Наиболее важными областями техники, где необходим учет требований функциональной безопасности, являются:
- критические в отношении безопасности виды производств и систем (предприятия ядерно-топливного цикла, в том числе атомные электростанции; нефтехимические предприятия; тепловые электростанции; летательные аппараты; транспортные средства; объекты вооружения и военной техники и т.п.);
- электромагнитное оружие;
- обеспечение безопасности информации.
Критические виды производств и систем, где важна электромагнитная совместимость
Наиболее продвинутыми в решении вопросов функциональной безопасности при воздействии электромагнитных помех являются технические средства для атомных электростанций.
После Чернобыльской катастрофы компетентными организациями были проведены обширные исследования по повышению надежности и безопасности технических средств, поставляемых на ядерно – и радиационно опасные объекты народнохозяйственного назначения, в том числе в части электромагнитной совместимости.
В 1995 году впервые был разработан стандарт ГОСТ Р 50746-95. Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства для атомных электростанций. Технические требования и методы испытаний, который был заменен в 2000 году новой редакцией ГОСТ Р 50746-2000.
В соответствии с методологией обеспечения функциональной безопасности для технических средств АЭС были установлены категории оборудования систем безопасности (СБ) и важных для безопасности (СБВ), для которых установлены виды испытаний на устойчивость к широкой номенклатуре помех и соответствующие степени жесткости испытательных воздействий.
В 1998 году создан «Отраслевой Центр по сертификации продукции атомной энергетики и промышленности; оборудования, изделий и технологий для ядерных установок, радиационных источников и пунктов хранения по требованиям ЭМС».
На нем проводятся сертификационные и исследовательские испытания оборудования для АЭС и соответствующих средств защиты по требованиям ЭМС.
Интересное видео о ЭМС смотрите ниже:
Для определения возможных максимальных уровней электромагнитных помех на электрических станциях и подстанциях, включая АЭС, по заказу РАО ЕЭС разработан отраслевой стандарт СО 34.35.311-2004 Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станция и подстанциях (стандарт организации «РАО ЕЭС РОССИИ»), а также РД 34.20.116-93 РАО «ЕЭС России».
Методические указания по защите вторичных цепей электрических станций и подстанций от импульсных помех. – М., 1993 и РД 34.35.310-97 РАО «ЕЭС России». Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. – М., ОРГРЭС, 1997;
Необходимость определения максимальных (а не среднестатистических) электромагнитных помех в реальных условиях эксплуатации для обеспечения безопасности подтверждается и мировой практикой.
В марте 1989 года в Канаде в результате мощной геомагнитной бури произошла системная авария в энергокомпании Хайдро-Квебек.
Под действием ГМБ в семи системообразующих сетях напряжением 750 кВ протяженностью 1000 км были наведены квазипостоянные геомагнитно-индуктированные токи (ГИТ).
Вследствие однополупериодного подмагничивания силовых трансформаторов в сетях возникли гармоники до 30 порядка, вследствие чего произошло массовое срабатывание защиты статических компенсаторов реактивной мощности, что, в свою очередь, вызвало резкое увеличение реактивной мощности, каскадное срабатывание защиты линий от перегрузки и развал системы с генерирующей мощностью 21 000 МВт. На 9 часов было прекращено электроснабжение промышленных районов с населением около 6 млн. чел. (Семенов, 1990).
Во время той же ГМБ в США были повреждены выходные силовые трансформаторы мощность 350 МВА на АЭС, при этом реактор был остановлен, т.к. выходные трансформаторы не резервируются.
24 июля 1994 года появление одного не предусмотренного при проектировании импульсного напряжения привело к отказу системы управления насосами и последующим взрывом и пожаром на крупнейшем британском нефтеперерабатывающем заводе в Милфорд Хевен.
Стоимость восстановительных работ составила 48 млн. ф. ст.
Электромагнитное оружие и его применение
Мысль о том, что источники электромагнитного излучения большой мощности (ЭМИ БМ) можно применять в качестве оружия поражения чувствительных электронных систем потенциального противника, зародилась еще во время второй мировой войны в связи с изобретением радиолокатора. Свое подтверждение идея получила в ходе испытательных взрывов ядерных боеприпасов на большой высоте в США и СССР в период 1958-1962 гг.
Следующий логический шаг состоял в поиске средств и способов генерирования ЭМИ БМ без необходимости применять для этого ядерный взрыв.
В настоящее время в мировой науке и технике накоплен значительный опыт в разработке источников ЭМИ БМ. Они могут быть систематизированы по нескольким отличительным признакам.
Наиболее существенным представляется вид канала, по которому источник ЭМИ БМ может оказывать силовое деструктивное действие (СДВ) на атакуемое техническое средство (мишень).
Такие каналы представлены на рис.3.1 на примере воздействия источников СШП ЭМИ БМ на интегрированную систему безопасности оборонного или промышленного объекта.
Анализ показывает, что компьютер или другое электронное оборудование системы безопасности с учетом среды передачи энергии деградации могут быть подвергнуты силовому деструктивному воздействию по трем основным каналам (КСДВ):
- по сети питания (КСДВ 1);
- по линиям сигнализации и связи (КСДВ 2);
- по эфиру с использованием мощных коротких электромагнитных импульсов большой мощности (КСДВ 3).
Наиболее скрытным и эффективным является канал силового деструктивного воздействия по эфиру с использованием мощного короткого электромагнитного импульса. В этом случае можно реализовать достаточно компактные электромагнитные технические средства, размещаемые за пределами объекта атаки и для маскировки на достаточном удалении от коммуникаций.
Конструкция электромагнитного ТС на примере генератора с виртуальным катодом (виркатора) приведена на рис.3.2.
Как видно из рисунка 3.2, конструкция и принцип действия работы виркатора достаточно просты. При подаче на анод положительного потенциала порядка 105 – 106 В образованное на частоте колебаний электронного облака СВЧ-поле излучается антенной через обтекатель пространство. ток в виркаторах, при котором возникает генерация, достигает величины 1 – 10 кА. Экспериментально с использованием виркатора уже получены мощности от 170 кВт до 40 ГВт в сантиметровом и дециметровом диапазонах.
Недостаток открытой информации по данному виду источников ЭМИ БМ затрудняет их полную классификацию.
Для осуществления СДВ по сетям питания используются специальные технические средства, которые подключаются к сети с помощью гальванической связи через конденсатор или с помощью индуктивной связи через трансформатор. Прогнозы специалистов показывают, что вероятность использования СДВ по сетям питания растет год от года.
Для осуществления СДВ по проводным линиям связи и управления требуется энергия на несколько порядков ниже, чем по сети питания.
Деструктивное воздействие в этом случае может быть реализовано с помощью относительно простых технических средств, обеспечивающих высокую вероятность вывода объекта атаки из строя.
Как это обычно бывает – успехи в технологии оборонного назначения через некоторое время приводят к значительным, не обязательно военным, применениям. Так, например, была предложена идея радара, основанного на использовании СШП ЭМИ. Весьма интересное техническое направление в применении СШП ЭМИ малой мощности открылось после патентования в 1987 году фирмой
Time Domain (США) способа временной модуляции СШП ЭМИ ( Time – Modulated Ultra – Wide Band = TM UWB ).
