De ce se pot pierde pachetele pe o rețea LAN? Există diferite opțiuni: rezervarea este configurată incorect, rețeaua nu poate face față sarcinii sau LAN-ul este „furtunos”. Dar motivul nu se află întotdeauna în stratul de rețea.
Compania Arktek LLC a realizat sisteme automate de control al proceselor și sisteme de supraveghere video pentru mina Rasvumchorrsky a Apatit JSC pe baza .
Au existat probleme într-o parte a rețelei. Între comutatoarele FL SWITCH 3012E-2FX – și FL SWITCH 3006T-2FX – canalul de comunicare era extrem de instabil.
Dispozitivele au fost conectate printr-un cablu de cupru așezat pe un canal la un cablu de alimentare de 6 kV. Cablul de alimentare creează un câmp electromagnetic puternic, care provoacă interferențe. Comutatoarele industriale convenționale nu au suficientă imunitate la zgomot, așa că unele date s-au pierdut.
Când comutatoarele FL SWITCH 3012E-2FX au fost instalate la ambele capete – , conexiunea s-a stabilizat. Aceste comutatoare sunt conforme cu IEC 61850-3. Printre altele, Partea 3 a acestui standard descrie cerințele de compatibilitate electromagnetică (EMC) pentru dispozitivele care sunt instalate în centrale electrice și substații.
De ce comutatoarele cu EMC îmbunătățit au funcționat mai bine?
EMC - prevederi generale
Se pare că stabilitatea transmisiei datelor pe o rețea LAN este afectată nu numai de configurația corectă a echipamentului și de cantitatea de date transferate. Pachetele scăpate sau un comutator spart pot fi cauzate de interferențe electromagnetice: un radio care a fost folosit în apropierea echipamentelor de rețea, un cablu de alimentare așezat în apropiere sau un comutator de alimentare care a deschis circuitul în timpul unui scurtcircuit.
Radioul, cablul și comutatorul sunt surse de interferență electromagnetică. Comutatoarele de compatibilitate electromagnetică îmbunătățită (EMC) sunt proiectate să funcționeze normal atunci când sunt expuse la această interferență.
Există două tipuri de interferențe electromagnetice: inductive și conduse.
Interferența inductive este transmisă prin câmpul electromagnetic „prin aer”. Această interferență se mai numește și interferență radiată sau radiată.
Interferența condusă este transmisă prin conductori: fire, masă etc.
Interferența inductive apare atunci când este expus la un câmp electromagnetic sau magnetic puternic. Interferența condusă poate fi cauzată de comutarea circuitelor de curent, lovituri de trăsnet, impulsuri etc.
Întrerupătoarele, ca toate echipamentele, pot fi afectate atât de zgomotul inductiv, cât și de cel condus.
Să ne uităm la diferitele surse de interferență la o instalație industrială și la ce fel de interferență creează acestea.
Surse de interferență
Dispozitive cu emisie radio (walkie-talkie, telefoane mobile, echipamente de sudare, cuptoare cu inducție etc.)
Orice dispozitiv emite un câmp electromagnetic. Acest câmp electromagnetic afectează echipamentele atât inductiv, cât și conductiv.
Dacă câmpul este generat suficient de puternic, acesta poate crea un curent în conductor, care va perturba procesul de transmitere a semnalului. Interferența foarte puternică poate duce la oprirea echipamentului. Astfel, apare un efect inductiv.
Personalul de operare și serviciile de securitate folosesc telefoane mobile și walkie-talkie pentru a comunica între ele. Emițătoarele staționare de radio și televiziune funcționează în facilități; dispozitivele Bluetooth și WiFi sunt instalate pe instalațiile mobile.
Toate aceste dispozitive sunt generatoare de câmp electromagnetic puternice. Prin urmare, pentru a funcționa normal în medii industriale, comutatoarele trebuie să poată tolera interferența electromagnetică.
Mediul electromagnetic este determinat de intensitatea câmpului electromagnetic.
La testarea unui comutator pentru rezistența la efectele inductive ale câmpurilor electromagnetice, pe comutator este indus un câmp de 10 V/m. În acest caz, comutatorul trebuie să fie complet funcțional.
Orice conductori din interiorul comutatorului, precum și orice cabluri, sunt antene de recepție pasive. Dispozitivele care emit radio pot provoca interferențe electromagnetice conduse în intervalul de frecvență de la 150 Hz la 80 MHz. Câmpul electromagnetic induce tensiune în acești conductori. Aceste tensiuni provoacă, la rândul lor, curenți, care creează zgomot în comutator.
Pentru a testa comutatorul pentru imunitatea EMI condusă, se aplică tensiune la porturile de date și porturile de alimentare. GOST R 51317.4.6-99 stabilește o valoare a tensiunii de 10 V pentru un nivel ridicat de radiație electromagnetică. În acest caz, comutatorul trebuie să fie complet funcțional.
Curentul în cablurile de alimentare, liniile de alimentare, circuitele de împământare
Curentul din cablurile de alimentare, liniile de alimentare și circuitele de împământare creează un câmp magnetic de frecvență industrială (50 Hz). Expunerea la un câmp magnetic creează un curent într-un conductor închis, care este interferență.
Câmpul magnetic al frecvenței puterii este împărțit în:
- câmp magnetic de intensitate constantă și relativ scăzută cauzat de curenți în condiții normale de funcționare;
- un câmp magnetic de intensitate relativ mare cauzat de curenți în condiții de urgență, acționând pentru scurt timp până la declanșarea dispozitivelor.
Când se testează comutatoarele pentru stabilitatea expunerii la un câmp magnetic de frecvență de putere, i se aplică un câmp de 100 A/m pentru o perioadă lungă și 1000 A/m pentru o perioadă de 3 s. Când sunt testate, comutatoarele ar trebui să fie complet funcționale.
Pentru comparație, un cuptor cu microunde de uz casnic convențional creează o intensitate a câmpului magnetic de până la 10 A/m.
Lovituri de trăsnet, condiții de urgență în rețelele electrice
Loviturile fulgerelor cauzează, de asemenea, interferențe în echipamentele de rețea. Nu durează mult, dar magnitudinea lor poate ajunge la câteva mii de volți. O astfel de interferență se numește pulsată.
Zgomotul puls poate fi aplicat atât la porturile de alimentare ale comutatorului, cât și la porturile de date. Datorită valorilor ridicate de supratensiune, acestea pot perturba funcționarea echipamentului și pot arde complet.
O lovitură de fulger este un caz special de zgomot de impuls. Poate fi clasificat ca zgomot de impuls de microsecunde de mare energie.
O lovitură de trăsnet poate fi de diferite tipuri: o lovitură de trăsnet la un circuit extern de tensiune, o lovitură indirectă, o lovitură la sol.
Când fulgerul lovește un circuit extern de tensiune, interferența apar datorită curgerii unui curent de descărcare mare prin circuitul extern și circuitul de împământare.
O lovitură indirectă de fulger este considerată a fi o descărcare de fulger între nori. În timpul unor astfel de impacturi, sunt generate câmpuri electromagnetice. Ele induc tensiuni sau curenți în conductorii sistemului electric. Acesta este ceea ce provoacă interferențe.
Când fulgerul lovește pământul, curentul trece prin pământ. Poate crea o diferență de potențial în sistemul de împământare al vehiculului.
Exact aceeași interferență este creată prin comutarea băncilor de condensatoare. O astfel de comutare este un proces tranzitoriu de comutare. Toate tranzitorii de comutare provoacă zgomot de impuls de microsecunde de energie mare.
Schimbările rapide ale tensiunii sau curentului atunci când dispozitivele de protecție funcționează pot duce, de asemenea, la zgomot de impuls de microsecunde în circuitele interne.
Pentru a testa comutatorul pentru rezistența la zgomotul puls, se folosesc generatoare speciale de impulsuri de testare. De exemplu, UCS 500N5. Acest generator furnizează impulsuri cu diverși parametri la porturile comutatorului testate. Parametrii pulsului depind de testele efectuate. Ele pot diferi în formă de impuls, rezistență de ieșire, tensiune și timpul de expunere.
În timpul testelor de imunitate la zgomot la impulsuri de microsecunde, la porturile de alimentare sunt aplicate impulsuri de 2 kV. Pentru porturile de date - 4 kV. În timpul acestui test, se presupune că funcționarea poate fi întreruptă, dar după ce interferența va dispărea, se va recupera de la sine.
Comutarea sarcinilor reactive, „resultarea” contactelor releului, comutarea la redresarea curentului alternativ
Într-un sistem electric pot apărea diferite procese de comutare: întreruperi ale sarcinilor inductive, deschiderea contactelor releului etc.
Astfel de procese de comutare creează, de asemenea, zgomot de impuls. Durata lor variază de la o nanosecundă la o microsecundă. Un astfel de zgomot de impuls se numește zgomot de impuls de nanosecundă.
Pentru a efectua teste, rafale de impulsuri de nanosecunde sunt trimise la comutatoare. Impulsurile sunt furnizate la porturile de alimentare și porturile de date.
Porturile de alimentare sunt alimentate cu impulsuri de 2 kV, iar porturile de date sunt alimentate cu impulsuri de 4 kV.
În timpul testării zgomotului în explozie în nanosecunde, comutatoarele trebuie să fie complet funcționale.
Zgomot de la echipamente electronice industriale, filtre și cabluri
Dacă comutatorul este instalat în apropierea sistemelor de distribuție a energiei sau a echipamentelor electronice de alimentare, pot fi induse tensiuni dezechilibrate în ele. O astfel de interferență se numește interferență electromagnetică condusă.
Principalele surse de interferență condusă sunt:
- sisteme de distribuție a energiei, inclusiv DC și 50 Hz;
- echipamente electronice de putere.
În funcție de sursa de interferență, acestea sunt împărțite în două tipuri:
- tensiune constantă și tensiune cu o frecvență de 50 Hz. Scurtcircuite și alte perturbări în sistemele de distribuție generează interferențe la frecvența fundamentală;
- tensiune în banda de frecvență de la 15 Hz la 150 kHz. O astfel de interferență este de obicei generată de sistemele electronice de putere.
Pentru a testa comutatoarele, porturile de alimentare și de date sunt alimentate cu o tensiune rms de 30V continuu și o tensiune rms de 300V timp de 1 s. Aceste valori ale tensiunii corespund celui mai înalt grad de severitate al testelor GOST.
Echipamentul trebuie să reziste la astfel de influențe dacă este instalat într-un mediu electromagnetic aspru. Se caracterizează prin:
- aparatele testate vor fi conectate la rețele electrice de joasă tensiune și linii de medie tensiune;
- dispozitivele vor fi conectate la sistemul de împământare al echipamentelor de înaltă tensiune;
- se folosesc convertoare de putere care injectează curenți semnificativi în sistemul de împământare.
Condiții similare pot fi întâlnite la stații sau substații.
Rectificarea tensiunii AC la încărcarea bateriilor
După redresare, tensiunea de ieșire pulsa întotdeauna. Adică, valorile tensiunii se schimbă aleatoriu sau periodic.
Dacă comutatoarele sunt alimentate cu tensiune DC, ondulațiile mari de tensiune pot perturba funcționarea dispozitivelor.
De regulă, toate sistemele moderne folosesc filtre speciale anti-aliasing, iar nivelul de ondulare nu este ridicat. Dar situația se schimbă atunci când bateriile sunt instalate în sistemul de alimentare. La încărcarea bateriilor, ondulația crește.
Prin urmare, trebuie luată în considerare și posibilitatea unei astfel de interferențe.
Concluzie
Comutatoarele cu compatibilitate electromagnetică îmbunătățită vă permit să transferați date în medii electromagnetice dure. În exemplul minei Rasvumchorr de la începutul articolului, cablul de date a fost expus la un câmp magnetic de frecvență industrial puternic și a condus interferențe în banda de frecvență de la 0 la 150 kHz. Switch-urile industriale convenționale nu puteau face față transmisiei de date în astfel de condiții și s-au pierdut pachete.
Comutatoarele cu compatibilitate electromagnetică îmbunătățită pot funcționa pe deplin atunci când sunt expuse la următoarele interferențe:
- câmpuri electromagnetice de radiofrecvență;
- câmpuri magnetice de frecvență industrială;
- zgomot impuls de nanosecunde;
- zgomot de impuls de microsecunde de mare energie;
- interferențe conduse induse de câmpul electromagnetic de radiofrecvență;
- interferență condusă în intervalul de frecvență de la 0 la 150 kHz;
- Ondularea tensiunii de alimentare de curent continuu.
Sursa: www.habr.com