Zakaj se lahko paketi izgubijo v LAN? Obstajajo različne možnosti: rezervacija je nepravilno konfigurirana, omrežje se ne more spopasti z obremenitvijo ali je LAN "nevihten". Toda razlog ni vedno v omrežni plasti.
Podjetje Arktek LLC je izdelalo avtomatizirane sisteme za nadzor procesov in videonadzorne sisteme za rudnik Rasvumchorrsky Apatit JSC na podlagi .
Na enem delu omrežja so bile težave. Med stikali FL SWITCH 3012E-2FX – in FL SWITCH 3006T-2FX – komunikacijski kanal je bil izjemno nestabilen.
Naprave so bile povezane z bakrenim kablom, položenim v en kanal, na 6 kV napajalni kabel. Napajalni kabel ustvarja močno elektromagnetno polje, ki povzroča motnje. Običajna industrijska stikala nimajo zadostne odpornosti proti hrupu, zato so bili nekateri podatki izgubljeni.
Ko so bila stikala FL SWITCH 3012E-2FX nameščena na obeh koncih – , se je povezava stabilizirala. Ta stikala so v skladu z IEC 61850-3. Del 3 tega standarda med drugim opisuje zahteve glede elektromagnetne združljivosti (EMC) za naprave, ki so nameščene v električnih elektrarnah in transformatorskih postajah.
Zakaj so se stikala z izboljšanim EMC obnesla bolje?
EMC - splošne določbe
Izkazalo se je, da na stabilnost prenosa podatkov v omrežju LAN ne vpliva le pravilna konfiguracija opreme in količina prenesenih podatkov. Izpuščene pakete ali pokvarjeno stikalo lahko povzročijo elektromagnetne motnje: radio, ki je bil uporabljen v bližini omrežne opreme, napajalni kabel, položen v bližini, ali stikalo za vklop, ki je odprlo vezje med kratkim stikom.
Radio, kabel in stikalo so viri elektromagnetnih motenj. Stikala za izboljšano elektromagnetno združljivost (EMC) so zasnovana za normalno delovanje, ko so izpostavljena tem motnjam.
Obstajata dve vrsti elektromagnetnih motenj: induktivna in prevodna.
Induktivne motnje se prenašajo preko elektromagnetnega polja "po zraku". To motnjo imenujemo tudi sevane ali sevane motnje.
Kondukcijske motnje se prenašajo preko vodnikov: žice, tla itd.
Induktivne motnje nastanejo, ko so izpostavljeni močnemu elektromagnetnemu ali magnetnemu polju. Kondukcijske motnje lahko povzročijo preklopni tokokrogi, udari strele, impulzi itd.
Na stikala, tako kot na vso opremo, lahko vpliva tako induktivni kot prevodni hrup.
Oglejmo si različne vire motenj v industrijskem objektu in kakšne vrste motenj povzročajo.
Viri motenj
Radiooddajne naprave (voki-tokiji, mobilni telefoni, varilna oprema, indukcijske peči itd.)
Vsaka naprava oddaja elektromagnetno polje. To elektromagnetno polje vpliva na opremo tako induktivno kot prevodno.
Če je polje generirano dovolj močno, lahko ustvari tok v prevodniku, kar bo zmotilo proces prenosa signala. Zelo močne motnje lahko povzročijo zaustavitev opreme. Tako se pojavi induktivni učinek.
Operativno osebje in varnostne službe uporabljajo mobilne telefone in walkie-talkie za medsebojno komunikacijo. V objektu delujejo stacionarni radijski in televizijski oddajniki, na mobilnih inštalacijah pa so nameščene naprave Bluetooth in WiFi.
Vse te naprave so močni generatorji elektromagnetnega polja. Zato morajo biti stikala za normalno delovanje v industrijskih okoljih sposobna prenesti elektromagnetne motnje.
Elektromagnetno okolje določa jakost elektromagnetnega polja.
Pri testiranju odpornosti stikala na induktivne učinke elektromagnetnih polj se na stikalu inducira polje 10 V/m. V tem primeru mora biti stikalo popolnoma delujoče.
Vsi vodniki v stikalu in vsi kabli so pasivne sprejemne antene. Naprave, ki oddajajo radijske signale, lahko povzročijo prevodne elektromagnetne motnje v frekvenčnem območju od 150 Hz do 80 MHz. Elektromagnetno polje inducira napetost v teh vodnikih. Te napetosti povzročajo tokove, ki ustvarjajo hrup v stikalu.
Za preizkus odpornosti stikala na prevodne elektromagnetne motnje se napetost dovede do podatkovnih in napajalnih vrat. GOST R 51317.4.6-99 določa vrednost napetosti 10 V za visoko raven elektromagnetnega sevanja. V tem primeru mora biti stikalo popolnoma delujoče.
Tok v električnih kablih, daljnovodih, ozemljitvenih tokokrogih
Tok v električnih kablih, daljnovodih in ozemljitvenih tokokrogih ustvarja magnetno polje industrijske frekvence (50 Hz). Izpostavljenost magnetnemu polju ustvari tok v zaprtem prevodniku, kar je motnja.
Magnetno polje močnostne frekvence je razdeljeno na:
- magnetno polje konstantne in relativno nizke intenzivnosti, ki ga povzročajo tokovi v normalnih delovnih pogojih;
- magnetno polje relativno visoke intenzitete, ki ga povzročajo tokovi v izrednih razmerah, deluje kratek čas, dokler se naprave ne sprožijo.
Pri testiranju stikala za stabilnost izpostavljenosti magnetnemu polju močnostne frekvence se nanj dolgotrajno uporablja polje 100 A/m in 1000 s 3 A/m. Po testiranju bi morala stikala popolnoma delovati.
Za primerjavo, običajna gospodinjska mikrovalovna pečica ustvari jakost magnetnega polja do 10 A/m.
Udari strele, izredne razmere v električnih omrežjih
Motnje v omrežni opremi povzročajo tudi udari strele. Ne trajajo dolgo, vendar lahko njihova velikost doseže nekaj tisoč voltov. Takšna motnja se imenuje impulzna.
Šum impulzov se lahko uporabi tako za napajalna kot za podatkovna vrata stikala. Zaradi visokih vrednosti prenapetosti lahko motijo delovanje opreme in jo popolnoma izgorejo.
Udar strele je poseben primer impulznega šuma. Klasificiramo ga lahko kot visokoenergetski mikrosekundni impulzni šum.
Udar strele je lahko različnih vrst: udar strele v zunanji napetostni tokokrog, posredni udar, udar strele v tla.
Ko strela udari v zunanje napetostno vezje, pride do motenj zaradi pretoka velikega razelektritvenega toka skozi zunanje in ozemljitveno vezje.
Indirektni udar strele se šteje za razelektritev strele med oblaki. Med takšnimi udarci nastanejo elektromagnetna polja. Inducirajo napetosti ali tokove v vodnikih električnega sistema. To je tisto, kar povzroča motnje.
Ko strela udari v tla, skozi zemljo teče tok. Lahko ustvari potencialno razliko v ozemljitvenem sistemu vozila.
Popolnoma enake motnje nastanejo pri preklapljanju kondenzatorskih baterij. Takšno preklapljanje je preklopni prehodni proces. Vsi preklopni prehodi povzročajo visokoenergetski mikrosekundni impulzni šum.
Hitre spremembe napetosti ali toka med delovanjem zaščitnih naprav lahko povzročijo tudi mikrosekundni impulzni šum v notranjih tokokrogih.
Za preizkus odpornosti stikala na impulzni šum se uporabljajo posebni generatorji testnih impulzov. Na primer UCS 500N5. Ta generator dovaja impulze različnih parametrov v preizkušana vrata stikala. Parametri pulza so odvisni od izvedenih testov. Lahko se razlikujejo po obliki impulza, izhodnem uporu, napetosti in času izpostavljenosti.
Med mikrosekundnimi preskusi odpornosti proti hrupu impulzov se na napajalna vrata uporabijo impulzi 2 kV. Za podatkovna vrata – 4 kV. Med tem preizkusom se predvideva, da je delovanje lahko prekinjeno, vendar se bo po izginotju motnje obnovilo samo.
Preklapljanje reaktivnih bremen, "odbijanje" relejskih kontaktov, preklop pri usmerjanju izmeničnega toka
V električnem sistemu se lahko pojavijo različni preklopni procesi: prekinitve induktivnih bremen, odpiranje relejskih kontaktov itd.
Takšni preklopni procesi ustvarjajo tudi impulzni šum. Njihovo trajanje se giblje od ene nanosekunde do ene mikrosekunde. Tak impulzni šum imenujemo nanosekundni impulzni šum.
Za izvedbo preskusov se na stikala pošljejo izbruhi nanosekundnih impulzov. Impulzi se dovajajo v napajalna in podatkovna vrata.
Napajalna vrata se napajajo z 2 kV impulzi, podatkovna vrata pa s 4 kV impulzi.
Med nanosekundnim testiranjem rafalnega šuma morajo biti stikala popolnoma delujoča.
Hrup industrijske elektronske opreme, filtrov in kablov
Če je stikalo nameščeno v bližini sistemov za distribucijo električne energije ali napajalne elektronske opreme, se lahko v njih inducirajo neuravnotežene napetosti. Takšne motnje imenujemo prevodne elektromagnetne motnje.
Glavni viri dirigiranih motenj so:
- sistemi za distribucijo električne energije, vključno z enosmernim in 50 Hz;
- napajalna elektronska oprema.
Glede na vir motenj jih delimo na dve vrsti:
- konstantna napetost in napetost s frekvenco 50 Hz. Kratki stiki in druge motnje v distribucijskih sistemih povzročajo motnje na osnovni frekvenci;
- napetost v frekvenčnem pasu od 15 Hz do 150 kHz. Takšne motnje običajno povzročajo napajalni elektronski sistemi.
Za preizkušanje stikal se napajalna in podatkovna vrata neprekinjeno napajajo z efektivno napetostjo 30 V in z efektivno napetostjo 300 V za 1 s. Te vrednosti napetosti ustrezajo najvišji stopnji resnosti preskusov GOST.
Oprema mora prenesti takšne vplive, če je nameščena v močnem elektromagnetnem okolju. Zanj je značilno:
- testirane naprave bodo priključene na nizkonapetostna električna omrežja in srednjenapetostne vode;
- naprave bodo priključene na ozemljitveni sistem visokonapetostne opreme;
- uporabljajo se močnostni pretvorniki, ki vnašajo znatne tokove v ozemljitveni sistem.
Podobne razmere lahko najdemo na postajah ali transformatorskih postajah.
Popravljanje izmenične napetosti pri polnjenju baterij
Po popravljanju izhodna napetost vedno utripa. To pomeni, da se vrednosti napetosti spreminjajo naključno ali občasno.
Če se stikala napajajo z enosmerno napetostjo, lahko velika napetostna valovanja motijo delovanje naprav.
Praviloma vsi sodobni sistemi uporabljajo posebne anti-aliasing filtre in raven valovanja ni visoka. Toda situacija se spremeni, ko so v napajalni sistem nameščene baterije. Pri polnjenju baterij se valovanje poveča.
Zato je treba upoštevati tudi možnost tovrstnega posega.
Zaključek
Stikala z izboljšano elektromagnetno združljivostjo vam omogočajo prenos podatkov v težkih elektromagnetnih okoljih. V primeru rudnika Rasvumchorr na začetku članka je bil podatkovni kabel izpostavljen močnemu magnetnemu polju industrijske frekvence in je izvajal motnje v frekvenčnem pasu od 0 do 150 kHz. Običajna industrijska stikala niso bila kos prenosu podatkov v takih pogojih in paketi so se izgubili.
Stikala z izboljšano elektromagnetno združljivostjo lahko popolnoma delujejo, če so izpostavljena naslednjim motnjam:
- radiofrekvenčna elektromagnetna polja;
- magnetna polja industrijske frekvence;
- nanosekundni impulzni šum;
- visokoenergetski mikrosekundni impulzni šum;
- prevodne motnje, ki jih povzroči radiofrekvenčno elektromagnetno polje;
- prevodne motnje v frekvenčnem območju od 0 do 150 kHz;
- Valovanje enosmerne napajalne napetosti.
Vir: www.habr.com