Prečo sa môžu stratiť pakety v sieti LAN? Existujú rôzne možnosti: rezervácia je nesprávne nakonfigurovaná, sieť sa nedokáže vyrovnať so záťažou alebo je sieť LAN „búrlivá“. Dôvod však nie vždy spočíva v sieťovej vrstve.
Spoločnosť Arktek LLC vyrobila automatizované systémy riadenia procesov a video monitorovacie systémy pre baňu Rasvumchorrsky spoločnosti Apatit JSC založené na .
V jednej časti siete sa vyskytli problémy. Medzi prepínačmi FL SWITCH 3012E-2FX – a FL SWITCH 3006T-2FX – komunikačný kanál bol extrémne nestabilný.
Zariadenia boli prepojené medeným káblom uloženým v jednom kanáli s napájacím káblom 6 kV. Napájací kábel vytvára silné elektromagnetické pole, ktoré spôsobuje rušenie. Bežné priemyselné prepínače nemajú dostatočnú odolnosť proti šumu, takže došlo k strate niektorých údajov.
Keď boli na oboch koncoch nainštalované prepínače FL SWITCH 3012E-2FX – , spojenie sa stabilizovalo. Tieto spínače sú v súlade s IEC 61850-3. Časť 3 tejto normy okrem iného opisuje požiadavky na elektromagnetickú kompatibilitu (EMC) pre zariadenia, ktoré sú inštalované v elektrárňach a rozvodniach.
Prečo prepínače so zlepšenou EMC fungovali lepšie?
EMC – všeobecné ustanovenia
Ukazuje sa, že stabilitu prenosu dát v sieti LAN ovplyvňuje nielen správna konfigurácia zariadenia a množstvo prenášaných dát. Vypadnuté pakety alebo rozbitý spínač môžu byť spôsobené elektromagnetickým rušením: rádiom, ktoré bolo použité v blízkosti sieťového zariadenia, napájacím káblom položeným v blízkosti alebo vypínačom, ktorý rozpojil obvod počas skratu.
Rádio, kábel a spínač sú zdrojom elektromagnetického rušenia. Prepínače vylepšenej elektromagnetickej kompatibility (EMC) sú navrhnuté tak, aby pri vystavení tomuto rušeniu fungovali normálne.
Existujú dva typy elektromagnetického rušenia: indukčné a vodivé.
Indukčné rušenie sa prenáša cez elektromagnetické pole „vzduchom“. Toto rušenie sa nazýva aj vyžarované alebo vyžarované rušenie.
Vedené rušenie sa prenáša cez vodiče: drôty, zem atď.
Indukčné rušenie vzniká pri vystavení silnému elektromagnetickému alebo magnetickému poľu. Rušenie vedením môže byť spôsobené spínaním prúdových obvodov, údermi blesku, impulzmi atď.
Prepínače, rovnako ako všetky zariadenia, môžu byť ovplyvnené indukčným aj vedením hluku.
Pozrime sa na rôzne zdroje rušenia v priemyselnom zariadení a na to, aký druh rušenia vytvárajú.
Zdroje rušenia
Rádiové zariadenia (vysielačky, mobilné telefóny, zváracie zariadenia, indukčné pece atď.)
Akékoľvek zariadenie vyžaruje elektromagnetické pole. Toto elektromagnetické pole ovplyvňuje zariadenie indukčne aj vodivo.
Ak je pole dostatočne silné, môže vo vodiči vytvoriť prúd, ktorý naruší proces prenosu signálu. Veľmi silné rušenie môže viesť k vypnutiu zariadenia. Objaví sa teda indukčný efekt.
Prevádzkový personál a bezpečnostné služby využívajú na vzájomnú komunikáciu mobilné telefóny a vysielačky. V objektoch fungujú stacionárne rozhlasové a televízne vysielače, na mobilných inštaláciách sú nainštalované zariadenia Bluetooth a WiFi.
Všetky tieto zariadenia sú výkonné generátory elektromagnetického poľa. Preto, aby spínače fungovali normálne v priemyselnom prostredí, musia byť schopné tolerovať elektromagnetické rušenie.
Elektromagnetické prostredie je určené silou elektromagnetického poľa.
Pri skúšaní odolnosti spínača voči indukčným účinkom elektromagnetických polí sa na spínači indukuje pole 10 V/m. V tomto prípade musí byť spínač plne funkčný.
Akékoľvek vodiče vo vnútri prepínača, ako aj akékoľvek káble, sú pasívne prijímacie antény. Zariadenia vyžarujúce rádiové žiarenie môžu spôsobovať vodivé elektromagnetické rušenie vo frekvenčnom rozsahu 150 Hz až 80 MHz. Elektromagnetické pole indukuje napätie v týchto vodičoch. Tieto napätia zase spôsobujú prúdy, ktoré vytvárajú šum v spínači.
Na testovanie prepínača z hľadiska odolnosti voči EMI sa na dátové porty a napájacie porty privedie napätie. GOST R 51317.4.6-99 stanovuje hodnotu napätia 10 V pre vysokú úroveň elektromagnetického žiarenia. V tomto prípade musí byť spínač plne funkčný.
Prúd v silových kábloch, elektrických vedeniach, uzemňovacích obvodoch
Prúd v napájacích kábloch, elektrických vedeniach a uzemňovacích obvodoch vytvára magnetické pole priemyselnej frekvencie (50 Hz). Vystavenie magnetickému poľu vytvára prúd v uzavretom vodiči, čo je rušenie.
Magnetické pole výkonovej frekvencie sa delí na:
- magnetické pole konštantnej a relatívne nízkej intenzity spôsobené prúdmi za normálnych prevádzkových podmienok;
- magnetické pole relatívne vysokej intenzity spôsobené prúdmi v núdzových podmienkach, pôsobiace krátko do spustenia zariadení.
Pri testovaní spínačov na stabilitu vystavenia silovo-frekvenčnému magnetickému poľu naň pôsobí pole 100 A/m po dlhú dobu a 1000 A/m po dobu 3 s. Pri testovaní by spínače mali byť plne funkčné.
Pre porovnanie, bežná mikrovlnná rúra pre domácnosť vytvára intenzitu magnetického poľa až 10 A/m.
Údery blesku, havarijné stavy v elektrických sieťach
Údery blesku tiež spôsobujú rušenie sieťových zariadení. Netrvajú dlho, ale ich veľkosť môže dosiahnuť niekoľko tisíc voltov. Takéto rušenie sa nazýva pulzné.
Pulzný šum je možné aplikovať na napájacie aj dátové porty prepínača. V dôsledku vysokých hodnôt prepätia môžu narušiť fungovanie zariadenia a úplne ho vypáliť.
Úder blesku je špeciálny prípad impulzného hluku. Môže byť klasifikovaný ako vysokoenergetický mikrosekundový pulzný šum.
Úder blesku môže byť rôznych typov: úder blesku do vonkajšieho napäťového obvodu, nepriamy úder, úder do zeme.
Keď blesk zasiahne vonkajší obvod napätia, dôjde k rušeniu v dôsledku toku veľkého výbojového prúdu cez vonkajší obvod a uzemňovací obvod.
Za nepriamy úder blesku sa považuje výboj blesku medzi oblakmi. Pri takýchto nárazoch sa vytvárajú elektromagnetické polia. Indukujú napätia alebo prúdy vo vodičoch elektrického systému. To spôsobuje rušenie.
Keď blesk udrie do zeme, zemou preteká prúd. Môže vytvoriť potenciálny rozdiel v systéme uzemnenia vozidla.
Presne rovnaké rušenie vzniká prepínaním kondenzátorových bánk. Takéto spínanie je prechodový proces spínania. Všetky spínacie prechody spôsobujú vysokoenergetický mikrosekundový impulzný šum.
Rýchle zmeny napätia alebo prúdu pri prevádzke ochranných zariadení môžu tiež viesť k mikrosekundovému pulznému šumu vo vnútorných obvodoch.
Na testovanie odolnosti spínača voči pulznému šumu sa používajú špeciálne generátory testovacích impulzov. Napríklad UCS 500N5. Tento generátor dodáva impulzy rôznych parametrov do testovaných portov prepínača. Parametre impulzu závisia od vykonaných testov. Môžu sa líšiť tvarom impulzu, výstupným odporom, napätím a časom expozície.
Počas testov odolnosti voči mikrosekundovému impulznému šumu sa na napájacie porty aplikujú impulzy 2 kV. Pre dátové porty - 4 kV. Počas tohto testu sa predpokladá, že prevádzka môže byť prerušená, ale po odznení rušenia sa obnoví sama.
Spínanie jalových záťaží, „odskakovanie“ kontaktov relé, spínanie pri usmerňovaní striedavého prúdu
V elektrickom systéme sa môžu vyskytnúť rôzne spínacie procesy: prerušenie indukčných záťaží, otvorenie kontaktov relé atď.
Takéto spínacie procesy tiež vytvárajú impulzný šum. Ich trvanie sa pohybuje od jednej nanosekundy do jednej mikrosekundy. Takýto impulzný šum sa nazýva nanosekundový impulzný šum.
Na vykonanie testov sa do spínačov posielajú impulzy nanosekundy. Impulzy sú dodávané do napájacích portov a dátových portov.
Napájacie porty sú napájané impulzmi 2 kV a dátové porty sú napájané impulzmi 4 kV.
Počas testovania nanosekundového nárazového šumu musia byť spínače plne funkčné.
Hluk z priemyselných elektronických zariadení, filtrov a káblov
Ak je spínač inštalovaný v blízkosti rozvodných systémov napájania alebo výkonových elektronických zariadení, môže sa do nich indukovať nevyvážené napätie. Takéto rušenie sa nazýva elektromagnetické rušenie.
Hlavnými zdrojmi rušenia sú:
- systémy distribúcie energie vrátane jednosmerného prúdu a 50 Hz;
- výkonové elektronické zariadenia.
V závislosti od zdroja rušenia sa delia na dva typy:
- konštantné napätie a napätie s frekvenciou 50 Hz. Skraty a iné poruchy v distribučných systémoch vytvárajú rušenie na základnej frekvencii;
- napätie vo frekvenčnom pásme od 15 Hz do 150 kHz. Takéto rušenie je zvyčajne generované výkonovými elektronickými systémami.
Na testovanie prepínačov sú napájacie a dátové porty napájané rms napätím 30V nepretržite a rms napätím 300V po dobu 1s. Tieto hodnoty napätia zodpovedajú najvyššiemu stupňu závažnosti testov GOST.
Zariadenie musí odolať takýmto vplyvom, ak je inštalované v drsnom elektromagnetickom prostredí. Vyznačuje sa:
- testované zariadenia budú pripojené k elektrickým sieťam nízkeho napätia a vedeniam vysokého napätia;
- zariadenia budú pripojené k uzemňovacej sústave vysokonapäťových zariadení;
- používajú sa výkonové meniče, ktoré injektujú významné prúdy do uzemňovacieho systému.
Podobné podmienky možno nájsť na staniciach alebo rozvodniach.
Usmernenie striedavého napätia pri nabíjaní batérií
Po usmernení výstupné napätie vždy pulzuje. To znamená, že hodnoty napätia sa menia náhodne alebo periodicky.
Ak sú spínače napájané jednosmerným napätím, veľké zvlnenie napätia môže narušiť činnosť zariadení.
Všetky moderné systémy spravidla používajú špeciálne antialiasingové filtre a úroveň zvlnenia nie je vysoká. Situácia sa však mení, keď sú batérie nainštalované v systéme napájania. Pri nabíjaní batérií sa zvlnenie zvyšuje.
Preto treba počítať aj s možnosťou takéhoto rušenia.
Záver
Prepínače s vylepšenou elektromagnetickou kompatibilitou umožňujú prenášať dáta v drsnom elektromagnetickom prostredí. V príklade bane Rasvumchorr na začiatku článku bol dátový kábel vystavený silnému priemyselnému frekvenčnému magnetickému poľu a viedol rušenie vo frekvenčnom pásme od 0 do 150 kHz. Bežné priemyselné prepínače sa v takýchto podmienkach nedokázali vyrovnať s prenosom dát a pakety sa strácali.
Prepínače so zlepšenou elektromagnetickou kompatibilitou môžu plne fungovať, keď sú vystavené nasledujúcemu rušeniu:
- rádiofrekvenčné elektromagnetické polia;
- priemyselné frekvenčné magnetické polia;
- nanosekundový impulzný šum;
- vysokoenergetický mikrosekundový pulzný šum;
- vodivé rušenie vyvolané vysokofrekvenčným elektromagnetickým poľom;
- rušenie vedením vo frekvenčnom rozsahu od 0 do 150 kHz;
- Zvlnenie DC napájacieho napätia.
Zdroj: hab.com