ЗАЩИТА ПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ ОТ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ: КЛАССИФИКАЦИЯ И МЕХАНИЗМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Электромагнитный терроризм это одна из самых недооцененных угроз сегодня. По сути, это преднамеренное воздействие мощным шумом или сигналом на электронику. Последствия могут быть разными: от временного сбоя до полного физического уничтожения устройств. Вред наносит электромагнитное оружие. Оно генерирует мощный импульсный поток радиочастотного излучения.

История этой темы началась с ядерных испытаний. Когда СССР и США в 50–60-х годах взрывали ядерные снаряды, заметили странный эффект: в наземных линиях связи на расстоянии до 1000 километров возникали токи до 2500 ампер. С тех пор появились и неядерные генераторы, например взрывомагнитные: там энергия взрывчатки сжимает электромагнитное поле, превращая его в сверхмощный импульс. Это принципиально меняет расклад такое оружие может быть компактным.

Как помехи попадают в оборудование

Существуют три главных канала проникновения помехи.

Первый и самый мощный сеть электропитания. Здесь можно воздействовать либо напрямую подключившись, либо просто наведя ток на проводах. Особенно опасны трансформаторные подстанции, они могут непреднамеренно работать как резонансные усилители импульса.

Второй канал проводные линии связи. Это самое слабое место. Входные цепи микросхем рассчитаны на микроамперы, и они разрушаются от малой энергии. Третий канал это воздействие направленным мощным излучением, которое накрывает сразу всё.

Почему современная электроника такая хрупкая

Мы сами загнали себя в ловушку миниатюризации. Размеры транзисторов сейчас десятки нанометров, рабочие напряжения доли вольта. На мой взгляд, это делает их очень уязвимыми.

Конденсаторы во входных фильтрах питания пробиваются уже при 2 киловольтах и энергии около 2 джоулей. Варисторы, которые считаются защитой, рассчитаны на мощность в единицы ватт, и при энергии около 70 джоулей они просто сгорают, заодно убивая предохранитель. А сами транзисторы и диоды выдерживают энергию меньше 1 джоуля, и их p-n-переход пробивается напряжением от 7 до 15 вольт.
Среди  источников бесперебойного питания(ИБП) существуют модели типа ON-LINE в которых есть обходной путь питания на случай перегрузки. Так вот, при мощном ударе первым выходит из строя сам ИБП, и автоматически соединяется входную сеть напрямую с выходом. На мой взгляд, штатные средства защиты здесь не просто бесполезны они опасны.

Защита от электромагнитного терроризма

Я думаю, бороться с этим можно только системно. Современная концепция двухуровневая: внутренний уровень в которой используем технику с высокой помехоустойчивостью и внешний в которой ослабляем сигналы на подступах и блокируем все пути проникновения.

На практике я считаю нужны три рубежа защиты.

Первый, на периметре объекта. Защита на вводы питания, кабели связи и металлоконструкции. Ставим суперфильтры и газовые разрядники, которые держат импульсные токи до 40 килоампер.

Второй рубеж поэтажный, в распределительных щитах.

Третий, индивидуальная защита перед каждым сервером или рабочей станцией.

По каналу питания лучшим решением являются трансфильтры помехоподавляющие трансформаторы. Их суть в гальванической развязке: между обмотками нет прямого контакта, энергия передается через магнитное поле. Специальный магнитопровод сохраняет свою работу при импульсных токах в десятки килоампер. Трансфильтр не отводит импульс в сторону, а физически поглощает его энергию. На мой взгляд, это принципиально важно.

Для защиты линий связи нужны комбинированные низкопороговые схемы: газовые разрядники, сверхбыстрые супрессоры и диодные ограничители. Их задача снизить перенапряжение до уровня, безопасного для микросхем. Такие схемы можно встраивать прямо в разъемы или розетки, я считаю, это очень грамотный подход.

От мощного электромагнитного поля спасает только экранирование это клетка Фарадея. Лучше всего стальные листы. На окна идет металлическая сетка с ячейкой меньше длины волны помехи. Для временных решений токопроводящие ткани и специальные краски. Но самый уязвимый момент это вводы коммуникаций. Каждый кабель, проходящий через стену экрана, работает как антенна. Поэтому на входе все кабели нужно пропускать через конденсаторы и фильтры. Идеально использовать волоконную оптику там вообще нет проводника, который ловил бы наводку.

Госты

В России есть стандарты: ГОСТ Р 52863–2007 про методику испытаний на устойчивость к таким воздействиям и ГОСТ Р 56115–2014 с общими требованиями к защите. 

Итоге

Подводя итог, я думаю, что справиться с угрозой электромагнитного терроризма можно только комплексно. Нельзя поставить один фильтр и успокоиться. Нужны три рубежа, правильные трансфильтры, грамотное экранирование и, главное, понимание того, что штатные ИБП и варисторы не защищают, а иногда даже вредят. На мой взгляд, если подойти к этому системно, компьютерные системы можно сделать действительно устойчивыми.