В промышленности уже много лет используются автоматизированные системы для управления технологическими процессами.
В настоящее время, а также в рамках концепции «Индустрия 4.0» происходит массовое внедрение электрического и электронного оборудования для оцифровки производства, когда речь идет уже не просто о контроле и управлении технологическими процессами, а о сборе данных от операций (используется, например, для логистики, для повышения энергоэффективности) и взаимной связи между отдельными технологиями (для оптимизации производственных процессов, своевременного обслуживания и т. д.).
Современное предприятие становится огромным целым, части которого связаны между собой не только в пространстве производственного предприятия, но и с окружающим миром.
Речь уже не идет об операциях с автономными производственными линиями (технологическими процессами), когда максимум выход одной связан с входом другой.
Чтобы такой агрегат мог оптимально функционировать, он должен быть защищен как от внешних воздействий, так и от взаимного отрицательного влияния отдельных частей производственного агрегата.
В промышленной среде различные типы помех. Эти возмущения могут распространяться в пространстве, достигая электрических устройств за счет электрической и магнитной индукции, или они могут распространяться гальванически через проводники или металлические конструкции.
Частота коммутационных перенапряжений в промышленных условиях, как правило, намного выше, чем при атмосферных перенапряжениях.
Высокочастотные помехи вызываются частотными преобразователями (например, в приводах, кондиционерах, фотоэлектрических и ветровых электростанциях), возникают в местах, где возникает электрическая дуга (например, электросварка, дуговые печи, коронный разряд на линиях высокого и очень высокого напряжения), или они генерируются другим устройством.
Защита от перенапряжения, высокочастотные фильтры и в то же время правильное заземление и экранирование помогают ограничить нарушения в технологических процессах, такие как частота ошибок, потеря данных, переход системы в нежелательное состояние, частое отключение ИБП от сети, электрические потери, вызванные высокочастотными помехами, ухудшением работоспособности устройства, в том числе его разрушением.
Защита устройства от источника питания
Защита от перенапряжения осуществляется в начале установки с использованием устройств защиты от импульсных перенапряжений, в данном случае - УЗИП типа 1.
Затем в каждом другом месте, где происходит выравнивание потенциалов для другой части установки, например, на подстанциях или распределительных щитах мастерских необходима установка УЗИП типа 2.
УЗИП типа 3 устанавливаются как можно ближе к чувствительному оборудованию.
В средах с высокочастотными помехами рекомендуется установка УЗИП типа 3 в сочетании с высокочастотным фильтром. Пример такой концепции показан на рис. 1.
При этом необходимо не забывать защищать все линии сигнализации и линии информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), входящие в устройство или технологический процесс.
Рис. 1. Защита систем управления со стороны питания
Устройство защиты от перенапряжения (УЗИП, Surge Protection Device, SPD) предназначено для ограничения амплитуды перенапряжений до величины, не представляющей опасности для приемников электрической энергии и электрических распределительных устройств.
Использование УЗИП типа 3 с фильтром высокой частоты в сетях низкого напряжения
Такие устройства, как программируемые логические контроллеры (ПЛК), распределенные периферийные устройства, центральные системы безопасности или системы пожарной сигнализации и другие устройства информационных технологий, часто питаются от низкого напряжения, и источники этого низкого напряжения обычно в непосредственной близости от питаемого устройства.
Эти источники, как правило, однофазные. В таких случаях достаточно предусмотреть защиту от перенапряжения только на стороне низкого напряжения источника.
Пример подключения защит показан на рис. 2.
Рис. 2. Пример комплексной защиты от перенапряжения и от мешающих импульсов в однофазной сети электроснабжения TN-S
Если УЗИП 3-го типа с фильтром ВЧ не находится в непосредственной близости от источника питания или питаемого оборудования, влияние высокочастотных помех, распространяющихся в пространстве, исключается с помощью экранированного кабеля.
Использование УЗИП типа 3 с высокочастотным фильтром в низковольтных сетях постоянного тока
В некоторых случаях в промышленных операциях один источник питания также может использоваться для нескольких устройств. Такие электрические сети могут иметь длину в десятки метров.
В частности, здесь необходимо защищать чувствительные устройства (ЦП, коммуникационные процессоры и т. д.), так как высокочастотные помехи (вызванные преобразователями частоты, сварочными аппаратами, индукционными и дуговыми печами, устройствами, использующими электрическую дугу и т. д.) распространяются в промышленной среде, в том числе атмосферных и коммутационных перенапряжений как по проводам, так и по воздуху.
Если источник постоянного тока низкого напряжения не находится в непосредственной близости от защищаемого устройства (рядом друг с другом), к защищаемому устройству устанавливаются УЗИП в соответствии с используемым напряжением. УЗИП выбирают с максимальным рабочим напряжением U c выше напряжения питания.
Рис. 3. Защита низковольтного источника питания от перенапряжения при длине линии до 10 метров от источника до первого устройства
При удалении первого защищаемого устройства от источника питания более 10 м защиты УЗИП устанавливаются перед защищаемыми питаемыми электрическими устройствами, при этом к выходу источника постоянного напряжения также подключается УЗИП.
Если УЗИП не находится рядом с устройством, между УЗИП и защищаемым устройством используется экранированный кабель.
Рис. 4. Защита низковольтного источника питания от перенапряжения при длине линии более 10 метров от источника до первого устройства
Вывод
Защита от перенапряжения фильтром высокой частоты нашла свое применение не только в промышленности. Безотказная работа систем требуется в транспортных системах на железных и автомобильных дорогах (помехи от электрической тяги), в интеллектуальных административных зданиях (источником помех являются крупные блоки кондиционирования воздуха и коммутационные источники в центрах обработки данных) или в частных домах (здесь источником помех могут быть индукционные плиты).
Чтобы защита от перенапряжений была эффективной, а оборудование функционировало максимально безотказно, необходимо позаботиться о качественной системе подключения, выравнивании потенциалов, одновременно защитить возможные сетевые установки информационно-коммуникационных технологий, антенные провода, фотогальванические установки, входы и выходы оборудования автоматических систем контроля и управления.