القاء الكترومغناطيسی

القاء الکترومغناطیسی


تقابل پالس الکترومغناطیسی با سیستم‌ها می‌تواند به دو بخش تاثیر پذیری سیستم‌ها ناشی ازخطوط طولانی و اثرات ساختاری، تقسیم شود. اثرات ناشی از پالس الکترومغناطیسی برخطوط طولانی، القاء ولتاژ‌ها وجاری شدن جریان برروی خطوط طولانی قدرت، کابل‌های مخابراتی یا حتی هادی‌های دیگر مانند خطوط لوله‌ها می‌باشد. اثرات می‌توانند در مسافت‌های خیلی دورتر اتفاق بیفتند و از طریق هادی‌ها به داخل تجهیزات هدایت شوند.

اثرات ساختاری، ولتاژ‌ها و جریان‌هایی هستندکه بصورت مستقیم بر روی بدنه فلزی تجهیزات، ساختار ساختمان، سیم بندی، کابینت‌های حاوی تجهیزات وغیره القاء می‌شوند. تحلیل این اثرات، برای ارزیابی خیلی مشکل می‌باشند. به دلیل پیچیدگى ساختار‌های تجهیزات، خواص الکتریکی، نوع مواد ومسیر‌های متفاوت بسیار بین تجهیزات وبخش‌های مختلف ساختار، پدیده‌های متنوع الکترومغناطیسی به وجود می‌آیند. برای حل این مسئله نیاز به شبیه سازی نرم وسخت افزاری، تحلیل وتست می‌باشد که موضوعی کاملا تخصصی است.

فرکانس و دامنه


شکل پالس الکترومغناطیسی ومشخصات زمانی آن برای انواع مختلف تهدید و محدوده فرکانسی این منابع در زیر نشان داده شده است.

 

 

آسیب پذیری


بطور کلی تجهیزات الکتریکی والکترونیکی در اثر خطر الکترومغناطیسی دچار دو نوع آسیب می‌شوند:

۱-آسیب گذرا:این نوع آسیب معمولا درسیستم‌های دیجیتال رخ می‌دهد که به علت خطای بیت درهنگام ارسال اطلاعات یا پردازش اطلاعات بوجود آمده وموجب اعلام پیام خطا ویا عملکرد اشتباه می‌گردد و یا باعث Reset سیستم‌ها می‌شود.۲-آسیب فیزیکی: این نوع آسیب باعث آتش سوزی، انفجار، سوختن پیوند نیمه هادی‌ها در مدارات الکترونیکی می‌شود. تجهیزاتی که بیشتر در معرض تهدید بوده و آسیب پذیر هستند عبارتند از:

۱- تجهیزات الکترونیکی، کامپیوترها، سرور‌ها و مراکز داده
۲- تجهیزات کنترلی، اعلام خطر وهشدار
۳- تجهیزات مخابراتی وارتباطی
۴- انواع پردازنده‌ها ورایانه‌ها
۵- تجهیزات کنترلی منابع تغذیه AC,DC
۶- مواد انفجاری و قابل احتراق

 

مناطق نفوذ

نفوذ والقاء امواج الکترومغناطیسی وپالس به تجهیزات می‌تواند از طریق بدنه یا دیواره، روزنه یا شکاف و کابل‌های ورودی/خروجی باشد. مدل کلی نفوذ پالس الکترومغناطیسی به تجهیزات، در شکل ۶، ۲ نمایش داده شده است. راه‌های نفوذ موج به تجهیزات عبارتند از:
- دیواره- درب
- پنجره
- کانال‌های تهویه
- آنتن
- زمین
- کابل‌های تغذیه و دیتا
- لوله کشی‌های مختلف

 

جریان ناشی از القا الکترومغناطیسی در خطوط طولانی


۱- خطوط طولانی تغذیه و دیتا:

جریان‌های القاء شده بر روی خطوط طولانی مستقیم روی سطح زمین، به صورت زیرتحلیل می‌شود. اگر خطوط در بالای صفحه زمین با هدایت الکتریکی کامل باشد، جریان القایی جاری شونده، دارای شکل موجی شبیه پالس الکترومغناطیسی خواهد بود. هادی‌ها وکابل‌هایی که بیشتر از چند فوت ارتفاع نسبت به زمین دارند، زمان صعود طولانی تری دارند. برای زمینی که هدایت الکتریکی کامل ندارد، مانند خاک، انعکاس غیر کامل موج از زمین سبب قوی‌تر شدن جریان القایی با زمان طولانی‌تر نسبت به حالتی که زمین کاملا هادی باشد، می‌گردد. جریان اتصال کوتاه القاء شده در یک خط نیمه بی نهایت برروی خاک برای یک میدان تابشی با پالس نمایی، در شکل زیر نشان داده شده است. جریان القایی ناشی از میدان تابشی با پلاریزاسیون‌های افقی و عمودی نشان داده شده است. منحنی σ. ═ ∞، جریانی است که می‌خواهد روی سیمی که بر روی زمین هادی کامل قرار گرفته القاء شود. جریان متناسب با ارتفاع خط h، ثابت زمانی نزول τ، شدت میدان تابشی Ei و σ. ضریب هدایت الکتریکی زمین می‌باشد. جریان در شکل ۲، ۹ با در نظر گرفتن امپدانس مشخصه خط، پیک میدان (E۰)، ثابت زمانی نزول (τ.) میدان تابشی، سرعت نور C. وتابع جهتی (D) نرمالیزه شده می‌باشد. ضریب تصحیح برای زمین با هدایت کنندگی محدود متناسب با شدت میدان تابشی، توان ۳/۲ از ثابت نزول زمانی (τ) وعکس ریشه دوم از ضریب هدایت خاک می‌باشد. یک مثال در ادامه آورده شده است.

 

اگر بر روی یک خط انتقال بطول ۶۴ متر بالای زمینی با رسانایی ۶۴۰ زیمنس بر متر، پالس نمایی با دامنه ۶۵ کیلو ولت بر متر وثابت زمانی ۲۵۴ نانو ثانیه تابیده شود، دامنه جریان اتصال کوتاه در حدود ۶۴ کیلو آمپر بر روی
این خط، القاء خواهد شد. امواج وپلاریزاسیون عمودی جریان‌های بزرگتری نسبت به امواج با پلاریزاسیون افقی القا خواهند نمود. در این مثال تحلیلی، شدت میدان تنها ۶۵ کیلو ولت بر متر استفاده شده بود در حالی که میدان HEMP ممکن است خیلی بزرگتر از این مقدار باشد. بر اساس تحلیل‌های انجام شده وبا در نظر گرفتن پارامتر‌های از قبیل: نقطه
انفجار، نقطه مشاهده واثرات ناشی از پلاریزاسیون وشکل موج HEMP، پیک جریان‌های اتصال کوتاه بین ۵ و ۶۴ کیلو آمپر برای بخش اول از HEMP به دست آمده است. ولتاژ مدار باز القا شده در انتهای خط نیمه محدود حاصل ضرب جریان اتصال کوتاه در امپدانس مشخصه خط ZO می‌باشد. برای خطی با امپدانس ۹۴۴ اهم در این مثال ولتاژ مدار باز در حدود سه مگا ولت خواهد شد.

جریان القایی روی پوشش فلزی کابل‌های دفن شده

داخل زمین انتقال پیدا می‌کند. این میدان در داخل زمین می‌تواند بر روی کابلها، لوله‌ها ودیگر هادی‌های زیر زمینی، جریان القاء کند. امابه علت تضعیف ناشی از زمین بر روی امواج الکترومغناطیسی، القاء روی هادی‌های دفن شده کمتر از خطوط هادی هوایی می‌شود. برای هادی‌هایی که در تماس با زمین هستند مانند هادی‌های لخت دفن شده، جریان در هر نقطه مشاهده، اساسا با عمق نفوذ زمین و تزویج میدان انتقال یافته بر روی هادی در نقطه مشاهده، وابسته می‌باشد. در نقاط دورتر از نقطه مشاهده به دلیل تضعیف زمین، جریان‌های القایی خیلی کوچکتر است. شکل موج جریان نرمالیزه شده بر اساس مقادیر مختلف از عمق دفن کابل در زمین، در شکل زیر نشان داده شده است. با افزایش عمق، میزان جریان نرمالیزه شده بر روی کابل کاهش یافته وشکل موج آن تغییر پیدا کرده است. مثالی از این تغییرات در ذیل آورده شده است.

جریان القا شده متناسب با شدت میدان تابشی وثابت زمانی متناسب با هدایت الکتریکی خاک است. برای پلاریزاسیون افقی پالس تابشی عمودی با دامنه E۰=۵۰ Kv/m و ثابت زمانی نزول ۲۵۴ نانو ثانیه (τ.) بر روی کابلی که در نزدیکی سطح زمین با هدایت الکتریکی ۱۰-۳ زیمنس بر متر دفن شده (d=۰)، جریان القا شده بر روی آن در حدود ۲.۸ کیلو آمپر می‌باشد.