sik i lkt ik sikring av elektroniske installasjoner mot ...arkiv.kote.no/lte2011/foredrag/18_sikring...

Foredrag EMP/EMI | LTE 2011 Drammen

‐EMPLandsmøte for Telematikk i Eforsyningen

Sik i l kt i kSik i l kt i k

Drammen 1.‐3.11.11

Sikring av elektroniske Sikring av elektroniske installasjoner mot EMP/EMIinstallasjoner mot EMP/EMI

”Hvilke utfordringer møter man når man skal håndtere og sikre seg mot elektromagnetisk puls ogog sikre seg mot elektromagnetisk puls og interferens (EMP/EMI), og hva kan konsekvensene bli ved å la være?”

Espen C Brantzeg

04.11.2011 1

www.eb‐c.no


‐EMPAgendaAgenda

EMI1. Bakteppet2. NVE kravene3. Begreper og definisjoner4. Trusselbildet5. Utfordringer og beskyttelsestiltak6. Konsekvenser ved manglende beskyttelse

04.11.2011 2


NVE/BfK

BakteppetBakteppet

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”) ogtydligere og mer konkret ) ogoppdatert ift. dagens trusselbilde

• NVE aktive med revisjonsrunder

• Ca. 600 kl. 2/3 anlegg

Endringer i fokus/trusselbildetEndringer i fokus/trusselbildet• Elektroniske våpen

• Solstormer

04.11.2011 3


NVE NVE kravenekravene ii BeredskapsforskriftenBeredskapsforskriften• Veiledningen (2011)

V dl 3 (2011)

§6‐4 Særlige krav til driftskontrollsystemer

• Vedlegg 3 (2011)

1. EMP‐beskyttelse

1. Kravet til EMP‐beskyttelse gjelder driftssentraler, annen kontrollutrustning og sambandsinstallasjoner som inngår i driftskontrollsystemer i klasse 2 og 3og 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 D i k2. Dempningskrav

• kl. 2: 30dB/100kHz‐1GHz (grunnbeskyttelse)

• kl. 3: 30dB/100kHz‐18GHz (tilleggsbeskyttelse)/ ( gg y )

3. Brannkrav: EI 60!

4. NB! Gjør vurdering av evt. EMP‐beskyttelse også av datarom for adm. data.

04.11.2011 4

Slike rom har ofte IT støttesystemer for driftssentralen!!!!


AvgrensingerAvgrensinger

Elektroniskell

AvgrensingerAvgrensinger

installasjoner =

Tele‐, data‐ ogdscadautstyr, samt

tilhørende installasjonerfor driftskontrollsystemerfor driftskontrollsystemer

04.11.2011 5


Begreper; hva er EMP og EMI (og EMC); Begreper; hva er EMP og EMI (og EMC); begrepsforvirring?....begrepsforvirring?....

LEMP EMP

EMCNEMP

EMI

HPM MEMP

04.11.2011 6


Begreper; hva er EMP og EMI (og EMC)?; Begreper; hva er EMP og EMI (og EMC)?; fortsforts

• EMC = elektromagnetisk kompatibilitet Elektronisk utstyrs evne til feilfri sameksistens

• EMI = elektromagnetisk interferens Forstyrrelse og forringelse av utstyrs funksjon pga radiostøy Forstyrrelse og forringelse av utstyrs funksjon pga radiostøy

og støy fra elektriske maskiner, koplingsanlegg etc.

• EMP = elektromagnetisk puls Strålt eller ledningsbundet, kortvarig, høyfrekventStrålt eller ledningsbundet, kortvarig, høyfrekvent

elektromagnetisk puls med høy intensitet; enkeltpulser eller bølger

04.11.2011 7


Begreper; hva er EMP og EMI (og EMC); Begreper; hva er EMP og EMI (og EMC); fortsforts

Ulike typer ‐EMP kilder

LEMP (li ht i ) | l tl d i LEMP (lightning emp) | lynutladning

NEMP (nuclear emp) | puls/energi utløst med atomvåpen

RFW/MEMP/HPM (radio frequency weapon/man‐made emp/high power microwave) | radiofrekvente/elektroniske våpenhigh power microwave) | radiofrekvente/elektroniske våpen

GMD (geomagnetic disturbance) | solstormer

04.11.2011 8


EMPEMP‐‐pulsenspulsens karakterkarakter

1. Magnetiske felt

2. Elektriske bølger

3. Plane bølger

1. NEMP2. MEMP3 HPM3. HPM4. LEMP5. GMD

04.11.2011 9


EMPEMP i | i ii | i i kjkj //EMPEMP‐‐teori |prinsipp teori |prinsipp skjermromskjermrom/ / FaradaysFaradays burbur

Elektromagnetisk støy, felt, pulser (MHz‐GHz)

Vent. bølgefelle

Single Entry

Indusert støy (energi)i k bl / ø (kH MH )

Single EntryEMP‐dør

i kabler/rør (kHz‐MHz)

Følsomt utstyr(data‐ og telekom utstyr) Lednings‐ og luftbåren

støy/pulser

04.11.2011 10


Potensielle trusler/støykilder

TrusselbildetTrusselbildet/ y

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)

Overføringsmedierf l k k k bl ( f b )• Kraft‐, signal‐ og kommunikasjonskabler (unntatt fiber)

• Ikke elektriske installasjoner som vann‐, kjøle‐, kloakk‐ og gassrør

L ft

04.11.2011 11

• Lufta


TruTrusselbildetsselbildet vs. frekvensbåndvs. frekvensbånd

04.11.2011 12


HvordanHvordan møtermøter vi vi truslenetruslene??

1. ROS analyse (risiko og sårbarhets analyse) i forkant!y )

2. Etablering av effektive beskyttelsestiltak• Riktig kunnskap og erfaringRiktig kunnskap og erfaring

• Anerkjente metoder og gjennomtenkt planlegging | Jording, skjerming og avledning

• Kreativitet!

V l il d l i• Vel tilpassede løsninger

• Nøyaktig montasje!

• Kontrollmåling!!!!!

04.11.2011 13

• Kontrollmåling!!!!!


BeskyttelsemetoderBeskyttelsemetoder | topologi| topologi

Fysiske barrierer

• Fysiske barrierer oppnår avstand til støykilden reduserer el.magn. felt (f lt t k j l d t d )(feltstyrken = omv. proporsjonal med avstanden)

• Riktig plassering av rom og kabling

“Glissen skjerm”

1. Fjell‐ og jordoverdekning 1000

100,00

Tørket fjell1. Fjell og jordoverdekning

2. Bygningskonstruksjoner (stål‐, betong; tak, vegger; armering etc.)

010

1,00

10,00

dB/m

Fjell/betong/jord tørr

Måling fjell

Fuktig jord

3. Utstyrskap

4. Utstyrsrack0,01

0,10

1,E+5 1,E+6 1,E+7 1,E+8 1,E+9 1,E+10

Våt jord

04.11.2011 14

5. Virtuell skjerm FREKVENS, kHz


BeskyttelsesmetoderBeskyttelsesmetoder S1S2

S3

1. Plassbygd tynnplateskjerm• Rommet kledd med 0.7mm

S1 S2 S3

Sone 0

Sone1 Sone 2 Sone 3Rommet kledd med 0.7mm stålplater

• Tett nagling/skruing!

• NB! Overganger, plateskjøter!

• EMP‐pakninger

• Gir høy dempningsgrad; 50‐70dB opp til 18GHz

R l tidk d b i• Rel. tidkrevende bygging

04.11.2011 15


BeskyttelsesmetoderBeskyttelsesmetoder

2. NettingskjermMi k ll k lli i (5 15 )• Mink‐ eller kyllingnetting (5‐15mm)

• NB! Sammenkopling av netting‐lengder; bendsling/loddinglengder; bendsling/lodding

• Gir vesentlig dårligeredempning enn plateskjerm!

• Ikke egnet over 1GHz!

Anbefaler stålplateskjerm!

04.11.2011 16

B k l dB k l d


3. Prefabrikkert rom

BeskyttelsesmetoderBeskyttelsesmetoder

• Prefabrikkerte vegg‐, gulv‐ ogtakelementer

• 1‐2 mm stålplater

• Meget høy dempning; 70‐80dB/18GH80dB/18GHz

• Dyrere enn tynnplateskjermløsningløsning

• Enkel og rask bygging

4. EMP‐skap4. EMP skap• Kostbare

• Rimeligere løsning enn rom ved

04.11.2011 17

g gsmå plassbehov (1‐2 skap)

B k l dB k l d


S2BeskyttelsemetoderBeskyttelsemetoder

5. Containerløsning

S1S2

S3

g• Prefabrikkert ferdig rom

• Komplett med Single Entry, dør,

S1 S2 S3

Sone 0

Sone1 Sone 2 Sone 3

ventilasjonskanaler, filtre etc.

• 1‐2 mm stålplater

• Meget høy dempning; 70‐80dB/18GHz

• Kostbar men et alternativ ved• Kostbar, men et alternativ vedmanglende hus/rom

• Redundant løsningg

04.11.2011 18

EMP “EMP “elementerelementer””


1. SkjermdørK i k i

EMP EMP elementerelementer

• Knivegg pakning

• Høy dempning; 80‐100dB/20GHz

• EI 60 brannkrav!• EI 60 brannkrav!

2. Single Entry• Rammeverk med moduler• Rammeverk med moduler

• PG‐nipler og “strømpe”

• FibergjennomføringerFibergjennomføringer

04.11.2011 19

EMPEMP ll


3. Bølgefeller for ventilasjon,

EMP EMP elementerelementer

g j ,væskerør etc.• Honeycomb

• Rørbend løsninger

4 Filtre4. Filtre• Kraftfiltre

• TelefiltreTelefiltre

5. Vern• Skilletrafoer kraft/tele

• Overspg. vern

04.11.2011 20

JordingJording!!!!


Hva er ”jord”?• Skjermavslutning

JordingJording!!!!

• Skjermavslutning

• Signalreferanse og strømretur

• Ekvipotensial og potensialutjevningp g p j g

• Riktig jording er vitalt for effekten av beskyttelsestiltakene!!

H f ?Hvorfor?• Redusere utstrekning av el.magnetiske

felter fra kraftsystemet under feily

• Unngå utilsiktede strømveier og potensialdifferanser

k å b• Redusere korrosjon på bygnings‐konstruksjoner

• Redusere elektromagnetiske felt

04.11.2011 21

g


Test Test ogog kontrollmålingerkontrollmålinger

1. Visuell kontroll

2. Kontrollmålinger iht. IEEE Std299™‐2006 av rommetsdempning ved ulike frekv.

3 St d d t d3. Standard metode

4. Repeterbarhet

5. Målinger på erfaringvis utsattepunkter; dører, Single Entry, ventilasjonsrør, plateovergangerj , p g g

6. Skal gjøres på kl. 3 anlegg

7 Anbefales også på kl 2 anlegg

04.11.2011 22

7. Anbefales også på kl. 2 anlegg


1 LEMP | l k d

KonsekvenserKonsekvenser vedved manglendemanglende beskyttelsebeskyttelse

1. LEMP | lynskader• Relativt kortvarige pulser med f< ca. 100MHz

• Forstyrrelser og feilfunksjony g j

• 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

B t kk idd ld k i• Begrenset rekkevidde og arealdekning

• Kun materiell skade / ”non lethal”

• Lett tilgjengelig på nettet (5‐10’$)

04.11.2011 23



3. NEMP | nukleære våpen• Intens stråling med høyenergi pulser; f<1GHz


• Intens stråling med høyenergi pulser; f<1GHz

• Stor rekkevidde og skader på store geografiske områder

• Omfattende og varige skader og ødeleggelse på l k ikk i ( d )elektronikk og styringssystemer (scada, vern etc.)

• Brann og dødelig skade

4 Solstormer (GMD/GIC) L d S W th C t4. Solstormer (GMD/GIC) Lund Space Weather Center

Pulskarakter omtrentlig lik NEMP/E3; 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 overvåkningssystemerElektronikk for styrings og overvåkningssystemer (scada, vern, GPS‐systemer etc.)

• Elektronikk og antenneutstyr for tele‐ og radionett

• Permanente eller midlertidige skader og problemer

04.11.2011 24

• Permanente eller midlertidige skader og problemer (timer/dager)


OppsummeringOppsummering Trusler; solstormer og mikrobølgevåpen.Trusler; solstormer og mikrobølgevåpen.

Sannsynlighet??

Planlegg beskyttelsesløsning etter ROS‐gg y ganalyse

Velg anerkjente beskyttelsesmetoder; soneinndeling; rom, skap eller hylle

Jording!

Kontrollmålinger og vedlikehold!

Manglende beskyttelse vil sannsynlig gi trøbbel; før eller siden..!

Søk relevant spisskompetanse

04.11.2011 25

De fleste utfordringer kan løses!


Spørsmål??

www.eb‐c.no

TakkTakk for for oppmerksomhetenoppmerksomheten!!!!

04.11.2011 26

sik i lkt ik sikring av elektroniske installasjoner mot ...arkiv.kote.no/lte2011/foredrag/18_sikring...

Documents