Через що в ЛОМ можуть губитися пакети? Варіанти є різні: неправильно налаштоване резервування, мережа не справляється із навантаженням або ЛОМ «штормить». Але причина не завжди криється в мережевому рівні.
Компанія ТОВ «Арктек» зробила АСУ ТП та системи відеоспостереження Расвумчоррського рудника АТ «Апатит» на базі .
На одній ділянці мережі виникли проблеми. Між комутаторами FL SWITCH 3012E-2FX – та FL SWITCH 3006T-2FX – канал зв'язку був украй нестабільним.
Пристрої були з'єднані мідним кабелем, прокладеним в одному каналі з силовим кабелем 6 кВ. Силовий кабель створює потужне електромагнітне поле, що спричинило перешкоди. Звичайні промислові комутатори не мають достатньої стійкості до перешкод, тому частина даних губилася.
Коли на обох кінцях було встановлено комутатори FL SWITCH 3012E-2FX – , зв'язок стабілізувався. Дані комутатори відповідають ПЕК 61850-3. Серед іншого частина 3 цього стандарту описує вимоги до електромагнітної сумісності (ЕМС) пристроїв, що встановлюються на електричних станціях та підстанціях.
Чому комутатори з покращеною ЕМС показали найкращі результати?
ЕМС - загальні положення
Виявляється, на стабільність передачі даних в ЛОМ впливають не тільки правильність налаштування обладнання і кількість даних, що передаються. Причиною пакетів, що зникають, або виведеного з ладу комутатора можуть стати електромагнітні перешкоди: рація, якою скористалися поряд з мережевим обладнанням, силовий кабель, прокладений поруч, або силовий вимикач, який розімкнув ланцюг під час короткого замикання.
Рація, кабель та вимикач – це джерела електромагнітних перешкод. Комутатори з покращеною електромагнітною сумісністю створені для нормальної роботи при дії цих перешкод.
Електромагнітні перешкоди бувають двох видів: індуктивні та кондуктивні.
Індуктивні перешкоди передаються через електромагнітне поле «по повітрю». Ще ці перешкоди називають випромінюваними чи випромінюваними.
Кондуктивні перешкоди передаються по провідникам: дротам, землі тощо.
Індуктивні перешкоди з'являються під впливом потужного електромагнітного або магнітного поля. Причиною кондуктивних перешкод можуть бути комутації струмових ланцюгів, удари блискавки, імпульси тощо.
На комутатори, як і все обладнання, можуть впливати і індуктивні, і кондуктивні перешкоди.
Давайте розглянемо різні джерела перешкод на промисловому об'єкті і які саме перешкоди вони створюють.
Джерела перешкод
Радіовипромінюючі пристрої (рації, мобільні телефони, зварювальне обладнання, індуктивні печі тощо)
Будь-який пристрій випромінює електромагнітне поле. Це електромагнітне поле впливає обладнання і індуктивно, і кондуктивно.
Якщо поле генерується досить сильне, воно може створити струм у провіднику, який порушить процес передачі сигналу. Дуже потужні перешкоди можуть призвести до відключення обладнання. Таким чином, проявляється індуктивний вплив.
Експлуатуючий персонал та служби безпеки використовують мобільні телефони, рації для зв'язку один з одним. На об'єктах працюють стаціонарні радіо- та телепередавачі, на рухомих установках встановлюються Bluetooth та WiFi пристрої.
Всі ці пристрої потужні генератори електромагнітного поля. Тому для нормальної роботи у промислових умовах комутаторам необхідно вміти переносити електромагнітні перешкоди.
Електромагнітне становище визначається напруженістю електромагнітного поля.
При випробуванні комутатора на стійкість до індуктивного впливу електромагнітних полів на комутатор наводиться поле напруженістю 10 В/м. У цьому комутатор має повноцінно функціонувати.
Будь-які провідники всередині комутатора, а також усі кабелі є пасивними приймальними антенами. Радіовипромінюючі пристрої можуть створювати кондуктивні електромагнітні перешкоди у смузі частот від 150 до 80 МГц. Електромагнітне поле наводить у цих провідниках напруги. Ці напруги, у свою чергу, викликають струми, які і створюють перешкоди в комутаторі.
Для випробування комутатора на стійкість до кондуктивних електромагнітних перешкод на порти передачі даних та порти живлення подається напруга. ГОСТ Р 51317.4.6-99 встановлює величину напруги 10 для високого рівня електромагнітних випромінювань. У цьому комутатор має повноцінно функціонувати.
Струм у силових кабелях, лініях електроживлення, ланцюгах заземлення
Струм у силових кабелях, лініях електроживлення, ланцюгах заземлення створює магнітне поле промислової частоти (50 Гц). Вплив магнітного поля створює струм у замкнутому провіднику, що є на заваді.
Магнітне поле промислової частоти поділяється на:
- магнітне поле постійної та відносно малої напруженості, викликане струмами за нормальних умов експлуатації;
- магнітне поле щодо великої напруженості, викликане струмами за аварійних умов, що діють короткочасно до моменту спрацьовування пристроїв.
При випробуваннях комутаторів на стійкість впливу магнітного поля промислової частоти на нього подається поле напруженістю 100 А/м на тривалий період та 1000 А/м на період 3 с. Під час перевірки комутатори мають повноцінно функціонувати.
Для порівняння, звичайна побутова мікрохвильова піч створює напруженість магнітного поля до 10 А/м.
Удари блискавок, аварійні умови в електричних мережах
Удар блискавки також спричиняє перешкоди в мережевому устаткуванні. Вони тривають недовго, але їх величина може досягати кількох тисяч вольт. Такі завади називаються імпульсними.
Імпульсні перешкоди можуть бути подані і на порти живлення комутатора, і порти передачі даних. За рахунок високих значень перенапруги вони можуть порушити як функціонування обладнання, так і повністю спалити його.
Удар блискавки – це окремий випадок імпульсних перешкод. Його можна віднести до мікросекундних імпульсних перешкод великої енергії.
Удар блискавки може бути різних типів: удар блискавки у зовнішній ланцюг напруги, непрямий удар, удар у ґрунт.
При ударі блискавки у зовнішній ланцюг напруги перешкоди виникають через протікання великого струму розряду зовнішнього ланцюга та ланцюга заземлення.
Непрямим ударом блискавки вважається розряд блискавки між хмарами. Під час таких ударів утворюються електромагнітні поля. Вони індукують напруги чи струми у провідниках електричної системи. Це викликає виникнення перешкод.
При ударі блискавки в ґрунт струм протікає по землі. Він може створити різницю потенціалів у системі заземлення МС.
Такі самі перешкоди створює комутація конденсаторних батарей. Така комутація є перехідним комутаційним процесом. Всі перехідні комутаційні процеси викликають мікросекундні імпульсні перешкоди великої енергії.
Швидкі зміни напруги або струму при спрацьовуванні захисних пристроїв можуть призводити до утворення мікросекундних імпульсних перешкод у внутрішніх ланцюгах.
Для перевірки комутатора на стійкість до імпульсним перешкод використовують спеціальні випробувальні генератори імпульсів. Наприклад, UCS 500N5. Даний генератор подає різні за параметрами імпульси на випробувані порти комутатора. Параметри імпульсів залежать від тестів, що проводяться. Вони можуть відрізнятися формою імпульсу, вихідному опору, напрузі, часу впливу.
Під час випробувань на стійкість до дії мікросекундних імпульсних перешкод на порти живлення подаються імпульси напругою 2 кВ. На порти даних – 4 кВ. При цій перевірці допускається, що функціонування може перериватись, але після зникнення перешкоди – самостійно відновлюватися.
Комутації реактивних навантажень, «брязкіт» контактів реле, комутація при випрямленні змінного струму
В електричній системі можуть виникати різні комутаційні процеси: переривання індуктивних навантажень, розмикання реле контактів і т.д.
Такі комутаційні процеси створюють імпульсні перешкоди. Їх тривалість – від однієї наносекунди до однієї мікросекунди. Такі імпульсні перешкоди називаються наносекундні імпульсні перешкоди.
Для проведення випробувань на комутатори подаються пачки імпульсів тривалості наносекундної. Імпульси подаються на порти живлення та порти передачі.
На порти живлення подаються імпульси напругою 2 кВ, але в порти даних – 4 кВ.
Під час випробувань на вплив наносекундних імпульсних перешкод комутатор повинен повноцінно функціонувати.
Наведення від промислового електронного обладнання, фільтрів та кабелів
При встановленні комутатора поблизу силових розподільних систем або силового електронного обладнання можуть наводитися несиметричні напруги. Такі наведення називають кондуктивними електромагнітними перешкодами.
Основними джерелами кондуктивних перешкод є:
- силові розподільчі системи, у тому числі постійного струму та частотою 50 Гц;
- силове електронне обладнання.
Залежно від джерела перешкоди поділяють на два види:
- постійна напруга та напруга частотою 50 Гц. Короткі замикання та інші порушення роботи у розподільчих системах генерують перешкоди на основній частоті;
- напруги у смузі частот від 15 Гц до 150 кГц. Такі перешкоди зазвичай генеруються електронними силовими установками.
Для випробування комутаторів на порти живлення та передачі даних подається діюча напруга 30В постійно та діюча напруга 300 В протягом 1 с. Ці значення напруги відповідають найвищому ступеню жорсткості випробувань ГОСТ.
Устаткування має витримувати подібні впливи, якщо воно встановлюється за умов жорсткої електромагнітної обстановки. Вона характеризується:
- випробувані пристрої підключатимуться до низьковольтних електричних мереж та ліній середньої напруги;
- пристрої підключатимуться до системи заземлення високовольтного обладнання;
- використовуються силові перетворювачі, що інжектують значні струми в систему заземлення.
Подібні умови можна зустріти на станціях чи підстанціях.
Випрямлення напруги змінного струму при заряді батарей
Після випрямлення напруга на виході завжди пульсує. Тобто значення напруги випадково чи періодично змінюється.
Якщо комутатори живляться від напруги постійного струму, великі пульсації напруги можуть порушити роботу пристроїв.
Як правило, всі сучасні системи використовують спеціальні фільтри, що згладжують, і рівень пульсацій не великий. Але ситуація змінюється під час встановлення батарей у системі електроживлення. При зарядженні батарей величина пульсацій збільшується.
Тому також необхідно враховувати можливість появи таких перешкод.
Висновок
Комутатори з покращеною електромагнітною сумісністю дозволяють передавати дані за умов жорсткої електромагнітної обстановки. У прикладі з Расвумчоррским рудником на початку статті кабель передачі був схильний до впливу потужного магнітного поля промислової частоти і кондуктивних перешкод у смузі частот від 0 до 150 кГц. Звичайні промислові комутатори не змогли впоратися з передачею даних у таких умовах і губилися пакети.
Комутатори ж із покращеною електромагнітною сумісністю можуть повноцінно працювати при дії наступних перешкод:
- радіочастотні електромагнітні поля;
- магнітні поля промислової частоти;
- наносекундні імпульсні перешкоди;
- мікросекундні імпульсні перешкоди великої енергії;
- кондуктивні завади, наведені радіочастотним електромагнітним полем;
- кондуктивні перешкоди у смузі частот від 0 до 150 кГц;
- пульсації напруги електроживлення постійного струму
Джерело: habr.com