Tại sao các gói có thể bị mất trên mạng LAN? Có nhiều lựa chọn khác nhau: việc đặt trước được cấu hình không chính xác, mạng không thể đáp ứng được tải hoặc mạng LAN “có bão”. Nhưng nguyên nhân không phải lúc nào cũng nằm ở lớp mạng.
Công ty Arktek LLC đã chế tạo hệ thống điều khiển quy trình tự động và hệ thống giám sát video cho mỏ Rasvumchorrsky của Công ty Cổ phần Apatit dựa trên .
Đã xảy ra sự cố ở một phần của mạng. Giữa các thiết bị chuyển mạch FL SWITCH 3012E-2FX – và FL SWITCH 3006T-2FX – kênh liên lạc cực kỳ không ổn định.
Các thiết bị được kết nối bằng cáp đồng đặt trong một kênh với cáp nguồn 6 kV. Cáp nguồn tạo ra một trường điện từ mạnh gây nhiễu. Các thiết bị chuyển mạch công nghiệp thông thường không có đủ khả năng chống ồn nên một số dữ liệu sẽ bị mất.
Khi công tắc FL SWITCH 3012E-2FX được lắp đặt ở cả hai đầu – , kết nối đã ổn định. Các công tắc này tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61850-3. Trong số những nội dung khác, Phần 3 của tiêu chuẩn này mô tả các yêu cầu về khả năng tương thích điện từ (EMC) đối với các thiết bị được lắp đặt trong các nhà máy điện và trạm biến áp.
Tại sao các switch có EMC cải tiến lại hoạt động tốt hơn?
EMC - quy định chung
Hóa ra, độ ổn định của việc truyền dữ liệu trên mạng LAN không chỉ bị ảnh hưởng bởi cấu hình chính xác của thiết bị và lượng dữ liệu được truyền. Các gói bị rơi hoặc công tắc bị hỏng có thể do nhiễu điện từ: radio được sử dụng gần thiết bị mạng, cáp nguồn đặt gần đó hoặc công tắc nguồn làm hở mạch khi bị đoản mạch.
Đài phát thanh, cáp và công tắc là những nguồn gây nhiễu điện từ. Các công tắc Tương thích Điện từ Nâng cao (EMC) được thiết kế để hoạt động bình thường khi gặp phải hiện tượng nhiễu này.
Có hai loại nhiễu điện từ: cảm ứng và dẫn điện.
Giao thoa cảm ứng được truyền qua trường điện từ “qua không khí”. Sự giao thoa này còn được gọi là giao thoa bức xạ hoặc giao thoa bức xạ.
Nhiễu dẫn điện được truyền qua dây dẫn: dây dẫn, mặt đất, v.v.
Nhiễu cảm ứng xảy ra khi tiếp xúc với điện từ hoặc từ trường mạnh. Nhiễu dẫn điện có thể được gây ra bằng cách chuyển mạch dòng điện, sét đánh, xung, v.v.
Công tắc, giống như tất cả các thiết bị, có thể bị ảnh hưởng bởi cả tiếng ồn cảm ứng và tiếng ồn dẫn điện.
Chúng ta hãy xem xét các nguồn gây nhiễu khác nhau tại một cơ sở công nghiệp và loại nhiễu mà chúng tạo ra.
Nguồn gây nhiễu
Thiết bị phát sóng vô tuyến (máy bộ đàm, điện thoại di động, thiết bị hàn, lò nung cảm ứng, v.v.)
Bất kỳ thiết bị nào cũng phát ra trường điện từ. Trường điện từ này ảnh hưởng đến thiết bị cả về cảm ứng và dẫn điện.
Nếu trường được tạo ra đủ mạnh, nó có thể tạo ra dòng điện trong dây dẫn, làm gián đoạn quá trình truyền tín hiệu. Sự can thiệp rất mạnh có thể dẫn đến tắt thiết bị. Do đó, một hiệu ứng quy nạp xuất hiện.
Nhân viên điều hành và dịch vụ bảo vệ sử dụng điện thoại di động và bộ đàm để liên lạc với nhau. Các thiết bị phát sóng vô tuyến và truyền hình cố định hoạt động tại các cơ sở; các thiết bị Bluetooth và WiFi được lắp đặt trên các thiết bị di động.
Tất cả các thiết bị này đều là máy tạo trường điện từ mạnh mẽ. Vì vậy, để hoạt động bình thường trong môi trường công nghiệp, các switch phải có khả năng chịu được nhiễu điện từ.
Môi trường điện từ được xác định bởi cường độ của trường điện từ.
Khi thử nghiệm khả năng chống lại hiệu ứng cảm ứng của trường điện từ của một công tắc, một trường 10 V/m được tạo ra trên công tắc. Trong trường hợp này, công tắc phải hoạt động đầy đủ.
Bất kỳ dây dẫn nào bên trong công tắc cũng như bất kỳ dây cáp nào đều là ăng-ten thu thụ động. Các thiết bị phát sóng vô tuyến có thể gây nhiễu điện từ dẫn truyền trong dải tần từ 150 Hz đến 80 MHz. Trường điện từ tạo ra điện áp trong các dây dẫn này. Những điện áp này lại tạo ra dòng điện, tạo ra tiếng ồn trong công tắc.
Để kiểm tra khả năng miễn nhiễm EMI dẫn điện của công tắc, điện áp được cấp vào các cổng dữ liệu và cổng nguồn. GOST R 51317.4.6-99 đặt giá trị điện áp 10 V cho mức bức xạ điện từ cao. Trong trường hợp này, công tắc phải hoạt động đầy đủ.
Dòng điện trong dây cáp điện, đường dây điện, mạch nối đất
Dòng điện trong dây cáp điện, đường dây điện và mạch nối đất tạo ra từ trường có tần số công nghiệp (50 Hz). Tiếp xúc với từ trường sẽ tạo ra dòng điện trong một dây dẫn kín, gây nhiễu.
Từ trường tần số nguồn được chia thành:
- từ trường có cường độ không đổi và tương đối thấp do dòng điện gây ra trong điều kiện hoạt động bình thường;
- từ trường có cường độ tương đối cao gây ra bởi dòng điện trong điều kiện khẩn cấp, hoạt động trong thời gian ngắn cho đến khi thiết bị được kích hoạt.
Khi kiểm tra các công tắc về độ ổn định khi tiếp xúc với từ trường tần số công nghiệp, đặt một trường 100 A/m vào nó trong thời gian dài và 1000 A/m trong thời gian 3 s. Khi kiểm tra, các công tắc phải hoạt động đầy đủ.
Để so sánh, một lò vi sóng gia đình thông thường tạo ra cường độ từ trường lên tới 10 A/m.
Sét đánh, tình trạng khẩn cấp trong mạng điện
Sét đánh còn gây nhiễu thiết bị mạng. Chúng không tồn tại lâu nhưng cường độ của chúng có thể đạt tới vài nghìn volt. Sự can thiệp như vậy được gọi là xung.
Nhiễu xung có thể được áp dụng cho cả cổng nguồn và cổng dữ liệu của switch. Do giá trị quá điện áp cao, chúng có thể làm gián đoạn hoạt động của thiết bị và đốt cháy hoàn toàn thiết bị.
Sét đánh là một trường hợp đặc biệt của nhiễu xung lực. Nó có thể được phân loại là nhiễu xung micro giây năng lượng cao.
Sét đánh có thể có nhiều loại khác nhau: sét đánh vào mạch điện áp bên ngoài, sét đánh gián tiếp, sét đánh xuống đất.
Khi sét đánh vào mạch điện áp bên ngoài, hiện tượng nhiễu xảy ra do dòng điện phóng điện lớn chạy qua mạch ngoài và mạch nối đất.
Sét đánh gián tiếp được coi là sự phóng điện giữa các đám mây. Trong những tác động như vậy, trường điện từ được tạo ra. Chúng tạo ra điện áp hoặc dòng điện trong dây dẫn của hệ thống điện. Đây chính là nguyên nhân gây nhiễu.
Khi sét đánh xuống đất có dòng điện chạy qua mặt đất. Nó có thể tạo ra sự khác biệt tiềm năng trong hệ thống nối đất của xe.
Chính xác thì sự nhiễu tương tự được tạo ra bằng cách chuyển mạch tụ điện. Chuyển đổi như vậy là một quá trình chuyển đổi nhất thời. Tất cả các quá độ chuyển mạch đều gây ra nhiễu xung micro giây năng lượng cao.
Những thay đổi nhanh chóng về điện áp hoặc dòng điện khi thiết bị bảo vệ hoạt động cũng có thể dẫn đến nhiễu xung micro giây trong các mạch bên trong.
Để kiểm tra khả năng chống nhiễu xung của công tắc, người ta sử dụng các bộ tạo xung thử nghiệm đặc biệt. Ví dụ: UCS 500N5. Bộ tạo này cung cấp các xung có thông số khác nhau cho các cổng chuyển mạch đang được thử nghiệm. Các thông số xung phụ thuộc vào các thử nghiệm được thực hiện. Chúng có thể khác nhau về hình dạng xung, điện trở đầu ra, điện áp và thời gian phơi sáng.
Trong quá trình kiểm tra khả năng chống nhiễu xung micro giây, các xung 2 kV được cấp cho các cổng nguồn. Đối với cổng dữ liệu – 4 kV. Trong quá trình thử nghiệm này, giả định rằng hoạt động có thể bị gián đoạn, nhưng sau khi nhiễu biến mất, nó sẽ tự phục hồi.
Chuyển mạch tải phản kháng, “nảy” tiếp điểm rơle, chuyển mạch khi chỉnh lưu dòng điện xoay chiều
Các quá trình chuyển mạch khác nhau có thể xảy ra trong một hệ thống điện: ngắt tải cảm ứng, mở tiếp điểm rơle, v.v.
Quá trình chuyển mạch như vậy cũng tạo ra nhiễu xung. Thời lượng của chúng dao động từ một nano giây đến một micro giây. Nhiễu xung như vậy được gọi là nhiễu xung nano giây.
Để thực hiện kiểm tra, các xung xung nano giây được gửi đến các công tắc. Các xung được cung cấp tới các cổng nguồn và cổng dữ liệu.
Các cổng nguồn được cung cấp xung 2 kV và các cổng dữ liệu được cung cấp xung 4 kV.
Trong quá trình kiểm tra tiếng ồn nổ nano giây, các công tắc phải hoạt động đầy đủ.
Tiếng ồn từ các thiết bị điện tử công nghiệp, bộ lọc và dây cáp
Nếu công tắc được lắp đặt gần hệ thống phân phối điện hoặc thiết bị điện tử công suất, điện áp không cân bằng có thể được tạo ra trong chúng. Sự can thiệp như vậy được gọi là nhiễu điện từ dẫn truyền.
Các nguồn gây nhiễu dẫn truyền chính là:
- hệ thống phân phối điện bao gồm DC và 50 Hz;
- thiết bị điện tử công suất.
Tùy thuộc vào nguồn nhiễu, chúng được chia thành hai loại:
- điện áp không đổi và điện áp có tần số 50 Hz. Đoản mạch và các nhiễu loạn khác trong hệ thống phân phối tạo ra nhiễu ở tần số cơ bản;
- điện áp trong dải tần từ 15 Hz đến 150 kHz. Sự can thiệp như vậy thường được tạo ra bởi các hệ thống điện tử công suất.
Để kiểm tra các công tắc, các cổng nguồn và dữ liệu được cung cấp điện áp rms 30V liên tục và điện áp rms 300V trong 1 giây. Các giá trị điện áp này tương ứng với mức độ nghiêm trọng cao nhất của các thử nghiệm GOST.
Thiết bị phải chịu được những ảnh hưởng như vậy nếu được lắp đặt trong môi trường điện từ khắc nghiệt. Nó được đặc trưng bởi:
- các thiết bị được thử nghiệm sẽ được kết nối với mạng điện hạ thế và đường dây trung thế;
- các thiết bị sẽ được đấu nối vào hệ thống nối đất của thiết bị điện áp cao;
- bộ chuyển đổi năng lượng được sử dụng để bơm dòng điện đáng kể vào hệ thống nối đất.
Điều kiện tương tự có thể được tìm thấy tại các trạm hoặc trạm biến áp.
Chỉnh lưu điện áp xoay chiều khi sạc pin
Sau khi chỉnh lưu, điện áp đầu ra luôn dao động. Tức là các giá trị điện áp thay đổi ngẫu nhiên hoặc định kỳ.
Nếu các công tắc được cấp nguồn bằng điện áp DC, hiện tượng gợn sóng điện áp lớn có thể làm gián đoạn hoạt động của các thiết bị.
Theo quy định, tất cả các hệ thống hiện đại đều sử dụng các bộ lọc khử răng cưa đặc biệt và mức độ gợn sóng không cao. Nhưng tình hình sẽ thay đổi khi pin được lắp vào hệ thống cấp điện. Khi sạc pin, độ gợn sóng tăng lên.
Vì vậy, khả năng xảy ra sự can thiệp như vậy cũng phải được tính đến.
Kết luận
Công tắc có khả năng tương thích điện từ được cải thiện cho phép bạn truyền dữ liệu trong môi trường điện từ khắc nghiệt. Trong ví dụ về mỏ Rasvumchorr ở đầu bài, cáp dữ liệu được tiếp xúc với từ trường tần số công nghiệp cực mạnh và gây nhiễu ở dải tần từ 0 đến 150 kHz. Các thiết bị chuyển mạch công nghiệp thông thường không thể xử lý được việc truyền dữ liệu trong những điều kiện như vậy và các gói tin sẽ bị mất.
Công tắc có khả năng tương thích điện từ được cải thiện có thể hoạt động hoàn toàn khi gặp hiện tượng nhiễu sau:
- trường điện từ tần số vô tuyến;
- từ trường tần số công nghiệp;
- tiếng ồn xung nano giây;
- tiếng ồn xung micro giây năng lượng cao;
- gây nhiễu do trường điện từ tần số vô tuyến điện gây ra;
- gây nhiễu ở dải tần từ 0 đến 150 kHz;
- Điện áp nguồn DC gợn sóng.
Nguồn: www.habr.com