Защита промышленных сетей от молнии.

Защита промышленных сетей от молнии

Промышленные сети могут повреждаться не только при прямом ударе молнии, но и из-за импульсных перенапряжений, возникающих в кабелях при близком грозовом разряде.

Особенно уязвимы линии:

• RS-485;

• RS-232;

• Ethernet;

• Modbus RTU;

• линии датчиков;

• линии 4–20 мА;

• цепи дискретных сигналов.

Основная задача защиты — не допустить попадания опасного импульса на входы контроллеров, преобразователей, датчиков и сетевого оборудования.

Основные способы защиты

1. Устройства защиты от импульсных перенапряжений

На линиях связи устанавливают УЗИП — устройства защиты от импульсных перенапряжений.

Они ограничивают опасное напряжение и отводят импульсный ток в систему заземления.

Например:

УЗИП должен соответствовать типу защищаемой линии и её рабочему напряжению.

2. Заземление и уравнивание потенциалов

Очень важна правильно выполненная система:

• защитного заземления;

• уравнивания потенциалов;

• соединения металлических конструкций и шкафов.

Если между двумя шкафами возникает большая разность потенциалов, ток может пойти через сигнальный кабель и вывести оборудование из строя.

Поэтому оборудование должно быть включено в общую систему уравнивания потенциалов.

3. Экранирование кабелей

Для промышленных сетей часто применяют экранированную витую пару.

Экран снижает воздействие:

• электромагнитных помех;

• наведённых грозовых импульсов;

• коммутационных перенапряжений.

Например, для RS-485 используют:

Экран должен подключаться согласно принятой схеме заземления системы. Неправильное подключение экрана может привести к появлению нежелательных токов по экрану.

4. Гальваническая развязка

Между участками сети применяют:

• опторазвязку;

• изолированные интерфейсные преобразователи;

• гальванически развязанные повторители;

• изолированные модули ввода-вывода.

Гальваническая развязка препятствует прохождению опасного тока через сигнальные цепи.

Например:

5. Использование оптоволокна

Один из наиболее эффективных способов защиты удалённых участков — применение волоконно-оптической линии связи.

Оптоволокно:

• не проводит электрический ток;

• не создаёт гальванической связи между зданиями;

• практически не восприимчиво к электромагнитным наводкам;

• хорошо подходит для связи между удалёнными промышленными объектами.

Особенно полезно применять его между зданиями, имеющими разные системы заземления.

6. Правильная прокладка кабелей

Сигнальные кабели желательно прокладывать отдельно от:

• силовых кабелей;

• линий питания электродвигателей;

• высоковольтных цепей;

• молниеотводов и токоотводов;

• мощных коммутационных устройств.

По возможности уменьшают длину параллельной прокладки сигнальных и силовых линий.

Многоступенчатая защита

На ответственных объектах применяется несколько ступеней защиты:

Одна только установка УЗИП не гарантирует защиту, если плохо выполнены заземление и уравнивание потенциалов.

Защита RS-485

Для линии RS-485 обычно применяют:

• УЗИП для сигнальных линий;

• экранированную витую пару;

• заземление и уравнивание потенциалов;

• гальванически развязанные трансиверы;

• изолированные повторители;

• при больших расстояниях — переход на оптоволокно.

Так как RS-485 часто соединяет оборудование, расположенное далеко друг от друга, разность потенциалов между точками заземления является одной из основных причин повреждения интерфейса.

Защита Ethernet

Для медных линий Ethernet применяют:

• специальные Ethernet-УЗИП;

• экранированный кабель;

• правильное заземление оборудования;

• гальваническую развязку трансформаторами интерфейса.

Для связи между зданиями предпочтительнее использовать оптоволокно.

Что происходит при грозовом импульсе

При разряде молнии рядом с кабелем может возникнуть наведённое напряжение.

Без защиты:

С защитой:

Кратко для ответа по билету

Защита промышленных сетей от молнии выполняется с помощью УЗИП, правильного заземления и уравнивания потенциалов, экранирования кабелей, гальванической развязки и правильной прокладки линий связи. Для связи между удалёнными зданиями наиболее эффективным решением является применение оптоволокна, так как оно не проводит грозовой ток и не создаёт гальванической связи. Защита должна быть комплексной, поскольку одного УЗИП без качественного заземления недостаточно.