شیلدینگ و حفاظت الکترومغناطیسی

فرایند آسیب‌رسانی از طریق تهدیدات الكترومغناطیس به دو شكل تشعشعی و هدایتی صورت می‌پذیرد. حفاظت تشعشعی یك فضای انتخابی به معنی ایمن‌سازی آن در مقابل نفوذ امواج الكترومغناطیسی خارجی است. ایده كانونی در حفاظت تشعشعی یك مركز داده نوعی تشكیل یك قفس هادی (فارادی) از طریق لایه‌های هادی شیلد در كلیه وجوه سازه مورد نظر است. این لایه هادی میدان‌های الكترومغناطیسی نفوذی را تضعیف می نماید و میزان تضعیف از طریق نیازمندی‌های مجموعه مورد نظر در ایجاد یك مركز داده امن تعیین می‌گردد. لذا انتخاب جنس لایه‌های هادی شیلد و ضخامت آن با توجه به میزان تضعیف مورد نظر صورت می‌پذیرد.

مهم‌ترین بخش در حفاظت الکترومغناطیسی از یك اتاق مهم، نصب لایه های شیلد الکترومغناطیسی در وجوه شش‌گانه و اصطلاحاً تشكیل یك قفس هادی (فارادی) است. این لایه‌ها میدان‌های الكترومغناطیسـی نفوذی را تضعیف می نماید و لذا انتخاب جنس و ضخامت لایه‌های هادی شیلد اصلی‌ترین نكته طراحی است. وب سایت اتاق سرور مطابق جدول زیر چند مدل متداول از این لایه‌های هادی با فرآوری و ضخامت‌های متفاوت متناسب با كاربرد را ارائه می‌نماید. همچنین باید متذكر شد كه مکانیزم حفاظت در مقابل امواج الکتریکی و مغناطیسی کاملا متفاوت است.

تضعیف میدان‌های الکتریکی خارجی

حفاظت اتاق مهم (هر نوع سازه ساختمانی)

حفاظت كابل‌ها

حفاظت مواد غیرهادی

كاربرد به عنوان صفحه زمین

حفاظت محفظه‌های از جنس پلاستیک

اتصال الکتریکی بین سطوح (ورقه‌ها/ لایه‌ها)

حفاظت موقت در حین تست و اندازه‌گیری

در مهندسی سازگاری الكترومغناطیسی، اندازه‌گیری‌های به دو قسمت کلی تقسیم می‌شود:

الف) میزان تأثیرگذاری یك المان الكترونیكی بر محیط اطراف (Emission)

ب) میزان تأثیرپذیری یک المان الكترونیكی از محیط اطراف (Susceptibility)

یكی از شیوه‌های آسیب‌رسانی تهدیدات الكترومغناطیسی، نفوذ به شیوه هدایتی از طریق كابل‌هاست. چالش بزرگ اغلب در پروسه حفاظت (بعد از پیاده‌سازی لایه‌های شیلد) كنترل ورود و خروج سیگنال های ناخواسته از طریق کابل‌های برق شهر است. جداسازی سیگنال مورد نیاز و بخش نویز با استفاده از یك فیتر EMI با المان‌های سلف و خازنی با توجه به توان مصرف كننده است. این كاربردها عمدتا حذف اختلال و نویز در رنج 100 kHz-10 GHz در مقابل تهدیدات پالس الكترومغناطیسی است.

 

در سالهای اخیر توجّه نیروهای نظامی به استفاده از سلاح های غیر مخرّب و غیر کشنده افزایش یافته است. با ا ستفاده از این سلاح ها می توان با وارد کردن تلفات انسانی بسیار ناچیز، زیرساختهای یک کشور را در مقیاس بسیار وسیع تحت تأثیر قرار داد.

بمب های الکترومغناطیسی دسته ای از این سلاح ها هستند که با ایجاد میدان الکترومغناطیسی بسیار شدید، وسایل ساخته شده با فنّاوری نیمه هادی را به صورت دائمی از کار می اندازند. با توجّه به استفاده گسترده از تجهیزات کامپیوتری در کنترل زیرساختها و سامانه های مخابراتی لزوم حفاظت از زیرساختها در مقابل این تهدید بسیار ضروری است.

در این مقاله پس از معرّفی این بمبها، دامنة تأثیرگذاری آنها بررسی شده و در مورد راهکارهای مناسب جهت حفاظت زیر ساختها بحث می شود.

تداخل های الکترومغناطیسی اوّلین بار هنگام آزمایش بمب های اتمی مشاهده شد که باعث ایجاد اختلال در خطوط انتقال و خرابی تجهیزات الکترونیکی در اطراف محلّ آزمایش بمب می شود. بررسی ها نشان داد علت این امر برخورد ذرّات پرانرژی گاما به مولکول های جوّ و در نتیجه یونیزه شدن این مولکولها بر اساس سازوکار نشان داده شده در شکل 1 است. خطرات بالقوه این تهدید به دلیل استفاده کم از تجهیزات الکترونیکی، تا چندین سال جدّی گرفته نشد.

با توجّه به اینکه جلوگیری از خرابی زیرساختها بسیار راحت تر و کم هزینه تر از تعمیر آنها است، از دو روش می توان از خرابی تجهیزات جلوگیری کرد.

روش اوّل این است که طرّاحی و ساخت تجهیزات حسّاس به گونه ای باشد که در مقابل پالس های الکترومغناطیسی مقاوم باشند. به دلیل اینکه در اکثر تجهیزات ساخته شده، این تهدید در نظر گرفته نشده است، باید از روش دوّم یعنی جلوگیری از ورود تشعشعات به زیرساختها استفاده کرد.

روشهای مختلفی برای جلوگیری از ورود تشعشعات به تجهیزات وجود با توانایی های متفاوت وجود دارند که بعضی از مهمترین آنها به صورت زیر می باشند

- شیلد کردن: شیلد کردن عبارت است از احاطه کردن یک مدار و یا پوشش دادن محفظه آن با فلز و برقراری ارتباط آن با زمین از طریق یک مسیر کم مقاومت. این روش یکی از موثّرترین شیوه های مورد استفاده است.

- موج بر: استفاده از موج بر یک روش قدیمی برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی است ولی این روش در مورد حفاظت تجهیزاتی مانند وسایل که از نیمه هادی ها ساخته شده اند کاربرد چندانی ندارند.

- فیلتر: استفاده از فیلترهای ساخته شده از عناصر پسیو مانند خازن ها و سلف ها برای جلوگیری از تداخلات الکترومغناطیسی با توان پایین

- مقاومت متغیّر با ولتاژ: این قطعات، در ولتاژهای بالا، به حالت هدایت درآمده و معمولاً برای حفاظت مدار در مقابل اضافه ولتاژ استفاده می شوند. عیب اصلی این قطعات سرعت پاسخ نسبتاً پایین آنها است.

- فیبر نوری: ازآنجایی که پالس های الکترومغناطیسی هیچ اثری بر روی تجهیزات حساس به نور ندارند، فیبرهای نوری در برابر تمام فرکانس ها و ولتاژها مقاوم هستند. ولی ازآنجایی که هنوز برای تمام مدارهای موجود استفاده از فیبر نوری امکان پذیر نیست، نمی توان از این روش به عنوان یک راه حل جامع استفاده کرد

- شیلد کردن: با توجّه به اینکه شیلد کردن بهترین روش جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی است، در ادامه این مقاله در باره اصول شیلد کردن تجهیزات در مقابل تداخل الکترومغناطیسی صحبت خواهد شد.

شیلد کردن عبارت است از قرار دادن یک یا چند لایة محافظ در اطراف تجهیزات به منظور کم کردن انرژی میدان الکترومغناطیسی در اطراف تجهیزات الکتریکی یا الکترونیکی. برای طرّاحی و پیاده سازی شیلد اصول زیر بررسی می گردند.

*شیلد کردن محلّی (قفس فارادی)

*شیلد کردن چندلایه

*شیلد کردن کابل ها

*زمین کردن

*حفاظت درب ها

در این مقاله نحوه عملکرد و تأثیرات سلاح های الکترومغناطیسی شرح داده شد. روشهای معمول حفاظت در برابر این سلاحها نیز توضیح داده شد.

با توجّه به اینکه هزینة مقاوم سازی زیر ساختها اگر در مرحلة طرّاحی و ساخت در نظر گرفته شود تنها باعث افزایش هزینه ای برابر با 3 تا 5 درصد تجهیزات الکترونیکی می شود، بهتر است در اجرای پروژه های جدید این موضوع به عنوان یک الزام در نظر گرفته شود.

در حال حاضر به نظر می رسد، عملی ترین روش مقاوم سازی تجهیزات، تعویض دیواره های پانل های نصب شده با دیواره های مقاوم در برابر تشعشع باشد. همچین سیستم ارتینگ باید براساس استانداردهای موجود تقویت گردد.

با توجّه به اینکه تاکنون فعالیتهای زیادی در این زمینه درکشور انجام نگردیده و درنتیجه کمبود مراجع و شرکتهای مشاور در این زمینه به شدّت وجود دارد، کارشناسان زیرساخت سایت اینترنتی اتاق سرور دات کام سعی بر آن دارند تا خدمات استاندارد و اصولی در خصوص شیلدینگ اتاق سرور و مرکز داده و حفاظت از آنها در برابر امواج را به شما مشتریان محترم ارائه کند ،
خدمات ما در این حیطه شامل موارد زیر می باشد :

• اندازه گیری پارامتر های امواج الکترومغناطیسی ورودی به فضا
• اندازه گیری امواج الکترومغناطیسی موجود در فضا از نظر شدت
•  تعیین جهت ورود امواج به محیط در بازه فرکانس RF و مایکروویو
• ارائه گزارش اندازه گیری با ترسیم شماتیک نفوذ امواج
• ارائه پیشنهادات جهت جلوگیری از ورود امواج به داخل ساختمان
• هزینه برای شهر تهران می باشد
• برای ارائه خدمات در سایر شهر ها هزینه رفت و آمد اضافه می گردد