Pulso electromagnético
Pulso electromagnético (PEM)¿Es posible protegerse?
El término pulso electromagnético o PEM (en inglés, EMP, de Electromagnetic Pulse) se refiere a:
una emisión de energía electromagnética de alta intensidad en un breve período de tiempo;
la radiación electromagnética proveniente de una gran explosión (especialmente una explosión nuclear) o de un campo magnético que fluctúa intensamente causado por la fuerza de empuje del efecto Compton en electrones y fotoelectrones de los fotones dispersados en los materiales del aparato electrónico o explosivo, o a su alrededor.
Los campos eléctricos y magnéticos resultantes pueden interferir en los sistemas eléctricos y electrónicos provocando picos de tensión que pueden dañarlos. Los efectos no suelen ser importantes más allá del radio de explosión de la bomba, a no ser que ésta sea nuclear o esté diseñada específicamente para producir una onda de choque electromagnética.
Las tormentas solares causan tormentas electromagnéticas cargando la atmosfera de iones.
En el primer caso pueden ser producidos por rayos, tormentas solares descargas electrostáticas u otros fenómenos naturales. El desempeño de un compensador de carga electrostática PDCE en este caso se trata en un documento aparte para tal fin.
Los pulsos electromagnéticos también pueden ser generados por bombas electromagnéticas.
En el segundo caso puede producirse por una explosión nuclear o impacto de asteroide. La mayor parte de la energía del pulso electromagnético se distribuye en la banda de frecuencias de entre 3 Hz y 30 kHz.
El caso de un pulso electromagnético nuclear difiere de otra clase de pulsos electromagnéticos (PEM) al consistir en un complejo multipulso electromagnético. El multipulso es generalmente descrito en tres componentes, y estos componentes han sido definidos por los estándares de la Comisión Internacional Electrotécnica (IEC, International Electrotechnical Comission).
Los 3 componentes del PEM nuclear, definidos por el IEC, son llamados E1, E2 y E3.
El pulso E1 es una componente muy rápida del PEM nuclear. Esta componente genera un campo eléctrico que induce voltajes muy intensos y rápidos en los conductores eléctricos. E1 es la componente que puede destruir ordenadores y equipos de comunicación y es además muy rápida para los protectores habituales contra rayos. La componente E1 es producida cuando la radiación gamma producida por la detonación nuclear golpea a los electrones de los átomos de las capas superiores de la atmósfera. La velocidad de los electrones se encuentra en las velocidades relativistas (más del 90% de la velocidad de la luz).
Esencialmente esto produce un gran pulso de corriente eléctrica vertical en las capas altas de la atmósfera sobre toda el área afectada. Esta corriente eléctrica es afectada por los campos magnéticos de la Tierra que produce un pulso electromagnético muy grande, pero muy breve que afecta al área.
La componente E2 del pulso tiene mucha similitud con los pulsos electromagnéticos producido por un rayo de una tormenta. Debido a esta similitud son los más fáciles de proteger porque
los aparatos de protección contra rayos son capaces de asimilar bien esta componente.
La componente E3 del pulso es muy lento, tardando entre decenas y centenares de segundos, y está provocada por el calor de la detonación, seguida de la restauración del campo magnético a su posición natural. La componente E3 es muy similar a una tormenta geomagnética provocada por una llamarada solar muy extrema. Al igual que las tormentas geomagnéticas, la componente E3 puede producir corrientes inducidas en conductores largos dañando componentes como transformadores de líneas eléctricas.
Podemos protegernos?
los dispositivos PDCE deben presentar la primer línea de choque como medio de protección electromagnética, se requieren crear zonas protegidas con equipos colocados perimetralmente a la estructura a proteger. En función del diseño de la estructura, se colocarán más o menos PDCE.
Por ejemplo, si la estructura a proteger es triangular, se tendrán que colocar 3 PDCE laterales, uno en cada una de las caras de la estructura y un PDCE en la cara superior; si la estructura es
cuadrangular, se tendrán que colocar 4 PDCE laterales, uno en cada una de las caras de la estructura y un PDCE en la cara superior.
Los equipos laterales han de estar a la misma altura referente al suelo. La altura mínima del cabezal PDCE referente al suelo será de 4 metros y la distancia mínima de separación del PDCE referente de la estructura, será como mínimo de 5 metros.
Estos requerimientos de instalación son para estructuras de hasta 100 metros de altura. Para estructuras de más de 100 metros de altura, se seguirán los mismos requisitos, exceptuando que a
la altura de 100 metros, se volverán a colocar 4 PDCE laterales en las mismas condiciones que lo descrito anteriormente, o sea, el PDCE superior y estos 4 PDCE laterales quedarán a la misma altura.
En grandes estructuras, el diseño se realiza colocando en línea y bordeando la estructura a proteger con tantos equipos como se necesiten respetando la distancia entre PDCE y PDCE de 180 Metros.
Este diseño se realiza de forma para proteger de los pulsos electromagnéticos provenientes del aire, a modo de onda radiada, o por tierra, como corriente inducida, tanto en los frentes laterales
como en el frente superior.
Se recomienda que todas las partes metálicas de la estructura a proteger se encuentren unidas entre sí y a la toma de tierra que van los distintos sistema PDCE (Sistema equipotencial). Este sistema dispuesto nos reducirá los efectos electromagnéticos exteriores entre un 90% a 95%, que dependerá de la equipotencialización del sistema dispuesto, así como de la resistencia de la
toma de tierra dispuesta, que deberá ser inferior a 5 ohmios, para garantizar un resultado óptimo del sistema dispuesto.
Los PDCE laterales han de estar inclinados un 5% respecto la vertical. Esto obedece a que los pulsos electromagnéticos laterales se absorben mejor con una pequeña inclinación del PDCE,
debido a la forma que tiene el frente de onda radiado. Al tocar el frente de onda al PDCE se produce una diferencia de potencial con esta inclinación, hace que lo absorba. En caso de instalarse en forma vertical, el PEM impactaría a las dos semiesferas a la vez pudiéndolas cortocircuitar. La inclinación hace que la esfera superior sea el frente de impacto y se produzca la transferencia del pulso de forma más adecuada.
Protecciones adicionales
Las protecciones creadas con dispositivos PDCE como prevención de PEM, cumplen el papel de actuación primaria ya que al realizarse el diseño de implementación se prioriza la construcción de
una barrera previa al elemento a proteger. Esto permite según el nivel del evento, anular o atenuar los efectos. No obstante, medidas adicionales se recomiendan dependiendo de los bienes y equipos a proteger.
Lineas de alimentación, telefonía o datos pueden ser transmisoras de eventos PEM. Diferentes métodos de protección existen para estas como descargadores o varistores, acoplamientos ópticos, etc.-
Transformadores de alta y media tensión son propensos a sufrir los efectos PEM ya que estos se trasladan por las líneas de transporte. En estos casos además de protecciones de sobretensiones
sobre las líneas mediante arrestores para pulsos tipo E1, es posible protegerlos del pulso E3 mediante equipos bloqueadores de corrientes inducidas a tierra.
En equipamiento electrónico sumamente sensible no se debe descartar la opción de jaulas de Faraday
Equipamientos de alerta temprana de EMPs se encuentran disponibles en el mercado con tiempos de actuación del orden de nanosegundos, los cuales pueden realizar actuaciones como desconexión de equipamientos y alarmas.
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