9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

471

4. В случае воздействия ЭМИ с амплитудой

4000 В, при использование ИБП IPPON Back Office

400, происходит прекращение выполнения установ-

ленной функции ВТ, с последующим восстановлени-

ем нормального функционирования, осуществляемо-

го без вмешательства оператора.

5. Предположительно низкая эффективность

рассматриваемых внешних защитных устройств обу-

словлено применяемых в них ограничителей напря-

жения – варисторов, с классификационным напря-

жением 420 или 460 В, а также их особенностями

установки.

Литература

1. Балюк Н.В., Кечиев Л.Н., Степанов П.В.

Мощный электромагнитный импульс: воздействие

на электронные средства и методы защиты. – М.:

ООО «Группа ИДТ», 2007 - 478 с

2. Гизатуллин Р.М. Прогнозирование защиты

информации в цифровых электронных средствах при

преднамеренных электромагнитных воздействиях по

сети питания // Технологии электромагнитной со-

вместимости. – 2010 - №3. – С. 64-72.

3. Гизатуллин Р.М. Экспериментальные иссле-

дования по проникновению преднамеренных микро-

секундных электромагнитных импульсов по сети

питания к цифровым элементам электронных

средств // Технологии электромагнитной совмести-

мости. – 2010 - №3. – С. 73-79.

4. Гизатуллин З.М. Электромагнитная совмес-

тимость электронных средств объектов электроэнер-

гетики при внешних электромагнитных воздействиях

по сети питания // Известия высших учебных заведе-

ний. Проблемы энергетики. – 2007. - №9-10. – С. 37-45.

5. ГОСТ Р 51317.4.5-99 Совместимость техни-

ческих средств электромагнитная. Устойчивость к

микросекундным импульсным помехам большой

энергии. Требования и методы испытаний. – М.:

Изд-во стандартов, 2000. – 32 с.

472

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРИРОВАННЫХ

КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ

А.

УХАРЕВА

ОССИЯ

Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, e-mail: khukhareva_a@mail.ru

Аннотация. В работе предложена методика прогнозирования электромагнитных излучений структу-

рированной кабельной системы, основанная на декомпозиции сложной системы. Приведено сравне-

ние с имеющимися в литературе экспериментальными данными.

Abstract. In operation the technique of forecasting of electromagnetic radiations of the structured cabling

system, based on decomposition of difficult system is offered. Comparing with experimental data available

in the literature is resulted.

Введение и постановка задачи

Концепция интеллектуального здания (ИЗ)

представляет собой инновационный подход в облас-

ти проектирования и строительства зданий. «Интел-

лектуальность» здания предполагает интеграцию

информационных технологий с целью создания эф-

фективной деловой среды, способной удовлетворять

сегодняшним требованиям и адаптироваться к воз-

можным изменениям, как в бизнесе, так и в техноло-

гии [1]. При проектировании ИЗ одной из важней-

ших задач является обеспечение его электромагнит-

ной совместимости и информационной безопасно-

сти. Электромагнитные поля могут оказать отрица-

тельное воздействие на работоспособность различ-

ных подсистем ИЗ и здоровье персонала.

Современные ИЗ насыщены взаимосвязанными

электронными техническими средствами различного

назначения, объединенными в единое информаци-

онное пространство по средствам структурирован-

ных кабельных систем (СКС). По своим электрофи-

зическим и геометрическим параметрам элементы

СКС являются одними из наиболее опасных прием-

ников и переносчиков электромагнитных помех в

ИЗ.

Целью данной работы является разработка ме-

тодики прогнозирования электромагнитных излуче-

ний (ЭМИ) СКС ИЗ для последующей оценки элек-

тромагнитной совместимости и информационной

безопасности.

Методика прогнозирования электромагнит-

ных излучений

СКС в общем случае представляют собой слож-

ную разветвленную структуру, в состав которой по-

мимо кабелей связи входит так же различное обору-

дование [2]. Топологически СКС могут быть реали-

зованы в виде шины, звезды, кольца или их комби-

нации. В любом варианте физическая протяженность

линий связи может достигать сотен метров. Анализ

излучений такого рода сложно организованных сис-

тем с применением традиционных (численных или

экспериментальных) методов является очень трудо-

емким. В данной работе для анализа ЭМИ СКС ис-

пользуется метод электромагнитных топологий [3],

который позволяет проанализировать сложную сис-

тему посредством разложения ее на меньшие и более

простые объекты, что дает возможность комплексно

и наглядно представить все компоненты системы и

связи между ними.

На основе данного метода разработана методика

прогнозирования ЭМИ СКС, которая в общем виде

представлена на рис. 1.

Рис.1. Методика прогнозирования ЭМИ СКС.

473

Первым и наиболее важным аспектом метода

электромагнитной топологии является предположе-

ние, что сложная система может быть разложена на

составные части (экранированные объемы), которые

взаимодействуют между собой через основные пути

проникновения электромагнитной энергии, напри-

мер, через кабельные соединения, швы, зазоры в об-

шивке и в корпусах технических средств и т.д.

Рис. 2 Топологическое представление сложной

системы

Далее строится диаграмма взаимодействия элек-

тромагнитной энергии системы (в виде графа) и раз-

рабатываются модели для основных путей проник-

новения. На данном этапе каждая часть сложной си-

стемы представляется как узел графа, а все сущест-

вующие пути взаимодействия как ориентированные

ребра. Несколько ребер может быть связано с одним

и тем же узлом графа в зависимости от типа элек-

тромагнитного взаимодействия (через поле, через

кабель и т.д.).

На рис. 3 приведено обобщенное топологиче-

ское представление СКС и диаграмма взаимодейст-

вия. Здесь объем

представляет внешнее простран-

ство, охватывающее всю систему;

– объем, пред-

ставляющий внутреннее пространство и элементар-

ные объемы

, C для корпусов оборудования

и соединительного кабеля.

Рис. 3. Топологическое представление СКС.

Такая декомпозиция позволяет проанализиро-

вать каждый объект сложной системы отдельно, ис-

пользуя для этого различные вычислительные аппа-

раты. Общее решение определяется путем суперпо-

зиции решений отдельных фрагментов. Как следст-

вие, изменение в структуре системы (например, до-

бавление или удаление компонентов, путей связи

между ними) не потребует пересчета всего решения.

Кроме того, разложение системы на более про-

стые объекты, позволяет определить существенные и

несущественные пути связи и источники ЭМИ. За

счет этого, возможно упростить модель сложной си-

стемы, опуская несущественные механизмы связи и

источники.

На заключительном этапе полученные данные

сравниваются с заранее принятыми критериями. В

общем случае таким критерием является соответст-

вие нормативно технической документации.

Основным преимуществом использования пред-

ставленной методики для анализа ЭМИ сложных

систем является то, что результаты различных мето-

дов решения (например, измерения и числовые мо-

делирования, а так же комбинация различных видов

моделирований), могут быть объединены. Таким

образом, для каждого фрагмента системы может

быть выбран наиболее эффективный метод решения.

Применение такого подхода к моделированию

сложной системы, кроме анализа ЭМИ, может так же

быть использовано для рационального распределе-

ния степеней защиты между отдельными частями

системы, для разработки требований к средствам

защиты оборудования, для минимизации точек про-

никновения и формализации требований к ним.

Численный анализ

Для составления сетевых уравнений рассмотрим

отдельно диаграмму взаимодействия СКС, представ-

ленную на рис. 4.

Рис. 4. Диаграмма взаимодействия СКС

Падающие и отраженные волны (

(

)

)0(V

соответственно) можно представить через матрицу

рассеяния [S] в виде[4]:













−













⋅

























)(

)0(

, (1)

где L – длина линии,

- коэффициент распро-

странения.

(

)

(

)

CjGLjZ

ωωγ

+⋅+=

474

где

- активное сопротивление линии передачи на

единицу длины,

- угловая частота,

- индуктив-

ность линии передачи на единицу длины, G – проводи-

мость изоляции вокруг проводника на единицу длины,

С - емкость линии передачи на единицу длины.

Падающие и отраженные волны в каждом узле

можно так же представить через коэффициент отра-

жения:













⋅

























)(

)0(

, (2)

где

- коэффициенты отражения в узлах

1, 2 соответственно.

Тогда подставляя (2) в (1), получим:













⋅













−













−

)(

. (3)













⋅

















































)(

)0(

(4)

Подставляя

(3)

(4),

получим

уравнения

для

на

пряжений

каждом

узле

сети













⋅













−

⋅

























Аналогично

можно

получить

уравнения

для

то

ков

каждом

узле













⋅













−

⋅













−













где

волновое

сопротивление

CjG

LjZ

Сравнение результатов

Для

проверки

предложенной

методики

проведено

сравнение

полученных

результатов

имеющимися

литературе

экспериментальными

данными

[5].

На

рис

представлена

зависимость

уровня

напряженности

электрического

поля

от

частоты

для

неэкранированной

витой

пары

(

параметры

UTP 5

категории

)

длиной

полученная

результате

измерений

Рис

. 5

представля

ет

результаты

полученные

применением

методики

прогнозирования

ЭМИ

для

неэкранированной

витой

пары

аналогичными

характеристиками

Как

видно

из

графиков

полученные

теоретические

результаты

доста

точно

хорошо

согласуются

экспериментальными

дан

ными

погрешность

составляет

не

более

12%.

)

Рис

. 5.

Напряженность

электрического

поля

(

–

эксперимент

моделирование

Заключение

Основными

результатами

работы

являются

сле

дующие

СКС

по

своим

электрофизическим

геомет

рическим

параметрам

является

одними

из

наиболее

опасных

приемников

переносчиков

электромагнит

ных

помех

ИЗ

Для

описания

сложной

системы

может

быть

применен

метод

электромагнитной

топологии

Полученные

теоретические

результаты

доста

точно

хорошо

согласуются

экспериментальными

данными

Методика

прогнозирования

ЭМИ

позволяет

заранее

принять

меры

по

обеспечению

электромаг

нитной

совместимости

информационной

безопасно

сти

СКС

электронных

технических

средств

входя

щих

состав

ИЗ

Литература

Кечиев

Степанов

ЭМС

информа

ционная

безопасность

системах

телекоммуникаций

: -

Издательский

дом

Технологии

", 2005. - 320

ГОСТ

53246-2008 «

Информационные

техно

логии

Системы

кабельные

структурированные

Проек

тирование

основных

узлов

системы

Общие

требования

Baum C.E. Electromagnetic topology: a formal

approach to the analysis and design of complex elec-

tronic systems, Interaction Notes 400, 1980. - 16 p.

Baum C.E. Renormalization of the BLT Equa-

tion, Interaction Notes 597, 2005. – 12 p.

Kuwara N., Ishida Y., Kawabata M. Calcula-

tion of Electromagnetic Field Emitted from UTP Cable

by Moment Method from 0.3 GHz to 2 GHz, IEICE

Transactions on Communications, 2009. –P. 1974-1980.

475

DEVELOPMENT OF A TECHNIQUE FOR FORECASTING OF

ELECTROMAGNETIC RADIATION OF THE STRUCTURED CABLING

IN INTELLIGENT BUILDINGS

А.

HUKHAREVA

USSIA

Kazan State Technical University named after A. N. Tupolev, e-mail: khukhareva_a@mail.ru

The modern intelligent buildings (IB) are sated by

the interconnected electronic means of different function

united in uniform information field on means of struc-

tured cabling (SC). On the electro physical and geomet-

rical parameters elements of SC are one of the most dan-

gerous receivers and carriers of electromagnetic interfer-

ences in the IB.

The purpose of the given operation is development

of a technique of forecasting of electromagnetic radia-

tions from SC in the IB for the subsequent estimation of

electromagnetic compatibility and information security.

SC generally represents difficult tree-structured

structure into which composition besides communication

cables enters as the various equipment [1]. The analysis

of radiations of such difficult organized systems with

application traditional (numerical or experimental)

methods is very labor-consuming. In the given operation

for the analysis of electromagnetic radiations from SC

the method of electromagnetic topology [2] which al-

lows analyzing difficult system by means of its expan-

sion on smaller and more simple objects that gives the

chance to present completely and visually all compo-

nents of system and communication in between is used.

On the basis of the given method the technique of fore-

casting of electromagnetic radiations from SC is devel-

oped.

The first and most a technique prominent aspect is

the assumption that the difficult system can be spread

out to components (the screened volumes) which interact

among themselves through the main ways of penetration

of electromagnetic energy, for example, through cable

connections, seams, gaps in a covering and in casings of

means etc.

Further the chart of interaction of electromagnetic

energy of system (in a type of the graph) is under con-

struction and models are developed for the main ways of

penetration. At the given stage each part of difficult sys-

tem is represented as a node of the graph, and all existing

ways of interaction as edges. Some edges can be con-

nected to the same node of the graph depending on elec-

tromagnetic interaction type (across the field, through a

cable etc.). It allows analyzing each object of difficult

system separately, using for this purpose various com-

puting devices. The common decision is defined by su-

perposition of decisions of separate fragments [3]. As

consequence, change in system structure won't demand

recalculation of all decision.

Besides, system expansion on more simple objects,

allows defining essential both insignificant ways of

communication and sources of electromagnetic radiation.

At the expense of it, it is possible to simplify model of

difficult system, lowering insignificant mechanisms of

communication and sources.

At the final stage the received results are compared

to in advance accepted criteria. Generally such criterion

is correspondence to standard engineering specifications.

Primary benefit of usage of the presented technique

for analysis of electromagnetic radiations from difficult

systems is that results of various methods of the decision

(for example, measurements and numerical simulations

and as a combination of various types of simulations),

can be united. Thus, for each fragment of system the

most effective method of the decision can be selected.

The check-up of the offered technique is fulfiled by

the comparing of the received results with experimental

data in [4]. The received theoretical results are well

enough coordinated with experimental data.

The main results of operation are the following:

1. The SC is one of the most dangerous receivers

and carriers of electromagnetic interferences in the IB.

2. The method of electromagnetic topology can be

applied to the description of difficult system.

3. The received theoretical results will well enough

be coordinated with experimental data.

4. The technique of forecasting of electromagnetic

interferences allows taking take action on electromag-

netic compatibility and information security of SC sup-

port and the electronic means being a part of IB.

References

1. ГОСТ Р 53246-2008 «Информационные тех-

нологии. Системы кабельные структурированные.

Проектирование основных узлов системы. Общие

требования»

2. Baum C.E. Electromagnetic topology: a formal

approach to the analysis and design of complex elec-

tronic systems, Interaction Notes 400, 1980. - 16 p.

3. Baum C.E. Renormalization of the BLT Equa-

tion, Interaction Notes 597, 2005. – 12 p.

4. Kuwara N., Ishida Y., Kawabata M. Calcula-

tion of Electromagnetic Field Emitted from UTP Cable

by Moment Method from 0.3 GHz to 2 GHz, IEICE

Transactions on Communications, 2009. –P. 1974-1980.

476

MEASURING THE ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE

PARAMETERS IN THE RELAY PROTECTION AND AUTOMATIC

CONTROL CIRCUITS EXPOSED TO THE BUSES SHORT-CIRCUIT AND

LIGHTNING STROKE

ORONINA

KRAINE

LEBOV

KRAINE

OLIUSHKO

KRAINE

NIPKI “Lightning” of the National Technical University KhPI, nipkinolniya@kpi.kharkov.ua

For the outdoor switchgears of electric power sta-

tions and substations the most powerful sources of

electromagnetic interference are considered to be the

short-circuited buses and direct lightning stroke at the

structures or triggering of the voltage limiters and ar-

resters. The common feature of the above impacts is

drainage of high currents to the grounding connections.

It is clear that the shapes of pulse currents differ sig-

nificantly. However, the common feature of these im-

pacts allows us to develop the general procedure for

measuring the parameters of electromagnetic interfer-

ences (EMI) in the relay protection and automatic con-

trol circuits (RPA).

This paper describes the main regulations for the

measuring procedure of EMI parameters using as a

model the most widely spread RPA circuits, i.e. current

circuits. This procedure is based on the simulation of

impact of any kind using special pulse generators and

measuring the interference parameters (oscillographic

testing) either directly at the RPA circuit terminals or at

the grounding connection elements. Later on the ob-

tained data are scaled towards the known (normalized)

parameters of real impacts. This procedure can also be

used for the other circuits after making the appropriate

changes in the computed portion that takes into consid-

eration the circuit features.

It is known that the current circuits are grounded

at the same point that can be located both near the RPA

devices, i.e. in the relay panels’ room (for example, for

the differentiated buses protection) and near the meas-

uring current transformer (CT), i.e. at the outdoor

switchgears (for example, for the current cutoffs). This

fact should be taken into account while selecting place

for measuring the desired parameters; if the grounding

point of current circuits is located at the outdoor

switchgears the interference parameters should be

measured at the current circuit terminals in the termi-

nal-block box installed near the current transformer at

the outdoor switchgear.

Measuring the interference parameters directly at

the current circuit terminals is undisputed advantage

(easy operation and high accuracy), however, these

measurements can be performed for the current circuits

when the substations’ connections are out-of-work,

which is, of course, a disadvantage. The interference

measuring procedure for the grounding connection el-

ements has no drawback of such a kind. In this case the

voltages are measured between the RPA panel and

terminal-block box earthing points with the CT secon-

dary circuit cable laid between them. The drawbacks of

such measurements is that these require a more com-

plicated measuring circuit (measurements are done us-

ing the double-channel oscillograph connected accord-

ing to the differential scheme by two coaxial cables of

the same length) and these measurements involve more

complicated future calculations that require knowledge

of current circuit parameters, in particular, the electri-

cal impedances of the secondary CT winding and the

current circuit and cable wire loadings) and these

measurements have lower accuracy in comparison

with those taken straight at the terminals).

It is reasonable to perform measurements accord-

ing to the offered procedure during diagnostics of the

state of grounding connections and substation lightning

protection system. This will result in the increased effi-

ciency of the measures taken to improve the grounding

connections, because it will allow us to take into con-

sideration aspects of electrical safety of attending per-

sonnel and aspect of electromagnetic compatibility of

the object-under-test facilities.

477

МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ЗАЩИТЫ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ

С.

А.

СТАПЕНКО

ОССИЯ

Э.

Н.

ОМИНИЧ

ОССИЯ

В.

РОМОВ

ОССИЯ

Д.

Р.

ЛАДИМИРОВ

ОССИЯ

ФГУ ВПО «Военный инженерно-технический институт»

Аннотация. В докладе рассматриваются методические рекомендации по определению реакций ра-

диоэлектронных средств на электромагнитные воздействия ультракороткой длительности и методы

защиты от них.

Abstract. This article discusses the guidelines to determine the reactions of radio electronic equipment to

electromagnetic effects of ultrashort duration, and methods of protection against them.

В настоящее время наблюдается стремительное

развитие радиоэлектронных средств (РЭС). Результа-

том этого становится появление нового типа уст-

ройств, использующих цифровые технологии на осно-

ве как проводных, так и беспроводных линий связи.

Достигаемое быстродействие подобных систем осу-

ществляется за счет их миниатюризации и снижения

уровня энергетического потребления, которое приво-

дит к значительному уменьшению степени помехоза-

щищенности к воздействию электромагнитных им-

пульсов (ЭМИ). Одним из поражающих факторов для

РЭС являются преднамеренные электромагнитные

воздействия, в частности сверхширокополосные

(СШП) ЭМИ [1]. Особенностью СШП ЭМИ является

соразмерность длительности воздействующих им-

пульсов с длительностью рабочих сигналов, сопрово-

ждающих обработку цифровой информации. В этих

условиях становятся актуальными проблемы расчета

и защиты РЭС при воздействии СШП ЭМИ.

Поражающее действие СШП ЭМИ на РЭС мо-

жет быть обусловлено как непосредственным воз-

действием импульсных электромагнитных полей на

электрические и радиотехнические цепи, так и наве-

денными в соединительных линиях и цепях токами и

напряжениями.

Для РЭС и их составных частей, у которых

корпуса могут выполнять роль электромагнитных

экранов, или расположенных в экранированных

помещениях, ЭМИ воздействует главным образом

через внешние кабельные и проводные линии,

антенно-фидерные устройства (АФУ). Таким образом,

все виды проводящих объектов, имеющихся в

системе, играют роль коллекторов опасной энергии

ЭМИ. Наведенные в проводниках токи и напряжения

могут привести либо к электрическому пробою

(например, пробою изоляции кабеля), либо к

повреждению подключенных к проводникам

устройств, если в них имеются чувствительные к

перенапряжению элементы. Наведенные импульсы

могут разрушить и нарушить работу приборов почти

одновременно в ряде мест.

Для определения опасных уровней воздействия

СШП ЭМИ на РЭС используются расчетные, расчет-

но-экспериментальные и экспериментальные методы.

Расчетные методы в основном применяются для

определения наиболее критичных к действию токов и

напряжений ЭМИ элементов РЭС.

Экспериментальные методы применяются для

получения наиболее достоверных результатов, если

имеется возможность испытаний элементов РЭС или

РЭС в целом.

В случае невозможности испытаний РЭС в це-

лом, определение опасных уровней воздействия СШП

ЭМИ на РЭС может производиться по результатам

испытаний отдельных элементов РЭС расчетно-

экспериментальным методом.

В настоящее время для расчета воздействий на

основе теории электродинамики применяются два

метода. Это – во-первых, точное решение краевых

задач электродинамики и, во-вторых, численное ин-

тегрирование уравнений Максвелла при соответст-

вующих граничных условиях. Методы первой группы

применимы для узкого класса задач с простыми гра-

ницами. Методы численного интегрирования уравне-

ний Максвелла, в принципе, применимы для объектов

произвольной формы. Это могут быть прямые методы

численного решения уравнений в частных производ-

ных методом сеток.

В задаче о взаимодействии импульсных электро-

магнитных полей (ИЭМП) с разветвленной сетью

коммуникационных линий применение аппарата ин-

тегральных уравнений встречает большие трудности

ввиду сложности введения в граничные условия на-

грузок, описания разветвленной системы проводников

и большого времени для их решения. Поэтому для

расчета воздействия ИЭМП на кабельные линии, про-

тяженные коммуникации и экраны используется бо-

лее простой аппарат теории длинных линий – теле-

графные уравнения. Эти уравнения можно получить

из уравнений Максвелла, если предположить, что па-

раметры среды, где распложен объект, не являются

функциями времени. При выводе телеграфных урав-

нений используется предположение о том, что попе-

478

речный размер коммуникации и экрана значительно

меньше, чем продольный размер и характерная дли-

на волны падающего поля.

Телеграфные уравнения совместно с матричны-

ми граничными условиями позволяют описать сис-

тему протяженных проводников практически произ-

вольной конфигурации. При решении этих уравне-

ний применяются два метода. Первый метод основан

на решении уравнений в частотном представлении,

второй – временном. Использование частотного

представления телеграфных уравнений и соответст-

вующих методов решения позволяет учесть частот-

ные зависимости параметров электрических цепей

кабеля. При решении в пространственно-временной

области математические модели дают возможность

учесть нелинейные эффекты.

В качестве основных методов расчета воздейст-

вия СШП ЭМИ на РЭС предлагается использовать

спектральные методы, базирующиеся на применении

прямого и обратного преобразования Фурье.

Оценка влияния СШП ЭМИ на РЭС осуществ-

ляется комплексным методом, включая такие на-

правления, как проникновение ЭМИ в экраны, влия-

ние ЭМИ на вспомогательные проволочные антен-

ны; воздействие наведенных в соединительных ли-

ниях перенапряжений на входы-выходы аппаратуры,

устойчивость элементов РЭС к импульсным полям и

перенапряжениям. Расчеты показали, что макси-

мальные уровни напряжений, наводимых в кабель-

ных линиях, могут представлять опасность для ка-

белей и подключенного к ним оборудования.

Проведенные экспериментальные исследования

воздействия СШП ЭМИ на различные типы радио-

электронных средств, компьютеры, интегральные

микросхемы и печатные платы показали, что данные

воздействия вызывают нарушения в работе практиче-

ски всех из перечисленных устройств. Без разработки

и применения специальных методов и средств защи-

ты, учитывающих особенности поражающего дейст-

вия широкополосных полей, работа данной аппарату-

ры невозможна.

Защиту РЭС от воздействия СШП ЭМИ предла-

гается обеспечить путем экранирования помещений,

внедрением специальных экранирующих материалов,

обеспечивающих улучшенные экранирующие свойст-

ва в частотном диапазоне СШП ЭМИ, применением

аппаратных средств защиты (ограничители напряже-

ний, специальные фильтры, трансфильтры, раздели-

тельные трансформаторы, оптоэлектронные развязки

и т.д.) и специальными системами заземления и др.

Литература

1. ГОСТ Р 52863-2007. Защита информации. Ав-

томатизированные системы в защищенном исполне-

нии. Испытания на устойчивость к преднамеренным

силовым электромагнитным воздействиям. Общие

требования.

479

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ В СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗДАНИЯХ ПРИ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Б.

КБАШЕВ

ОССИЯ

Н.

В.

АЛЮК

ОССИЯ

Л.

Н.

ЕЧИЕВ

ОССИЯ

Московский государственный институт электроники и математики

(технический университет), info@miem.edu.ru

Аннотация. Рассматривается содержание проблемы обеспечения функциональной и информацион-

ной безопасности при проектировании специальных технических зданий. Дается характеристика уз-

ловым моментам функциональной и информационной безопасности, архитектурного экранирования,

формулируются требования к объектам, определяются актуальные направления дальнейшего разви-

тия теории и практики обеспечения функциональной и информационной безопасности на них.

Abstract. A problem of functional and information safety is considered at designing of special technical

buildings. The characteristic is given to the central moments of functional and information safety, architec-

tural shielding, requirements to objects are formulated, actual directions of the further development of the

theory and practice of functional and information safety on them are defined.

Специальные технические здания (СТЗ) выпол-

няют в настоящее время разнообразные функции, яв-

ляясь объектами инсталляции значительного числа

электронных систем (ЭС). Эти системы с одной сто-

роны выполняют функции жизнеобеспечения СТЗ, а с

другой − выполняют функции по обработке информа-

ции, которые соответствуют назначению здания.

Функциональную безопасность можно рассматри-

вать как особый случай нарушения информационной

безопасности, в результате чего обществу, людям и/или

окружающей среде нанесен значительный ущерб.

Особый класс таких внешних воздействий, при-

водящих к нарушению функциональной и информа-

ционной безопасности (ФИБ), представляют естест-

венные и техногенные электромагнитные воздейст-

вия. Внешний источник электромагнитного излуче-

ния охватывает своим влиянием конструкции зданий

и сооружений. Не исключены варианты локального

воздействия на объект т.н. «электромагнитного ору-

жия». Современные технические средства деструк-

тивного электромагнитного воздействия способны

дистанционно, скрытно и внезапно поразить практи-

чески любую электронную систему.

Особое значение имеют вопросы информацион-

ной безопасности. Оборонные сведения и диплома-

тическая информация имеют высокую классифика-

цию секретности и должны быть защищены от не-

санкционированного перехвата или преднамеренных

деструктивных электромагнитных воздействий.

Связь и центры обработки данных, обрабатывающие

секретные данные, должны отвечать требованиям

соответствующих стандартов в области информаци-

онной безопасности.

В России действует ряд стандартов по защите

информации, в которых рассматриваются электро-

магнитные воздействующие факторы. Эти факторы

делятся на объективные и субъективные подклассы,

каждый из которых разделяется на внутренние и

внешние факторы. Внутренние факторы, такие как

побочные электромагнитные излучения и наводки,

предотвращаются на этапе разработке аппаратуры и

ее монтажа. В этом случае ответственность в боль-

шей мере лежит на разработчиках аппаратуры.

Внешние факторы предусматривают воздействие

непреднамеренных электромагнитных излучений, а

также электромагнитных факторов естественного

происхождения, например, молний. Преднамеренные

силовые воздействия рассматриваются примени-

тельно к автоматизированным системам в защищен-

ном исполнении.

В США документом по обеспечению информа-

ционной безопасности на объектах информатизации

является руководство TEMPEST. Основными эле-

ментами защиты оборудования в этом случае явля-

ются зонирование, экранирование зданий и помеще-

ний, заземление, фильтрация. При создании СТЗ вы-

полнение экранов в цикле строительства является

дополнительной, а в ряде случаев и основной, защи-

той оборудования в целях обеспечения ФИБ.

Элементами подсистем СТЗ, на которые осуще-

ствляется электромагнитное воздействие или от ко-

торых необходимо анализировать электромагнитное

излучение, являются [1]: электронные системы раз-

личного назначения и аппаратура в их составе,

структурированная кабельная система локальных

вычислительных сетей СТЗ, металлоконструкции

СТЗ, система электропитания СТЗ.

К специфическим вопросам создания экраниро-

ванных строений и помещений СТЗ можно отнести:

выбор материалов, которые одновременно отвечают

требованиям эффективного экранирования для элек-

трических, магнитных или электромагнитных полей

и строительства в зависимости от поставленной за-

дачи; выбор методов и способов соединений элемен-

480

тов конструкций экранов, обеспечивающих мини-

мальные неоднородности в экране; проектирование

электромагнитной защиты вводов питания, связи,

вентиляции, кондиционирования, отопления

(HVAC); разработка систем доступа персонала и пе-

ремещения оборудования; выбор и реализация про-

цедур тестирования, гарантирующих получение не-

обходимых данных для проверки выполнения требо-

ваний технического задания.

Теория и практика создания экранированных

помещений и СТЗ рассматривается как новое на-

правление − архитектурное экранирование [2]. Сис-

тематизацию основных задач архитектурного экра-

нирования дает топологическое представление, ко-

торое помогает комплексно и наглядного предста-

вить перечисленные выше компоненты системы эк-

ранирования и найти наиболее рациональные пути

контроля над электромагнитными помехами.

Формальный топологический подход описания

системы экранирования может быть применен: для

описания системы, для разработки требований к

средствам защиты оборудования, для рационального

распределения степеней защиты между отдельными

барьерами, для минимизации точек проникновения и

формализации требований к ним. На основе тополо-

гического подхода возможна декомпозиция системы

на более мелкие и более простые части.

Факторами, которые нужно рассмотреть при

выборе концепции экранирования СТЗ, являются:

сложность требуемых взаимодействий с техниче-

скими средствами; затраты на проектирование и соз-

дание; технологичность; затраты на обслуживание;

требования надежности; гибкость для модернизации

системы; поддержка в процессе эксплуатации.

Весьма важной и ответственной стадией созда-

ния СТЗ является разработка и реализация системы

заземления оборудования, которая отличается от

требований СНиП.

Практическая реализация системы экранирова-

ния зависит от сложности и назначения системы,

которая должна быть защищена. Если определено,

что для наиболее чувствительных компонентов тре-

буется эффективность экранирования 80 дБ, а для

остальных компонентов требуется эффективность

только 60 дБ, тогда могут быть установлены зоны с

различным эффективностями экранирования. На се-

годня актуальной остается задача оптимального рас-

пределения общей эффективности экранирования на

значения эффективности для каждого уровня экра-

нирования по критерию минимизации стоимости

проекта на всем жизненном цикле СТЗ. Ее решение

требует знания комплекса как технических, так и

экономических аспектов создания СТЗ.

Особое внимание должно быть уделено тести-

рованию готового объекта на эффективность экрани-

рования.

Создание экранированных помещений требует

развитой спецификации (паспорта) объекта, в кото-

рой будут детально отражены не только их архитек-

турные, строительные и инженерные особенности,

но и требования к свойствам экранов, технологии их

монтажа, выбору материалов и т.п. В ней должна

быть отражена природа строительного объекта, спе-

цифика защищаемого оборудования, возможные ус-

ловия электромагнитного воздействия. Широкое

применение САПР при проектировании СТЗ требует

развития электронного документооборота, в проект-

ной документации которого должны быть учтены

мероприятия по электромагнитной защите объекта с

целью обеспечения ФИБ.

Функциональная безопасность при учете элек-

тромагнитных факторов охватывает опасности и

риски, связанные с ошибками или сбоями при функ-

ционировании систем, устройств или аппаратов. При

разработке СТЗ необходимо для критических элек-

тронных систем обеспечить достижение приемлемо-

го риска сбоев систем в пределах ограничений функ-

циональной эффективности и пригодности, времени

и стоимости по всем фазам жизненного цикла. Это

отлично от безопасности, которая определяет потен-

циал устройства противостоять таким опасностям

как, например, возгорание, удар током и образование

ядовитых паров. Базовыми документами в области

функциональной безопасности следует считать стан-

дарты [3], которые гармонизированы с международ-

ным стандартом МЭК 61508. Он соотносится с граж-

данскими системами и, к сожалению, в явном виде

не затрагивает взаимоувязанные вопросы ЭМС и

функциональной безопасности.

При решении вопросов функциональной безо-

пасности следует принимать во внимание следую-

щее: электромагнитные возмущения (ЭМВ), кото-

рыми могут быть подвергнуты системы СТЗ, разум-

но обозримые результаты воздействия таких возму-

щений, результаты воздействия ЭМВ от одного ап-

парата на другой, параметры безопасности (серьез-

ность, масштаб риска, уровень целостности безопас-

ности), которые могут быть нарушены ЭМВ, уровень

требований, которые необходимо выполнить, чтобы

обеспечить желаемый уровень функциональной без-

опасности.

При проектировании СТЗ необходимо включать

анализ опасностей и исследование рисков в следую-

щих направлениях: ошибки применения − или слу-

чайные (такие, как ошибки при монтаже оборудова-

ния) или преднамеренные (токовые перегрузки или

использование для непредусмотренных целей),

ошибки проекта в части обеспечения электромагнит-

ной защиты здания и помещений, размещение СТЗ в

экстремальной среде, включая, среди других, элек-

тромагнитные эффекты, высокие температуры, сейс-

мическую активность и т.п., последствия (опасности)

с их вероятностями (рисками), вызванные отмечен-

ными выше факторами.

Технические требования для целостности безо-

пасности могут быть получены, анализируя опасно-