Вплив електромагнітного імпульсу на роботу електронних пристроїв

Електромагнітний імпульс являє собою електричні і магнітні поля, що виникають в результаті дії гамма-випромінювань на атоми навколишнього середовища і утворення потоку електронів і позитивних іонів. Тривалість його дії складає декілька десятків мілісекунд.

Наведений в проводі електромагнітний імпульс може розповсюджуватися на великі відстані, і викликати зміни електричних характеристик електронних приладів. За відсутності спеціальних мір захисту електромагнітний імпульс може спричиняти пошкодження радіоелектронної апаратури управління зв'язку, порушення роботи електричних пристроїв, підключених до зовнішніх ліній. Особливо піддаються дії електромагнітного імпульсу напівпровідникові, газорозрядні, вакуумні прилади, а також конденсатори і опори.

Для підвищення стійкості роботи об'єктів господарської діяльності в умовах дії ЕМІ ядерних вибухів проводиться аналіз і оцінка стійкості всіх видів апаратури електропостачання, електричних систем радіотехнічних засобів зв'язку, що є| на об'єкті.

Як показник стійкості елементів електронного пристрою «формувач часових інтервалів» до дії ЕМІ можна прийняти коефіцієнт безпеки, який визначається відношенням гранично допустимого наведеного струму або напруги Uд до наведеного, тобто створеному ЕМІ в даних умовах Uе. Коефіцієнт безпеки це є логарифмічна величина, вимірювана в децибелах, дБ. К=201g

Оскільки окремі системи можуть мати різні значення коефіцієнта безпеки, то стійкість системи в цілому характеризуватиметься мінімальним значенням коефіцієнта безпеки вхідних в її склад елементів. Це значення коефіцієнта безпеки є межею стійкості системи до дії ЕМІ ядерного вибуху.

a) Виявляється очікувана ЕМІ - обстановка, характеризується наявністю ЕМІ| - сигналів, створених ядерним вибухом, і параметрами: напругою полів| часом наростання і спаду електромагнітного поля.

b) Електронна або електротехнічна система розбивається на окремі елементи, (ділянки), аналізується призначення кожного елементу і виділяються| основні елементи, від яких залежить робота системи.

c) Визначається чутливість електронного пристрою «формувач часових інтервалів» і його елементів до ЕМІ, тобто граничні значення наведеної напруги і струмів, при яких робота системи ще не порушується (часткове пошкодження елементів, розлад або деградація небажана зміна в робочих характеристиках).

d) Визначаються можливі значення струмів і напруги в елементах системи, наведені від дії ЕМІ.

e) Визначаються можливі значення струмів і напруги в елементах системи, наведені від дії ЕМІ.

f) Аналізуються і оцінюються результати розрахунків і роблять висновки, в яких вказують: ступінь стійкості системи до дії ЕМІ; найбільш вразливі місця (елементи) системи; необхідні організаційні і інженерно-технічні заходи щодо підвищення стійкості уразливих елементів і системи в цілому з урахуванням економічної доцільності.

Електронний пристрій контролю виповнений на мікросхемах, які мають струмопровідні елементи висотою L₃ =0,005 м. Робочий струм мікросхем 5 В. Живлення від загальних мереж - напруга 220В через трансформатор. Коливання напруги в мережі ±5%. Мережа розгалуження має горизонтальну лінію L₂=50м і вертикальні відведення висотою l=2 м до блоків керування. Робоча напруга живлення 220 В.

Коефіцієнт екранування мережі розгалуження n=2. Довжина підземного екранованого кабелю L₁=75 м.

1. Розрахунок максимальних значень вертикальної Ев і горизонтальної Ег складової напруги електричного поля:

Ев = 5• 10³ • (1+2•R): R³•lg(14,5•q),В/м (11.1)

Ег = 10 • (1+2•R): R³•lg(14,5•q),В/м (11.2)

Ев = 5• 10³ • (1+2•5): 5³•lg(14,5•1000) =1831.0В/м

Ег = 10 • (1+2•5): 5³•lg(14,5•1000)= 3,7 В/м

2. Визначення максимальної напруги наводок що очікується уелектронному пристрої:

А) в мережі живлення:

Uв = Ев•l₁: n = 1831•1.5: 2 = 1373 В (11.3)

Uг = Ег•L₁: n =3.7•75: 2 =137.3В (11.4)

Б) в мережі розгалуження

Uв = Ев•l₂: n = 1831•2: 2 = 1831 В (11.5)

Uг = Ег•L₂: n= 3.7•50: 2 = 91.6 В (11.6)

В) в формувачі часових інтервалів:

Uв = Ев•l₃: n = 18310.05: 2 = 45.8 В

3. Визначення припустимої максимальної напруги наводок:

А) в мережі електроживлення:

Uд =U=U(5%) В

Б) в мережі розгалуження керування:

Uд₃ =220+220•5: 100 =231 В

В) в формувачі часових інтервалів:

Uд₄ =5+5•5: 100 =5.25 В

4. Розрахунок коефіцієнта безпеки:

К = 20•lg(Uд: Uе), дВ

Де: Uд - припустима максимальна напруга наводок уелектронному пристрої «Формувач часових інтервалів»,

Uе - максимальна напруга наводок, що очікується уелектронному пристрої «Формувач часових інтервалів»,

К = 20•lg(Uд: Uе) = 20lg(5.25: 45.8) = 18.81 дВ

Захистом електронного пристрою «формувач часових інтервалів» від електромагнітного імпульсу служать спеціальні автоматичні пристрої|устрої|, подібні до застосування для захисту від грозових розрядів.

Основна мета захисних пристроїв від ЕМІ - не допустити проникнення токів до чутливих точок. Найбільш простим способом захисту є вкладення обладнання повністю або окремих вузлів в захисні токопровідні заземлені екрани і установка спеціальних захисних пристроїв на всіх лініях, які з’єднують приміщенням з обладнанням і зовнішнім світом. Ефективним буде заземлення окремих монтажних контурів (незалежно від заземлення екранів), використання скручених пар проводів, приводних зв'язків в середині обладнання по деревовидній схемі. Для захисту провідних ліній, або антен повністю | послідовно з грозовим розрядником встановлювати смугові фільтри.

Для захисту силового кабелю на вході в обладнання можна використовувати радіочастотні дросельні котушки і швидкодіючі резистори, які змінюють свій опір залежно від напруги.

Якщо обладнання живить ся постійним струмом інші пристрої і вузли, тоді для захисту від ЕМІ можна встановлювати додаткові радіочастотні дросельні котушки і пристрої які приглушають коливання перехідних процесів.

Периферійне пристрої а також лінії, які ведуть до них, можна захищати за допомогою фільтрів нижніх частот і швидкодіючих варисторів.

Звичайно кабель заздалегідь захищений від усякого роду перешкод. Кабель складається з провідників, ув’язнених в декілька шарів ізоляції: електромагнітної, механічної, кліматичної.

Існують ще декілька методів захисту радіоелектронних систем від дії ЕМІ. Одним з методів є застосування металевих екранів. Вони відбивають електромагнітні хвилі і гасять високочастотну енергію. Через систему заземлення струм, наведений ЕМІ, стікає в землю не заподіявши шкоди електронній апаратурі, що знаходиться всередині металевих шаф або коробів. Товщину екрану і ослаблення|ослабіння|, що дається їм, можна розрахувати, знаючи потужність і щільність потоку випромінювання за екраном, провідність і магнітну проникність матеріалу, спектр частот ЕМІ.

Стінки екранів можуть виконуватися, як в вигляді грат (сіток), так і у вигляді суцільних листів. Хоча вартість екранів з|із| суцільними стінками набагато більше, їх екрануючі властивості кращі.

Захист кабелів. Напруга|напруження| що наводиться в кабелях під впливом ЕМІ залежить від конструкції кабелів, виду навантажень, конструкції роз'ємів, якості монтажу кабелю і зовнішніх умов при його експлуатації.

Сполучні кабелі для захисту прокладають в земляних траншеях під цементною або бетонованою підлогою будівлі (споруди|спорудження|) або укладають|ув'язнюють| в сталеві короби, які заземляють. Можна розміщувати кабелі і на поверхні підлоги|статі|, закривши|зачиняти| їх заземленими швелерами. По довжині між собою швелери зварюють так, щоб був надійний електричний контакт. У особливо несприятливих умовах кабелі слід поміщати в металевий рукав, який закріплюють на підлозі і заземляють. Все це разом виконує роль екрану і служить надійним захистом від механічних пошкоджень|ушкоджень| кабелів.

При виборі захисних пристроїв|устроїв| слід враховувати, що дія ЕМІ характеризується масовістю, тобто одночасним спрацьовуванням захисних засобів|коштів| у всіх ланцюгах|цепах|, що опинилися в районі джерела ЕМІ. Тому вживані схеми захисту повинні автоматично відновлювати працездатність ланцюгів|цепів| негайно після|потім| припинення дії ЕМІ.

Існують декілька видів кабелів, і всі вони захищені від дії електромагнітних імпульсів шляхом ізолювання. Розглянемо|розглядуватиму| деякі з них.

Вита пара назва говорить сама за себе. Це два однакові ізольовані дроти|проводи|, прокладених поряд|поруч| і скручених між собою, причому кількість витків на одиницю довжини є|з'являється| строго|суворий| визначеною. Завдяки скручуванню проводів зменшується проникнення зовнішніх електричних перешкод в лінію при передачі.

Існує 2 типи кабелів: вита пара - екранований і неекранований. Неекранована вита пара - гнучкий кабель діаметром приблизно 0,3 см. Здатний|здібний| передавати сигнал на відстань до 100 м|м-коду| без його помітного викривлення і загасання|затухання|. Що ж до екранованої витої|крученої| пари, то вона використовується переважно в корпораціях де багато приладів, які можуть відбивати атаки перешкод на мережевому|мережному| кабелі, якщо кабель буде стелитися не тільки|не лише| горизонтально але і вертикально.

Коаксіальний кабель.

Жила - один дріт|провід| або пучок, по якому передається сигнал, кодовані дані. Жила оточена ізолюючим шаром, який відокремлює|відділяє| її від металевого обплетення. Обплетення служить для заземлення і захищає жилу від електричних шумів, перехресних перешкод і т. д.. Зовні|ззовні| кабель покритий непровідним шаром з|із| гуми або пластика.

Волоконно-оптичні кабелі складаються з центрального провідника (серцевини) - скляного волокна, оточеного іншим шаром скла - оболонкою|, яка володіє меншим показником заломлення, чим серцевина.

Висновок

При оцінці ефективності захисту електронного пристрою ”формувач часових інтервалів” дії ЕМІ необхідне застосування захисного екрану з певними параметрами для забезпечення стійкої роботи системи управління.

Для підвищення стійкості кабелі живлення необхідно екранувати, і на входах до електронного пристрою ”формувач часових інтервалів” встановити швидкодіючі відключаючи пристрої.

Пульт управління необхідно закрити заземленим екраном, на входах (виходах) поставити швидкодіючі відключаючи пристрої.