Perché i pacchetti possono essere persi su una LAN? Esistono diverse opzioni: la prenotazione è configurata in modo errato, la rete non può far fronte al carico o la LAN è “tempestosa”. Ma la ragione non risiede sempre nel livello di rete.
La società Arktek LLC ha realizzato sistemi automatizzati di controllo dei processi e sistemi di videosorveglianza per la miniera Rasvumchorrsky di Apatit JSC basati su .
Si sono verificati problemi in una parte della rete. Tra gli interruttori FL SWITCH 3012E-2FX – e FL INTERRUTTORE 3006T-2FX – il canale di comunicazione era estremamente instabile.
I dispositivi erano collegati tramite un cavo di rame posato in un canale a un cavo di alimentazione da 6 kV. Il cavo di alimentazione crea un forte campo elettromagnetico che causa interferenze. Gli interruttori industriali convenzionali non hanno una sufficiente immunità al rumore, quindi alcuni dati sono andati persi.
Quando gli interruttori FL SWITCH 3012E-2FX sono stati installati su entrambe le estremità – , la connessione si è stabilizzata. Questi interruttori sono conformi alla norma IEC 61850-3. Tra le altre cose, la Parte 3 di questo standard descrive i requisiti di compatibilità elettromagnetica (EMC) per i dispositivi installati in centrali e sottostazioni elettriche.
Perché gli switch con EMC migliorata hanno prestazioni migliori?
EMC - disposizioni generali
Risulta che la stabilità della trasmissione dei dati su una LAN è influenzata non solo dalla corretta configurazione dell'apparecchiatura e dalla quantità di dati trasferiti. Pacchetti persi o un interruttore rotto possono essere causati da interferenze elettromagnetiche: una radio utilizzata vicino ad apparecchiature di rete, un cavo di alimentazione posato nelle vicinanze o un interruttore di alimentazione che ha aperto il circuito durante un cortocircuito.
La radio, il cavo e l'interruttore sono fonti di interferenze elettromagnetiche. Gli interruttori di compatibilità elettromagnetica avanzata (EMC) sono progettati per funzionare normalmente quando esposti a questa interferenza.
Esistono due tipi di interferenze elettromagnetiche: induttive e condotte.
L'interferenza induttiva viene trasmessa attraverso il campo elettromagnetico “attraverso l'aria”. Questa interferenza è anche chiamata interferenza irradiata o irradiata.
L'interferenza condotta viene trasmessa attraverso conduttori: fili, terra, ecc.
L'interferenza induttiva si verifica quando esposto a un potente campo elettromagnetico o magnetico. Le interferenze condotte possono essere causate dalla commutazione di circuiti elettrici, fulmini, impulsi, ecc.
Gli interruttori, come tutte le apparecchiature, possono essere influenzati sia dal rumore induttivo che da quello condotto.
Diamo un'occhiata alle diverse fonti di interferenza in un impianto industriale e al tipo di interferenza che creano.
Fonti di interferenza
Dispositivi che emettono radio (walkie-talkie, telefoni cellulari, apparecchiature di saldatura, forni a induzione, ecc.)
Qualsiasi dispositivo emette un campo elettromagnetico. Questo campo elettromagnetico influisce sulle apparecchiature sia induttivamente che conduttivamente.
Se il campo viene generato sufficientemente forte, può creare una corrente nel conduttore, che interromperà il processo di trasmissione del segnale. Interferenze molto forti possono portare allo spegnimento dell'apparecchiatura. Pertanto, appare un effetto induttivo.
Il personale operativo e i servizi di sicurezza utilizzano telefoni cellulari e walkie-talkie per comunicare tra loro. Nelle strutture operano trasmettitori radiofonici e televisivi fissi, sugli impianti mobili sono installati dispositivi Bluetooth e WiFi.
Tutti questi dispositivi sono potenti generatori di campi elettromagnetici. Pertanto, per funzionare normalmente in ambienti industriali, gli interruttori devono essere in grado di tollerare le interferenze elettromagnetiche.
L'ambiente elettromagnetico è determinato dall'intensità del campo elettromagnetico.
Quando si verifica la resistenza di un interruttore agli effetti induttivi dei campi elettromagnetici, sull'interruttore viene indotto un campo di 10 V/m. In questo caso, l'interruttore deve essere perfettamente funzionante.
Tutti i conduttori all'interno dell'interruttore, così come tutti i cavi, sono antenne di ricezione passive. I dispositivi che emettono radio possono causare interferenze elettromagnetiche condotte nell'intervallo di frequenza compreso tra 150 Hz e 80 MHz. Il campo elettromagnetico induce tensione in questi conduttori. Queste tensioni a loro volta causano correnti che creano rumore nell'interruttore.
Per testare l'immunità EMI condotta dell'interruttore, viene applicata tensione alle porte dati e alle porte di alimentazione. GOST R 51317.4.6-99 imposta un valore di tensione di 10 V per un elevato livello di radiazione elettromagnetica. In questo caso, l'interruttore deve essere perfettamente funzionante.
Corrente nei cavi di alimentazione, linee elettriche, circuiti di messa a terra
La corrente nei cavi di alimentazione, nelle linee elettriche e nei circuiti di messa a terra crea un campo magnetico di frequenza industriale (50 Hz). L'esposizione a un campo magnetico crea una corrente in un conduttore chiuso, che costituisce un'interferenza.
Il campo magnetico a frequenza industriale si divide in:
- campo magnetico di intensità costante e relativamente bassa causato da correnti in condizioni operative normali;
- un campo magnetico di intensità relativamente elevata causato da correnti in condizioni di emergenza, che agisce per un breve periodo fino all'attivazione dei dispositivi.
Quando si testano gli interruttori per la stabilità dell'esposizione a un campo magnetico a frequenza industriale, ad essi viene applicato un campo di 100 A/m per un lungo periodo e 1000 A/m per un periodo di 3 s. Una volta testati, gli interruttori dovrebbero essere perfettamente funzionanti.
Per fare un confronto, un forno a microonde domestico convenzionale crea un'intensità del campo magnetico fino a 10 A/m.
Fulmini, condizioni di emergenza nelle reti elettriche
I fulmini causano anche interferenze nelle apparecchiature di rete. Non durano a lungo, ma la loro grandezza può raggiungere diverse migliaia di volt. Tale interferenza è chiamata pulsata.
Il rumore a impulsi può essere applicato sia alle porte di alimentazione che alle porte dati dello switch. A causa degli elevati valori di sovratensione, possono sia interrompere il funzionamento dell'apparecchiatura che bruciarla completamente.
Un fulmine è un caso particolare di rumore impulsivo. Può essere classificato come rumore impulsivo di microsecondi ad alta energia.
Un fulmine può essere di diverso tipo: fulmine su un circuito di tensione esterno, fulmine indiretto, fulmine a terra.
Quando un fulmine colpisce un circuito di tensione esterno, si verifica un'interferenza dovuta al flusso di una grande corrente di scarica attraverso il circuito esterno e il circuito di terra.
Per fulminazione indiretta si intende una scarica di fulmine tra le nuvole. Durante tali impatti vengono generati campi elettromagnetici. Inducono tensioni o correnti nei conduttori dell'impianto elettrico. Questo è ciò che causa l'interferenza.
Quando un fulmine colpisce il suolo, la corrente scorre attraverso il terreno. Può creare una differenza potenziale nel sistema di messa a terra del veicolo.
La stessa interferenza viene creata commutando i banchi di condensatori. Tale commutazione è un processo transitorio di commutazione. Tutti i transitori di commutazione provocano un rumore impulsivo di microsecondi ad alta energia.
Anche i rapidi cambiamenti di tensione o corrente durante il funzionamento dei dispositivi di protezione possono causare rumore a impulsi di microsecondi nei circuiti interni.
Per testare la resistenza dell'interruttore al rumore degli impulsi, vengono utilizzati speciali generatori di impulsi di prova. Ad esempio, UCS 500N5. Questo generatore fornisce impulsi di vari parametri alle porte dello switch sotto test. I parametri della pulsazione dipendono dai test eseguiti. Possono differire per forma dell'impulso, resistenza di uscita, tensione e tempo di esposizione.
Durante i test di immunità al rumore a impulsi di microsecondi, alle porte di alimentazione vengono applicati impulsi da 2 kV. Per porte dati - 4 kV. Durante questo test, si presume che l'operazione possa essere interrotta, ma una volta scomparsa l'interferenza, si riprenderà da sola.
Commutazione di carichi reattivi, "rimbalzo" dei contatti relè, commutazione durante il raddrizzamento della corrente alternata
In un impianto elettrico possono verificarsi diversi processi di commutazione: interruzioni di carichi induttivi, apertura di contatti di relè, ecc.
Tali processi di commutazione creano anche rumore impulsivo. La loro durata varia da un nanosecondo a un microsecondo. Tale rumore impulsivo è chiamato rumore impulsivo di nanosecondi.
Per eseguire i test, agli interruttori vengono inviati burst di impulsi di nanosecondi. Gli impulsi vengono forniti alle porte di alimentazione e alle porte dati.
Le porte di alimentazione sono alimentate con impulsi da 2 kV, mentre le porte dati sono alimentate con impulsi da 4 kV.
Durante i test del rumore burst nell'ordine dei nanosecondi, gli interruttori devono essere perfettamente funzionanti.
Rumore proveniente da apparecchiature elettroniche industriali, filtri e cavi
Se l'interruttore è installato vicino a sistemi di distribuzione dell'energia o apparecchiature elettroniche di potenza, al loro interno potrebbero essere indotte tensioni sbilanciate. Tale interferenza è chiamata interferenza elettromagnetica condotta.
Le principali fonti di interferenze condotte sono:
- sistemi di distribuzione dell'energia, compresi DC e 50 Hz;
- apparecchiature elettroniche di potenza.
A seconda della fonte di interferenza, si dividono in due tipologie:
- tensione costante e tensione con una frequenza di 50 Hz. Cortocircuiti e altri disturbi nei sistemi di distribuzione generano interferenze alla frequenza fondamentale;
- tensione nella banda di frequenza da 15 Hz a 150 kHz. Tali interferenze sono solitamente generate da sistemi elettronici di potenza.
Per testare gli interruttori, le porte di alimentazione e dati vengono alimentate con una tensione efficace di 30 V in modo continuo e una tensione efficace di 300 V per 1 s. Questi valori di tensione corrispondono al massimo grado di severità dei test GOST.
L'apparecchiatura deve resistere a tali influenze se è installata in un ambiente elettromagnetico difficile. È caratterizzato da:
- i dispositivi in prova saranno collegati a reti elettriche a bassa tensione e linee a media tensione;
- i dispositivi saranno collegati al sistema di messa a terra delle apparecchiature ad alta tensione;
- vengono utilizzati convertitori di potenza che iniettano correnti significative nel sistema di terra.
Condizioni simili possono essere trovate nelle stazioni o sottostazioni.
Rettifica della tensione CA durante la ricarica delle batterie
Dopo il raddrizzamento, la tensione di uscita pulsa sempre. Cioè, i valori di tensione cambiano in modo casuale o periodico.
Se gli interruttori sono alimentati da tensione continua, grandi ondulazioni di tensione possono disturbare il funzionamento dei dispositivi.
Di norma, tutti i sistemi moderni utilizzano speciali filtri anti-alias e il livello di ondulazione non è elevato. Ma la situazione cambia quando le batterie vengono installate nel sistema di alimentazione. Quando si caricano le batterie, l'ondulazione aumenta.
Pertanto, occorre tenere conto anche della possibilità di tale interferenza.
conclusione
Gli switch con compatibilità elettromagnetica migliorata consentono di trasferire dati in ambienti elettromagnetici difficili. Nell'esempio della miniera di Rasvumchorr all'inizio dell'articolo, il cavo dati è stato esposto a un potente campo magnetico di frequenza industriale e ha condotto interferenze nella banda di frequenza da 0 a 150 kHz. Gli switch industriali convenzionali non potevano far fronte alla trasmissione dei dati in tali condizioni e i pacchetti andavano persi.
Gli interruttori con compatibilità elettromagnetica migliorata possono funzionare pienamente se esposti alle seguenti interferenze:
- campi elettromagnetici a radiofrequenza;
- campi magnetici a frequenza industriale;
- rumore impulsivo nell'ordine dei nanosecondi;
- rumore dell'impulso di microsecondi ad alta energia;
- interferenze condotte indotte da campi elettromagnetici a radiofrequenza;
- interferenze condotte nella gamma di frequenza da 0 a 150 kHz;
- Ondulazione della tensione di alimentazione CC.
Fonte: habr.com