatportokat folyamatosan 30 V effektív feszültséggel és 300 másodpercig 1 V effektív feszültséggel látják el. Ezek a feszültségértékek megfelelnek a GOST tesztek legmagasabb fokának.
A berendezésnek ellenállnia kell az ilyen behatásoknak, ha zord elektromágneses környezetben van felszerelve. Jellemzői:
- a vizsgált készülékek kisfeszültségű elektromos hálózatokra és középfeszültségű vezetékekre csatlakoznak;
- az eszközöket a nagyfeszültségű berendezések földelő rendszeréhez kell csatlakoztatni;
- teljesítmény-átalakítókat használnak, amelyek jelentős áramot fecskendeznek a földelési rendszerbe.
Az állomásokon vagy alállomásokon hasonló feltételek találhatók.
AC feszültség egyenirányítása akkumulátorok töltésekor
Egyenirányítás után a kimeneti feszültség mindig pulzál. Vagyis a feszültségértékek véletlenszerűen vagy periodikusan változnak.
Ha a kapcsolókat egyenfeszültségről táplálják, a nagy feszültséghullámok megzavarhatják az eszközök működését.
Általános szabály, hogy minden modern rendszer speciális élsimító szűrőket használ, és a hullámosság szintje nem magas. De a helyzet megváltozik, amikor az akkumulátorokat behelyezik az áramellátó rendszerbe. Az akkumulátorok töltése során a hullámosság növekszik.
Ezért az ilyen interferencia lehetőségével is számolni kell.
Következtetés
A továbbfejlesztett elektromágneses kompatibilitással rendelkező kapcsolók lehetővé teszik az adatok átvitelét durva elektromágneses környezetben. A cikk elején a Rasvumchorr bánya példájában az adatkábel erős ipari frekvenciájú mágneses térnek volt kitéve, és interferenciát vezetett a 0 és 150 kHz közötti frekvenciasávban. A hagyományos ipari kapcsolók ilyen körülmények között nem tudtak megbirkózni az adatátvitellel, így a csomagok elvesztek.
A továbbfejlesztett elektromágneses kompatibilitású kapcsolók teljes mértékben működhetnek, ha a következő interferenciának vannak kitéve:
- rádiófrekvenciás elektromágneses mezők;
- ipari frekvenciájú mágneses mezők;
- nanoszekundumos impulzuszaj;
- nagy energiájú mikroszekundumos impulzuszaj;
- rádiófrekvenciás elektromágneses tér által kiváltott vezetett interferencia;
- vezetett interferencia a 0 és 150 kHz közötti frekvenciatartományban;
- Az egyenáramú tápfeszültség hullámossága.
Forrás: will.com