ГОСТ IEC/TR 61000-1-5-2017 Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 1-5. Общие положения. Воздействия электромагнитные большой мощности (ЭМБМ) на системы гражданского назначения (Переиздание)

     5 Классификация обстановок электромагнитных воздействий большой мощности

Термин "электромагнитные воздействия большой мощности" используют для обозначения электромагнитных воздействий, генерируемых устройствами, созданными человеком, которые могут оказывать неблагоприятное влияние на функционирование электрических систем. Такие электромагнитные воздействия могут быть созданы в виде импульсных посылок энергии микроволн, часто называемых микроволновыми сигналами большой мощности. Альтернативный способ создания таких электромагнитных воздействий заключается в генерации электромагнитного импульса в достаточно широкой полосе частот, обычно называемого сверхширокополосным электромагнитным импульсом. Как правило, энергия электромагнитных воздействий большой мощности привносится в систему в форме внешнего электромагнитного поля.

Для того чтобы показать различие между микроволновыми сигналами большой мощности и сверхширокополосным электромагнитным импульсом, следует провести анализ их спектров в частотной области. Результаты такого анализа приведены (в качественной форме) на рисунке 1, где представлены значения спектральной плотности типового молниевого разряда, ЭМИ ВЯВ, микроволновых сигналов большой мощности и сверхширокополосного электромагнитного импульса, созданного кратковременным импульсным сигналом.

Следует отметить, что спектральная плотность микроволновых сигналов большой мощности и сверхширокополосного электромагнитного импульса является существенной на частотах более 300 МГц. Спектральная плотность сверхширокополосного электромагнитного импульса распределена в достаточно широкой полосе частот, спектральная плотность микроволновых сигналов большой мощности напоминает спектральную плотность одночастных сигналов. Следует также отметить, что спектральная плотность сверхширокополосного электромагнитного импульса может часто уменьшаться выше частот от 3 до 5 ГГц и что узкополосные "стрелы" спектральной плотности микроволновых сигналов большой мощности могут характеризоваться большими значениями спектральной плотности.

     
Обе шкалы - логарифмические

Рисунок 1 - Иллюстрация спектрального состава микроволн большой мощности, сверхширокополосных сигналов, а также других электромагнитных сигналов [8]

На рисунке 1 показано также множество электромагнитных помех низкого уровня. Эти электромагнитные помехи представляют собой обстановку внешнего электромагнитного шума, вызванного работой электрических устройств, расположенных вблизи от мест измерений, и удаленных источников электромагнитных полей. Данные электромагнитные помехи также могут оказывать влияние на оборудование.

Электрические системы, как правило, защищены от воздействия электромагнитных помех низкого уровня, если соответствуют требованиям, установленным в стандартах в области ЭМС, распространяющихся на эти системы. Однако интенсивность электромагнитных воздействий большой мощности может существенно превысить типичные уровни помехоустойчивости систем гражданского назначения, соответствующих требованиям стандартов в области ЭМС.

Способы генерирования и излучения электромагнитных полей, а также механизмы связи и возможности повреждения или нарушения функционирования систем могут в значительной степени различаться для этих электромагнитных обстановок. Однако результаты влияния разных электромагнитных воздействий на электрические системы могут быть одинаковыми и представлять собой нарушение функционирования или физическое повреждение системы.

Источники микроволновых сигналов большой мощности в зависимости от конструкции, как правило, генерируют импульсы, подобные периодически повторяющимся синусоидальным сигналам ([27]), как на рисунке 2. Типичные значения несущей частоты данных сигналов - от 0,2 до 5 ГГц, длительности импульса - до нескольких микросекунд. Другие важные особенности сигналов данного вида и их воздействия на системы указаны ниже:

a) импульсы могут быть повторяющимися, причем несущая частота импульсов может изменяться во времени (модулироваться). При этом:

- максимальная связь может быть достигнута при совпадении перестраиваемой несущей частоты импульсов с частотами резонансов функции передачи системы,

- необходимое число импульсов на резонансных частотах может быть около 100,

- при воздействии микроволновых сигналов большой мощности возможно электромагнитное влияние на систему через ненамеренно созданные пути электромагнитного проникновения и даже постоянное физическое повреждение системы через намеренно созданные пути электромагнитного проникновения;

b) многие системы, подвергаемые воздействию, имеют значительную восприимчивость на частотах резонансов функции передачи. При этом возможна "настройка" микроволновых сигналов большой мощности с целью вызвать конкретное воздействие на систему;

c) типичными устройствами для генерации электромагнитных полей такого рода являются генераторные приборы радиолокационных станций и микроволновых печей, релятивистские магнетроны, виркаторы или суперрельтроны.

Генерация сверхширокополосного электромагнитного импульса путем создания кратковременного переходного процесса представляет собой иной механизм распределения энергии в широкой полосе частот. В этом отношении сверхширокополосный электромагнитный импульс аналогичен ЭМИ ВЯВ.

Основные особенности сигналов данного вида указаны ниже:

a) типичные значения: время нарастания импульса - 100 пс; длительность импульса - 1 нс. В результате основные частотные составляющие и мощность импульса распределяются в весьма широкой полосе частот: приблизительно от 0,2 до 5 ГГц;

b) сверхширокополосные электромагнитные импульсы могут быть повторяющимися. При этом:

- может быть обеспечено совпадение частот спектра с резонансными частотами различных систем,

- энергия отдельного импульса оказывается распределенной по многим частотам,

- спектральная плотность данных сигналов меньше, чем спектральная плотность микроволновых сигналов большой мощности;

c) при воздействии сверхширокополосных электромагнитных импульсов более вероятно электромагнитное влияние на систему, чем постоянное физическое повреждение системы.

Для лучшего понимания вопросов, связанных с электромагнитными воздействиями большой мощности на системы, может быть проведен анализ или выполнен эксперимент с конкретной системой. Для этого прежде всего необходимо установить характеристики электромагнитных воздействий большой мощности, возбуждающих систему. Важнейшие аспекты этих обстановок обсуждаются в 5.1.