Landsmøte for Telematikk i Eforsyningen Drammen 1. 3.11.11 EMP Sikring i av elektroniske lkt ik installasjoner mot EMP/EMI Hvilke utfordringer møter man når man skal håndtere og sikre seg mot elektromagnetisk puls og interferens (EMP/EMI), og hva kan konsekvensene bli ved å la være? Espen C Brantzeg www.eb c.no 04.11.2011 1
Agenda EMP EMI 1. Bakteppet 2. NVE kravene 3. Begreper og definisjoner 4. Trusselbildet 5. Utfordringer og beskyttelsestiltak 6. Konsekvenser ved manglende beskyttelse 04.11.2011 2
Bakteppet NVE/BfK Forrige utg. av BfK (2002/rev. 08) trengte fornyelse Revidert Veileder og Vedlegg 3 mars 11; skjerpede krav (er blitt tydligere og mer konkret ) og oppdatert ift. dagens trusselbilde NVE aktive med revisjonsrunder Ca. 600 kl. 2/3 anlegg Endringer i fokus/trusselbildet Elektroniske våpen Solstormer 04.11.2011 3
NVE kravene i Beredskapsforskriften Veiledningen (2011) Vdl Vedlegg 3 (2011) 6 4 Særlige krav til driftskontrollsystemer 1. EMP beskyttelse 1. Kravet til EMP beskyttelse gjelder driftssentraler, annen kontrollutrustning og sambandsinstallasjoner som inngår i driftskontrollsystemer i klasse 2 og 3 2. Data, sambands og andre rom med elektronisk utstyr som har betydning for driftskontrollsystemets funksjon skal ha skjerming mot EMP 2. Dempningskrav kl. 2: 30dB/100kHz 1GHz (grunnbeskyttelse) kl. 3: 30dB/100kHz 18GHz (tilleggsbeskyttelse) 3. Brannkrav: EI 60! 4. NB! Gjør vurdering av evt. EMP beskyttelse også av datarom for adm. data. Slike rom har ofte IT støttesystemer for driftssentralen!!!! 04.11.2011 4
Avgrensinger Elektroniske installasjoner = Tele, data og scadautstyr, samt tilhørende installasjoner for driftskontrollsystemer 04.11.2011 5
Begreper; hva er EMP og EMI (og EMC); begrepsforvirring?... LEMP EMP NEMP EMC EMI HPM MEMP 04.11.2011 6
Begreper; hva er EMP og EMI (og EMC)?; forts EMC = elektromagnetisk kompatibilitet Elektronisk utstyrs evne til feilfri sameksistens EMI = elektromagnetisk interferens Forstyrrelse og forringelse av utstyrs funksjon pga radiostøy og støy fra elektriske maskiner, koplingsanlegg etc. EMP = elektromagnetisk puls Strålt eller ledningsbundet, kortvarig, høyfrekvent elektromagnetisk puls med høy intensitet; enkeltpulser eller bølger 04.11.2011 7
Begreper; hva er EMP og EMI (og EMC); forts Ulike typer EMP kilder LEMP (lightning i emp) lynutladning NEMP (nuclear emp) puls/energi utløst med atomvåpen RFW/MEMP/HPM (radio frequency weapon/man made emp/ highpower microwave) radiofrekvente/elektroniskevåpen våpen GMD (geomagnetic disturbance) solstormer 04.11.2011 8
EMP pulsens karakter 1. Magnetiske felt 2. Elektriske bølger 3. Plane bølger 1. NEMP 2. MEMP 3. HPM 4. LEMP 5. GMD 04.11.2011 9
EMP teori prinsipp i skjermrom/ Faradays bur Vent. bølgefelle Elektromagnetisk støy, felt, pulser (MHz GHz) EMP dør Single Entry Indusert støy (energi) i kbl kabler/rør (khz MHz) Følsomt utstyr (data og telekom utstyr) Lednings og luftbåren støy/pulser 04.11.2011 10
Trusselbildet Potensielle trusler/støykilder 1. Radiosendere og industrielle høyfrekvensgeneratorer (EMI/RFI) 2. Elektriske og elektroniske systemer (EMI) 3. Atmosfæriske og elektrostatiske utladninger; bl.a lyn (LEMP) 4. Solaktivitet/solstormer (GMD/GIC) 5. Elektroniske våpen (HPM, MEMP, RFW etc.) 6. Atomvåpen (NEMP) Overføringsmedier Kraft, signal og kommunikasjonskabler k k (unntatt fb fiber) Ikke elektriske installasjoner som vann, kjøle, kloakk og gassrør Lufta 04.11.2011 11
Trusselbildet vs. frekvensbånd 04.11.2011 12
Hvordan møter vi truslene? 1. ROS analyse (risiko og sårbarhets analyse) i forkant! 2. Etablering av effektive beskyttelsestiltak Riktig kunnskapog erfaring Anerkjente metoder og gjennomtenkt planlegging Jording, skjerming og avledning Kreativitet! Vlil Vel tilpassede løsninger Nøyaktig montasje! Kontrollmåling!!!!! 04.11.2011 13
Beskyttelsemetoder topologi Fysiske barrierer Fysiske barrierer oppnår avstand til støykilden reduserer el.magn. felt (feltstyrken t = omv. proporsjonal med avstanden) Riktig plassering av rom og kabling Glissen skjerm 100,00 1. Fjell og jordoverdekning 1000 10,00 2. Bygningskonstruksjoner (stål, 1,00 betong; tak, vegger; armering etc.) 3. Utstyrskap 4. Utstyrsrack 5. Virtuell skjerm db/m 010 0,10 0,01 1,E+5 1,E+6 1,E+7 1,E+8 1,E+9 1,E+10 FREKVENS, khz Tørket fjell Fjell/betong/jord tørr Måling fjell Fuktig jord Våt jord 04.11.2011 14
Beskyttelsesmetoder S1 S2 S3 1. Plassbygd tynnplateskjerm Rommet kleddmed0.7mm stålplater Tett nagling/skruing! NB! Overganger, plateskjøter! EMP pakninger Gir høy dempningsgrad; 50 70dB opp til 18GHz Rltidk Rel. tidkrevended bygging Sone 0 Sone1 Sone 2 Sone 3 S3 S2 S1 04.11.2011 15
Beskyttelsesmetoder 2. Nettingskjerm Mink eller kyllingnetting i (5 15mm) NB! Sammenkopling av netting lengder; bendsling/lodding Gir vesentlig dårligere dempning enn plateskjerm! Ikke egnet over 1GHz! Anbefaler stålplateskjerm! 04.11.2011 16
Beskyttelsesmetoder 3. Prefabrikkert rom Prefabrikkerte vegg, gulv og takelementer 1 2 mm stålplater Meget høy dempning; 70 80dB/18GHz Dyrere enn tynnplateskjerm løsning Enkel og rask bygging 4. EMP skap Kostbare Rimeligere løsning enn rom ved små plassbehov (1 2 skap) 04.11.2011 17
Beskyttelsemetoder S1 S2 S3 5. Containerløsning Prefabrikkert ferdig rom Komplett med Single Entry, dør, ventilasjonskanaler, filtre etc. 1 2 mm stålplater Meget høy dempning; 70 80dB/18GHz Kostbar, men et alternativ ved manglende hus/rom Redundant løsning Sone 0 Sone1 Sone 2 Sone 3 S3 S2 S1 04.11.2011 18
EMP elementer 1. Skjermdør Knivegg pakning Høy dempning; 80 100dB/20GHz EI 60 brannkrav! 2. Single Entry Rammeverk med moduler PG nipler og strømpe Fibergjennomføringer 04.11.2011 19
EMP elementer 3. Bølgefeller for ventilasjon, væskerør etc. Honeycomb Rørbend løsninger 4. Filtre Kraftfiltre Telefiltre 5. Vern Skilletrafoer kraft/tele Overspg. vern 04.11.2011 20
Jording!! Hva er jord? Skjermavslutning Signalreferanse og strømretur Ekvipotensial og potensialutjevning Riktig jording er vitalt for effekten av beskyttelsestiltakene!! Hvorfor? Redusere utstrekning av el.magnetiske felter fra kraftsystemet under feil Unngå utilsiktede strømveier og potensialdifferanser Redusere korrosjon på bygningskonstruksjoner Redusere elektromagnetiske felt Foredrag EMP/EMI LTE 2011 Drammen 04.11.2011 21
Test og kontrollmålinger 1. Visuell kontroll 2. Kontrollmålinger iht. IEEE Std 299 2006 av rommets dempning ved ulike frekv. 3. Standard d metode 4. Repeterbarhet 5. Målinger på erfaringvis utsatte punkter; dører, Single Entry, ventilasjonsrør, plateoverganger g 6. Skal gjøres på kl. 3 anlegg 7. Anbefalesogsåpåkl. 2 anlegg 04.11.2011 22
Konsekvenser ved manglende beskyttelse 1. LEMP lynskader Relativt kortvarige pulser med f< ca. 100MHz Forstyrrelser og feilfunksjon Brann/brannskader 2. HPM/RFW el.våpen ( håndvåpen ) Kortvarige pulser med høy effekt og svært høye frekvenser; f<20ghz+ Skader og /eller feilfunksjon på elektronikk Midlertidig ned /utkopling eller varig ødeleggelse Begrenset rekkevidde og arealdekning Kun materiell skade / non lethal Lett tilgjengelig på nettet (5 10 $) 04.11.2011 23
Konsekvenser ved manglende beskyttelse 3. NEMP nukleære våpen Intens stråling med høyenergi pulser; f<1ghz Stor rekkevidde og skader på store geografiske områder Omfattende og varige skader og ødeleggelse på elektronikk lk og styringssystemer (scada, vern etc.) Brann og dødelig skade 4. Solstormer (GMD/GIC) Lund dspace Weather Center Pulskarakter omtrentlig lik NEMP/E 3 ; f=1ghz+ Kraftig økning i solstormaktivitet varslet 2012 13 Skader på og/eller nedkopling av: Kraftnettet (linjer, eff.brytere, transformatorer etc.) Elektronikk for styrings og overvåkningssystemer (scada, vern, GPS systemer etc.) Elektronikk og antenneutstyr for tele og radionett Permanente eller midlertidige skader og problemer (timer/dager) Foredrag EMP/EMI LTE 2011 Drammen 04.11.2011 24
Oppsummering Trusler; solstormer og mikrobølgevåpen. Sannsynlighet?? Planlegg beskyttelsesløsning etter ROS analyse Velg anerkjente beskyttelsesmetoder; soneinndeling; rom, skap eller hylle Jording! Kontrollmålinger og vedlikehold! Manglende beskyttelse vil sannsynlig gi trøbbel; før eller siden..! Søk relevant spisskompetanse De fleste utfordringer kan løses! 04.11.2011 25
Spørsmål?? www.eb c.no Takk for oppmerksomheten!! 04.11.2011 26