EMC가 향상된 산업용 스위치가 필요한 이유는 무엇입니까?

LAN에서 패킷이 손실될 수 있는 이유는 무엇입니까? 다양한 옵션이 있습니다. 예약이 잘못 구성되었거나, 네트워크가 부하를 처리할 수 없거나, LAN이 "폭풍"입니다. 그러나 그 이유가 항상 네트워크 계층에 있는 것은 아닙니다.

Arktek LLC는 Apatit JSC의 Rasvumchorrsky 광산을 위한 자동화된 공정 제어 시스템과 비디오 감시 시스템을 제작했습니다. 피닉스컨택트 스위치.

네트워크의 한 부분에 문제가 있었습니다. FL SWITCH 3012E-2FX 스위치 간 – 2891120 및 FL 스위치 3006T-2FX – 2891036 통신 채널이 매우 불안정했습니다.

장치는 한 채널에 놓인 구리 케이블을 통해 6kV 전원 케이블에 연결되었습니다. 전원 케이블은 강한 전자기장을 생성하여 간섭을 유발합니다. 기존 산업용 스위치는 노이즈 내성이 충분하지 않아 일부 데이터가 손실되었습니다.

FL SWITCH 3012E-2FX 스위치를 양쪽 끝에 설치한 경우 - 2891120, 연결이 안정되었습니다. 이 스위치는 IEC 61850-3을 준수합니다. 무엇보다도 이 표준의 3부에서는 발전소 및 변전소에 설치되는 장치에 대한 전자기 호환성(EMC) 요구 사항을 설명합니다.

EMC가 향상된 스위치가 더 나은 성능을 발휘한 이유는 무엇입니까?

EMC - 일반 조항

LAN에서의 데이터 전송 안정성은 장비의 올바른 구성과 전송되는 데이터 양에 의해서만 영향을 받는 것이 아닙니다. 패킷 손실이나 스위치 파손은 전자기 간섭(네트워크 장비 근처에서 사용된 라디오, 근처에 놓인 전원 케이블 또는 단락 중에 회로를 개방한 전원 스위치)으로 인해 발생할 수 있습니다.

라디오, 케이블, 스위치는 전자기 간섭의 원인입니다. 강화된 전자파 적합성(EMC) 스위치는 이러한 간섭에 노출될 때 정상적으로 작동하도록 설계되었습니다.

전자기 간섭에는 유도형과 전도형의 두 가지 유형이 있습니다.

유도 간섭은 "공기"를 통해 전자기장을 통해 전달됩니다. 이 간섭은 방사 또는 방사 간섭이라고도 합니다.

전도 간섭은 전선, 접지 등의 도체를 통해 전달됩니다.

유도 간섭은 강력한 전자기장이나 자기장에 노출되면 발생합니다. 전도 간섭은 전류 회로 전환, 낙뢰, 펄스 등에 의해 발생할 수 있습니다.

모든 장비와 마찬가지로 스위치도 유도성 및 전도성 노이즈의 영향을 받을 수 있습니다.

산업 시설에서 발생하는 다양한 간섭 원인과 이로 인해 발생하는 간섭의 종류를 살펴보겠습니다.

간섭 원인

무선 방출 장치(무전기, 휴대폰, 용접 장비, 유도로 등)
모든 장치는 전자기장을 방출합니다. 이 전자기장은 장비의 유도성 및 전도성 모두에 영향을 미칩니다.

자기장이 충분히 강하게 생성되면 도체에 전류가 생성되어 신호 전송 프로세스가 중단될 수 있습니다. 매우 강한 간섭으로 인해 장비가 중단될 수 있습니다. 따라서 유도 효과가 나타납니다.

운영 인력과 보안 서비스는 휴대폰과 무전기를 사용하여 서로 통신합니다. 고정식 라디오 및 TV 송신기가 시설에서 작동하고, Bluetooth 및 WiFi 장치가 모바일 설비에 설치됩니다.

이 모든 장치는 강력한 전자기장 발생기입니다. 따라서 산업 환경에서 정상적으로 작동하려면 스위치가 전자기 간섭을 견딜 수 있어야 합니다.

전자기 환경은 전자기장의 강도에 따라 결정됩니다.

전자기장의 유도 효과에 대한 스위치의 저항을 테스트할 때 스위치에 10V/m의 필드가 유도됩니다. 이 경우 스위치는 완전히 작동해야 합니다.

스위치 내부의 모든 도체와 케이블은 수동 수신 안테나입니다. 무선 방출 장치는 150Hz ~ 80MHz 주파수 범위에서 전도 전자기 간섭을 일으킬 수 있습니다. 전자기장은 이러한 도체에 전압을 유도합니다. 이러한 전압은 결국 전류를 발생시켜 스위치에 잡음을 발생시킵니다.

스위치의 전도성 EMI 내성을 테스트하기 위해 데이터 포트와 전원 포트에 전압이 적용됩니다. GOST R 51317.4.6-99는 높은 수준의 전자기 복사에 대해 10V의 전압 값을 설정합니다. 이 경우 스위치는 완전히 작동해야 합니다.

전원 케이블, 전력선, 접지 회로의 전류
전원 케이블, 전력선 및 접지 회로의 전류는 산업 주파수(50Hz)의 자기장을 생성합니다. 자기장에 노출되면 닫힌 도체에 전류가 생성되는데, 이는 간섭입니다.

전력 주파수 자기장은 다음과 같이 나뉩니다.

• 정상적인 작동 조건에서 전류로 인해 발생하는 일정하고 상대적으로 낮은 강도의 자기장;
• 비상 상황에서 전류로 인해 발생하는 상대적으로 높은 강도의 자기장은 장치가 트리거될 때까지 짧은 시간 동안 작용합니다.

상용주파 자기장에 대한 노출 안정성을 테스트할 때 스위치에 100A/m의 자기장이 장기간, 1000A/m의 3초 동안 가해집니다. 테스트 시 스위치는 완벽하게 작동해야 합니다.

비교하자면, 기존 가정용 전자레인지는 최대 10A/m의 자기장 강도를 생성합니다.

낙뢰, 전기 네트워크의 비상 상황
낙뢰는 네트워크 장비에 간섭을 일으키기도 합니다. 오래 지속되지는 않지만 그 크기는 수천 볼트에 달할 수 있습니다. 이러한 간섭을 펄스라고 합니다.

펄스 잡음은 스위치의 전원 포트와 데이터 포트 모두에 적용될 수 있습니다. 높은 과전압 값으로 인해 장비의 기능을 방해하고 완전히 소진시킬 수 있습니다.

낙뢰는 임펄스 노이즈의 특별한 경우입니다. 이는 고에너지 마이크로초 펄스 잡음으로 분류될 수 있습니다.

낙뢰는 외부 전압 회로에 대한 낙뢰, 간접 낙뢰, 지면에 대한 낙뢰 등 다양한 유형이 있을 수 있습니다.

외부 전압 회로에 낙뢰가 발생하면 외부 회로와 접지 회로를 통해 큰 방전 전류가 흘러 간섭이 발생합니다.

간접낙뢰는 구름 사이의 번개 방전으로 간주됩니다. 이러한 충격이 가해지면 전자기장이 생성됩니다. 이는 전기 시스템의 도체에 전압이나 전류를 유도합니다. 이것이 간섭을 일으키는 원인입니다.

번개가 땅에 떨어지면 땅을 통해 전류가 흐릅니다. 차량 접지 시스템에 전위차가 발생할 수 있습니다.

커패시터 뱅크를 전환하면 정확히 동일한 간섭이 생성됩니다. 이러한 스위칭은 스위칭 과도 프로세스입니다. 모든 스위칭 과도 현상은 고에너지 마이크로초 임펄스 잡음을 유발합니다.

보호 장치가 작동할 때 전압이나 전류의 급격한 변화로 인해 내부 회로에 마이크로초 펄스 잡음이 발생할 수도 있습니다.

펄스 잡음에 대한 스위치의 저항을 테스트하기 위해 특수 테스트 펄스 발생기가 사용됩니다. 예를 들어 UCS 500N5입니다. 이 발생기는 테스트 중인 스위치 포트에 다양한 매개변수의 펄스를 공급합니다. 펄스 매개변수는 수행되는 테스트에 따라 달라집니다. 펄스 형태, 출력 저항, 전압 및 노출 시간이 다를 수 있습니다.

마이크로초 펄스 잡음 내성 테스트 중에는 2kV 펄스가 전원 포트에 적용됩니다. 데이터 포트의 경우 - 4kV. 본 테스트에서는 동작이 중단될 수 있다고 가정하지만, 간섭이 사라진 후에는 스스로 복구될 것입니다.

반응 부하 스위칭, 릴레이 접점의 "바운싱", 교류 정류 시 스위칭
전기 시스템에서는 유도 부하 중단, 릴레이 접점 개방 등 다양한 스위칭 프로세스가 발생할 수 있습니다.

이러한 스위칭 프로세스는 또한 임펄스 잡음을 생성합니다. 지속 시간은 XNUMX나노초에서 XNUMX마이크로초까지입니다. 이러한 임펄스 잡음을 나노초 임펄스 잡음이라고 합니다.

테스트를 수행하기 위해 나노초 펄스의 버스트가 스위치로 전송됩니다. 펄스는 전원 포트와 데이터 포트에 공급됩니다.

전원 포트에는 2kV 펄스가 공급되고, 데이터 포트에는 4kV 펄스가 공급됩니다.
나노초 버스트 노이즈 테스트 중에는 스위치가 완벽하게 작동해야 합니다.

산업용 전자 장비, 필터 및 케이블에서 발생하는 소음
스위치가 배전 시스템이나 전력 전자 장비 근처에 설치된 경우 불균형 전압이 유도될 수 있습니다. 이러한 간섭을 전도 전자기 간섭이라고 합니다.

전도성 간섭의 주요 원인은 다음과 같습니다.

• DC 및 50Hz를 포함한 전력 분배 시스템;
• 전력 전자 장비.

간섭 원인에 따라 두 가지 유형으로 나뉩니다.

• 50Hz 주파수의 정전압 및 전압. 배전 시스템의 단락 및 기타 교란은 기본 주파수에서 간섭을 발생시킵니다.
• 15Hz ~ 150kHz의 주파수 대역 전압. 이러한 간섭은 일반적으로 전력 전자 시스템에 의해 발생됩니다.

스위치를 테스트하기 위해 전원 및 데이터 포트에는 30V의 RMS 전압이 지속적으로 공급되고 300초 동안 1V의 RMS 전압이 공급됩니다. 이러한 전압 값은 GOST 테스트의 최고 심각도에 해당합니다.

장비는 가혹한 전자기 환경에 설치되는 경우 이러한 영향을 견뎌야 합니다. 그것은 다음과 같은 특징이 있습니다:

• 테스트 중인 장치는 저전압 전기 네트워크 및 중전압 라인에 연결됩니다.
• 장치는 고전압 장비의 접지 시스템에 연결됩니다.
• 접지 시스템에 상당한 전류를 주입하는 전력 변환기가 사용됩니다.

비슷한 상황은 역이나 변전소에서도 찾아볼 수 있습니다.

배터리 충전 시 AC 전압 정류
정류 후에는 출력 전압이 항상 맥동합니다. 즉, 전압값이 무작위로 또는 주기적으로 변경됩니다.

스위치가 DC 전압으로 전원을 공급받는 경우 큰 전압 리플로 인해 장치 작동이 중단될 수 있습니다.

일반적으로 모든 최신 시스템은 특수 앤티앨리어싱 필터를 사용하며 리플 수준은 높지 않습니다. 그러나 배터리가 전원 공급 시스템에 설치되면 상황이 달라집니다. 배터리를 충전하면 리플이 증가합니다.

따라서 그러한 간섭 가능성도 고려해야 합니다.

결론
향상된 전자기 호환성을 갖춘 스위치를 사용하면 가혹한 전자기 환경에서도 데이터를 전송할 수 있습니다. 기사 시작 부분의 Rasvumchorr 광산의 예에서 데이터 케이블은 강력한 산업용 주파수 자기장에 노출되어 0~150kHz의 주파수 대역에서 간섭을 전도했습니다. 기존 산업용 스위치는 이러한 조건에서 데이터 전송에 대처할 수 없었고 패킷이 손실되었습니다.

향상된 전자기 호환성을 갖춘 스위치는 다음 간섭에 노출될 때 완벽하게 작동할 수 있습니다.

• 무선 주파수 전자기장;
• 산업용 주파수 자기장;
• 나노초 임펄스 잡음;
• 고에너지 마이크로초 펄스 잡음;
• 무선 주파수 전자기장에 의해 유도된 전도성 간섭;
• 0~150kHz의 주파수 범위에서 전도 간섭;
• DC 전원 전압 리플.

출처 : habr.com