Hvorfor kan pakker gå tapt på et LAN? Det er forskjellige alternativer: reservasjonen er feil konfigurert, nettverket kan ikke takle belastningen, eller LAN er "stormfullt". Men årsaken ligger ikke alltid i nettverkslaget.
Selskapet Arktek LLC laget automatiserte prosesskontrollsystemer og videoovervåkingssystemer for Rasvumchorrsky-gruven til Apatit JSC basert på .
Det var problemer i en del av nettverket. Mellom FL SWITCH 3012E-2FX brytere – og FL SWITCH 3006T-2FX – kommunikasjonskanalen var ekstremt ustabil.
Enhetene ble koblet med en kobberkabel lagt i én kanal til en 6 kV strømkabel. Strømkabelen skaper et sterkt elektromagnetisk felt, som forårsaker interferens. Konvensjonelle industrielle brytere har ikke tilstrekkelig støyimmunitet, så noen data gikk tapt.
Når FL SWITCH 3012E-2FX-brytere ble installert i begge ender – , har forbindelsen stabilisert seg. Disse bryterne er i samsvar med IEC 61850-3. Del 3 av denne standarden beskriver blant annet kravene til elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) for enheter som er installert i elektriske kraftverk og transformatorstasjoner.
Hvorfor presterte brytere med forbedret EMC bedre?
EMC - generelle bestemmelser
Det viser seg at stabiliteten til dataoverføring på et LAN ikke bare påvirkes av riktig konfigurasjon av utstyret og mengden data som overføres. Tapte pakker eller en ødelagt bryter kan være forårsaket av elektromagnetisk interferens: en radio som ble brukt i nærheten av nettverksutstyr, en strømkabel lagt i nærheten, eller en strømbryter som åpnet kretsen under en kortslutning.
Radioen, kabelen og bryteren er kilder til elektromagnetisk interferens. Enhanced Electromagnetic Compatibility (EMC)-brytere er utformet for å fungere normalt når de utsettes for denne interferensen.
Det finnes to typer elektromagnetisk interferens: induktiv og ledet.
Induktiv interferens overføres gjennom det elektromagnetiske feltet "gjennom luften". Denne interferensen kalles også utstrålt eller utstrålt interferens.
Ledet interferens overføres gjennom ledere: ledninger, jord, etc.
Induktiv interferens oppstår når den utsettes for et kraftig elektromagnetisk eller magnetisk felt. Ledet interferens kan være forårsaket av bytte av strømkretser, lynnedslag, pulser, etc.
Brytere, som alt utstyr, kan påvirkes av både induktiv og ledet støy.
La oss se på de ulike kildene til interferens ved et industrianlegg, og hva slags interferens de skaper.
Kilder til interferens
Radioutsendende enheter (walkie-talkies, mobiltelefoner, sveiseutstyr, induksjonsovner, etc.)
Enhver enhet sender ut et elektromagnetisk felt. Dette elektromagnetiske feltet påvirker utstyr både induktivt og ledende.
Hvis feltet genereres sterkt nok, kan det skape en strøm i lederen, som vil forstyrre signaloverføringsprosessen. Svært sterke forstyrrelser kan føre til at utstyret slås av. Dermed oppstår en induktiv effekt.
Driftspersonell og sikkerhetstjenester bruker mobiltelefoner og walkie-talkies for å kommunisere med hverandre. Stasjonære radio- og fjernsynssendere opererer ved anleggene; Bluetooth- og WiFi-enheter er installert på mobile installasjoner.
Alle disse enhetene er kraftige elektromagnetiske feltgeneratorer. Derfor, for å fungere normalt i industrielle miljøer, må brytere kunne tolerere elektromagnetisk interferens.
Det elektromagnetiske miljøet bestemmes av styrken til det elektromagnetiske feltet.
Ved testing av en bryter for motstand mot de induktive effektene av elektromagnetiske felt, induseres et felt på 10 V/m på bryteren. I dette tilfellet må bryteren være fullt funksjonell.
Eventuelle ledere inne i bryteren, så vel som eventuelle kabler, er passive mottaksantenner. Radioemitterende enheter kan forårsake elektromagnetisk interferens i frekvensområdet 150 Hz til 80 MHz. Det elektromagnetiske feltet induserer spenning i disse lederne. Disse spenningene forårsaker igjen strømmer, som skaper støy i bryteren.
For å teste bryteren for ledet EMI-immunitet, påføres spenning til dataportene og strømportene. GOST R 51317.4.6-99 setter en spenningsverdi på 10 V for et høyt nivå av elektromagnetisk stråling. I dette tilfellet må bryteren være fullt funksjonell.
Strøm i strømkabler, kraftledninger, jordingskretser
Strømmen i strømkabler, kraftledninger og jordingskretser skaper et magnetfelt med industriell frekvens (50 Hz). Eksponering for et magnetfelt skaper en strøm i en lukket leder, som er interferens.
Strømfrekvensens magnetfelt er delt inn i:
- magnetisk felt med konstant og relativt lav intensitet forårsaket av strømmer under normale driftsforhold;
- et magnetfelt med relativt høy intensitet forårsaket av strømmer under nødforhold, som virker i kort tid til enhetene utløses.
Ved testing av brytere for stabilitet av eksponering for et kraftfrekvensmagnetisk felt, påføres et felt på 100 A/m i en lang periode og 1000 A/m i en periode på 3 s. Når de er testet, skal bryterne være fullt funksjonelle.
Til sammenligning skaper en konvensjonell husholdningsmikrobølgeovn en magnetisk feltstyrke på opptil 10 A/m.
Lynnedslag, nødforhold i elektriske nettverk
Lynnedslag forårsaker også forstyrrelser i nettverksutstyr. De varer ikke lenge, men størrelsen kan nå flere tusen volt. Slike forstyrrelser kalles pulserende.
Pulsstøy kan påføres både switchens strømporter og dataporter. På grunn av høye overspenningsverdier kan de både forstyrre funksjonen til utstyret og brenne det fullstendig ut.
Et lynnedslag er et spesielt tilfelle av impulsstøy. Den kan klassifiseres som høyenergimikrosekundpulsstøy.
Et lynnedslag kan være av forskjellige typer: et lynnedslag til en ekstern spenningskrets, et indirekte nedslag, et nedslag i bakken.
Når lynet treffer en ekstern spenningskrets, oppstår interferens på grunn av flyten av en stor utladningsstrøm gjennom den eksterne kretsen og jordingskretsen.
Et indirekte lynnedslag anses å være et lynutladning mellom skyer. Under slike påvirkninger genereres elektromagnetiske felt. De induserer spenninger eller strømmer i lederne til det elektriske systemet. Det er dette som forårsaker interferens.
Når lynet treffer bakken, flyter strømmen gjennom bakken. Det kan skape en potensiell forskjell i kjøretøyets jordingssystem.
Nøyaktig den samme interferensen skapes ved å bytte kondensatorbanker. Slik veksling er en overgangsprosess. Alle svitsjetransienter forårsaker høyenergimikrosekunders impulsstøy.
Raske endringer i spenning eller strøm når verneutstyr fungerer, kan også resultere i mikrosekunders pulsstøy i interne kretser.
For å teste bryteren for motstand mot pulsstøy, brukes spesielle testpulsgeneratorer. For eksempel UCS 500N5. Denne generatoren leverer pulser med forskjellige parametere til bryterportene som testes. Pulsparametere avhenger av testene som utføres. De kan variere i pulsform, utgangsmotstand, spenning og eksponeringstid.
Under mikrosekunders pulsstøyimmunitetstester påføres 2 kV-pulser til strømportene. For dataporter - 4 kV. Under denne testen antas det at operasjonen kan bli avbrutt, men etter at interferensen forsvinner, vil den komme seg av seg selv.
Bytting av reaktive laster, "sprett" av relékontakter, bytting ved likeretting av vekselstrøm
Ulike koblingsprosesser kan forekomme i et elektrisk system: avbrudd av induktive belastninger, åpning av relékontakter, etc.
Slike koblingsprosesser skaper også impulsstøy. Deres varighet varierer fra ett nanosekund til ett mikrosekund. Slik impulsstøy kalles nanosekundsimpulsstøy.
For å utføre tester sendes utbrudd av nanosekundpulser til bryterne. Pulser leveres til strømportene og dataportene.
Strømportene forsynes med 2 kV pulser, og dataportene leveres med 4 kV pulser.
Under testing av nanosekunders utbruddsstøy må bryterne være fullt funksjonelle.
Støy fra industrielt elektronisk utstyr, filtre og kabler
Hvis bryteren er installert nær strømdistribusjonssystemer eller strømelektronisk utstyr, kan ubalanserte spenninger induseres i dem. Slik interferens kalles ledet elektromagnetisk interferens.
De viktigste kildene til utført interferens er:
- kraftdistribusjonssystemer, inkludert DC og 50 Hz;
- kraft elektronisk utstyr.
Avhengig av kilden til interferens er de delt inn i to typer:
- konstant spenning og spenning med en frekvens på 50 Hz. Kortslutninger og andre forstyrrelser i distribusjonssystemer genererer interferens ved grunnfrekvensen;
- spenning i frekvensbåndet fra 15 Hz til 150 kHz. Slike forstyrrelser genereres vanligvis av kraftelektroniske systemer.
For å teste bryterne forsynes strøm- og dataportene med en rms-spenning på 30V kontinuerlig og en rms-spenning på 300V i 1 s. Disse spenningsverdiene tilsvarer den høyeste alvorlighetsgraden av GOST-tester.
Utstyret må tåle slike påvirkninger dersom det installeres i et tøft elektromagnetisk miljø. Det er preget av:
- enhetene som testes vil være koblet til lavspente elektriske nettverk og mellomspenningslinjer;
- enheter vil bli koblet til jordingssystemet til høyspentutstyr;
- Det brukes strømomformere som injiserer betydelige strømmer i jordingssystemet.
Lignende forhold kan finnes på stasjoner eller understasjoner.
AC-spenningsliking ved lading av batterier
Etter retting pulserer alltid utgangsspenningen. Det vil si at spenningsverdiene endres tilfeldig eller periodisk.
Hvis brytere drives av likespenning, kan store spenningsbølger forstyrre driften av enhetene.
Som regel bruker alle moderne systemer spesielle anti-aliasing-filtre, og rippelnivået er ikke høyt. Men situasjonen endres når batterier er installert i strømforsyningssystemet. Ved lading av batterier øker krusningen.
Derfor må muligheten for slike forstyrrelser også tas i betraktning.
Konklusjon
Brytere med forbedret elektromagnetisk kompatibilitet lar deg overføre data i tøffe elektromagnetiske miljøer. I eksemplet med Rasvumchorr-gruven i begynnelsen av artikkelen ble datakabelen utsatt for et kraftig industrielt frekvensmagnetisk felt og ledet interferens i frekvensbåndet fra 0 til 150 kHz. Konvensjonelle industrielle brytere kunne ikke takle dataoverføring under slike forhold og pakker gikk tapt.
Brytere med forbedret elektromagnetisk kompatibilitet kan fungere fullt ut når de utsettes for følgende forstyrrelser:
- radiofrekvente elektromagnetiske felt;
- industrielle frekvens magnetiske felt;
- nanosekund impulsstøy;
- høy-energi mikrosekund puls støy;
- ledet interferens indusert av radiofrekvent elektromagnetisk felt;
- ført interferens i frekvensområdet fra 0 til 150 kHz;
- DC strømforsyningsspenningsrippel.
Kilde: www.habr.com