Зошто ни се потребни индустриски прекинувачи со подобрена ЕМС?

Зошто може да се изгубат пакети на LAN? Постојат различни опции: резервацијата е неправилно конфигурирана, мрежата не може да се справи со оптоварувањето или LAN е „бурна“. Но, причината не секогаш лежи во мрежниот слој.

Компанијата Арктек ДОО направи автоматизирани системи за контрола на процесите и системи за видео надзор за рудникот Расвумчорски на Апатит АД врз основа на Прекинувачи за контакт на Феникс.

Имаше проблеми во еден дел од мрежата. Помеѓу прекинувачите FL SWITCH 3012E-2FX – 2891120 и FL SWITCH 3006T-2FX – 2891036 каналот за комуникација беше крајно нестабилен.

Уредите беа поврзани со бакарен кабел поставен во еден канал со кабел за напојување од 6 kV. Кабелот за напојување создава силно електромагнетно поле, што предизвикува пречки. Конвенционалните индустриски прекинувачи немаат доволен имунитет за бучава, така што некои податоци се изгубени.

Кога прекинувачите FL SWITCH 3012E-2FX беа инсталирани на двата краја - 2891120, врската е стабилизирана. Овие прекинувачи се во согласност со IEC 61850-3. Меѓу другото, Дел 3 од овој стандард ги опишува барањата за електромагнетна компатибилност (EMC) за уреди кои се инсталирани во електрични централи и трафостаници.

Зошто прекинувачите со подобрена ЕМС работеа подобро?

ЕМС - општи одредби

Излегува дека стабилноста на преносот на податоци на LAN е под влијание не само од правилната конфигурација на опремата и количината на пренесени податоци. Испаднатите пакети или прекинувачот може да бидат предизвикани од електромагнетни пречки: радио што се користело во близина на мрежна опрема, кабел за напојување поставен во близина или прекинувач за напојување што го отворил колото за време на краток спој.

Радиото, кабелот и прекинувачот се извори на електромагнетни пречки. Прекинувачите за зголемена електромагнетна компатибилност (EMC) се дизајнирани да работат нормално кога се изложени на овие пречки.

Постојат два вида електромагнетни пречки: индуктивни и спроведени.

Индуктивната интерференција се пренесува преку електромагнетното поле „преку воздухот“. Ова пречки се нарекува и зрачено или зрачено пречки.

Спроведените пречки се пренесуваат преку проводници: жици, заземјување итн.

Индуктивните пречки се јавуваат кога се изложени на моќно електромагнетно или магнетно поле. Спроведените пречки може да бидат предизвикани од струјни кола за префрлување, удари од гром, импулси итн.

Прекинувачите, како и целата опрема, може да бидат засегнати и од индуктивниот и од спроведениот шум.

Да ги погледнеме различните извори на пречки во индустриски капацитет и какви пречки создаваат тие.

Извори на пречки

Уреди што емитуваат радио (воки-токи, мобилни телефони, опрема за заварување, индукциски печки итн.)
Секој уред емитира електромагнетно поле. Ова електромагнетно поле влијае на опремата и индуктивно и спроводливо.

Ако полето се генерира доволно силно, може да создаде струја во проводникот, што ќе го наруши процесот на пренос на сигналот. Многу силни пречки може да доведат до исклучување на опремата. Така, се појавува индуктивен ефект.

Оперативниот персонал и безбедносните служби користат мобилни телефони и воки-токи за да комуницираат едни со други. Во објектите работат стационарни радио и телевизиски предаватели, а на мобилните инсталации се инсталирани Bluetooth и WiFi уреди.

Сите овие уреди се моќни генератори на електромагнетно поле. Затоа, за да работат нормално во индустриски средини, прекинувачите мора да можат да толерираат електромагнетни пречки.

Електромагнетната средина се одредува според јачината на електромагнетното поле.

При тестирање на прекинувачот за отпорност на индуктивните ефекти на електромагнетните полиња, на прекинувачот се индуцира поле од 10 V/m. Во овој случај, прекинувачот мора да биде целосно функционален.

Сите проводници во внатрешноста на прекинувачот, како и сите кабли, се пасивни приемни антени. Уредите што емитуваат радио може да предизвикаат спроведени електромагнетни пречки во опсегот на фреквенции од 150 Hz до 80 MHz. Електромагнетното поле предизвикува напон во овие проводници. Овие напони за возврат предизвикуваат струи, кои создаваат бучава во прекинувачот.

За тестирање на прекинувачот за спроведен EMI имунитет, напонот се применува на податочните порти и приклучоците за напојување. ГОСТ Р 51317.4.6-99 поставува вредност на напон од 10 V за високо ниво на електромагнетно зрачење. Во овој случај, прекинувачот мора да биде целосно функционален.

Струја во енергетски кабли, далноводи, кола за заземјување
Струјата во енергетските кабли, далноводите и заземјувачките кола создава магнетно поле со индустриска фреквенција (50 Hz). Изложеноста на магнетно поле создава струја во затворен проводник, што е пречки.

Магнетното поле на фреквенцијата на моќност е поделено на:

• магнетно поле со постојан и релативно низок интензитет предизвикано од струи при нормални работни услови;
• магнетно поле со релативно висок интензитет предизвикано од струи во вонредни услови, кое дејствува кратко време додека не се активираат уредите.

При тестирање на прекинувачите за стабилност на изложеност на магнетно поле со моќност на фреквенција, на него се применува поле од 100 A/m за долг период и 1000 A/m за период од 3 секунди. Кога се тестираат, прекинувачите треба да бидат целосно функционални.

За споредба, конвенционалната микробранова печка за домаќинство создава јачина на магнетно поле до 10 A/m.

Удари на гром, вонредни состојби во електричните мрежи
Ударите од гром предизвикуваат и пречки во мрежната опрема. Тие не траат долго, но нивната големина може да достигне неколку илјади волти. Таквото мешање се нарекува импулсно.

Импулсниот шум може да се примени и на портите за напојување и на податочните порти на прекинувачот. Поради високите вредности на пренапон, тие можат и да го нарушат функционирањето на опремата и целосно да ја изгорат.

Удар на гром е посебен случај на импулсна бучава. Може да се класифицира како високоенергетски микросекунд пулсен шум.

Гром може да биде од различни типови: удар на гром во надворешно напонско коло, индиректен удар, удар на земја.

Кога гром удира во надворешно напонско коло, се јавуваат пречки поради протокот на голема струја на празнење низ надворешното коло и колото за заземјување.

Индиректниот удар на гром се смета за празнење на гром меѓу облаците. За време на таквите удари се создаваат електромагнетни полиња. Тие предизвикуваат напони или струи во проводниците на електричниот систем. Ова е она што предизвикува пречки.

Кога гром удира во земјата, струјата тече низ земјата. Може да создаде потенцијална разлика во системот за заземјување на возилото.

Точно истите пречки се создаваат со префрлување на кондензаторските банки. Таквото префрлување е преоден процес на префрлување. Сите префрлувачки транзиенти предизвикуваат импулсен шум со висока енергија во микросекунда.

Брзите промени во напонот или струјата кога работат заштитните уреди, исто така, може да резултираат со микросекунда пулсен шум во внатрешните кола.

За тестирање на прекинувачот за отпорност на пулсен шум, се користат специјални тест генератори на импулси. На пример, UCS 500N5. Овој генератор испорачува импулси од различни параметри на портите на прекинувачот што се тестираат. Параметрите на пулсот зависат од извршените тестови. Тие може да се разликуваат по формата на пулсот, излезниот отпор, напонот и времето на експозиција.

За време на тестовите за отпорност на бучава во микросекунда, импулсите од 2 kV се применуваат на приклучоците за напојување. За податочни порти - 4 kV. За време на овој тест, се претпоставува дека операцијата може да биде прекината, но откако пречки ќе исчезне, таа сама ќе се опорави.

Префрлување на реактивни оптоварувања, „отскокнување“ на контактите на релето, префрлување при исправување на наизменична струја
Во електричниот систем може да се појават различни процеси на префрлување: прекини на индуктивните оптоварувања, отворање на контактите на релето итн.

Ваквите процеси на префрлување создаваат и импулсен шум. Нивното времетраење се движи од една наносекунда до една микросекунда. Таквата импулсна бучава се нарекува наносекундна импулсна бучава.

За да се извршат тестови, до прекинувачите се испраќаат изливи на наносекундни импулси. Импулсите се испорачуваат на портите за напојување и портите за податоци.

Приклучоците за напојување се испорачуваат со импулси од 2 kV, а портите за податоци со пулси од 4 kV.
За време на тестирањето на рафална бучава во наносекунда, прекинувачите мора да бидат целосно функционални.

Бучава од индустриска електронска опрема, филтри и кабли
Ако прекинувачот е инсталиран во близина на системи за дистрибуција на електрична енергија или електронска опрема за напојување, може да се предизвикаат небалансирани напони во нив. Таквите пречки се нарекуваат спроведени електромагнетни пречки.

Главните извори на спроведени пречки се:

• системи за дистрибуција на енергија, вклучувајќи DC и 50 Hz;
• моќна електронска опрема.

Во зависност од изворот на пречки, тие се поделени на два вида:

• постојан напон и напон со фреквенција од 50 Hz. Кратките кола и другите пречки во дистрибутивните системи создаваат пречки на основната фреквенција;
• напон во фреквенцискиот опсег од 15 Hz до 150 kHz. Ваквите пречки обично се генерираат од електронски системи за напојување.

За тестирање на прекинувачите, портите за напојување и податоци се испорачуваат со rms напон од 30V континуирано и rms напон од 300V за 1 s. Овие вредности на напонот одговараат на највисокиот степен на сериозност на ГОСТ тестовите.

Опремата мора да издржи такви влијанија ако е инсталирана во сурова електромагнетна средина. Се карактеризира со:

• уредите што се тестираат ќе бидат поврзани со нисконапонски електрични мрежи и среднонапонски водови;
• уредите ќе бидат поврзани со системот за заземјување на високонапонската опрема;
• Се користат конвертори на моќност кои внесуваат значителни струи во системот за заземјување.

Слични услови може да се најдат на станиците или трафостаниците.

Исправување на наизменичен напон при полнење на батериите
По исправката, излезниот напон секогаш пулсира. Тоа е, вредностите на напонот се менуваат случајно или периодично.

Ако прекинувачите се напојуваат со DC напон, големите бранови на напон може да ја нарушат работата на уредите.

Како по правило, сите модерни системи користат специјални филтри против алиасирање и нивото на бранување не е високо. Но, ситуацијата се менува кога батериите се инсталираат во системот за напојување. При полнење на батериите, бранувањето се зголемува.

Затоа, мора да се земе предвид и можноста за такво мешање.

Заклучок
Прекинувачите со подобрена електромагнетна компатибилност ви овозможуваат да пренесувате податоци во сурови електромагнетни средини. Во примерот на рудникот Расвумчор на почетокот на статијата, податочниот кабел беше изложен на моќно индустриско фреквентно магнетно поле и спроведе пречки во фреквенцискиот опсег од 0 до 150 kHz. Конвенционалните индустриски прекинувачи не можеа да се справат со преносот на податоци во такви услови и пакетите беа изгубени.

Прекинувачите со подобрена електромагнетна компатибилност можат целосно да работат кога се изложени на следниве пречки:

• радиофреквентни електромагнетни полиња;
• индустриски фреквентни магнетни полиња;
• наносекунда импулсен шум;
• високо-енергетски микросекунди пулсен шум;
• спроведени пречки предизвикани од радиофреквентно електромагнетно поле;
• спроведена пречки во опсегот на фреквенции од 0 до 150 kHz;
• Бран на напонот за напојување со еднонасочна струја.

Извор: www.habr.com