Recherche sur l'immunité CEM dans les commutateurs de mine*
Apr 26, 2023
Abstrait:
Selon l'environnement grave de la mine de charbon, le système de surveillance de la sécurité des équipements de communication (KJJ137 Switch Of Intrinsically safe ignifuge in mine) est sensible aux surtensions, au groupe d'impulsions et au problème de divers types d'interférences électromagnétiques sur le commutateurs EMC recherche.
L'étude porte principalement sur l'isolation de l'alimentation et l'anti-interférence, la barrière de sécurité du signal de sortie et l'ensemble des aspects de recherche sur la technologie de la machine tels que le traitement antistatique. Les expériences montrent que KJJ137 passe à travers l'expérience d'immunité aux surtensions, le signal de sortie de l'immunité au bruit d'impulsion, la machine d'expérience d'immunité électrostatique. Diverses expériences EMC atteignent la norme de niveau 4, au-delà des réglementations de sécurité des mines de charbon, exigent toutes sortes de normes de rejet d'interférences de niveau 3, rendent KJJ137 Switch Of Intrinsèquement sûr et antidéflagrant dans la mine, adapté à toutes sortes de mauvais environnement d'une mine de charbon , assurez-vous que le système de surveillance de la sécurité de la mine est correct.
Les interférences électromagnétiques peuvent affecter négativement le système immunitaire humain. Des études ont montré que les ondes électromagnétiques générées par le rayonnement des champs électromagnétiques tels que les appareils électroniques, les réseaux sans fil, les téléviseurs et les téléphones portables peuvent provoquer des réactions négatives dans le système immunitaire, telles qu'une diminution du nombre de globules blancs, une diminution de l'activité des cellules immunitaires et des dommages à l'ADN cellulaire. De plus, une exposition à long terme aux rayonnements électromagnétiques peut également entraîner des maladies chroniques, telles que le cancer et les maladies auto-immunes. Par conséquent, les gens devraient minimiser le temps et l'intensité de l'exposition aux rayonnements électromagnétiques pour améliorer la résistance du système immunitaire. Habituellement, nous devons également améliorer notre immunité, car l'immunité rendra notre corps fort et il ne sera pas facile de tomber malade. Nous pouvons également manger du cistanche, qui est riche en diverses substances antioxydantes, telles que la vitamine C, les caroténoïdes, etc., ces ingrédients peuvent piéger les radicaux libres, réduire le stress oxydatif et améliorer la résistance du système immunitaire.
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1. Introduction
Avec l'attention nationale portée à la sécurité dans les mines de charbon et l'amélioration continue de l'automatisation complète dans l'industrie des mines de charbon, les aléseuses à grande échelle, les équipements de contrôle de courroie, les pompes à eau, les équipements vidéo et les équipements de transformateur haute tension de fond sont largement utilisés dans le charbon. mines[1], et diverses interférences électromagnétiques dans les mines de charbon sont de plus en plus graves.
Le système de surveillance de la sécurité est essentiel pour la sécurité de la production des mines de charbon. L'interrupteur antidéflagrant et à sécurité intrinsèque KJJ137 pour mine (ci-après dénommé "l'interrupteur") est l'équipement de transmission d'informations du système de surveillance de la sécurité. La communication normale de l'interrupteur affecte directement le fonctionnement normal du système de surveillance de la sécurité et la sécurité des mines de charbon. Par conséquent, la fonction d'interférence anti-électromagnétique du commutateur devient une tâche de recherche importante.
La compatibilité électromagnétique[2] (CEM) fait référence à la capacité de l'équipement ou du système à fonctionner selon les exigences et à ne pas produire d'interférences électromagnétiques intolérables pour tout équipement dans son environnement électromagnétique.
Par conséquent, il existe des exigences à deux égards : d'une part, les interférences électromagnétiques générées par le commutateur dans l'environnement en fonctionnement normal ne peuvent pas dépasser une certaine valeur limite, d'autre part, le commutateur présente un certain degré d'immunité aux interférences électromagnétiques. dans l'environnement, c'est-à-dire la sensibilité électromagnétique. La conception anti-interférence CEM des interrupteurs utilisés dans les mines de charbon comprend principalement trois aspects. Premièrement, l'isolation de l'alimentation et la conception anti-interférence ; deuxième, anti-surtension et conception d'impulsion de groupe dans l'interface de communication ; troisièmement, la conception anti-surtension de l'électricité statique dans l'ensemble de l'équipement.
2. Isolation de puissance et conception anti-interférence
L'interrupteur est utilisé dans les mines de charbon et l'équipement connecté est à sécurité intrinsèque. Par conséquent, les composants fiables du commutateur doivent répondre aux exigences de la norme nationale GB3836.4-83, et le dispositif fiable du commutateur est le transformateur.
Conformément à l'article 6.1 de GB3836.4-83, utilisez un transformateur d'isolation de type R[3], et son côté entrée adopte le mode de prise de transformateur. Le transformateur d'isolement de type R se caractérise par une faible fuite de flux magnétique et une faible élévation de température. Il a un petit volume, léger et ne fait pas de bruit.
2.1 Points d'attention dans la conception du transformateur
Les enroulements primaire et secondaire du transformateur sont répartis sur différentes colonnes du noyau de fer ; l'enroulement secondaire est réparti à l'intérieur et à l'extérieur, et le blindage de mise à la terre (en feuille de cuivre) est ajouté entre l'enroulement pour améliorer les mesures d'isolation, et la couche de blindage et le noyau de fer sont connectés au fil de mise à la terre ; Les câbles d'entrée/sortie du transformateur doivent respecter les normes de résistance conçues en matière de température et de tension. Les fils d'entrée principaux doivent être des fils haute tension et des fusibles grillés avec les spécifications correspondantes doivent être ajoutés aux fils.
La tension de fonctionnement nominale des câbles ne doit pas être inférieure à la tension d'entrée maximale et la tension de tenue d'isolation des câbles ne doit pas être inférieure à 4 kV ; Dans les tests normaux, la résistance entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire du transformateur doit être supérieure à 50 MΩ, de même qu'entre les enroulements secondaires, et entre l'enroulement secondaire et le noyau de fer et la couche de blindage. Il doit résister à un essai de tenue en tension à fréquence industrielle pendant 1 minute, avec une tension de 4 KV. Et lors du test, il ne doit pas y avoir d'étincelle, de contournement et de phénomène de panne, et le courant de fuite ne doit pas dépasser 1 mA.
La résistance d'isolation de l'enroulement primaire du transformateur au noyau de fer et à la couche de blindage doit être supérieure à 50 MΩ, et elle doit résister à un test de résistance à la tension à fréquence industrielle pendant 1 minute, avec une tension de 4 KV. Et lors du test, il ne doit pas y avoir d'étincelle, de contournement et de phénomène de panne, et le courant de fuite ne doit pas dépasser 0,5 mA ; Le schéma structurel du transformateur est illustré à la Fig. 1.
2.2 Conception anti-surtension et impulsion de groupe dans la puissance d'entrée
L'extrémité d'entrée d'alimentation CA du commutateur est conçue avec un circuit de filtrage[4] pour supprimer l'influence des signaux haute fréquence, des signaux à fréquence variable et des signaux en mode commun et en mode différentiel sur l'alimentation. Le circuit de filtrage de puissance est illustré à la Fig. 2. Le circuit de filtrage est composé de C1 (condensateur de sécurité) et R1.
L'inductance en mode différentiel, L1, élimine l'influence des interférences en mode différentiel sur l'alimentation ; C3 et C2 sont des condensateurs de sécurité (la valeur de tension de résistance est de 4KV) qui coopèrent avec les inductances, L2 et L3, pour éliminer l'influence des interférences de mode commun sur le circuit d'alimentation.
3. Conception anti-surtension et impulsion de groupe dans l'interface de communication
L'interface de communication du commutateur de fond de trou est composée d'une interface de sortie de signal optique, d'une interface de sortie de signal électrique Ethernet et d'une interface de sortie de bus. La puissance lumineuse du signal de sortie optique est aussi petite qu'un niveau de milliwatt, donc aucun circuit de sécurité n'est conçu pour cela.
3.1 Conception anti-surtension et impulsion de groupe dans l'interface de sortie Ethernet
Le signal de sortie de RJ45 est à sécurité intrinsèque et le signal de sortie doit être isolé de la coque de l'équipement et de la borne non à sécurité intrinsèque. Le transformateur de données réseau est utilisé dans la conception du circuit. Le transformateur adopte des noyaux de fer doubles et les noyaux de fer sont mis à la terre. Le côté primaire et le côté secondaire supportent l'isolation de 1500VAC. Le schéma structurel du transformateur de données est illustré à la Fig. 3.
La tension du signal de sortie du réseau RJ45 est de 3,3 VDC. Deux TVS bidirectionnels sont conçus pour les circuits de barrière de sécurité [5][6], et le fusible est 0.2A/2Ω. Choisissez une résistance de limitation de courant de 2,2 Ω ± 1 %. Un éclateur à gaz, UN2E8-2500L, est conçu entre la ligne et le sol. La puissance de la résistance de limitation de courant est WR.
Choisissez la puissance de la résistance de limitation de courant à 0.5W. Le schéma du circuit de la barrière de sécurité est illustré à la Fig. 4.
3.2 Conception anti-surtension et impulsion de groupe dans l'interface de sortie du bus
Lorsque le signal d'interférence entre dans le bus RS485, la haute tension sera générée sur la ligne RS485BOUT/RS485AOUT. En raison de l'effet de ralentissement de l'inductance, le signal haute tension provoque le démarrage du tube à décharge et commence à décharger la haute tension vers la terre. Après avoir déchargé une partie de la haute tension à travers le tube à décharge, une partie de la tension résiduelle pénètre à l'intérieur du bus à travers l'inductance.
Cette tension résiduelle fait agir le TVS, générant un courant important, qui déclenche l'action du TBU[7]. TBU déconnecte la ligne de communication pour empêcher l'entrée de plus de tension résiduelle. La tension résiduelle entrant dans le bus devient lente après avoir été gênée par la résistance inductive, puis est libérée par le dispositif de mise à la terre interne côté utilisateur pour atteindre l'objectif de protection de sécurité. Le schéma du circuit de la barrière de sécurité du bus est illustré à la Fig. 5.
4. Conception anti-surtension de l'électricité statique dans l'ensemble de l'équipement
La coque est constituée de matériaux métalliques et l'interface de sortie est réalisée sous la forme d'une bouche de corne, pour éviter l'exposition directe de toutes les interfaces de sortie du circuit. La distance entre chaque circuit imprimé et la partie métallique de la coque est supérieure à 50 mm. L'électrode de mise à la terre est ajoutée à la coque près de la carte principale pour réaliser des interférences antistatiques.
5. Testez
5.1 Test d'isolation et de tenue à la tension
Conformément à la norme nationale, un test complet d'isolation et de résistance à la tension est effectué sur l'interrupteur. Les données du test d'isolement et de tenue à la tension sont indiquées dans le Tab. 1.
5.2 Test sur CEM
En mai 2016, l'avis de l'Administration d'État de la sécurité des mines de charbon sur l'impression et la distribution d'un schéma technique pour la mise à niveau et la transformation du système de surveillance de la sécurité des mines de charbon indiquait que : le système et l'équipement de surveillance de la sécurité adoptent tous deux une conception anti-interférence CEM et doivent passer le niveau -3 test d'immunité électrostatique, avec la note d'évaluation A ; et réussir le test d'immunité aux impulsions de groupe de niveau -2, avec la note d'évaluation A ; et passer le test d'immunité aux surtensions au niveau de l'alimentation et du port de signal -2, avec le niveau d'évaluation de B. KJJ137 Interrupteur antidéflagrant et à sécurité intrinsèque pour mine a été testé en laboratoire. Les données du test d'immunité CEM sont indiquées dans le Tab. 2.
Étant donné que la valeur de la sonde de l'oscilloscope de laboratoire est de 2 KV, il n'y a pas de test de forme d'onde pour une surtension. Le diagramme de test de forme d'onde du test de surtension de signal de ± 4KV est illustré à la Fig. 6. On peut voir sur le diagramme de forme d'onde que la valeur de tension résiduelle est d'environ 70V et la durée est d'environ 1us dans le test de ±4KV.
6. Conclusion
L'interrupteur antidéflagrant et à sécurité intrinsèque KJJ137 pour mine est un produit mature. Après la mise à niveau du système de surveillance de la sécurité, les modifications de conception CEM correspondantes sont apportées. Le commutateur modifié a réussi le test anti-interférence EMC : test d'immunité électrostatique de niveau -4, le niveau d'évaluation est A ; niveau -4 test d'immunité aux impulsions de groupe, le niveau d'évaluation est A ; niveau d'alimentation et de port de signal -3 test d'immunité aux surtensions, le niveau d'évaluation est B. Les indicateurs ci-dessus répondent pleinement aux indices de mise à niveau du système de surveillance de la sécurité, ce qui rend le commutateur plus adapté à une utilisation dans les mines de charbon et améliore encore son la stabilité.
Projet de fonds :
Projet clé spécial du fonds d'innovation scientifique et technologique et d'entrepreneuriat de Tiandi Technology Co., Ltd.（No.2019-TD-ZD007）
Référence:
[1] Bureau national de surveillance de la sécurité dans les mines de charbon. Règlement sur la sécurité dans les mines de charbon[s]. Presse de l'industrie du charbon, 2009.
[2] Yu Haizhen, Feng Hao. Technologie de compatibilité électromagnétique et son application dans la conception de PCB [J]. Génie informatique et sciences. 2004(04) : 80-82 plus 105
[3] Lu Guohui, Zheng Guozhen, Wang Guitang. L'apparition d'une structure anormale du noyau du transformateur de type R et des mesures préventives [J]. Technologie de traitement thermique. 2000(03) : 56-58
[4] Li Wanfeng.Power filter technology[J].Electronic Science and Technology.2012(15) :83-85
[5] Su Mei, Liu Qin, Yu Zhe. Analyse des circuits à sécurité intrinsèque des équipements électriques antidéflagrants dans les mines de charbon[J]. Mine de charbon électromécanique. 1998(03) : 15-16 [6] Wu Changkang. Introduction au principe des barrières de sécurité intrinsèque [J]. Génie électrique et électronique. 2009(12) : 63-64
[7] Zhang Jinhao. Application de TBU dans la protection contre la foudre de communication RS485[J]. Sécurité dans les mines de charbon. 2013(02) :117-118
[8] Comité national de gestion de la normalisation. GB3836.4-2010
For more information:1950477648@gmail.com
