مدل‌سازي و شبيه‌سازي سيستم قدرت با رويكرد پدافند غيرعامل در مقابل حملات الكترومغناطيسي

Power SystemModeling and Simulation of Power Systems with Passive Defense Approachagainst Electromagnetic Attacks

زيرساخت‌هاي كليدي به‌ويژه سيستم‌هاي قدرت از بدو پيدايش تاكنون، بخش جدا‌يي‌ناپذير زندگي جوامع بشري محسوب مي‌شوند؛ بنابراين از لحاظ مواجهه با خطر از سوي عوامل تهديد از پتانسيل بالايي برخوردارند. به همين دليل، امنيت سيستم‌‌هاي مربوط به آنها، به امنيت ملي كلان جامعه گره مي‌خورد و تلاش براي حفظ اين امنيت، اهميت زيادي نزد مديران و تصميم‌گيرندگان عالي‌رتبه دارد. عوامل تهديدِ سيستم‌هاي قدرت، شامل حوادث طبيعي و انسان‌ساز است. هدف اصلي اين مقاله، مدل‌سازي و شبيه‌سازي سيستم قدرت با رويكرد پدافند غيرعامل در مقابل تهديدات الكترومغناطيسي و بررسي راه‌كارهاي افزايش ايمني و امنيت آن در برابر اين نوع تهديدات خواهد بود. شناسايي تهديدات با تعيين سناريوهاي وقوع آن‌ها به‌منظور ارايه راهكارهاي حفاظتي و جلوگيري از اختلال يا تخريب در سيستم قدرت براي حفظ و تداوم فرايندهاي كاري، سرمايه‌ها و منابع مربوطه، امري ضروري مي‌نمايد. در اين مقاله، منظور از سيستم قدرت، يك ايستگاه فشار قوي داراي اتاق فرمان و تهديدات مورد نظر براي آن نيز از نوع انفجارات اتمي بالاي سطح زمين ((HEMP و فرستنده‌هاي توان بالاHPEM)) است. با توجه به اينكه تجهيزات مهم سيستم قدرت مورد نظر اين تحقيق، شامل محفظه‌هاي مربوط به سيستم الكترونيكي، رك‌هاي كنترلي و سازه‌هاي بتني براي ايستگاه قدرت مي‌باشد، لذا ميزان كيفيت حفاظت‌سازي (SE) در هريك از آن‌ها از طريق نرم‌افزار شبيه‌ساز CST، مورد بررسي قرار مي‌گيرد. نتايج به‌دست‌آمده نشان مي‌دهد كه روزنه‌هاي مستطيلي عريض تعبيه‌شده در ساختارهاي محفظه‌ها و رك‌هاي يادشده، داراي كمترين و روزنه‌هاي دايروي داراي بيشترين حفاظت الكترومغناطيسي است. نتايج شبيه‌سازي براي سازه ايستگاه‌ها نشان مي‌دهد كه ساختمان‌هاي بتني، تقريباً هيچ‌گونه حفاظتي در برابر تهديدات ندارند؛ اما در صورتي كه در ساختارشان از بتن مسلح استفاده شود، ميزان پارامتر SE در فركانس‌هاي پايين، بهبود مي‌يابد. مروري بر راهكارهاي حفاظتي، بر اساس نتايج به‌دست‌آمده از تحقيقات قبلي و شبيه‌سازي‌هاي انجام‌گرفته، مفاد بخش پاياني اين مقاله را تشكيل مي‌دهد.

Key infrastructures especially electrical power systems, from their inception to the present, have been an integral part of life in human society; therefore, have great potential to put at risk by threatfactors; for this reason, the security of their systems is tied to the national security of the overall community and trying to maintain this securityis of utmost importance to senior managers and decision makers. The factors threatening power systems include natural and human disasters. The main purpose of this paper will be modeling and simulating power systems based on passive defense against electromagnetic threats, and studying measures to enhance safety and security strategies against these types of threats. Threat detectionby determining their occurrence scenarios in which they provide guidelines to protect against interference or degradation in the power system to maintain business processes, assets and related resources is necessary. In this paper,the purpose ofpower system is a high voltage substation with a control room and the threats to that are High Altitude EMP (HEMP) and High Power EMP (HPEM). Since the major components of the power system in this paper, includeelectronic cabinets, control racks and concrete structures are for a high voltage substation, and therefore; the Shielding Effectiveness (SE) in each of them will be examined using simulation. The resultsshow thatwiderectangular windows mounted in the said chambers structures and racks havethe lowest and the circular windows have the highestelectromagnetic shielding. Simulation results for substations structure show that the concrete structures have almost no protection against