למה אנחנו צריכים מתגים תעשייתיים עם EMC משופר?

מדוע ניתן לאבד מנות ברשת LAN? ישנן אפשרויות שונות: ההזמנה מוגדרת בצורה שגויה, הרשת אינה יכולה להתמודד עם העומס, או ה-LAN "סוער". אבל הסיבה לא תמיד טמונה בשכבת הרשת.

חברת Arktek LLC יצרה מערכות אוטומטיות לבקרת תהליכים ומערכות מעקב וידאו עבור מכרה Rasvumchorrsky של Apatit JSC על בסיס מתגי הפניקס קונטקט.

היו בעיות בחלק אחד של הרשת. בין מתגי FL SWITCH 3012E-2FX – 2891120 ו-FL SWITCH 3006T-2FX - 2891036 ערוץ התקשורת היה מאוד לא יציב.

המכשירים חוברו בכבל נחושת שהונח בערוץ אחד לכבל חשמל 6 קילו וולט. כבל החשמל יוצר שדה אלקטרומגנטי חזק, הגורם להפרעות. למתגים תעשייתיים קונבנציונליים אין חסינות מספקת לרעש, כך שחלק מהנתונים אבדו.

כאשר מתגי FL SWITCH 3012E-2FX הותקנו בשני הקצוות - 2891120, החיבור התייצב. מתגים אלה עומדים בתקן IEC 61850-3. בין היתר, חלק 3 של תקן זה מתאר את דרישות התאימות האלקטרומגנטית (EMC) עבור התקנים המותקנים בתחנות כוח ותחנות משנה.

מדוע מתגים עם EMC משופר פעלו טוב יותר?

EMC - הוראות כלליות

מסתבר שיציבות העברת הנתונים ברשת LAN מושפעת לא רק מהתצורה הנכונה של הציוד ומכמות הנתונים המועברים. חבילות שנפלו או מתג שבור עלולות להיגרם מהפרעות אלקטרומגנטיות: רדיו שהיה בשימוש ליד ציוד רשת, כבל חשמל שהונח בקרבת מקום, או מתג הפעלה שפתח את המעגל במהלך קצר חשמלי.

הרדיו, הכבל והמתג הם מקורות להפרעות אלקטרומגנטיות. מתגי תאימות אלקטרומגנטית משופרת (EMC) מתוכננים לפעול כרגיל כאשר הם נחשפים להפרעה זו.

ישנם שני סוגים של הפרעות אלקטרומגנטיות: אינדוקטיבית ומוליך.

הפרעות אינדוקטיביות מועברות דרך השדה האלקטרומגנטי "דרך האוויר". הפרעה זו נקראת גם הפרעה מוקרנת או מוקרנת.

הפרעות מוליכות מועברות דרך מוליכים: חוטים, הארקה וכו'.

הפרעות אינדוקטיביות מתרחשות כאשר נחשפים לשדה אלקטרומגנטי או מגנטי רב עוצמה. הפרעות מנוהלות יכולות להיגרם על ידי החלפת מעגלי זרם, מכות ברק, פולסים וכו'.

מתגים, כמו כל ציוד, יכולים להיות מושפעים הן מרעש אינדוקטיבי והן מרעש מוליך.

בואו נסתכל על מקורות ההפרעות השונים במתקן תעשייתי, ואיזה סוג של הפרעות הם יוצרים.

מקורות הפרעות

מכשירים פולטי רדיו (מכשירי קשר, טלפונים ניידים, ציוד ריתוך, תנורי אינדוקציה וכו')
כל מכשיר פולט שדה אלקטרומגנטי. שדה אלקטרומגנטי זה משפיע על ציוד הן באופן אינדוקטיבי והן מוליך.

אם השדה נוצר חזק מספיק, הוא יכול ליצור זרם במוליך, מה שישבש את תהליך העברת האות. הפרעות חזקות מאוד עלולות להוביל להשבתת ציוד. לפיכך, מופיע אפקט אינדוקטיבי.

אנשי הפעלה ושירותי אבטחה משתמשים בטלפונים ניידים ומכשירי קשר כדי לתקשר זה עם זה. במתקנים פועלים משדרי רדיו וטלוויזיה נייחים; מכשירי בלוטות' ו-WiFi מותקנים במתקנים ניידים.

כל המכשירים הללו הם מחוללי שדות אלקטרומגנטיים רבי עוצמה. לכן, כדי לפעול כרגיל בסביבות תעשייתיות, מתגים חייבים להיות מסוגלים לסבול הפרעות אלקטרומגנטיות.

הסביבה האלקטרומגנטית נקבעת על פי עוצמת השדה האלקטרומגנטי.

בעת בדיקת מתג להתנגדות להשפעות האינדוקטיביות של שדות אלקטרומגנטיים, מושרה שדה של 10 V/m על המתג. במקרה זה, המתג חייב להיות מתפקד במלואו.

כל המוליכים בתוך המתג, כמו גם כל הכבלים, הם אנטנות קליטה פסיביות. התקנים פולטי רדיו עלולים לגרום להפרעות אלקטרומגנטיות בטווח התדרים 150 הרץ עד 80 מגה-הרץ. השדה האלקטרומגנטי משרה מתח במוליכים אלה. מתחים אלו בתורם גורמים לזרמים, היוצרים רעש במתג.

כדי לבדוק את המתג לחסינות EMI מתנהלת, מתח מופעל על יציאות הנתונים ויציאות החשמל. GOST R 51317.4.6-99 קובע ערך מתח של 10 וולט לרמה גבוהה של קרינה אלקטרומגנטית. במקרה זה, המתג חייב להיות מתפקד במלואו.

זרם בכבלי חשמל, קווי חשמל, מעגלי הארקה
הזרם בכבלי חשמל, קווי חשמל ומעגלי הארקה יוצר שדה מגנטי בתדר תעשייתי (50 הרץ). חשיפה לשדה מגנטי יוצרת זרם במוליך סגור, שהוא הפרעה.

השדה המגנטי של תדר הכוח מחולק ל:

• שדה מגנטי בעוצמה קבועה ונמוכה יחסית הנגרם על ידי זרמים בתנאי פעולה רגילים;
• שדה מגנטי בעוצמה גבוהה יחסית הנגרם מזרמים בתנאי חירום, הפועל לזמן קצר עד להפעלת המכשירים.

בעת בדיקת מתגים ליציבות החשיפה לשדה מגנטי בתדר הספק, מופעל עליו שדה של 100 A/m לתקופה ארוכה ו-1000 A/m לפרק זמן של 3 שניות. כאשר נבדקים, המתגים צריכים להיות פונקציונליים במלואם.

לשם השוואה, תנור מיקרוגל ביתי קונבנציונלי יוצר עוצמת שדה מגנטי של עד 10 A/m.

מכות ברק, תנאי חירום ברשתות חשמל
מכות ברק גורמות גם להפרעות בציוד הרשת. הם לא מחזיקים מעמד זמן רב, אבל עוצמתם יכולה להגיע לכמה אלפי וולט. הפרעה כזו נקראת פעימה.

ניתן להחיל רעשי פולסים הן על יציאות החשמל והן על יציאות הנתונים של המתג. עקב ערכי מתח יתר גבוהים, הם יכולים גם לשבש את תפקוד הציוד וגם לשרוף אותו לחלוטין.

מכת ברק היא מקרה מיוחד של רעש דחף. זה יכול להיות מסווג כרעש דופק באנרגיה גבוהה של מיקרו-שניות.

פגיעת ברק יכולה להיות מסוגים שונים: פגיעת ברק במעגל מתח חיצוני, פגיעה עקיפה, פגיעת בקרקע.

כאשר ברק פוגע במעגל מתח חיצוני, הפרעות מתרחשות עקב זרימת זרם פריקה גדול דרך המעגל החיצוני ומעגל ההארקה.

פגיעת ברק עקיפה נחשבת לפריקת ברק בין עננים. במהלך פגיעות כאלה נוצרים שדות אלקטרומגנטיים. הם גורמים למתחים או זרמים במוליכים של מערכת החשמל. זה מה שגורם להפרעות.

כאשר ברק פוגע באדמה, זרם זורם דרך הקרקע. זה יכול ליצור הבדל פוטנציאלי במערכת הארקת הרכב.

בדיוק אותה הפרעה נוצרת על ידי החלפת בנקים של קבלים. מיתוג כזה הוא תהליך חולף מיתוג. כל מעברי המיתוג גורמים לרעש דחף מיקרו-שניות באנרגיה גבוהה.

שינויים מהירים במתח או בזרם כאשר התקני הגנה פועלים יכולים גם לגרום לרעש דופק של מיקרו-שניות במעגלים פנימיים.

כדי לבדוק את המתג להתנגדות לרעש דופק, נעשה שימוש במחוללי דופק בדיקה מיוחדים. לדוגמה, UCS 500N5. מחולל זה מספק פולסים של פרמטרים שונים ליציאות המתג הנבדקות. פרמטרי הדופק תלויים בבדיקות שבוצעו. הם יכולים להיות שונים בצורת הדופק, התנגדות הפלט, המתח וזמן החשיפה.

במהלך בדיקות חסינות לרעש דופק של מיקרו-שנייה, פולסים של 2 קילו וולט מופעלים על יציאות החשמל. עבור יציאות נתונים - 4 קילו וולט. במהלך בדיקה זו מניחים שהפעולה עשויה להיקטע, אך לאחר היעלמות ההפרעה היא תתאושש מעצמה.

מיתוג עומסים תגובתיים, "הקפצה" של מגעי ממסר, מיתוג בעת תיקון זרם חילופין
תהליכי מיתוג שונים יכולים להתרחש במערכת חשמלית: הפסקות של עומסים אינדוקטיביים, פתיחת מגעי ממסר וכו'.

תהליכי מיתוג כאלה יוצרים גם רעש דחף. משך הזמן שלהם נע בין ננו-שנייה אחת למיקרו-שנייה אחת. רעש דחף כזה נקרא רעש דחף ננו-שניות.

כדי לבצע בדיקות, נשלחים פרצי פולסים של ננו-שניות למתגים. פולסים מסופקים ליציאות החשמל וליציאות הנתונים.

יציאות הכוח מסופקות עם פולסים של 2 קילו וולט, ויציאות הנתונים מסופקות עם פולסים של 4 קילו וולט.
במהלך בדיקת רעש פרץ ננו-שניות, המתגים חייבים להיות פונקציונליים במלואם.

רעש מציוד אלקטרוני תעשייתי, מסננים וכבלים
אם המתג מותקן ליד מערכות חלוקת חשמל או ציוד אלקטרוני מתחים לא מאוזנים עלולים להיגרם לתוכם. הפרעה כזו נקראת הפרעה אלקטרומגנטית מוליכה.

המקורות העיקריים להפרעה מנוהלת הם:

• מערכות חלוקת חשמל, כולל DC ו-50 הרץ;
• ציוד אלקטרוני כוח.

בהתאם למקור ההפרעה, הם מחולקים לשני סוגים:

• מתח קבוע ומתח בתדר של 50 הרץ. קצרים והפרעות אחרות במערכות הפצה מייצרות הפרעות בתדר היסודי;
• מתח בפס התדרים מ-15 הרץ עד 150 קילו-הרץ. הפרעות כאלה נוצרות בדרך כלל על ידי מערכות אלקטרוניות כוח.

כדי לבדוק את המתגים, יציאות המתח והנתונים מסופקות במתח rms של 30V ברציפות ובמתח rms של 300V למשך 1 שניה. ערכי מתח אלה תואמים לדרגת החומרה הגבוהה ביותר של בדיקות GOST.

הציוד חייב לעמוד בהשפעות כאלה אם הוא מותקן בסביבה אלקטרומגנטית קשה. הוא מאופיין ב:

• המכשירים הנבדקים יחוברו לרשתות חשמל במתח נמוך וקווי מתח בינוני;
• התקנים יחוברו למערכת הארקה של ציוד במתח גבוה;
• נעשה שימוש בממירי כוח שמזריקים זרמים משמעותיים למערכת ההארקה.

תנאים דומים ניתן למצוא בתחנות או בתחנות משנה.

תיקון מתח AC בעת טעינת סוללות
לאחר התיקון, מתח המוצא פועם תמיד. כלומר, ערכי המתח משתנים באופן אקראי או מעת לעת.

אם המתגים מופעלים על ידי מתח DC, אדוות מתח גדולות עלולות לשבש את פעולת המכשירים.

ככלל, כל המערכות המודרניות משתמשות במסננים מיוחדים נגד זיהוי ורמת האדוות אינה גבוהה. אבל המצב משתנה כאשר סוללות מותקנות במערכת אספקת החשמל. בעת טעינת סוללות, האדוות גוברת.

לכן, יש לקחת בחשבון גם אפשרות של הפרעה כזו.

מסקנה
מתגים עם תאימות אלקטרומגנטית משופרת מאפשרים לך להעביר נתונים בסביבות אלקטרומגנטיות קשות. בדוגמה של מכרה Rasvumchorr בתחילת המאמר, כבל הנתונים נחשף לשדה מגנטי בתדר תעשייתי רב עוצמה והוביל הפרעות בפס התדרים מ-0 עד 150 קילו-הרץ. מתגים תעשייתיים קונבנציונליים לא יכלו להתמודד עם העברת נתונים בתנאים כאלה ומנות אבדו.

מתגים בעלי תאימות אלקטרומגנטית משופרת יכולים לפעול באופן מלא כאשר הם נחשפים להפרעות הבאות:

• שדות אלקטרומגנטיים בתדר רדיו;
• שדות מגנטיים בתדר תעשייתי;
• רעש דחף ננו-שניות;
• רעש דופק מיקרו-שניות באנרגיה גבוהה;
• הפרעות מוליכות הנגרמות על ידי שדה אלקטרומגנטי בתדר רדיו;
• הפרעות מוליכות בטווח התדרים שבין 0 ל-150 קילו-הרץ;
• אדוות מתח אספקת החשמל DC.

מקור: www.habr.com