เหตุใดเราจึงต้องมีสวิตช์ทางอุตสาหกรรมที่มี EMC ที่ปรับปรุงแล้ว

เหตุใดแพ็กเก็ตจึงสามารถสูญหายบน LAN ได้ มีตัวเลือกที่แตกต่างกัน: การจองได้รับการกำหนดค่าไม่ถูกต้อง เครือข่ายไม่สามารถรับมือกับโหลดได้ หรือ LAN มี "พายุ" แต่เหตุผลไม่ได้อยู่ที่เลเยอร์เครือข่ายเสมอไป

บริษัท Arktek LLC ได้สร้างระบบควบคุมกระบวนการอัตโนมัติและระบบกล้องวงจรปิดสำหรับเหมือง Rasvumchorrsky ของ Apatit JSC โดยใช้ สวิตช์ Phoenix Contact.

เกิดปัญหาในส่วนหนึ่งของเครือข่าย ระหว่างสวิตช์ FL SWITCH 3012E-2FX – 2891120 และ FL SWITCH 3006T-2FX – 2891036 ช่องทางการสื่อสารไม่เสถียรอย่างยิ่ง

อุปกรณ์เชื่อมต่อกันด้วยสายเคเบิลทองแดงที่วางอยู่ในช่องเดียวกับสายไฟ 6 kV สายไฟสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งทำให้เกิดการรบกวน สวิตช์อุตสาหกรรมทั่วไปไม่มีการป้องกันเสียงรบกวนที่เพียงพอ ข้อมูลบางส่วนจึงสูญหาย

เมื่อติดตั้งสวิตช์ FL SWITCH 3012E-2FX ที่ปลายทั้งสองข้าง – 2891120การเชื่อมต่อมีความเสถียร สวิตช์เหล่านี้สอดคล้องกับ IEC 61850-3 เหนือสิ่งอื่นใด ส่วนที่ 3 ของมาตรฐานนี้อธิบายข้อกำหนดความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) สำหรับอุปกรณ์ที่ติดตั้งในโรงไฟฟ้าและสถานีไฟฟ้าย่อย

เหตุใดสวิตช์ที่มี EMC ที่ปรับปรุงแล้วจึงทำงานได้ดีกว่า

EMC - บทบัญญัติทั่วไป

ปรากฎว่าความเสถียรของการส่งข้อมูลบน LAN ไม่เพียงได้รับผลกระทบจากการกำหนดค่าอุปกรณ์ที่ถูกต้องและปริมาณข้อมูลที่ถ่ายโอนเท่านั้น แพ็กเก็ตที่หล่นหรือสวิตช์เสียหายอาจเกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น วิทยุที่ใช้ใกล้กับอุปกรณ์เครือข่าย สายไฟที่วางอยู่ใกล้ๆ หรือสวิตช์เปิด/ปิดที่เปิดวงจรระหว่างการลัดวงจร

วิทยุ สายเคเบิล และสวิตช์เป็นแหล่งที่มาของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า สวิตช์ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าขั้นสูง (EMC) ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานได้ตามปกติเมื่อเผชิญกับสัญญาณรบกวนนี้

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้ามีสองประเภท: แบบอุปนัยและแบบดำเนินการ

การรบกวนแบบเหนี่ยวนำจะถูกส่งผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า "ผ่านอากาศ" การรบกวนนี้เรียกอีกอย่างว่าการรบกวนแบบแผ่รังสีหรือการแผ่รังสี

การรบกวนที่เกิดขึ้นจะถูกส่งผ่านตัวนำ: สายไฟ, กราวด์ ฯลฯ

การรบกวนแบบเหนี่ยวนำเกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กกำลังสูง การรบกวนที่เกิดขึ้นอาจเกิดจากการสลับวงจรกระแส ฟ้าผ่า พัลส์ ฯลฯ

เช่นเดียวกับอุปกรณ์อื่นๆ สวิตช์อาจได้รับผลกระทบจากสัญญาณรบกวนทั้งแบบเหนี่ยวนำและแบบนำไฟฟ้า

เรามาดูแหล่งที่มาของการรบกวนต่างๆ ในโรงงานอุตสาหกรรม และสิ่งรบกวนที่พวกมันสร้างขึ้น

แหล่งที่มาของการรบกวน

อุปกรณ์ปล่อยคลื่นวิทยุ (เครื่องส่งรับวิทยุ โทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์เชื่อม เตาเหนี่ยวนำ ฯลฯ)
อุปกรณ์ใดๆ ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา สนามแม่เหล็กไฟฟ้านี้ส่งผลต่ออุปกรณ์ทั้งแบบเหนี่ยวนำและแบบนำไฟฟ้า

หากสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นอย่างแรงเพียงพอ ก็สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าในตัวนำได้ ซึ่งจะขัดขวางกระบวนการส่งสัญญาณ การรบกวนที่รุนแรงมากอาจทำให้อุปกรณ์ปิดได้ ดังนั้นผลอุปนัยจึงปรากฏขึ้น

เจ้าหน้าที่ปฏิบัติการและบริการรักษาความปลอดภัยใช้โทรศัพท์มือถือและเครื่องส่งรับวิทยุเพื่อสื่อสารระหว่างกัน เครื่องส่งสัญญาณวิทยุและโทรทัศน์แบบอยู่กับที่ทำงานที่สิ่งอำนวยความสะดวก มีการติดตั้งอุปกรณ์ Bluetooth และ WiFi ในการติดตั้งมือถือ

อุปกรณ์ทั้งหมดเหล่านี้เป็นเครื่องกำเนิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลัง ดังนั้นเพื่อให้ทำงานได้ตามปกติในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม สวิตช์จะต้องสามารถทนต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้

สภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกำหนดโดยความแรงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

เมื่อทดสอบสวิตช์เพื่อหาความต้านทานต่อผลกระทบเชิงเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้า 10 V/m จะเกิดขึ้นบนสวิตช์ ในกรณีนี้สวิตช์จะต้องทำงานได้อย่างสมบูรณ์

ตัวนำใดๆ ภายในสวิตช์ รวมถึงสายเคเบิลอื่นๆ ถือเป็นเสาอากาศรับแบบพาสซีฟ อุปกรณ์ปล่อยคลื่นวิทยุอาจทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่ 150 Hz ถึง 80 MHz สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าในตัวนำเหล่านี้ แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้จะทำให้เกิดกระแสซึ่งสร้างเสียงรบกวนในสวิตช์

ในการทดสอบสวิตช์สำหรับการป้องกัน EMI ที่ดำเนินการ แรงดันไฟฟ้าจะถูกจ่ายไปที่พอร์ตข้อมูลและพอร์ตจ่ายไฟ GOST R 51317.4.6-99 ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้า 10 V สำหรับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าระดับสูง ในกรณีนี้สวิตช์จะต้องทำงานได้อย่างสมบูรณ์

กระแสไฟฟ้าในสายไฟ สายไฟ วงจรกราวด์
กระแสไฟฟ้าในสายไฟ สายไฟ และวงจรกราวด์จะสร้างสนามแม่เหล็กความถี่อุตสาหกรรม (50 เฮิรตซ์) การสัมผัสกับสนามแม่เหล็กจะสร้างกระแสในตัวนำปิดซึ่งเป็นสัญญาณรบกวน

สนามแม่เหล็กความถี่กำลังแบ่งออกเป็น:

• สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มคงที่และค่อนข้างต่ำที่เกิดจากกระแสในสภาวะการทำงานปกติ
• สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มค่อนข้างสูงซึ่งเกิดจากกระแสน้ำภายใต้สภาวะฉุกเฉิน ซึ่งทำหน้าที่ในช่วงเวลาสั้นๆ จนกระทั่งอุปกรณ์ถูกกระตุ้น

เมื่อทดสอบสวิตช์เพื่อความเสถียรของการสัมผัสกับสนามแม่เหล็กความถี่กำลัง ให้สนามไฟฟ้า 100 แอมแปร์/เมตร เป็นเวลานาน และ 1000 แอมแปร์/เมตร เป็นระยะเวลา 3 วินาที เมื่อทดสอบแล้ว สวิตช์ควรจะทำงานได้อย่างสมบูรณ์

สำหรับการเปรียบเทียบ เตาไมโครเวฟในครัวเรือนทั่วไปสร้างความแรงของสนามแม่เหล็กสูงถึง 10 A/m

ฟ้าผ่า ภาวะฉุกเฉินในระบบเครือข่ายไฟฟ้า
ฟ้าผ่ายังทำให้เกิดการรบกวนในอุปกรณ์เครือข่าย พวกมันอยู่ได้ไม่นาน แต่ขนาดของมันสามารถเข้าถึงหลายพันโวลต์ การรบกวนดังกล่าวเรียกว่าพัลซิ่ง

สัญญาณรบกวนแบบพัลส์สามารถใช้ได้กับทั้งพอร์ตจ่ายไฟและพอร์ตข้อมูลของสวิตช์ เนื่องจากค่าแรงดันไฟฟ้าเกินที่สูง จึงสามารถรบกวนการทำงานของอุปกรณ์และทำให้อุปกรณ์ไหม้จนหมดได้

ฟ้าผ่าเป็นกรณีพิเศษของเสียงรบกวนจากแรงกระตุ้น สามารถจำแนกได้ว่าเป็นสัญญาณรบกวนพัลส์ไมโครวินาทีพลังงานสูง

ฟ้าผ่าอาจมีได้หลายประเภท: ฟ้าผ่าที่วงจรแรงดันไฟฟ้าภายนอก, ฟ้าผ่าโดยอ้อม, ฟ้าผ่าลงดิน

เมื่อฟ้าผ่ากระทบวงจรแรงดันไฟฟ้าภายนอก การรบกวนจะเกิดขึ้นเนื่องจากการไหลของกระแสคายประจุขนาดใหญ่ผ่านวงจรภายนอกและวงจรกราวด์

ฟ้าผ่าทางอ้อมถือเป็นการปล่อยฟ้าผ่าระหว่างเมฆ ในระหว่างที่เกิดการกระแทก สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น พวกมันเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสในตัวนำของระบบไฟฟ้า นี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดการรบกวน

เมื่อฟ้าผ่าลงมาที่พื้น กระแสจะไหลผ่านพื้น สามารถสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นในระบบกราวด์ของยานพาหนะได้

การรบกวนแบบเดียวกันนั้นเกิดจากการสลับธนาคารตัวเก็บประจุ การสลับดังกล่าวเป็นกระบวนการเปลี่ยนชั่วคราว การสลับภาวะชั่วครู่ทั้งหมดทำให้เกิดสัญญาณรบกวนอิมพัลส์พลังงานสูงระดับไมโครวินาที

การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าเมื่ออุปกรณ์ป้องกันทำงานอาจส่งผลให้เกิดสัญญาณรบกวนพัลส์ระดับไมโครวินาทีในวงจรภายใน

เพื่อทดสอบสวิตช์ความต้านทานต่อเสียงพัลส์ จะใช้เครื่องกำเนิดพัลส์ทดสอบพิเศษ ตัวอย่างเช่น UCS 500N5 เครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้จ่ายพัลส์ของพารามิเตอร์ต่าง ๆ ให้กับพอร์ตสวิตช์ที่ทดสอบ พารามิเตอร์พัลส์ขึ้นอยู่กับการทดสอบที่ทำ อาจแตกต่างกันไปตามรูปร่างของพัลส์ ความต้านทานเอาท์พุต แรงดันไฟฟ้า และเวลาเปิดรับแสง

ในระหว่างการทดสอบภูมิคุ้มกันสัญญาณรบกวนพัลส์ระดับไมโครวินาที พัลส์ 2 kV จะถูกจ่ายไปที่พอร์ตจ่ายไฟ สำหรับพอร์ตข้อมูล - 4 kV ในระหว่างการทดสอบนี้ สันนิษฐานว่าการทำงานอาจถูกขัดจังหวะ แต่หลังจากสัญญาณรบกวนหายไป การทำงานจะกลับมาทำงานได้เอง

การสลับโหลดปฏิกิริยา, "การเด้ง" ของหน้าสัมผัสรีเลย์, การสลับเมื่อแก้ไขกระแสสลับ
กระบวนการสวิตชิ่งต่างๆ สามารถเกิดขึ้นได้ในระบบไฟฟ้า: การหยุดชะงักของโหลดอุปนัย การเปิดหน้าสัมผัสรีเลย์ ฯลฯ

กระบวนการสวิตชิ่งดังกล่าวยังสร้างเสียงรบกวนด้วย ระยะเวลามีตั้งแต่หนึ่งนาโนวินาทีถึงหนึ่งไมโครวินาที เสียงอิมพัลส์ดังกล่าวเรียกว่าเสียงอิมพัลส์ระดับนาโนวินาที

เพื่อทำการทดสอบ พัลส์ของพัลส์นาโนวินาทีจะถูกส่งไปยังสวิตช์ พัลส์จะจ่ายให้กับพอร์ตจ่ายไฟและพอร์ตข้อมูล

พอร์ตจ่ายไฟมาพร้อมกับพัลส์ 2 kV และพอร์ตข้อมูลมาพร้อมกับพัลส์ 4 kV
ในระหว่างการทดสอบเสียงระเบิดระดับนาโนวินาที สวิตช์จะต้องทำงานได้อย่างสมบูรณ์

เสียงรบกวนจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรม ตัวกรอง และสายเคเบิล
หากติดตั้งสวิตช์ไว้ใกล้กับระบบจำหน่ายไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง แรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุลอาจเกิดขึ้นได้ การรบกวนดังกล่าวเรียกว่าการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดำเนินการ

แหล่งที่มาหลักของการรบกวนที่เกิดขึ้นคือ:

• ระบบจำหน่ายไฟฟ้า ได้แก่ DC และ 50 Hz;
• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

ขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของสัญญาณรบกวน แบ่งออกเป็นสองประเภท:

• แรงดันไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าคงที่ที่มีความถี่ 50 Hz การลัดวงจรและการรบกวนอื่น ๆ ในระบบจำหน่ายทำให้เกิดการรบกวนที่ความถี่พื้นฐาน
• แรงดันไฟฟ้าในย่านความถี่ตั้งแต่ 15 Hz ถึง 150 kHz การรบกวนดังกล่าวมักเกิดจากระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลัง

ในการทดสอบสวิตช์ พอร์ตจ่ายไฟและพอร์ตข้อมูลจะได้รับแรงดันไฟฟ้า rms ที่ 30V อย่างต่อเนื่อง และแรงดันไฟฟ้า rms ที่ 300V เป็นเวลา 1 วินาที ค่าแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้สอดคล้องกับระดับความรุนแรงสูงสุดของการทดสอบ GOST

อุปกรณ์จะต้องทนทานต่ออิทธิพลดังกล่าวหากติดตั้งในสภาพแวดล้อมที่มีแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรง มันมีลักษณะโดย:

• อุปกรณ์ที่ทดสอบจะเชื่อมต่อกับเครือข่ายไฟฟ้าแรงต่ำและสายไฟฟ้าแรงดันปานกลาง
• อุปกรณ์จะเชื่อมต่อกับระบบสายดินของอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง
• มีการใช้ตัวแปลงพลังงานที่ฉีดกระแสสำคัญเข้าสู่ระบบกราวด์

เงื่อนไขที่คล้ายกันสามารถพบได้ที่สถานีหรือสถานีย่อย

การแก้ไขแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเมื่อชาร์จแบตเตอรี่
หลังจากแก้ไขแล้ว แรงดันไฟเอาท์พุตจะเต้นเป็นจังหวะเสมอ นั่นคือค่าแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มหรือเป็นระยะ

หากสวิตช์ใช้พลังงานจากแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง แรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่อาจรบกวนการทำงานของอุปกรณ์ได้

ตามกฎแล้วระบบสมัยใหม่ทั้งหมดใช้ตัวกรองป้องกันนามแฝงพิเศษและระดับระลอกคลื่นไม่สูง แต่สถานการณ์เปลี่ยนไปเมื่อติดตั้งแบตเตอรี่ในระบบจ่ายไฟ เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ ระลอกคลื่นจะเพิ่มขึ้น

ดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงความเป็นไปได้ของการแทรกแซงดังกล่าวด้วย

ข้อสรุป
สวิตช์ที่มีความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ได้รับการปรับปรุงทำให้คุณสามารถถ่ายโอนข้อมูลในสภาพแวดล้อมที่มีแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรง ในตัวอย่างของเหมือง Rasvumchorr ในตอนต้นของบทความ สายเคเบิลข้อมูลถูกสัมผัสกับสนามแม่เหล็กความถี่อุตสาหกรรมที่ทรงพลัง และทำการรบกวนในย่านความถี่ตั้งแต่ 0 ถึง 150 kHz สวิตช์อุตสาหกรรมแบบทั่วไปไม่สามารถรับมือกับการส่งข้อมูลภายใต้เงื่อนไขดังกล่าวได้ และแพ็กเก็ตก็สูญหายไป

สวิตช์ที่มีความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ได้รับการปรับปรุงสามารถทำงานได้อย่างเต็มที่เมื่อถูกรบกวนดังต่อไปนี้:

• สนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่วิทยุ
• สนามแม่เหล็กความถี่อุตสาหกรรม
• เสียงแรงกระตุ้นระดับนาโนวินาที;
• สัญญาณรบกวนพัลส์ไมโครวินาทีพลังงานสูง
• การรบกวนที่เกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่วิทยุ
• ทำการรบกวนในช่วงความถี่ตั้งแต่ 0 ถึง 150 kHz;
• ระลอกแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ DC

ที่มา: will.com