Prúdy v tienení – podceňovaný problém v priemyselnej komunikácii

-- 14.03.18

Pri diagnostike priemyselných komunikačných sietí je dobré využívať metódu, ktorá je bežná hlavne pri ázijských typoch medicíny, a to, že namiesto liečenia symptómov treba vyšetriť celý „systém“. Zvlášť to platí, ak kvalitu komunikácie ovplyvňujú vonkajšie vplyvy, napr. elektromagnetické rušenia.

S rastúcim využívaním modernej vysokofrekvenčnej výkonovej elektroniky (frekvenčné meniče, usmerňovače, spínané zdroje…) rastú aj nároky na dodržanie pravidiel elektromagnetickej kompatibility (EMC). Podľa štatistického vyhodnotenia viac ako 700 servisných zásahov, ktoré realizovala firma Indu-Sol GmbH v roku 2016, príčiny až 35,5 % porúch komunikácie súviseli s EMC. Pritom je zaujímavé, že pri zadávaní požiadavky na servis iba 5 % zákazníkov uvádzalo EMC ako pravdepodobnú príčinu problémov.

Čo tečie v tienení komunikačného kábla

Úlohou tienenia komunikačného kábla je znížiť vplyv externých rušení na kvalitu komunikačného signálu. V prípade rušení spôsobených elektromagnetickým poľom, napr. blízko uložených silových káblov, elektromagnetická indukcia generuje v tieniacej slučke komunikačného kábla elektrický prúd, ktorý svojim poľom bráni rušeniu signálových vodičov. Aby tento princíp tzv. aktívneho tienenia správne fungoval, je potrebné nielen zapojiť tienenie na oboch koncoch vedenia, ale tiež zabezpečiť dostatočne nízku impedanciu celej tieniacej slučky tak, aby neprekročila max. doporučenú hodnotu.

Odpor verzus impedancia – blúdivé prúdy v tieniacich vedeniach

Väčšinu problémov v komunikácii však netvoria rušenia spôsobené elektromagnetickým poľom, ale tzv. blúdivé prúdy, ktoré sa dostanú do tienenia priamym galvanickým spojením.

Typickým príkladom vzniku blúdivých prúdov v priemysle sú induktívne a kapacitné prúdy v PE vodiči motorového kábla, ktoré namiesto toho, aby sa vracali do zdroja, cez systém potenciálového vyrovnania, ktorý je na to určený, tečú práve tienením komunikačných káblov.

Tieto vysokofrekvenčné prúdy neprechádzajú cestou najmenšieho ohmického odporu, ale presne podľa zákonov elektrotechniky tečú cestou najmenšej impedancie. Aj v prípade, že systém vyrovnania potenciálov realizovaný podľa normy a s dostatočne nízkou ohmickou hodnotou, pre tieto prúdy je cesta nízkoimpedančným tienením komunikačného kábla oveľa „atraktívnejšia“.

Za určitých okolností môže dosiahnuť prúd PE vodiča až 10 % hodnoty fázového prúdu, čo už môže veľmi negatívne ovplyvniť komunikačné siete inštalované v blízkosti. Smerodajné hodnoty impedancie pri frekvencii 2 kHz sú 0,6 Ohm pre tieniacu slučku komunikačného kábla a 0,3 Ohm pre systém potenciálového vyrovnania. Hodnota prúdu v tienení komunikačného kábla by potom nemala prekročiť hodnotu 40 mA.

Meranie a vyhodnotenie rušivých vplyvov

Základným prístrojom pre meranie prúdov v tienení sú kliešte EMCheck® LSMZ I, ktoré merajú prúd v dvoch frekvenčných pásmach 50/60 Hz ako aj 5 Hz až 1 kHz v rozsahu 30 μA–100 A. Na meranie impedancie tieniacej slučky sú určené kliešte EMCheck® MWMZ II s dvoma cievkami, ktoré merajú impedanciu pomocou prúdového impulzu frekvencie 2 kHz.

Opisované poruchy spôsobené externými vplyvmi sa v praxi často vyskytujú iba sporadicky, napríklad pri určitom stave zariadenia alebo počas rozbehu pohonu. Na zachytenie týchto typov porúch sú určené inteligentné kliešte EMCheck® ISMZ I, ktoré dokážu niekoľko dní zaznamenávať priebeh meranej veličiny a vyhodnocovať frekvenčné spektrum.

Monitoring – komplexná analýza komunikačného systému

Dlhodobé sledovanie komunikácie pomocou PROFIBUS-INspektora, PROFINET-INspektora alebo iných diagnostických nástrojov nedokáže odhaliť príčinu poruchy, pokiaľ leží mimo komunikačného systému. Na komplexnú analýzu poruchy je preto potrebné súčasné vyhodnotenie komunikácie na zbernici, prúdov v tienení, sledovanie napájania a prípadne ďalších elektrických veličín. Na to spoločnosť Indu-Sol vyvinula monitorovací prístroj s názvom EMC-INspektor® V2. Má k dispozícii štyri meracie kanály a zaznamenané údaje vrátane frekvenčného spektra umožňuje vyhodnotiť v časových súvislostiach.

Spolu s údajmi, ktoré poskytujú INspektory komunikácie, tak dostáva servisný pracovník ucelený obraz o stave komunikačného systému.

Navštívte nás na veľtrhu AMPER v hale V, stánok V 2.05.

ControlSystem s. r. o.
Štúrova 4
977 01 Brezno

www.controlsystem.sk