한국전력기술 송이철 전기설비기술기준 워크샵

HEMP 관련 규격 HEMP 대책 EMP 위협 HEMP 방호 성능 검증 결론 전기설비기술기준 워크샵

EMP 위협 앨빈 토플러 저서 전자폭탄(E폭탄, electronic bomb)의 공식 명칭은 "고전력 극초단파 빔 (HPMs, High Powered Microwave beams)”전자폭탄은 컴퓨터, 통신장 비 등 모든 전자기기를 파괴하는 것으로 전자기파 펄스를 이용해 사람에 게는 피해를 주지 않고 상대방의 전자장비를 무력화하는 신종 무기 미 의회가 북한·이란의 EMP 공격을 상정해 분석한 결과 400㎞ 상공에서 1~2 메가톤급 이상의 EMP탄이 터지면 미 대륙 절반에 걸쳐 전자 장비가 파괴되고 수조 달러의 경제적 피해가 발생할 것으로 예상됐다. 컴퓨터·차 량의 전자 시스템 파괴는 물론 송전 시스템도 고장 나 1년 이상 정전이 발 생하며, 산업 전체에 엄청난 영향을 미치는 것으로 예상했다. 컴퓨터 파괴 는 사회 시스템을 파괴하고 항공기·철도·차량의 가동 정지로 이어져 물 류가 중지될 것으로 봤다. EMP 폭발 몇 주 내에 굶어 죽는 사람들이 발생할 것으로 나타났다

EMP 위협-HEMP 피해

EMP 위협 The Electromagnetic Environment

EMP 위협 EMC/EMI/RFI EME (Electromagnetic Enviroment Effects) RE, CERS, CS EMC: Electromagnetic Compatibility, EMI: Electromagnetic Interference, RFI: Radio Frequency Interference, RE: Radiated Emission, CE: Conducted Emission, RS: Radiated Susceptibility, CS: Conductive Susceptibility

EMP 위협 핵실험- HEMP 미국 스타피쉬(Starfish) 실험: 1962년 존스턴 에톨 상공 400km에서 핵실험 (약 1MT) 영향: 진앙지에서 1445km 떨어진 하와이 호놀롤루에 있는 전자장비의 오동작  무선통신 30분 동안 두절  도난 경보기, 공급 사이렌이 폭발과 동시에 울림, 가로등이 꺼짐

EMP 위협 HEMP 시뮬레이션 서울상공 70km 상공 폭발 10kT 핵탄두 폭발 최대 전계상승비 84.5kV/m Tan 가까이 14.3kV/m 중국의 동북3성, 일본의 남서부 : 10~30 kV/m

EMP 위협-HEMP 형태 HEMP 형태특징피해대상 기기 E1 t <1μs 계전기 및 전자제어 기기 Upset-Relay:3.2kV, PLC/PC:0.5KV 다이오드, 트랜지스터 소손 E2 1μs< t <1s 뇌보호설비로 보호가능 E3 t >1s 10km 이상의 장거리 송전선로와 결합 IEC

EMP 위협 낙뢰, HEMP, UWB 신호의 주파수 분포(IEC ) 비교 항목HEMPLightningE-bomb 전압 [kV/m]50 kV/m수 kV/m 펄스 상승시간2~5 ns1.5μs70~80μs 펄스 유지시간수 μs수 μs50μs100μs 피해반경반경 수백 km특정 지역

EMP 위협-HPEM 러시아의 HPEM 발생기 특성/명칭 SnifferSniffer-ME-140/64Gigawatt 출력(kV) 안테나입력 (MW) 안테나 타입 Parabola Reflector Dia:2.6m Lattice Ant. 144 TEM, size : 2 x2 ㎡ Lattice Ant. 64 TEM, size :1.2x1.2 ㎡ Mono TEM size:0.66x0.4 ㎡ 발생기와 측정 점간 거리 (m)/E(kV/m) 27.5/10100/1050/1045/10 tr(ps) Max 반복 주파 수(Hz) 수직/수평 지향 성 ±5.3±7.5/8.5±7.5/9.7±10.5/12

EMP 위협 변전소

EMP 위협 E1 HEMP Impacts on the Power Grid 1. High voltage substation controls and communications 2. Power generation facilities  PLC((Programmable Logic Controllers) E1 HEMP fail voltage-0.6kV, 3.3kV  유도전압: 수직케이블-70kV, 수평 매설케이블-20kV 3. Power control centers  컴퓨터 및 통신시설: E1 HEMP fail voltage-0.5kV, 건물 차폐 및 등전위본딩 대책 4. Distribution line insulators  시험파형(파두장): 1.2μs, E1 HEMP 파형: 5ns 5. Distribution transformers  Lightning surge arrester가 빠른 E1 HEMP transients으로 부터 보호하지 못함  High-Frequency Protection Concepts for the Electric Power Grid, 2010, Oak Ridge National Laboratory

HEMP 관련 규격

HEMP 관련 규격 HEMP IEC TC 77C

HEMP 방호 성능 검증 PCI (Pulsed Current Injection) Test SE (Shielding Effectiveness) Test  방사 연속파(CW) 전계를 전자기 장벽의 외부 표면에 조사(illumination) 하고 전자기 장벽 내부의 응답 전계를 측정하고 차폐 결함과 부적절하게 방호 된 개구 침입점을 규명하는 시험  차폐효과 요구수준 (MIL STD &2)  철(Fe) 또는 구리(Cu) 이용 차폐  차폐성능 시험 시 모든 시설의 정상적인 작동 상태 하에서 수행  펄스 전류를 외부 케이블에 인가, 차폐벽 내부로 유입되는 양이 허용 한 계치 이내인지 검증  펄스종류: short pulse, Intermediate pulse, Long Pulse CWI (Continous Wave Immersion) Test

HEMP 방호 성능 검증 전자기파 차폐 성능기준(SE) 비교 항목 Mil STD 461E RS105 Mil STD 2169 IEC 전계 [kV/m]500.5(R1)~50(R7) 상승시간(10~90%)1.8~2.8 ns2.0~2.5 ns 진폭 최대값의 50%23 ns±5 ns25~30 ns 시험주파수100kHz~300MHz HEMP 방사성 내성 시험 레벨 ※ SE = 위협레벨-내성레벨+안전마진 위협레벨 : 50kV/m, 내성레벨: 10V/m, 안전마진: 8dB(REG 1.180) SE(dB) ≥ 20log [(50kV/m)/(10V/m)]+8[dB] = 82 [dB] IEC Early HEMP(R7) & RS105 파형

HEMP 방호 성능 검증 시험레벨1V oc [V]I sc [A]파형 EC11001감쇠정현파 EC 감쇠정현파 EC35005감쇠정현파 EC 감쇠정현파 EC 감쇠정현파 EC 감쇠정현파 EC /50ns EC /50ns EC /50ns EC /500ns EC11160kV32010/100ns IC /700μs LC 초/60초 LC 초/60초 HEMP 전도내성 시험 레벨 (IEC ) EC10 LC3

HEMP 방호 성능 검증 초기 HEMP에 대한 전도성 내성 시험 레벨 적용 예 (IEC )

HEMP 방호 성능 검증 감쇠진동파 비교 항목CS116IEC (2000)IEC (2006) 시험레벨 0.1A~5A-신호선 Level 2: 1kV(5A)-신호선 Level 3: 2kV(10A)-전원선 Level 3: 2kV Level 4: 4kV 시험주파수 10/100kHz, 1/10/30/100MHz 100kHz 또는 1MHz3/10 or 30MHz 상승시간 75ns 5ns 반복율 2초당 1펄스 이상 40/s(100kHz), 400/s(1MHz) 5000/s CS 116 IEC

HEMP 방호 성능 검증 EFT(급속과도파) 비교 항목CS115IEC 시험레벨 5A-전원선 2A-신호선 Level 3 — 2kV(5.6 A)-전원선 Level 3 — 1kV(2.8 A)-신호선 상승시간2ns5ns 유지시간 30ns50ns 시험시간 1분1분1분1분 반복율 30Hz5 또는 100 kHz

HEMP 방호 성능 검증 EFT 시험결과

HEMP 대책-전자파 보호개념

HEMP 대책 HEMP 보호 방법-건물 Zone보호 방법 1철근 콘크리트 2차폐실 3 4기기 차폐

HEMP 대책 High-Frequency EM coupling 저감(1)

HEMP 대책 High-Frequency EM coupling 저감(2)

HEMP 대책-방호시설 ※ 주요 전력 기간시설에 대한 HEMP 방호시설 설치기준 제정 필요 전자파 차폐효과 측정 기준 HEMP 방호기준 MIL STD 285 차폐시설의 감쇄특성 측정 IEEE 299 차폐효과 측정기준 MIL STD 고정시설 MIL STD 이동기기

HEMP 대책-방호기술 HEMP 피해 형태HEMP 방호대상HEMP 방호대책  전기 전자 장비 및 시스템에 영향 - 트랜지스터, 다이오드 Burn out - CPU, 마이크로 프로세서 스마트그리드 전력망 송배전망 및 변전소 발전소 차폐패널 EMP 방호 문 Filtering(신호,전원) Bonding(접속) Honeycomb(통풍구) Shielding 단계적 차폐기술 공기배기구 케이블 (Power & signal) Door Connector GroundingFilteringIsolation PCB Case System & Sub system Signal & Power 접지 본딩 기술 Power Lines Interface Siignal RF signal Digital & Analoge Grounding 대용량 & 소용량 회로

HEMP 대책-방호기술

결론  미래의 전쟁은 전쟁은 고출력 전자파를 이용한 전자전 대세  중요 전력시설에 대한 HEMP 방호 기준 정립 시급  HEMP 방호 설계 및 시공 기술 개발  MIL STD 461F, RS105 시험 적용에 대한 검토가 필요  HEMP가 고려되지 않은 Smart Grid와 원자력발전소 필수 계측제어 설비 에 대한 EMP Shelter 및 EMP 기기검증에 대한 연구 필요  전기설비기술기준: 중요 전력 설비에 대한 EMP 보호등급 지정 및 등급별 보호대책 및 기기검증에 대한 규정의 도입에 대한 연구 필요