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杰瑞Emanuelson
顾问
第1部分本文的解决美国EMP保护的国家计划。本文的第2部分提供了方法和技术对EMP的保护建筑,太阳能屋顶和其他结构。因此,第2部分介绍了屏蔽的详细资料,结合、接地、电缆或浪涌抑制和过滤装置。这些适用于结构从棚屋和房间大小家庭、商业和工业建筑少于五层的高度。
屏蔽一个家和建筑太阳能屋顶
电磁屏蔽作用的组合(1)辐射发射金属盾牌反射损失,(2)金属吸收损失。第一个组件开发的比例到达波阻抗和金属。第二个进场当金属的皮肤深度超过约50%的金属厚度。
保护建筑、房间和橱柜
图8说明了存在三个层次(可能更多)的屏蔽。屏蔽整个建筑的好处80分贝(前面所讨论的)意味着什么在需要屏蔽。所以现有的气候控制、手机、iphone、ipad、笔记本电脑、外围设备,和其他的电器和电子设备可以继续使用。然而,屏蔽建筑80分贝在某些情况下变得昂贵的(例如,超过10%的整个建筑成本)。
因此,可以添加一个或多个内部屏蔽房间的物品将位于更敏感,和整个建筑屏蔽可以相应地减少。例如,假设铝箔或喷铜漆外墙,天花板和地板(保税和担保)是用于生产45分贝屏蔽。这减少了剩余的需要屏蔽房间,橱柜或附件35 dB如图8所示。
然而,如果同样的皮肤保护应用于外墙的内部,这将不是工作的电线外墙还不保护. .因此,应用屏蔽外部建筑的皮肤。
如果内部建设项目有一个认证的辐射敏感性限制10 V / m(假定的典型条件),其余的屏蔽要求可以实现在屏幕内部房间或内阁或框大小,如适用。屏蔽室的EMC制造商提供的质量保护约120 dB,代表一个巨大的杀伤力在性能和价格,因此,不会用在这里。
应用保护建筑的皮肤因此放在与钣金大楼外墙上保税加入。每条边的建筑(屋顶,地下室地板,和四条边)是保税沿其整个长度。
图8显示了窗户、屋顶电梯棚屋,A / C热交换器,所有电缆盾牌穿透建筑物不得有SE小于80分贝以下64 MHz。(参见图17)。
屏蔽的建筑立面
如何保护建筑立面(表皮)?什么是建筑的皮肤下的基本材料或信封,如乙烯站吗?在美国,我t is typically a plywood lath sheathing in the North and concrete blocks (stuccoed over) for residential in the South. For commercial it may be aluminum composite panels, copper or stainless steel sheets, weather-board, etc. These and other materials are dependent on whether or not the building already exists or has not yet been designed or built. Most specifics of this discussion are beyond the scope here and involve important architectural matters.
如果现有的建筑许可的正面直接添加一个铝箔,家庭,1毫升(= 0.001英寸= 0.0254毫米)或加固的版本(例如,3毫升)铝箔提供所需的所有屏蔽。
铝箔mil之一提供屏蔽的96分贝。所以存在足够的屏蔽。但张箔连着他们如何安装材料站?同时,他们是如何交配在他们的边缘?
基本上,一个胶喷了安装材料,铝箔被放置在其上。然而,箔重叠应该近似一英寸(2.5厘米),如图9所示,胶带用于安全结重叠。不喷箔胶2.5厘米的区域金属必须连着没有任何其他物质之间,以确保高电导率和良好的屏蔽。
衬托在每个窗台上必须结束或门槛或框架窗口/门外将收到自己的屏蔽。电子粘合剂或垫圈(在下面描述)用于电连接建筑立面与每个窗口和门外围。
上面的衬托一个可能的选择是使用铜或铝漆,适用于刷、辊或喷雾。完成绝缘保护外套的乳胶漆。油漆的方法的一个主要好处是相对简单的应用程序通过喷洒和避免衬托重叠,和电气垫圈除了在窗户,门,下面描述等。
如何缩小这种差距?有不同的方法,但是它们超出了本文的水平。当然,新建筑在规划或在建,这不是一个问题地板盾底部延伸外框架足迹连着外屏蔽。
关于电气垫圈用于密封的金属面,图10显示了公司的选择像Tech-Etch工程社区。键的图还显示了其他电气垫圈使用其他类型的交配电气部分。
接地保护建筑
图11显示了屏蔽建筑包括皮肤、保护窗户,屏蔽暖通空调和电梯棚屋和其他外部元素。没有接地,屏蔽建筑可以漂浮在空间和屏蔽效果很好。不需要接地。然而,还有其他的担忧如果盾变得充电等任何电压高出地面由于杂散辐射(或意外的连接的热交流导致构建皮肤),它构成了电击危险进入和退出的人。同时,闪电控制必须考虑。这就是为什么大楼的外壳必须接地(接地),以满足美国国家电气规程。
在左下角所示,图11中,电信,控制和信号,和AC电源引线必须进入大楼。这些电缆也必须屏蔽。由于电缆护套和建筑保护可能在不同的电压,进入电缆护套必须连着建筑保护(通常是一个金属板。对象是转移EMI(电磁干扰屏蔽电流诱导)和根植到地球,无害地消散。但魔鬼在于细节。
图11说明了情况的素描重复上千次在一个国家或一个国家的发达国家。辐射EMI (EMP)耦合到电缆护套表面EMI,共模电流,集成电路,接地屏蔽建筑入口处(假设一个最佳案例建筑的保护)。它通常假定EMI电流流过接地棒的(s)(见Ig)和无害到地球吸收消散。一些电磁干扰电流(是),然而,仍然流建立盾(皮肤电流电容耦合回到地面,关闭循环)。这些电流可能会渗透皮肤进入大楼,在那里他们可以难过或倦怠内部的受害者。所以,如何成功(例如,多低?)的低阻抗的质量吗?同时,多少已经注意相关细节?
记住,只有保护电流应该流的终止,直接辐射EMI在建筑保护,本身。它不应该包含额外的电流,来自任何电缆入口地面可以超过终止EMI表面电流通过大量建设。的程度超过是减少损失的直接测量建筑屏蔽效能。
如果建筑是建立在沙子或一些non-moisture持有土壤,或干旱地区存在,那么接地系统不工作(或缺乏)。如果地面法戈夹侵蚀或断开连接,然后呢?(注意:比重的土壤电阻率在mil - hdbk - 419讲详细的数量地棒,地面井和接地电极子系统需要实现接地的目标)。
可以你作证,如果自己的设施或其他安装正确接地?你用什么标准或标准?谁签署了检查?它仍然是“接地”五年后呢?
随着它的发展,整个讨论可能的学术从EMP的观点来看,因为很少有非政府建筑EMP保护(保护)今天在第一时间。对于这些情况,所有内部电子在EMP炸事件——接地。
EMP,闪电和EMI不会消失。接地保护系统的一个重要组成部分,但是屏蔽和过滤等问题。
屏蔽窗户,门和其他建筑皮肤泄漏
Windows无法雇佣electro-chrom玻璃与小块光屏蔽,也不能有几微米(薄膜)vapor-deposited金属在窗户上盾自一个无法看到窗外。虽然一微米(薄膜)银沉积在玻璃提供了80分贝的射频屏蔽效能,也挡住了光传输。
因此,金属筛网(图12)被认为是覆盖在窗户的传递几乎所有的光(光),但街区的EMP辐射传输80分贝以下12 MHz(取决于筛孔间距)。所需的筛网元素分离距离,d,为了实现这一屏蔽,是计算:
SEdB= 20日志10(150 / (d * f兆赫)= 80分贝
地点:f兆赫= 12 MHz几何平均数的第一和第二拐角频率相对应的波德傅里叶频率图5 nsec 150 nsec EMP脉冲上升时间的标准。
解决网分离的方程,d, d = 1.29毫米的距离。这对应于25.4/1.29或20网开口每英寸(OPI)。这OPI提到因为网状屏蔽通常由制造商,在OPI和100 OPI可用。
为屏蔽太阳能电池板,不要使用高OPI随着光透射率开始受苦,这将影响太阳能电池板将太阳能转化电能的效率。
屏蔽外部的门
一个或多个门允许进入和退出保护建筑。对于每一次这样的门,技工必须生成这样一组两个门互锁,这样使用不超过可以随时打开一扇门。这将避免偶然的情况下,两个门都暂时开放目前EMP事件发生,否则会妥协的整个完整建筑屏蔽效能。
屏蔽电线和电缆条目
如图11所示,三个电缆和电线类输入几乎每一个建设:(1)电信(电话、以太网和其他硬线连接通信),(2)控制和信号控制某些活动和报告回到其他地方与状态数据,和(3)交流电源电源提供120伏,240伏电压或其他建筑的许多操作运行加载以前讨论的。除非已经放置在管道,电缆埋和/或屏蔽,盾牌必须提供所需的64 MHz以下80 dB屏蔽隔离进入领导。
三者之间的互连布线所有太阳能电池板,逆变器(如果不使用许多独立的)和下导体服务入口面板必须屏蔽80分贝。一个坚实的薄壁铜管也可以用作盾牌。然而,为了确保灵活性的好处,knitted-wire网屏蔽可用于所有的布线。所有屏蔽必须天气密封胶或外的大衣外套如果不是放置在一个管道。
如上所述,电缆盾牌是连着建筑保护通常在一个金属接地板焊接电缆入口处建立盾(见上文讨论建筑接地)。
添加一个屏蔽太阳能屋顶
EMP保护太阳能屋顶通常由面板装配架、太阳能电池板、互连电缆,一个逆变器(或在每个面板micro-inverter),导体电缆一power-select转换开关(连接公用电源或太阳能电池板),和备份电池。电池是用于夜间电力和阴暗的日子太阳能电池板功率输出是不够的。发电机通常不使用以来,除非保护他们会倦怠EMP破灭,和他们需要燃料EMP事件后可能不可用。
太阳能电池板通常包含1圣代硅太阳能电池(马代的空间电工作了40年),光转换效率最高。面板框架通常大约3英尺(0.91米)x 5英尺(1.52米),产生一个输出约200瓦的22±%光能转换效率。越来越受欢迎是CaTu、第二代薄膜、太阳能电池成本大大减少(第一太阳能的坦佩AZ在报道产生了这些生产成本低至0.52美元/瓦),但他们有一个硅的转换效率约为65%。
在美国家庭的平均尺寸是2300平方。英国《金融时报》(214平方。米)。一层的房子会有一个约2700平方英尺(252平方米的屋顶。米)。如果面临大约一半的南部和80%是有用的太阳能电池板,然后到72年太阳能板可以安装。
因为太阳能电池板不指着太阳(即。,fix mounted with no tracker, such as the trackers used in solar farms) during the rotation of the earth, the average power output over a 10-hour period may be about 10 kW. If the home has two floors, then available roof provides about half this or about 5 kW. By adding a typical garage, this may add another kW. The average house in the U.S. requires about 8 kW to handle the A/C, hot water, clothes washer/drier, appliances, lighting and other loads.
平均每天5千瓦的申请大约5小时和脱落,太阳走向视野。在北半球,有更少的冬天和高纬度地区和更多的在夏天,低纬度地区。上述假设没有堵塞由于其他建筑物和树木的阴影。
当然,太阳能装置会立即烧毁在EMP事件中,所以整个安装必须EMP保护。
增加屏蔽太阳能电池板
建筑屋顶上安装框架架之后,然后屏蔽太阳能电池板上。屏蔽是提供所需的名义80分贝太阳能电池板屏蔽:
盾板完全在太阳能玻璃窗口的脸和债券的框架提供完整的金属覆盖的其他五国。太阳屏幕可能20 OPI(每英寸开口)。焊接筛网,前面提到的。这个屏蔽是要做在电池板的工厂生产质量控制和长寿命性能。屏幕将减少约15%的光透明。
添加了许多独立的或In-verter(盾)
micro-inverter是小直粱转换器以一个典型的12 VDC太阳能电池板的输出,将其转换为120伏或其他用户负载值。合适,面板连接在系列和/或平行生产所需的负载电压。小micro-converter可以建在附近保护太阳能电池板输出连接器(这是做太阳能电池板组装的时候回到工厂)或单独安装在面板。除非整个太阳能屋顶大会分别屏蔽,屏蔽单元需要一个高压电缆连接器的电涌抑制器。
许多独立的传统中央逆变器有几个优势。即使少量的阴影碎片或雪线在任何一个太阳能电池板,或一组失败,不不成比例地减少整个阵列的输出。每个micro-inverter获得最佳功率进行最大功率点跟踪的连接面板。
他们的主要缺点是,他们有一个每峰瓦设备初始成本高于同等权力在中央逆变器,和许多独立的通常是位于太阳能板附近,可能难以维持。这些问题通常由许多独立的拥有更高的耐久性和超越简单的初始安装。
当屋顶太阳能总负荷超过大约10千瓦,许多独立的通常是不习惯和逆变器接管。照片在图14显示了三个逆变器大小从10千瓦到500千瓦。如果他们位于外的电磁脉冲屏蔽建筑他们将不得不内阁屏蔽80 dB +有线浪涌电压抑制器和屏蔽电缆。为了避免这种情况,如果可能的话,他们应该被放置在80 - db屏蔽建筑(e。g:车库)和现有模型用于不需要进一步的保护改造。
添加EMP浪涌电压抑制器和过滤器
商业电子用于雷电浪涌电压抑制器控制不夹足够快(夹> 100 nsec闪电);需要夹不到5纳秒EMP,防止不久的瞬时EMP的影响。一些人还可能没有足够的电流承载能力。所以很重要的是,已经存在的EMP飙升sup-pressors用于外部世界的任何外部电线/电缆入口的内部EMP-shielded建筑。
图15显示了两个数高压电磁浪涌电压抑制器可用于满足各种各样的需求和应用程序。(浪涌电压抑制器,有时被用于高电压变压器变电站为了解决磁暴需求完全不同,这里没有显示)
添加屏蔽智能电表
智能电表(图16)通常是电能的电气仪表,记录消费间隔一个小时或更少和通信信息至少每天回效用用于监控和计费。
智能电表使计和中央系统之间的双向通信。不同于家庭能源监控,智能电表可以收集数据远程报告。这样一个先进的计量基础设施(AMI)与传统的自动抄表(AMR),它允许双向通信仪表。有些国家还准备做得更多。
由于智能电表安装在建筑物的外,它将必须屏蔽80 dB匹配EMP的威胁。这可以通过使用相同的20 OPI网筛席卷整个仪表的前后正如前面所讨论的窗口和面板。
注意,智能电表比他们更EMI易感取代旧米。智能电网是更容易如果是使用在线数字生成和计算的数据。
电磁脉冲测试和认证
测试太阳能安装
契约,它是必要的性能测试证明EMP-protection符合80 - db屏蔽要求在指定的频谱。
而建筑EMP和太阳能EMP合规测试可以同时完成,在早期阶段分别最好。这将促进diagnostics-and-fix。首先建立合规测试必须完成。细节超出了本文的水平,本文将不讨论。
电磁脉冲测试和认证
如何知道安装电磁脉冲保护工作(因为没有电子故障)如果或当发生了EMP破裂?是一个保护和下安装或多少钱?当然,没有一个insitu公司测试,它可能永远不会知道。人不需要支付如果不能证明的东西。
而不是模拟脉冲,七个或多个测试按照使用频率波德图如图17所示。否则,测试是不可能的,因为所有其他设备在该地区将会烧坏了。
如前所述在mil - std - 188 - 125, EMP脉冲在时域(时间轴)的振幅50 kV / m,上升时间5 nsec和脉冲宽度的一半150 nsec的振幅。插入左侧所示在图17和代表EMP测试的测试规范和遵从性。
图17也描绘了频域(频率轴)时域脉冲刚刚提到的表现。这里假定是,所有的电气和电子设备符合欧盟(CE)或其他测试合规的辐射敏感性限制为10 V / m。(例如,欧盟在EN61000-4-3指定设备受三级要求不得容易场强10 V / m / 1 GHz的频率80 MHz。
同时测试我ng的细节超出了本文的范围,在概念测试非常简单。一个小货车或皮卡在图18的左侧包含扫描振荡器或清洁工助长了功率放大器驱动辐射测试天线指向右边的建筑。在这座建筑是一个跟踪接收机由匹配的小型天线。
首先校准测试配置作为参考与发射机和接收机配置在外面(步骤1)。测试是在七个频率表示的图,和射频衰减器设置记录。然后,保持相同的发射机和接收机之间的距离,两者都是移动接收机配置的步骤2所示移动主要是建筑和衰减器设置中间再记录在步骤1中相同的水平。衰减器设置的区别在步骤1和步骤2构成建筑物在dB屏蔽。
测试是重复的其他剩余的三个(或更多)的建筑,记录每一方的屏蔽效能为所有七个频率。然后为每个频率,相应的四端屏蔽效能进行比较和最小的分贝值选择。这些结果构成了建筑电磁脉冲屏蔽效能。它们与图15波德图来确定合规。
有一个更加自动化的过程不仅仅是解释说。这是讨论的地方。同样,如果建筑是大(几层楼或英亩大小),发射机可能位于直升机或软式小型飞船。
维护注意事项
时代的一切,包括建筑物及其内容。外,更严重的气候和天气,预计加速性能退化和方差。除了冲击安全、建筑接地将决定如何建设电磁脉冲屏蔽。如前所述,土壤loaminess(有些黑暗,适于种植草或其他植被)使得奠定良好的基础,因为它保持水分。干旱的土壤像沙子很差和低导电率。它可能需要浸渍铝土矿(一种铝基颗粒)或专用的接地化合物允许更好的接地阻抗低得多沉。
观察,检测接地效果会出现在上面的露天屏蔽效能测试。因此建筑的地球和接地应由授权和认证测试技术员添加一些定期保险保护。最初,将每两年作为默认的时期。
总结
这篇文章中,EMP保护的国家计划,提出了在两个部分。第1部分解决计划EMP保护社区、村庄,城镇和小城市在足够的数量和大小保持一些定义表面上的EMP破裂后我们的文明的生活方式。这是对比EMP活命主义者谁幸存但投降他的生活方式。
第二部分,第2部分,解决了屏蔽小建筑的大房子,小型和大型商业购物中心和工业制造和大盒子补充结构。细节包括屏蔽、等电位连接、接地、浪涌抑制和过滤都淹没了。这些操作产生新的产品和服务,新的
第二部分,第2部分,解决了屏蔽小建筑的大房子,小型和大型商业购物中心和工业制造和大盒子补充结构。细节包括屏蔽、等电位连接、接地、浪涌抑制和过滤都淹没了。这些操作产生新的产品和服务,新市场,创造数百万个就业岗位。
关于作者
没有白色的注册专业工程师,现已卸任。,holds BSEE and MSEE degrees from the University of Maryland. He is past CEO of three Electro-magnetic Compatibility companies in metro Washington, D.C.
并写了14技术书籍出版超过30年的时间。他的最后一本书是EMC、电信和计算机百科全书,一个800页的纲要。
在没有白色的顾问,他出版了一本双月刊贸易杂志称为EMC技术杂志流传在四大洲。他是技术编辑,写了很多教程的文章。beplay官方免费下载都是过去的电磁兼容性IEEE协会主席。他可能会达到941-743-8100,或(电子邮件保护)或(电子邮件保护)。
杰瑞Emanuelson持有BSEE科罗拉多大学的学位。他开始他的职业生涯作为一个音频和视频测试工程师对安培Corp .)、音频和视频磁带机的厂家。他后来成为一个广播发射机的上司公司与发射机的位置在山顶,受到严重的闪电和显著的EMI问题由于许多类型的密集发射器。
杰瑞是一个领先的EMP网络作者EMP-related科目的分数。他是一个IEEE广播社会的前成员,现在兼职电子科学顾问和兼职非小说作家。杰瑞可以达成的(电子邮件保护)