Презентация на тему: » ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ПРОГРАММА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТОЙКОСТИ БОРТОВОЙ РЭА КА К ВОЗДЕЙСТВИЮ ИИ КП – СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДОЛОГИЯ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ к.т.н. Ужегов.» — Транскрипт:
1 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ПРОГРАММА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТОЙКОСТИ БОРТОВОЙ РЭА КА К ВОЗДЕЙСТВИЮ ИИ КП – СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДОЛОГИЯ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ к.т.н. Ужегов В.М. ФГУП ЦНИИмаш
2 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ ПОСТ В соответствии с КС «Мороз-6» (ГОС Р В ) при разработке бортовой РЭА должна разрабатываться и реализовываться программа обеспечения стойкости (ПОСТ). ПОСТ РЭА должна содержать следующие основные мероприятия: — уточнение ожидаемых локальных условий функционирования РЭА и особенностей воздействия на нее ИИ КП, конкретизация требований по стойкости к составным частям аппаратуры; — прогнозирование стойкости возможных вариантов схемного, конструктивного и структурно- функционального построения аппаратуры, выбор оптимального варианта ее построения; — сбор и анализ информации о стойкости отечественных и зарубежных ЭРИ, выбор и обоснование номенклатуры ЭРИ; — проведение расчетной оценки ожидаемых показателей стойкости подсистем и аппаратуры в целом; — определение критериев стойкости и установление допусков на выходные параметры подсистем и комплектующих ЭРИ исходя из требований к выходным параметрам аппаратуры; — разработка (при необходимости) специальных технических решений по обеспечению требуемых показателей стойкости аппаратуры; — определение состава подсистем аппаратуры для проведения предварительных и (или) зачетных (государственных) испытаний, составление программ и методик испытаний и проведение испытаний на воздействие ИИ; — проведение схемно-конструктивных доработок ( при необходимости) подсистем и аппаратуры в целом, уточнение номенклатуры ЭРИ. Указанные выше вопросы должны решаться на всех этапах разработки аппаратуры. —
Расчет устойчивости всего проектного решения.
3 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ЭТАП ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫМИ ВОПРОСАМИ НА ДАННОМ ЭТАПЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ: 1. Уточнение ожидаемых локальных условий функционирования РЭА и особенностей воздействия на нее ИИ КП, конкретизация требований по стойкости к составным частям аппаратуры. В ТТЗ (ТЗ) на разрабатываемый КА требования по стойкости ИИ КП, бывают заданы либо по КС «Мороз-6» (пока очень редко), либо по КС «Канопус».
И в том и в другом случае эти требования нуждаются в уточнении. В первом случае — из-за того, что по в КС «Мороз-5» эти требования установлены максимальными для интервала орбит по высоте. Уточнение применительно к конкретной орбите может привести к снижению требований до порядка величины (слайды 3,4).
Во втором случае – из-за того, что данный комплекс стандартов устарел и не отвечает современным т требованиям (слайд 5, 6). В большинстве случаев в ТЗ устанавливают максимальные требования по дозе, соответствующие сферической форме защиты. На данном этапе уже имеется конструкция КА и при наличии программы, обеспечивающей расчет массовой толщины защиты с учетом трехмерности объекта, поглощенные дозы для отдельных блоков могут существенно снижены. Если такие программы отсутствуют, можно воспользоваться рекомендациями ОСТ , в соответствии с которыми для многих составных частей аппаратуры правомочно использование установление требований по дозе при защите в форме полуплоскости, что также существенно позволит снизит снизить требования по дозе (слайд7,8). Результатом этой работы должны быть разработка и согласование с ПЗ дополнений и уточнений к требованиям стойкости аппаратуры (установление локальных требований, предъявляемых к составным частям аппаратуры, исходя из общих требований, предъявляемых к аппаратуре в целом).
Кодим на RUST! Мультипликативная стойкость числа.
4 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ЭТАП ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫМИ ВОПРОСАМИ НА ДАННОМ ЭТАПЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ: 2. Прогнозирование стойкости возможных вариантов схемного, конструктивного и структурно- функционального построения аппаратуры, выбор оптимального варианта ее построения. Как правило, во многих случаях часть составных частей РЭА заимствуется из ранее разработанной.
В этом случае основная задача по обеспечению радиационной стойкости этих составных частей сводится к сравнению уровней стойкости ранее разработанной аппаратуры с локальными уровнями требований. Если требования оказываются выше, требуется установить причины не достаточной радиационной стойкости.
По дозовым эффектам причиной недостаточной стойкости, как правило, является недостаточная стойкости нескольких типов ЭРИ (как показывает практика, ограничивают стойкость отдельных составных частей РЭА является небольшое количество изделий: один – максимум два типа изделий). Представляется целесообразным уже на данном этапе разработки предусмотреть либо замену ограничивающих стойкость типов ЭРИ с соответствующим схемотехническими и конструкторскими изменениями, либо рассмотреть возможность снижения дозовой нагрузки на них за счет конструктивной защиты.
По одиночным эффектам причиной недостаточной стойкости, как правило, являются ЭРИ, чувствительные к одиночным отказам (одиночный пробой, тиристорный эффект). Кроме того, на данном этапе целесообразно проанализировать вопрос обеспечения сбоеустойчивоасти данной составной части РЭА и провести анализ последствий сбоев в данной составной части на аппаратуру в целом. По результатам этого анализа может быть решен вопрос о необходимости принятия мер по сбоеустойчивости. Если составная часть РЭА разрабатывается новая, указанные выше работы выполняются после выбора комплектующей элементной базы.
5 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ЭТАП ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫМИ ВОПРОСАМИ НА ДАННОМ ЭТАПЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ: 3. Сбор и анализ информации о стойкости отечественных и зарубежных ЭРИ, выбор и обоснование номенклатуры ЭРИ. Если используется заимствованная аппаратура даже с модернизацией, номенклатура комплектующих ЭРИ, как правило, уже известна.
Исключение могут составлять нескольких типов ЭРИ, которые предполагается заменить по той или иной причине. Если составная часть аппаратуры или серьезно модернизируется, или создается вновь, выбор ЭРИ для ее комплектации целесообразно проводить сразу с учетом требований по радиационной стойкости.
В любом случае на данном этапе разработки РЭА важной задачей является получение надежной информации о возможных эффектах и показателях их радиационной стойкости. Особое внимание при этом следует обратить на выявление ЭРИ, чувствительных к одиночным отказам. 4. Проведение расчетной оценки ожидаемых показателей стойкости подсистем и аппаратуры в целом.
На данном этапе проводится предварительная оценка радиационной стойкости составных частей аппаратуры без учета защищенности конкретных типов ЭРИ в составных частях аппаратуры. Особое внимание на этом этапе необходимо обратить внимание расчету вероятность возникновения одиночных отказов. Результатом этой работы должно стать: определение подсистем, критичных к воздействию ИИ КП; установление возможных видов отказов аппаратуры; разработка рекомендаций о необходимости использования конструктивной и (или) экранной защиты отдельных типов ЭРИ по дозовм эффектам; резработка рекомендаций либо о замене ЭРИ, чувствительных к одиночным отказам, либо о принятии схемотехнических или функционально алгоритмических мер защиты этих ЭРИ от катастрофических отказов.
6 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ЭТАП ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫМИ ВОПРОСАМИ НА ДАННОМ ЭТАПЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ: 1. Уточнение схемно-конструктивного построения аппаратуры для обеспечения требований стойкости с учетом рекомендаций, разработанных в ходе эскизного проектирования: На данном этапе проводятся: — схемотехническая доработка составных частей блоков, функциональных схем, связанных с заменой не стойких ЭРИ на более стойкие; — разработка (при необходимости) новых или дополнительных функционально- алгоритмических решений по обеспечению сбоеустойчивости составных частей и аппаратуры в целом; — разработка (при необходимости) схемотехнических и (или) функционально —алгоритмических решений по защите ЭРИ, чувствительных к одиночны отказам, от катастрофических отказов; — разработка конструктивные решений, связанных с защитой не достаточно стойких ЭРИ по дозовым эффектам. 2. Проведение расчета показателей стойкости: — уточнение (определение) критериев стойкости составных частей и аппаратуры в целом по сбоеустойчивости и отказоустойчивости; — уточнение показателей стойкости аппаратуры с учетом выполненных выше доработок. Результатом этой работы должен стать перечень составных частей аппаратуры (или) ЭРИ), подлежащих испытаниям для подтверждения соответствия аппаратуры в целом требованиям по радиационной стойкости в соответствии с требованиями ОСТ – испытаниям подлежат: составные части или ЭРИ отечественного производства, не обеспечивающие трехкратного запаса по стойкости; все составные части аппаратуры, выполненные на ЭРИ импортного производства. Испытания этих составных частей (ЭРИ) повторяются каждый раз, когда аппаратура комплектуется из новой партии изделий. В состав этих испытаний должны быть включены испытания по уточнению возможности возникновения одиночных отказов в ЭРИ, которые не защищены в аппаратуре от катастрофических отказов и определения параметров их чувствительности к одиночным отказам.
7 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ЭТАП РАЗРАБОТКИ РАБОЧЕЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА (ОПЫТНОЙ ПАРТИИ). ПРОВЕДЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ И ПРИЕМОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ — составление программ и методик проведения испытаний, организация и проведение испытаний макетов образцов аппаратуры или отдельных функционально самостоятельных устройств на моделирующих установках, сопоставление полученных результатов с результатами расчетов.
8 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО D, рад. сутки -1 Н, км Зависимости поглощенной дозы электронов ЕРПЗ при макс. СА от высоты и угла наклона орбиты за защитой 0,1г.см-1 (верхние зависимости) и 1,0г.см-2 (нижние зависимости): +-при i=300; -при i=500; -при i=650;
9 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО D, рад. сутки -1 Н, км Зависимости поглощенной дозы протонов ЕРПЗ от высоты и угла наклонения орбиты при 2-х значениях защиты: 0.1 (верхние зависимости) и 1.0 г.см-2 (нижние зависимости) при мин. СА: + -при i=300; -при i=500; -при i=650; -при i=900.
10 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО Современная модель ЦНИИмаш Канопус USA Сравнение спектров протонов, воздействующих на КА, движущегося по круговой орбите (Н= 500 км, i=60º), рассчитанных по различным программам протон см сут
11 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО Сравнение спектров электронов, воздействующих на КА, движущегося по круговой орбите (Н= 300 км, i =60º), рассчитанных по различным программам Современная модель «Канопус» USA Энергия, >МэВ электрон см сут
12 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО D сф / D 1, г см -2 Зависимости отношений поглощенных доз электронов ЕРПЗ при формах защиты в виде сферы и полуплоскости от величины защиты на орбитах при i=65 0 и высотах: км., км., км., км., км.
13 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО Зависимости отношений поглощенных доз протонов ЕРПЗ от величины защиты в виде сферы и полуплоскости на орбитах при i=65 0 и высотах: км., км., км., км., км. 1, г·см -2 D сф / D пп
Источник: www.myshared.ru
Обеспечение радиационной стойкости изделий электронной техники
Курс повышения квалификации предназначен для получение новых знаний и практических навыков по обеспечению радиационной стойкости, организации и проведению испытаний при разработке технических средств.
Слушателям, успешно прошедшим обучение, выдается удостоверение о повышение квалификации установленного образца.
Место проведения
Москва, 127273, улица Березовая Аллея, дом 5А, строение 5
Телефон: +7 499 504 1618
Программа обучения
1 Базовые механизмы формирования радиационных эффектов в полупроводниковых приборах (ПП) и интегральных схемах (ИС).
Лекция 1. Ионизирующие излучения ядерного взрыва, космического пространства, ядерных энергетических установок и аварий типа LОСА на атомных электростанциях. Состав, амплитудно-временные и спектрально-энергетические характеристики излучений.
Лекция 2. Классификация радиационных эффектов в материалах, полупроводниковых приборах и ИС. Образование первичных и вторичных структурных дефектов в полупроводниковых материалах под действием излучений, приводящих к изменению свойств полупроводниковых материалов и деградации основных параметров полупроводниковых приборов и ИС.
Лекция 3. Поверхностные и объемные ионизационные эффекты в изолирующих окислах и КМОП-структурах. Проблема возникновения токов утечки под толстым изолирующим окислом. Устойчивость сложных микропроцессорных схем к полной накопленной дозе. Эффект низкой интенсивности в биполярных микросхемах, предложения по решению проблемы прогнозирования биполярных и БиКМОП микросхем на этот эффект.
Лекция 4. Объемные ионизационные эффекты в ПП и ИС при воздействии импульсного ИИ. Переходные процессы в полупроводниковых приборах и ИС, инициированные излучением, их зависимость от электрофизических характеристик полупроводниковых материалов и конструкции приборов.
Лекция 5. Влияние спектрально-энергетических и амплитудно-временных характеристик импульсных излучений на длительность переходных процессов. Проблемы учета этого влияния при радиационных испытаниях. Требования стандартов и потенциальные возможности экспериментального моделирования. Зарубежный подход к учету влияния длительности импульса ИИ на стойкость ПП и ИС.
Лекция 6. Специфика ИИ КП. Вероятностный характер воздействия ИИ КП. Одиночные события (ОС) как проявление радиационных эффектов в изделиях электронной техники (ИЭТ) в условиях воздействия ИИ КП. Классификация одиночных событий (SEU, SET, SEB, SEGR и т.д.). Физические причины их возникновения и особенности проявления в различных классах ИЭТ.
Лекция 7. Влияние технологии изготовления изделий, вида, энергии и линейных потерь энергии ИИ на вероятность появления ОС. Методы моделирования ОС в лабораторных условиях. Расчетно-экспериментальные методы оценок интенсивности возникновения ОС в ИЭТ и РЭА на борту космических аппаратов.
Лекция 8. Уровень бессбойной работы – один из основных показателей радиационной стойкости ИЭТ. Методы определения УБР по результатам испытаний на МУ.Вероятностные оценки УБР по непрерывно изменяющимся параметрам (ток потребления) и пороговым сбоям (тиристорный эффект).
Лекция 9. Зависимость УБР от формы импульса ИИ. Методы приведения УБР, определенных при испытаниях на МУ, к типовой или заданной форме импульса ИИ. Проблема обеспечения сопоставимости результатов испытаний на различных МУ.
2. Методические основы радиационных испытаний.
Лекция 10. Методология подтверждения показателей радиационной стойкости ЭКБ. Концепция моделирования радиационных эффектов. Моделирующие установки (МУ), имитирующие установки (ИУ). Технические средства радиационных испытаний ЭКБ.
Лекция 11. Высокопроизводительные источники (ВИ) электронного и рентгеновского излучений типа «Аргумент», «АРСА», «МИРА» и др. Технические характеристики МУ. Методы регистрации полей нагружения. Расчет норм испытаний.
Особенности совместного использования ИУ, ВИ и МУ для проведения радиационных испытаний ИС и ПП. Примеры из практики испытаний.
Лекция 12. Типы ИУ, используемые в практике радиационных испытаний ЭНПО «СПЭЛС» — импульсные лазерные имитаторы «Радон-5» и «Радон-8» и рентгеновские имитаторы «РЕИС-ИМ» и «РЕИМ-2». Формирование эквивалентной поглощенной дозы в активных областях типовых ПП и ИС под действием лазерных излучений установок «Радон-5» и «Радон-8». Особенности проведения экспериментальных исследований на ИУ.
Лекция 13. Отечественная и зарубежная (США) нормативно-методическая база по обеспечению и подтверждению радиационной и электромагнитной стойкости аппаратуры. Основные нормативно-методические документы, регламентирующие порядок задания требований по радиационной и электромагнитной стойкости материалов, ЭРИ и аппаратуры и методы их подтверждения. Краткая характеристика и порядок применения.
Лекция 15. Авионика и радиационная обстановка в атмосфере. Высокоэнергетичные частицы в атмосфере и SEE (SEU, SET, SEB, SEGR и т.д.), характерные для современной и перспективной элементной базы авионики. Проблемные вопросы разработки бортового электронного оборудования летательных аппаратов с учетом SEE (одиночных событий).
Лекция 16. Специфика радиационной обстановки и методы оценки устойчивости элементной базы к воздействию атмосферной радиации. Содержание стандартов серии IEC 62396 (2012) для разработчиков бортового электронного оборудования, устойчивого к атмосферной радиации (состав и характеристики ИИ, методы обеспечения и подтверждения устойчивости авионики к атмосферной радиации, в том числе высоковольтной аппаратуры и аппаратуры с использованием высокоинтегрированной элементной базы).
Лекция 17. Обеспечение стойкости радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов с длительными сроками активного существования к воздействию заряженных
частиц космического пространства. Расчет локальных радиационных условий, применение конструктивных методов защиты, проведение расчетной и экспериментальной оценки стойкости составных частей аппаратуры.
Лекция 18. Эффекты воздействия электромагнитных импульсов (ЭМИ) на аппаратуру, ПП и ИС. Источники и параметры ЭМИ. Формирование сигнала наводки в узлах и модулях аппаратуры. Основные эффекты, вызванные воздействием одиночных импульсов напряжения (ОИН) на ПП и ИС. Моделирование воздействия ОИН.
Методы и средства экспериментального определения показателей импульсной электрической прочности ПП и ИС. Основные экспериментальные результаты измерения показателей стойкости типовых ПП и ИС к воздействию ОИН. Методы обеспечения стойкости ПП и ИС в составе аппаратуры к воздействию ЭМИ.
Источник: www.nesch.ru
РД 45.083-99 Рекомендации по обеспечению стойкости аппаратурных комплексов к воздействию дестабилизирующих факторов
1. РАЗРАБОТАН Центральным научно-исследовательским институтом связи (ЦНИИС).
ВНЕСЕН Научно-техническим управлением и охраны труда Минсвязи России.
2. УТВЕРЖДЕН МИНСВЯЗИ России.
3. ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ информационным письмом от 7.12.1999 г. № 7481
4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
1 Область применения. 2
2 Перечень сокращений. 2
3 Рекомендации по выбору типов сооружений объектов связи, работающих в условиях воздействия мощных гармонических электромагнитных полей, электромагнитных импульсных полей молнии и ионизирующих излучений. 3
4 Рекомендации по защите оборудования систем передачи ВСС от непосредственного воздействия электромагнитных полей. 6
5. Рекомендации по выбору типов кабелей и параметров их прокладки для междустоечных соединений аппаратуры связи на объектах кабельных систем передачи ВСС России. 7
6 Рекомендации по защите аппаратуры кабельных систем передачи ВСС от воздействия перенапряжений, наводимых ЭМИ молнии на магистральных кабелях. 10
7 Рекомендации по увеличению стойкости аппаратуры на объектах кабельных систем передачи ВСС к воздействию электромагнитных полей. 15
8 Рекомендации по защите аппаратуры связи на объектах кабельных систем передачи ВСС от комплексного воздействия электромагнитных полей и ионизирующих излучений. 18
Приложение А. Справочные данные по импульсной электропрочности входов аппаратуры проводных систем передачи ВСС РФ.. 19
Приложение Б. Примеры расчетной оценки стойкости аппаратурных комплексов к воздействию электромагнитных импульсных полей. 23
Приложение В. Параметры внешних воздействующих электромагнитных полей и ионизирующих излучений. 26
Приложение Г. Нормы по стойкости аппаратуры к воздействию ЭМ полей и ионизирующих излучений. 26
Приложение Д. Пример расчетной оценки стойкости аппаратуры к воздействию ионизирующих излучений. 28
Приложение Е. Конструкция заземления для защиты объектов связи от токов затекания. 29
Приложение Ж. Рекомендации МСЭ-Т по нормам наводок 50 Гц на оборудование линий связи. 29
Приложение З. Библиография. 30
Руководящий документ отрасли
Рекомендации
по обеспечению стойкости аппаратурных комплексов объектов проводной электросвязи к воздействию дестабилизирующих факторов
Дата введения 01.01.2000 г.
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий руководящий документ отрасли содержит рекомендации по обеспечению стойкости аппаратуры проводной связи систем передачи ВСС России, размещаемой на объектах кабельных линий передачи, к воздействию дестабилизирующих факторов в виде электромагнитных полей грозы, радиопередающих устройств, линий электропередачи, а также от воздействия ионизирующих излучений, вызванных работой промышленных установок, авариями на атомных электростанциях и другими источниками. Рекомендации составлены по итогам проведенных исследований и расчетных оценок стойкости отдельных видов оборудования связи к различным видам дестабилизирующих факторов и комплексному их воздействию.
Данные рекомендации предназначены для использования при проектировании новых и эксплуатации существующих объектов кабельных систем передачи, а также при проведении их модернизации.
2 ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
ВДФ — внешний дестабилизирующий фактор
ВЛ — высоковольтная линия
всс — взаимоувязанная сеть связи
ВЭМИ — вторичный электромагнитный импульс
ВОК — волоконно-оптический кабель
ВОЛС — волоконно-оптическая линия связи
ДП — дистанционное питание
ИИ — ионизирующее излучение
КС ЖД — контактная сеть железных дорог
ЛАЦ — линейно-аппаратный цех
ЛЭП — линия электропередачи
МСЭ-Т — международный союз электросвязи — телеграфия, телефония
МЭК — международная электротехническая комиссия
НУП — необслуживаемый усилительный пункт
НРП — необслуживаемый регенерационный пункт
ОП — оконечный пункт
ОРП — обслуживаемый регенерационный пункт
ОУП — обслуживаемый усилительный пункт
ПЦИ — плезиохронная цифровая иерархия
РЗМ — радиоактивное заражение местности
РЛС — радиолокационная станция
РПУ — радиопередающее устройство
СМП — сеть магистральная первичная
СЦИ- синхронная цифровая иерархия
ТЗ — техническое задание
ТРС — токораспределительная сеть
ТУ — технические условия
ЭДС — электродвижущая сила
ЭМИ — электромагнитный импульс
ЭПУ — электропитающее устройство
3 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ТИПОВ СООРУЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ СВЯЗИ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОЩНЫХ ГАРМОНИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПОЛЕЙ МОЛНИИ И ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
3.1 Технические сооружения проводных средств связи относятся к двум группам:
первая группа — сооружения, в которых размещаются узлы связи, оконечные и обслуживаемые усилительные (регенерационные) пункты (ОП, ОУП, ОРП);
вторая группа — цистерны и контейнеры, в которых размещаются необслуживаемые усилительные и регенерационные пункты (НУП и НРП).
3.2 Сооружения первой группы, в которых размещаются узлы связи и обслуживаемые усилительные (регенерационные) пункты представляют собой здания четырех типов:
1) бетонные здания с покрытием из железобетона;
2) здания с покрытием, стенами и фундаментом из железобетона;
3) здания с покрытием, стенами и фундаментом из железобетона, в качестве экранирующего слоя применен фольгоизол;
4) кирпичные здания.
3.2.1 У зданий первого типа отсутствует фундаментная плита, стены выполнены из бетонных блоков без армирования (сетки), а покрытия — из армированного металлической сеткой монолитного бетона. Эти здания характеризуются тем, что основная их часть почти целиком заглублена в землю. Бетонные стены находятся во влажной среде, что, наряду, с проложенными вдоль стен здания кабельростами определяет их экранирующие свойства. Железобетонные плиты покрытий имеют один слой металлической сетки с размерами ячейки 0,25 м и диаметром прутка, равным 0,016 и 0,012 м.
В таблице 1 приведены коэффициенты экранирования электромагнитных полей ЭМИ молнии зданиями первого типа.
Таблица 1 Коэффициенты экранирования зданий первого типа при воздействии ЭМИ молнии
Размер ячейки, м
Диаметр прутка, м
Коэффициенты экранирования Кн, Ке, дБ
1 Кн и Ке — коэффициенты экранирования по магнитной и электрическим составляющим поля не зависят от типоразмеров здания.
2 Временные параметры импульсных электромагнитных полей внутри здания не изменяются по сравнению с параметрами внешних воздействующих полей (приложение В).
3.2.2 Здания второго типа, имеющие фундаментную плиту, стены и покрытие из железобетона, характеризуются тем, что арматура в них образует замкнутый сетчатый экран в форме параллелепипеда и экранирующие свойства этого типа зданий выше, чем предыдущего. Обязательным условием для принадлежности здания ко второму типу является гальваническое соединение арматуры стен, фундаментных плит и покрытий. Отсутствие гальванического соединения названных частей арматуры здания приводит к тому, что арматура здания не образует сплошной сетчатый экран и здание по своим экранирующим свойствам, даже при наличии железобетонных стен и фундаментной плиты, относится к зданиям первого типа. Типовые конструкции зданий второго типа содержат арматуру из металлической двухслойной сетки с размерами ячеек 0,150?0,150 м. Диаметр прутка в покрытии 0,022 м, в стенах 0,012 — 0,016 м. Значения коэффициента экранирования для типовых размеров рассматриваемых зданий приведены в таблице 2.
Таблица 2 Коэффициенты экранирования зданий второго типа при воздействии ЭМИ молнии
Размеры здания, м
Коэффициенты экранирования, Кн, Ке, дБ
1 Кн и Ке — коэффициенты экранирования по магнитной и электрическим составляющим поля.
2 Временные параметры импульсных электромагнитных полей внутри здания не изменяются по сравнению с параметрами внешних воздействующих полей (приложение В).
3.2.3 Для рассмотренных зданий первой группы указанные в таблицах 1 и 2 коэффициенты ослабления внешних полей ЭМИ достигаются при оборудовании окон и дверей зданий рамами с металлической сеткой (размеры ячейки сетки не должны превышать размеры ячеек арматуры). В случае зданий второго типа этой группы сетка должна быть гальванически связана с арматурой стен.
3.2.4 Здания третьего типа, имеющие покрытие, стены и фундамент из железобетона, характеризуются тем, что в них в качестве дополнительного экранирующего слоя применен фольгоизол — материал, представляющий собой металлическую фольгу толщиной 0,2 — 0,5 мм, и образующий сплошной металлический экран. В таблице 3 приводятся значения коэффициента экранирования (Кн) магнитной составляющей воздействующих полей ЭМИ молнии для зданий оборудованных экраном из фольгоизола. Коэффициент экранирования электрических составляющих воздействующих полей зданиями этого типа на два-три порядка выше коэффициента экранирования магнитной составляющей.
Таблица 3 Эффективность экранирования зданий с экраном из фольгоизола при воздействии ЭМИ молнии
Размеры здания, м
Коэффициент экранирования Кн, дБ
Приводимые в таблице 3 значения коэффициентов экранирования получены при условии, что окна здания закрыты металлической сеткой с ячейками не более 5?5 мм, соединенной гальванически с фольгоизолом, а само покрытие из фольгоизола не имеет щелей. Толщина фольги, применяемой для оборудования зданий, колеблется в пределах 0,2 — 0,5 мм. В таблице 3 приводятся расчетные данные для минимальной толщины фольги.
3.2.5 На сети ВСС России встречается небольшое количество кирпичных зданий, которые отнесены к четвертому типу. Ослабление импульсных электромагнитных полей молнии этим типом зданий не превышает 4 дБ как по магнитной, так и по электрической составляющим воздействующего поля.
3.2.6 Защитные свойства сооружений связи первой группы при воздействии электромагнитных полей гармонического характера зависят от частоты. В таблице 4 приведены значения коэффициентов экранирования для зданий первой группы. Для зданий первого, второго и четвертого типов коэффициенты экранирования приведены по магнитной и электрической составляющим поля. Для зданий третьего типа коэффициент экранирования приведен только для магнитной составляющей поля, так как электрическая составляющая поля ослабляется на 2 — 3 порядка сильнее магнитной. Здания четвертой группы (кирпичные здания) электромагнитные поля гармонического характера практически не ослабляют.
Для зданий первого и второго типа с ростом частоты коэффициенты экранирования уменьшаются.
Таблица 4 Коэффициенты экранирования гармонических электромагнитных полей зданиями первой группы
Коэффициент ослабления, дБ
Примечание — Для зданий первого типа меньшие значения коэффициента экранирования соответствуют диаметру прутка арматуры d = 0,012.
3.3 Технические сооружения проводных средств связи второй группы представляют собой цистерны и контейнеры — в которых размещаются необслуживаемые усилительные и регенерационные пункты. Эти сооружения характеризуются тем, что аппаратура в них помещается в сплошной экран, причем толщина экрана доходит до 10 мм для цистерны. Эти сооружения помещаются в грунт на глубину от 0,5 м до 1,5 м. В таблице 5 приведены значения коэффициентов экранирования магнитной составляющей поля ЭМИ для типовой цистерны и контейнера, применяемых в качестве сооружений связи на необслуживаемых усилительных (регенерационных) пунктах на объектах вес.
Таблица 5 Эффективность экранирования цистерн и контейнеров нуп и НРП при воздействии ЭМИ молнии
Толщина стали, мм
Коэффициент экранирования Кн, дБ
R = 0,365; l = 1
Примечание — R — радиус цистерны; l — длина цистерны.
3.4 Защита аппаратуры связи при воздействии ионизирующих излучений предусматривается в том случае, если уровни внешних воздействий ИИ, при которых планируется функционирование объекта связи, превышают уровни стойкости аппаратуры. Уровни стойкости аппаратуры связи приводятся в ТУ. Уровни стойкости аппаратуры в соответствии с [1] приведены в приложении Г. Защита аппаратуры связи от воздействия ионизирующих излучений может быть обеспечена ослаблением ионизирующих излучений слоями защитных материалов из бетона, кирпича или грунта. В таблице 6 приведены коэффициенты ослабления ионизирующих излучений различными материалами, применяемыми при строительстве объектов связи.
Металлические экраны толщиной до 10 — 15 мм практически не ослабляют уровни ионизирующих излучений.
Таблица 6 Коэффициенты ослабления ионизирующих излучений
Толщина защитного слоя, см
Коэффициенты ослабления, раз
потока быстрых нейтронов
дозы мгновенного гамма-излучения
3.5 Для защиты аппаратуры ВСС, расположенной на узлах связи и обслуживаемых усилительных пунктах, от воздействия электромагнитных полей наиболее предпочтительны здания второго типа, относящиеся к первой группе, возведенные целиком из армированного бетона с гальваническими связями между арматурой стен, пола и покрытия. Эти здания ослабляют воздействующие поля ЭМИ молнии на 55 ? 58 дБ. Применение таких сооружений облегчает решение общей задачи по обеспечению стойкости аппаратуры к воздействию электромагнитных полей, а также к комплексному воздействию различных видов ВДФ, в том числе и ионизирующих излучений.
3.8 При применении в качестве сооружений связи зданий первого типа, относящихся к первой группе, т.е. не имеющих цельного металлического каркаса (здания первого типа с покрытием из железобетона, заглубленных в землю), для обеспечения защиты аппаратурного комплекса от воздействия полей ЭМИ молнии необходимо проведение полного объема мероприятий, оговариваемых в настоящих рекомендациях.
3.9 Сооружения связи второй группы, имеющие сплошные металлические экраны-цистерны, контейнеры и здания, покрытые фольгоизолом — обеспечивают еще большее ослабление полей ЭМИ молнии по сравнению со зданиями из железобетона. Здания, оборудованные экраном их фольгоизола, обеспечивают эффективное ослабление полей ЭМИ молнии внутри своего объема. Поэтому аппаратурные комплексы, помещенные в такие здания, практически не требуют дополнительных мероприятий по обеспечению стойкости к воздействию электромагнитных полей.
3.7 Применение в качестве сооружений связи зданий, оборудованных сплошным металлическим экраном (фольгоизолом) дает хорошие результаты только в том случае, если не планируется работа объекта при воздействии ионизирующих излучений. В случае необходимости использования объекта связи при воздействии импульсных ИИ, аппаратура связи, расположенная в таких зданиях, подвергается воздействию внутреннего электромагнитного импульса (ВЭМИ), создающегося внутри объекта связи при взаимодействии импульсного гамма-излучения с металлическим экраном из фольгоизола.
3.8 Обеспечение стойкости аппаратуры связи к воздействию ИИ достигается обеспечением воздействия на аппаратуру, размещенную в сооружении связи, дозы гамма-излучения, на которую аппаратура должна быть рассчитана при проектировании. Дозы гамма-излучения согласно [1] приведены в приложении Г. Если уровни гамма излучения вне объекта связи превышают уровни ИИ допустимые для аппаратуры, то необходимо ослаблять уровень гамма излучения в соответствии с таблицей 6. Применение в качестве сооружения связи здания, оборудованного сплошным металлическим экраном из фольгоизола, может привести к появлению опасных полей ВЭМИ внутри сооружения связи, воздействующих на станционные кабели связи. Наводимые на них напряжения, прикладываются ко входам аппаратуры. Рекомендации по защите аппаратуры от этого вида воздействия приведены в разделе 8.
4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЗАЩИТЕ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ВСС ОТ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
4.1 Непосредственное воздействие электромагнитных полей на аппаратуру связи вызвано воздействием на внутристоечный и внутриблочный монтаж аппаратуры (печатные платы, соединительные провода) электромагнитных полей, проникающих внутрь стойки или блока аппаратуры. Стойкость аппаратуры средств связи к непосредственному воздействию электромагнитных полей, зависит от свойств электрорадиоэлементов, входящих в состав аппаратуры, а также от свойств металлических корпусов стоек и блоков, в которых размещается аппаратура.
4.2 В таблице 7 приведены расчетные данные коэффициентов экранирования типовых стоек, выполненных в виде металлических конструкций с размерами 2,6?0,6?0,225 и 2,6?0,12?0,225 м, шкафов/стоек с размерами 2,2?0,6?0,6 и 2,2?0,6?0,3 м (евроконструкция) [6], а также типовых блоков с размерами 0,225?0,125?0,06 м и 0,500?0,400?0,280 м, применяемых в аппаратуре систем передачи, при воздействии ЭМИ молнии. В той же таблице приведены значения напряжений, наводимых на внутристоечном монтаже аппаратуры и ее платах (внутри типового блока) в случае размещения аппаратуры в зданиях первого типа и при условии, что контур, на котором магнитная составляющая поля наводит ЭДС, ограничен размерами рассматриваемой стойки или блока, а параметры внешнего воздействующего ЭМИ молнии соответствуют приведенным в приложении В.
4.3 Для обеспечения защиты аппаратуры систем передачи от непосредственного воздействия электромагнитных полей необходимо, чтобы наведенная в контуре ЭДС была меньше импульсной электропрочности элементов схемы. Если аппаратура установлена в зданиях первого, второго и третьего типа и размещается в типовых стойках и блоках, рассмотренных в 4.2, то ее защита от непосредственного воздействия электромагнитных полей молнии обеспечивается при условии, что конструктивные элементы этих стоек и блоков (стенки, панели и т.д.) прилегают друг к другу с зазорами не более 0,5 — 1,0 мм.
Таблица 7 Экранирование внешних полей ЭМИ молнии корпусами стоек и блоков
Вид экранирующего объема и его размеры, м
Толщина стального листа, мм
Источник: www.opengost.ru