Definisjon av EMP

Vårt samfunn har i løpet av de siste tiårene gjort seg helt avhengig av elektroniske hjelpemidler. Denne elektronikken er etter hvert blitt meget sårbar mot elektromagnetiske felter og støypulser.

 

Hvis den elektromagnetiske pulsen eller feltet blir kraftig nok kan den lage overslag mellom ulike ledere på printkort. Derfor kan et stort antall av elektroniske komponenter som for eksempel de integrerte kretsene i en PC bli rammet. Også magnetiske lagringsmedia som bånd, disketter og harddisker er ekstremt følsomme og vil kunne bli påvirket av det magnetiske feltet eller pulsen.

 

Hva er EMP

Elektromagnetiske felter er en samlebetegnelse på fenomener som for oss i hverdagen kan fortone seg nokså forskjellige, men som fysisk sett er sider av samme sak. Radiobølger, TV-signaler, radarpulser, synlig lys, ultrafiolett lys, får alle betegnelsen elektromagnetiske felter, selv om deres effekt på mennesker og deres dagligdagse anvendelser ikke antyder noen klar sammenheng mellom dem.

En elektromagnetisk puls (EMP) består, kan en si, av en elektrisk og en magnetisk «del» som er uløselig knyttet sammen. Det som skjer når en elektromagnetisk bølge forplanter seg gjennom et medium er en forflytting av elektriske og magnetiske felter.

Variasjon av bølgens stigetid bestemmer hvilke frekvenser bølger bærer med seg. En EMP (elektromagnetisk puls) karakteriseres av en meget rask økning av feltstyrker (vi sier at pulsen har kort stigetid) etterfulgt av en noe langsommere nedgang fra maksimalverdien til null amplitude. Stigetidens lengde bestemmer pulsens frekvensområde oppad slik at kort stigetid gir større andel av høye frekvenser.

Avhengig av kilden til en slik EMP kan en slik puls bli meget stor. Energien i en EMP kan, på samme måte som radiobølger, lett overføres til elektronisk utstyr via antenner og kabler.

En EMP kan også bestråle utstyr direkte. Siden styrken til en EMP er så stor i forhold til radiobølger, vil ubeskyttet utstyr bli helt ødelagt hvis dette skjer.

Hvordan oppstår EMP?

Elektromagnetiske pulser av forskjellig styrke og type oppstår ved enkelte fenomener i naturen (naturlig EMP), men det finnes EMP skapt av mennesker (menneske skapt EMP). Til den første gruppen hører EMP forårsaket av lyn (LEMP). Dette er hovedsakelig en lokal effekt med ødeleggende effekt i umiddelbar nærhet av nedslaget. Store strømmer setter opp store felter som vil kunne bli plukket opp av kabler etc. Sprakingen vi hører i elektriske apparater under tordenvær flere kilometer borte er et eksempel fra dagliglivet på virkningen av en slik EMP.

Andre kilder til Elektromagnetiske pulser kan være nordlys, støystråling fra sola og atmosfæriske endringer.

Mye mer alvorlig er de menneskeskapte formene for EMP. Den mest omtalte og fryktede type EMP er den som vil følge etter en atomsprengning, «nukleære» EMP, eller NEMP.

En kjernefysisk eksplosjon i atmosfæren genererer store strømmer og derfor meget sterke felter som vil kunne dekke store områder på landjorden med en elektromagnetisk puls, en NEMP. Størrelsen i en NEMP kan være 100 000 ganger større enn EMP fra et lyn, og i tillegg er denne energien konsentrert ved høyere frekvenser, som enklere overføres til antenner, kabler o.l. og derfor kan ledes til sensitivt utstyr. Det følger av dette at en beskyttelse mot lyn ikke er tilstrekkelig som beskyttelse mot NEMP. Imidlertid har disse pulsene minimale effekter på liv (mennesker).

Andre kilder til EMP kan være gnister fra elektriske tog, pulsforstyrrelser fra kraftnettet, støy fra radiosendere, radar, etc.


 

Skadevirkninger av EMP

Alt materiale som har evne til å lede strøm vil få generert store, kortvarige strømmer i seg hvis det blir utsatt for EMP.

Det elektromagnetiske feltet er så sterkt at antenner slett ikke er nødvendig for å ta imot energien; absolutt alle elektriske ledere vil kunne fungere som antenner og lede strømmer inn til og skape spenninger i sårbare komponenter.

Direkte bestråling

Ubeskyttet utstyr som blir direkte utsatt for EMP får alvorlige skader fordi energien i pulsen overføres via utstyrets ledninger (små eller store) eller annet elektrisk ledende materiale.

Som tidligere nevnt, vil pulsformede magnetfelt indusere store strømmer i alle ledningssløyfer feltet passerer gjennom. Dette gjør at den magnetiske delen av en EMP er svært foruroligende for elektronisk apparatur fordi den utstrakte bruken av kretskort gjør at ledningssløyfer av en viss størrelse alltid vil forefinnes der elektronikk benyttes.


 

Overføring av energi via eksterne «antenner»

Selv utstyr som ikke blir rammet direkte av EMP vil kunne få ødeleggende skader hvis det ikke er beskyttet på korrekt måte. Vi har sett at hoveddelen av energien i en EMP finnes i frekvensområdet til radiokommunikasjon, og som vi vet, kan denne energien lett plukkes opp av antenner.
Men fordi en EMP dekker et så enormt område, vil store kabelsystemer plassert ute i naturen, som kraftlinjer, telefonkabler og selv metalliske vannrør, kunne fungere som antenner for det elektromagnetiske feltet.
Den skadelige energien i EMP kan derfor ledes til følsomt utstyr via de eksterne systemene utstyret er knyttet til.

Skader forårsaket av EMP

Magnetfeltet i EMPen kan overføre store mengder energi til kretsene, og skader oppstår ved gnistoverslag mellom forskjellige ledere og ved utvikling av høy varme.
Typiske skader som kan følge fra dette er ødeleggelse av halvledere, at komponenter brenner opp på grunn av varmen, at metallstripene i integrerte kretser brennes av og at isolasjon brytes ned på grunn av gnistoverslag. Disse skadene er permanente, og utstyr som pådrar seg dem mister helt eller delvis evnen til å fungere.
Ved lavere energier kan interferenssignalene som elektriske kretser mottar fra EMPen «overdøve» de normale signalene i kretsene. Dette trenger ikke å gi permanent skade, men det vil føre til midlertidige funksjonsfeil.


 

Beskyttelse (EMPP)

Forståelse av hvordan skadevirkningene av EMP opptrer gir oss en mulighet til å sette i verk beskyttelsestiltak for å hindre skadenes omfang. Vi må være i stand til å beskytte utstyr både mot direkte treff av EMP og mot at EMP-energien når inn til utstyret via antenner og kabelsystemer. Dette kalles EMP-beskyttelse eller EMPP (engelsk: EMP Protection).

Beskyttelse mot sterke strømmer / spredning fra eksterne kabler

Ved normal drift av installasjonen er kontakten med omverdenen helt nødvendig, så strømkabler og antenneledninger må føres gjennom skjermen. For å hindre at skadelige strømmer når inn til utstyr er det derfor viktig å kunne kontrollere den innkommende strømstyrken. For å oppnå dette brukes filtre eller spesielle sikringsmekanismer ved kabelens endepunkter (avledere). De fungerer slik at strømmer over en viss styrke ledes til jord før de kan nå utstyret.

Skjerming

Beskyttelse oppnås ved skjerming av en installasjon. Utgangspunktet er å svekke de elektromagnetiske feltene som når inn til utstyr ved direkte bestråling av EMP. En bygning eller deler av den innhylles i et metallskjold som kan stanse mye av den elektromagnetiske strålingen, dels ved at det reflekterer noe av bølgen og dels ved absorpsjon av elektromagnetisk energi i skjoldet. Magnetisk materiale vil skjerme bedre enn ikke-magnetisk materiale, og det er derfor vanlig å bruke stål til veggen i et skjermrom.

I prinsippet kan man i et hermetisk lukket rom oppnå vilkårlig lav feltstyrke bare metallveggene er tykke nok, men i praksis kan ikke skjermrommet være helt tett siden åpninger for dører, lufttilførsel, elektriske kabler, telefonkabler osv er helt nødvendige for driften av en installasjon. En tendens en finner hos alle metallkanaler er at de leder elektromagnetiske bølger. Metallkanalen kalles da en bølgeleder (eller waveguide). Hull i skjermstrukturen kan fungere som slike bølgeledere, og føre EMP rett inn til utstyret innenfor. Det er derfor nødvendig å ha ekstra beskyttelse ved disse åpningene som erstatning for at skjermingen ved dem blir dårlig.


 

Samferdselsdepartementet har utarbeidet "Retningslinjer for beskyttelse av elektriske installasjoner i totalforsvaret mot elektromagnetisk puls (EMP)". Utgitt 24. mars 1998. Fortifikasjonshåndboken, del 1, kap.8