Электромагнитные импульсы: как защитить здание от ЭМИ

В этом году солнце достигнет солнечного максимума, период пиковой магнитной активности, который происходит примерно раз в 11 лет. Это означает больше солнечных пятен и более частые интенсивные солнечные бури. Здесь, на Земле, это приводит к красивой полярной активности, а также к геомагнитным бурям и угрозе электромагнитных импульсов (ЭМИ), которые могут нанести обширный ущерб электронному оборудованию и системам связи.

И солнце — не единственный источник ЭМИ. Генераторы ЭМИ, созданные человеком установленные на грузовиках или самолетах, могут использоваться в качестве тактического оружия для поражения дроны, спутникии инфраструктура. А если серьезно, то ядерное оружие, взорванное на большой высоте, может, помимо наиболее катастрофических последствий, вызвать широкомасштабный ЭМИ-взрыв. IEEE-спектрговорил с Йилу Люкоторый был исследование ЭМИ в Национальной лаборатории Ок-Ридж, штат Теннесси, о потенциальном влиянии этого явления на электросети и другую электронику.

Каковы различия между различными видами ЭМИ?

Йилу Лю: Ядерный взрыв на высоте более 30 километров вызовет ЭМИ с гораздо более широким спектром, чем от наземного оружия или геомагнитной бури, и он будет происходить в три фазы. Сначала идет Е1, мощный импульс, вызывающий очень быстрые высокочастотные волны. Вторая фаза, E2, создает ток, аналогичный току удара молнии. Третья фаза, E3, приносит медленную, изменяющуюся форму волны, похожую на постоянный ток. [DC], это может длиться несколько минут. Электромагнитное оружие наземного уровня, вероятно, будет предназначено для излучения высокочастотных волн, подобных тем, которые производит E1. Солнечные магнитные возмущения создают медленную, изменяющуюся форму волны, похожую на волну E3.

Как ЭМИ повреждают электросети и электронное оборудование?

Лю: Фаза E1 индуцирует ток в проводниках, который проходит к чувствительным электронным схемам, разрушая их или вызывая неисправности. Мы не особо беспокоимся о E2, потому что это похоже на молнию, и сети защищены от нее. Фаза E3 и солнечные магнитные ЭМИ вводят в линии электропередачи посторонний постоянный ток, который насыщает трансформаторы, вызывая множество высокочастотных токов, которые приводят к отключениям электроэнергии.

Как изучить эффекты ЭМИ, не создавая его?

Лю: Мы измерили распространение в здании электромагнитных волн низкого уровня от радиовещания. Мы хотели знать, могут ли физические конструкции, такие как здания, действовать как фильтр, поэтому мы провели измерения радиосигналов как внутри, так и снаружи гидроэлектростанции и других зданий, чтобы выяснить, сколько радиосигналов попадает внутрь. Наши компьютерные модели затем усилили измерения, чтобы смоделировать, как ЭМИ повлияет на оборудование.

Что вы узнали о защите зданий от повреждений ЭМИ?

Лю: При строительстве зданий обязательно используйте арматуру в бетоне. Он очень эффективен в качестве щита от электромагнитных волн. Большие окна являются точками входа, поэтому не размещайте рядом с ними неэкранированные цепи управления. А если в здание проходят кабели, несущие электроэнергию или связь, убедитесь, что они хорошо экранированы; в противном случае они будут действовать как антенны.

Приносили ли солнечные ЭМИ вред в прошлом?

Лю: Самым разрушительным событием последнего времени было в Квебеке в 1989 году, что привело к отключению электроэнергии. Как только трансформатор насыщается, ток, текущий в сеть, составляет уже не 60 Гц, а кратный 60 Гц, что приводит к отключению конденсаторов, а затем напряжение падает, и в сети происходит сбой. Сейчас отрасль лучше подготовлена. Но никогда не знаешь, если следующая солнечная буря превзойдут прежние.

Эта статья появится в июньском выпуске 2024 года под названием «5 вопросов Илу Лю».