Защита автоматизированных систем управления технологическими процессами от перенапряжения и высокочастотных помех

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.

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.

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.

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

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.