5.3 Обеспечение работоспособности системы при действии импульсных электромагнитных помех ()

Особенностью электромагнитного импульса (ЭМИ) как поражающего фактора является его способность распространяться на десятки и сотни километров в окружающей среде и различным коммуникациям. Поражающее действие ЭМИ определяется амплитудными значениями напряженности электрического и магнитного полей, скоростью их изменения.

Электрическая составляющая ЭМИ является, как правило, определяющей в повреждении радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры.

При грозе, урагане напряженность электрического поля на поверхности может достигать . Электрическая энергия в слое воздуха толщиной 10 м может составлять . Большая часть энергии ЭМИ при грозе, урагане и ядерном взрыве излучается в спектре частот 10 – 15 кГц. Рассеивание заряда в воздухе происходит за , при этом могут протекать токи десятки ампер.

Выход из строя радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры под действием ЭМИ может произойти в случае непосредственного поглощения элементами аппаратуры электрической энергии ЭМИ больше допустимой или же в результате перенапряжений, возникающих в линиях связи и электросетях, соединенных с этими элементами.

Следовательно, наименьшее значение из максимально допустимых значений электрической энергии ЭМИ для различных элементов и допустимые значения напряжений в линиях связи и электропитания и будут являться пределами устойчивости аппаратуры к действию ЭМИ.

Исходные данные для расчета толщины экрана: напряженность электрического поля, частота ЭМИ , устройство, подлежащее оценке устойчивости к ЭМИ –бортовой навигационный терминал КТ – 56. Терминал имеет рабочее напряжение постоянного тока, габариты 105х80х26 мм. Элементы устройства выполнены из кремния. Материал, используемый для экрана – алюминий.

Если оказывается, что расчетные значения электрической энергии ЭМИ , приходящиеся на объем , занятый радиоэлектронной и электротехнической аппаратурой, а также напряжения наводок в горизонтальных и вертикальных линиях связи и электропитания больше , , то необходимо выбрать и рассчитать защиты. Значение величины можно определить из следующей формулы [7]:

где  – относительная диэлектрическая проницаемость материала элементов аппаратуры, для кремния равна 11.7;

 – электрическая постоянная, равная .

Объем , занятый радиоэлектронной и электротехнической аппаратурой, рассчитывается по формуле:

где  – длина устройства;

 – ширина устройства;

 – высота устройства.

Ослабление или исключение действия ЭМИ на аппаратуру, линии связи и электропитания, локальные вычислительные сети возможно с помощью следующих способов:

1. Использование разрядников, плавких предохранителей, варисторов, полупроводниковых приборов.

2. Применение защитных входных автоматических устройств.

3. Использование пассивных и активных металлических экранов.

В каждом конкретном случае в зависимости от типа защищаемой аппаратуры, линий, должен быть выбран и способ защиты от действия ЭМИ, при котором исключается возможность нарушения функционирования их.

Наиболее часто для защиты от ЭМИ используются металлические экраны. Высокая поглотительная и отражательная способность металлов обусловлена тем, что экранируемое поле ЭМИ вызывает в экране переменные вихревые токи, создающие в нем вторичное поле, по амплитуде почти равное, а по фазе почти противоположное экранирующему полю. Вследствие этого результирующее поле очень быстро убывает в толще экрана.

Экраны изготавливаются из листового металла с высокой электропроводностью, толщина листов берется не менее 0.5 мм. Экраны заземляются. Швы экрана должны обеспечивать надежный электрический контакт между соединительными элементами. Нахлест листов в швах должен быть не менее 20 мм.

Толщину экрана , м, для рассчитанного коэффициента ослабления , ЭМИ можно определить из формулы [8]:

где  - коэффициент ослабления, дБ,

 – частота ЭМИ, Гц;

 – магнитная проницаемость экрана, ,

 – относительная магнитная проницаемость экрана, для алюминия равна 1;

 – магнитная постоянная, равная ;

 – удельная проводимость материала экрана, для алюминия равна  См/м.

Максимальная энергия ЭМИ , не вызывающая функциональные повреждения элементов устройства, состоящего из интегральных схем, равна [9]. Рассчитаем коэффициент ослабления :

Магнитная проницаемость экрана равна :

Рассчитаем толщину экрана :

Расчеты показали, что для обеспечения работоспособности системы при напряженности электрического поля толщина экрана из алюминия для бортового терминала КТ – 56 должен быть м.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 12.1.055-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

2. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. - М.,1995.

3. Справочная книга по светотехнике.- Москва: Энергоатомиздат, 1983.

4. Гражданская оборона. Завьялов В.И.- М.: Медицина,1989.

5. Фролов А. В. Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда. Ростов- на-Дону, 2008.

6. СанПин 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. - М., 2003.

7. Защита объектов народного хозяйства от оружия массового поражения: Справ./Г.П.Демиденко, Е.П. Кузьменко, П.П. Орлов и др.; Под ред. Г.П. Демиденко. Киев: Выщашк., 1989. С. 21-24, 169-184.

8. Крылов В.А., Юченкова Т.В. Защита от электромагнитных излучений. М.,Сов. Радио,1972.

9. Оценка устойчивости элементов предприятия к действию электромагнитных импульсных помех: Методические указания к практическому занятию по курсу «Безопасность жизнедеятельности» / Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск : 1996.