Waarom kunnen pakketten verloren gaan op een LAN? Er zijn verschillende opties: de reservering is verkeerd geconfigureerd, het netwerk kan de belasting niet aan, of het LAN is “stormachtig”. Maar de reden ligt niet altijd in de netwerklaag.
Het bedrijf Arktek LLC maakte geautomatiseerde procescontrolesystemen en videobewakingssystemen voor de Rasvumchorrsky-mijn van Apatit JSC op basis van .
Er waren problemen in een deel van het netwerk. Tussen FL SWITCH 3012E-2FX-schakelaars – en FL-SCHAKELAAR 3006T-2FX – het communicatiekanaal was uiterst onstabiel.
De apparaten waren via een in één kanaal gelegde koperen kabel verbonden met een 6 kV-voedingskabel. De stroomkabel creëert een sterk elektromagnetisch veld, dat interferentie veroorzaakt. Conventionele industriële schakelaars hebben niet voldoende ruisimmuniteit, waardoor er gegevens verloren zijn gegaan.
Wanneer FL SWITCH 3012E-2FX-schakelaars aan beide uiteinden werden geïnstalleerd – , de verbinding is gestabiliseerd. Deze schakelaars voldoen aan IEC 61850-3. Deel 3 van deze norm beschrijft onder meer de vereisten voor elektromagnetische compatibiliteit (EMC) voor apparaten die worden geïnstalleerd in elektriciteitscentrales en onderstations.
Waarom presteerden schakelaars met verbeterde EMC beter?
EMC - algemene bepalingen
Het blijkt dat de stabiliteit van datatransmissie op een LAN niet alleen wordt beïnvloed door de juiste configuratie van de apparatuur en de hoeveelheid overgedragen gegevens. Uitgevallen pakketten of een defecte schakelaar kunnen worden veroorzaakt door elektromagnetische interferentie: een radio die in de buurt van netwerkapparatuur is gebruikt, een stroomkabel die in de buurt is gelegd of een aan/uit-schakelaar die het circuit heeft geopend tijdens een kortsluiting.
De radio, kabel en schakelaar zijn bronnen van elektromagnetische interferentie. Schakelaars voor verbeterde elektromagnetische compatibiliteit (EMC) zijn ontworpen om normaal te werken wanneer ze aan deze interferentie worden blootgesteld.
Er zijn twee soorten elektromagnetische interferentie: inductief en geleidend.
Inductieve interferentie wordt via het elektromagnetische veld “door de lucht” overgedragen. Deze interferentie wordt ook uitgestraalde of uitgestraalde interferentie genoemd.
Geleide interferentie wordt overgedragen via geleiders: draden, aarde, enz.
Inductieve interferentie treedt op bij blootstelling aan een krachtig elektromagnetisch of magnetisch veld. Geleide interferentie kan worden veroorzaakt door het schakelen van stroomcircuits, blikseminslagen, pulsen, enz.
Schakelaars kunnen, net als alle andere apparatuur, worden beïnvloed door zowel inductieve als geleide ruis.
Laten we eens kijken naar de verschillende bronnen van interferentie in een industriële faciliteit, en welke soort interferentie ze veroorzaken.
Bronnen van interferentie
Radio-emitterende apparaten (walkietalkies, mobiele telefoons, lasapparatuur, inductieovens, enz.)
Elk apparaat zendt een elektromagnetisch veld uit. Dit elektromagnetische veld beïnvloedt apparatuur zowel inductief als geleidend.
Als het veld sterk genoeg wordt gegenereerd, kan er een stroom in de geleider ontstaan, waardoor het signaaloverdrachtproces wordt verstoord. Zeer sterke interferentie kan ertoe leiden dat apparatuur wordt uitgeschakeld. Er treedt dus een inductief effect op.
Bedienend personeel en veiligheidsdiensten gebruiken mobiele telefoons en portofoons om met elkaar te communiceren. In de faciliteiten zijn stationaire radio- en televisiezenders actief; op mobiele installaties zijn Bluetooth- en WiFi-apparaten geïnstalleerd.
Al deze apparaten zijn krachtige elektromagnetische veldgeneratoren. Om normaal te kunnen functioneren in industriële omgevingen moeten schakelaars daarom elektromagnetische interferentie kunnen tolereren.
De elektromagnetische omgeving wordt bepaald door de sterkte van het elektromagnetische veld.
Bij het testen van een schakelaar op weerstand tegen de inductieve effecten van elektromagnetische velden wordt op de schakelaar een veld van 10 V/m geïnduceerd. In dit geval moet de schakelaar volledig functioneel zijn.
Alle geleiders in de schakelaar, evenals alle kabels, zijn passieve ontvangstantennes. Radio-emitterende apparaten kunnen geleide elektromagnetische interferentie veroorzaken in het frequentiebereik van 150 Hz tot 80 MHz. Het elektromagnetische veld induceert spanning in deze geleiders. Deze spanningen veroorzaken op hun beurt stromen, die ruis in de schakelaar veroorzaken.
Om de schakelaar te testen op geleide EMI-immuniteit, wordt er spanning op de datapoorten en voedingspoorten gezet. GOST R 51317.4.6-99 stelt een spanningswaarde van 10 V in voor een hoog niveau van elektromagnetische straling. In dit geval moet de schakelaar volledig functioneel zijn.
Stroom in stroomkabels, hoogspanningsleidingen, aardcircuits
De stroom in stroomkabels, hoogspanningsleidingen en aardingscircuits creëert een magnetisch veld met een industriële frequentie (50 Hz). Blootstelling aan een magnetisch veld creëert een stroom in een gesloten geleider, wat interferentie is.
Het magnetische veld met de vermogensfrequentie is verdeeld in:
- magnetisch veld met constante en relatief lage intensiteit veroorzaakt door stromen onder normale bedrijfsomstandigheden;
- een magnetisch veld met een relatief hoge intensiteit, veroorzaakt door stromen onder noodomstandigheden, dat korte tijd werkt totdat de apparaten worden geactiveerd.
Bij het testen van schakelaars op de stabiliteit van blootstelling aan een magnetisch veld met een netfrequentie, wordt er gedurende een lange periode een veld van 100 A/m en gedurende een periode van 1000 s van 3 A/m aangelegd. Bij testen moeten de schakelaars volledig functioneel zijn.
Ter vergelijking: een conventionele magnetron voor huishoudelijk gebruik creëert een magnetische veldsterkte van maximaal 10 A/m.
Blikseminslagen, noodsituaties in elektrische netwerken
Blikseminslagen veroorzaken ook interferentie in netwerkapparatuur. Ze duren niet lang, maar hun omvang kan enkele duizenden volt bereiken. Dergelijke interferentie wordt gepulseerd genoemd.
Pulsruis kan worden toegepast op zowel de stroompoorten als de datapoorten van de switch. Door hoge overspanningswaarden kunnen ze zowel de werking van de apparatuur verstoren als deze volledig doorbranden.
Een blikseminslag is een speciaal geval van impulsgeluid. Het kan worden geclassificeerd als hoogenergetische pulsruis van microseconden.
Een blikseminslag kan van verschillende typen zijn: een blikseminslag op een extern spanningscircuit, een indirecte inslag, een inslag op de grond.
Wanneer bliksem inslaat op een extern spanningscircuit, treedt er interferentie op als gevolg van de stroming van een grote ontlaadstroom door het externe circuit en het aardingscircuit.
Onder een indirecte blikseminslag wordt verstaan een bliksemontlading tussen wolken. Tijdens dergelijke botsingen worden elektromagnetische velden gegenereerd. Ze veroorzaken spanningen of stromen in de geleiders van het elektrische systeem. Dit is wat interferentie veroorzaakt.
Wanneer de bliksem inslaat op de grond, vloeit er stroom door de grond. Dit kan een potentiaalverschil in het aardingssysteem van het voertuig veroorzaken.
Precies dezelfde interferentie wordt gecreëerd door het schakelen van condensatorbanken. Dergelijk schakelen is een overgangsproces. Alle schakeltransiënten veroorzaken impulsruis van microseconden met hoge energie.
Snelle veranderingen in spanning of stroom wanneer beveiligingsapparaten in werking zijn, kunnen ook resulteren in pulsruis van microseconden in interne circuits.
Om de schakelaar te testen op weerstand tegen pulsruis worden speciale testpulsgeneratoren gebruikt. Bijvoorbeeld UCS 500N5. Deze generator levert pulsen met verschillende parameters aan de te testen schakelpoorten. Pulsparameters zijn afhankelijk van de uitgevoerde tests. Ze kunnen verschillen in pulsvorm, uitgangsweerstand, spanning en belichtingstijd.
Tijdens microseconde-pulsruis-immuniteitstests worden 2 kV-pulsen op de voedingspoorten toegepast. Voor datapoorten - 4 kV. Tijdens deze test wordt aangenomen dat de werking mogelijk wordt onderbroken, maar nadat de interferentie is verdwenen, herstelt deze zich vanzelf.
Schakelen van reactieve belastingen, “stuiteren” van relaiscontacten, schakelen bij het gelijkrichten van wisselstroom
In een elektrisch systeem kunnen verschillende schakelprocessen optreden: onderbrekingen van inductieve belastingen, openen van relaiscontacten, enz.
Dergelijke schakelprocessen veroorzaken ook impulsruis. Hun duur varieert van één nanoseconde tot één microseconde. Dergelijke impulsruis wordt nanoseconde-impulsruis genoemd.
Om tests uit te voeren, worden bursts van nanosecondenpulsen naar de schakelaars gestuurd. Er worden pulsen geleverd aan de stroompoorten en datapoorten.
De stroompoorten worden voorzien van 2 kV-pulsen en de datapoorten worden voorzien van 4 kV-pulsen.
Tijdens nanoseconde burst-ruistests moeten schakelaars volledig functioneel zijn.
Lawaai van industriële elektronische apparatuur, filters en kabels
Als de schakelaar in de buurt van stroomdistributiesystemen of elektronische apparatuur wordt geïnstalleerd, kunnen er ongebalanceerde spanningen in worden geïnduceerd. Dergelijke interferentie wordt geleide elektromagnetische interferentie genoemd.
De belangrijkste bronnen van geleide interferentie zijn:
- stroomdistributiesystemen, inclusief DC en 50 Hz;
- elektronische apparatuur.
Afhankelijk van de interferentiebron zijn ze onderverdeeld in twee typen:
- constante spanning en spanning met een frequentie van 50 Hz. Kortsluitingen en andere storingen in distributiesystemen veroorzaken interferentie op de grondfrequentie;
- spanning in de frequentieband van 15 Hz tot 150 kHz. Dergelijke interferentie wordt meestal gegenereerd door vermogenselektronische systemen.
Om de schakelaars te testen worden de stroom- en datapoorten continu voorzien van een rms-spanning van 30V en een rms-spanning van 300V gedurende 1 s. Deze spanningswaarden komen overeen met de hoogste mate van ernst van GOST-tests.
De apparatuur moet bestand zijn tegen dergelijke invloeden als deze in een agressieve elektromagnetische omgeving wordt geïnstalleerd. Het wordt gekenmerkt door:
- de geteste apparaten zullen worden aangesloten op elektrische laagspanningsnetwerken en middenspanningslijnen;
- apparaten zullen worden aangesloten op het aardingssysteem van hoogspanningsapparatuur;
- Er worden stroomomvormers gebruikt die aanzienlijke stromen in het aardingssysteem injecteren.
Soortgelijke omstandigheden zijn te vinden op stations of onderstations.
Gelijkrichting van de wisselspanning bij het opladen van batterijen
Na gelijkrichting pulseert de uitgangsspanning altijd. Dat wil zeggen dat de spanningswaarden willekeurig of periodiek veranderen.
Als schakelaars worden gevoed door gelijkspanning, kunnen grote spanningsrimpels de werking van de apparaten verstoren.
In de regel gebruiken alle moderne systemen speciale anti-aliasingfilters en is het rimpelniveau niet hoog. Maar de situatie verandert wanneer batterijen in het voedingssysteem worden geïnstalleerd. Bij het opladen van batterijen neemt de rimpel toe.
Daarom moet ook rekening worden gehouden met de mogelijkheid van dergelijke interferentie.
Conclusie
Met schakelaars met verbeterde elektromagnetische compatibiliteit kunt u gegevens overdragen in zware elektromagnetische omgevingen. In het voorbeeld van de Rasvumchorr-mijn aan het begin van het artikel werd de datakabel blootgesteld aan een krachtig magnetisch veld met industriële frequentie en werd interferentie geleid in de frequentieband van 0 tot 150 kHz. Conventionele industriële switches konden onder dergelijke omstandigheden de datatransmissie niet verwerken en er gingen pakketten verloren.
Schakelaars met verbeterde elektromagnetische compatibiliteit kunnen volledig werken wanneer ze worden blootgesteld aan de volgende interferentie:
- radiofrequentie elektromagnetische velden;
- industriële frequentie magnetische velden;
- impulsruis van nanoseconden;
- hoogenergetische microseconde pulsruis;
- geleide interferentie veroorzaakt door radiofrequente elektromagnetische velden;
- geleide interferentie in het frequentiebereik van 0 tot 150 kHz;
- Gelijkstroomvoedingsspanningsrimpel.
Bron: www.habr.com