Технология осуществления силовых деструктивных воздействий по сети электропитания

Для осуществления СДВ по сетям электропитания используется специальные технические средства, которые подключаются к сети непосредственно с помощью гальванической связи через конденсатор или с помощью индуктивной связи через трансформатор. Прогнозы специалистов показывают, что вероятность использования СДВ растет год от года. Поэтому при разработке концепции безопасности объекта необходимо учитывать и возможность СДВ по сетям электропитания, для чего, в первую очередь, необходимо провести классификацию технических средств СДВ. Однако, учитывая специфическое назначение данных средств и нежелание фирм их производящих широко афишировать свою работу, задача классификации оказалась не тривиальной. Возможная классификация современных технических средств СДВ по сетям электропитания, проведенная по результатам анализа, представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Классификация технических средств СДВ по сетям электропитания

Отдельно стоит остановиться на исследовании класса «Специальные и другие ТС СДВ». К этому классу отнесены, в частности, различные суррогатные технические средства (ТС) СДВ, имеющиеся под рукой. Например, в качестве технического средства воздействия может быть использована ближайшая трансформаторная подстанция, к части вторичной обмотки, которой можно подключить ТС СДВ с емкостным накопителем, параметры которого подобраны так, что вторичная обмотка трансформатора, магнитопровод и емкостной накопитель образуют повышающий резонансный автотрансформатор. Такое силовое воздействие может вывести из строя все электронное оборудование, обслуживаемое данной подстанцией. К этому же классу отнесены и средства перепрограммирования источников бесперебойного питания (ИБП) с использованием, например, программных закладок. Такая закладка может быть активизирована соответствующей командой по сети электропитания, чтобы на короткое время перепрограммировать ИБП на максимально возможное выходное напряжение, что также приведет к выходу из строя подключенного к нему электронного оборудования.

В качестве примера высокой эффективности деструктивного воздействия ТС СДВ можно отметить относительно недорогие устройства с электролитическими конденсаторами, имеющие удельную объемную энергию, равную 2000 кДж/м3. Подобное устройство, размещенное в обычном кейсе, способно вывести из строя до 20 компьютеров одновременно. Ориентировочная стоимость такого кейса составляет от 10000 до 15000 дол. США. Ещё большую эффективность имеют молекулярные накопители (ионисторы), удельная объемная энергия которых достигает 10 МДж/м3. ТС СДВ, содержащее ионисторы, уже способно вывести из строя все компьютеры большого вычислительного центра. Стоимость такого технического средства ориентировочно составляет 50000 дол. США (стоимость и энергетические параметры ТС СДВ приведены для оценки эффективности защиты).

В последнее время на рынке обеспечения безопасности появилось большое количество технических средств, способных не только обнаруживать подозрительную технику, но одновременно и уничтожать её в случае необходимости. Ярким примером подобных технических средств является продукция французской фирмы “Cofroexport S.A.”, специализирующейся в области безопасности и радиокоммуникаций, в частности, так называемый, чемодан обнаружения радиозакладок, который обеспечивает вывод из строя электронных средств путем подключения к линии более высокого напряжения.

В настоящее время для проникновения энергии СДВ по сети питания имеется два основных канала:

1) кондуктивный путь через вторичный источник питания (ВИП);

2) наводки через паразитные емкостные и индуктивные связи, как внутренние, так и внешние (например, через сигнальные цепи и линии связи), причем, по особенностям схемотехники каналы воздействия могут быть как симметричные, так и несимметричные.

В современных ВИП основные функции защиты от мощных помех принимает на себя варистор. Однако, несмотря на большие уровни рабочих токов, они имеют предельно допустимую рассеиваемую мощность в единицы ватт, поэтому при воздействии длинных импульсов с относительно небольшим током они выходят из строя, вызывая сгорание предохранителя на входе. В этом случае ТС СДВ необходима энергия 50...100 Дж, амплитуда – 1 кВ, длительность импульса – 0,1 с.

Для вывода из строя конденсаторов входного фильтра инвертора и диодов моста ТС СДВ требуется значительно меньшая энергия, причем, чтобы обойти варисторную защиту используют разницу в напряжении пробоя конденсаторов и напряжения эффективного ограничения напряжения варистором, которая составляет 70...120 В. Задача силового воздействия решается путем использования импульсов длительностью до 5 мс, амплитудой 500...600 В и энергией 15...25 Дж. В этом случае после пробоя конденсаторов дополнительно возникает импульс тока через диоды моста, который для горячего термистора доходит до 1000 А, что выводит диоды из строя. При таком воздействии весьма вероятен выход из строя транзисторов и других элементов инвертора, а также проход деструктивных импульсов на выход ВИП, что приведет к повреждению других узлов системы безопасности.

Особо необходимо отметить возможность мощного силового деструктивного воздействия с использованием наводок через паразитные емкости между элементами и узлами схемы. Установлено, что входные высоковольтные и выходные низковольтные цепи ВИП оборудования (например, компьютеров) имеют емкостную связь через паразитную емкость, равную 10...30 пФ, а паразитная емкость, равная 5... 10 пФ, связывает сеть питания с элементами материнской платы компьютера. Через эти паразитные емкости имеется возможность путем генерации в ТС СДВ высоковольтных импульсов с наносекундным временем нарастания полностью блокировать работу программно-аппаратных средств, в том числе обеспечить искажение данных, зависание компьютеров и сбои в работе программного обеспечения. Эти возможности деструктивного воздействия накладывают дополнительные требования к защите от импульсных помех.

По результатам анализа можно сделать вывод, что традиционные ВИП недостаточны для защиты компьютеров и технических средств безопасности от СДВ. Однако, между сетью питания и ВИП, как правило, устанавливается дополнительное устройство защиты (ИБП UPS, стабилизатор, фильтр, сетевой кондиционер и т.п.), которое необходимо также учитывать при оценке устойчивости к СДВ. В системах безопасности особенно широко в последнее время стали применяться источники бесперебойного питания UPS (Uninterruptible Power Supply), на которых необходимо остановиться особо. Эти устройства предназначены для улучшения качества энергии сети переменного тока и обеспечения бесперебойного электропитания оборудования при выходе из строя электросети.

По способу управления UPS разделяются на OFF-LINE и ON-LINE типы. Главное различие заключается в выборе основного канала передачи энергии к потребителю.

Для режима OFF-LINE в основном режиме переключатель каналов подключает вход UPS к выходу через ветвь, содержащую только входной фильтр. При этом аккумуляторы подзаряжаются от маломощного зарядного устройства, а напряжение с инвертора не поступает на выход источника. В режиме аккумуляторной поддержки, когда входное напряжение отклоняется от допустимых пределов или пропадает, переключатель каналов подключает ветвь, содержащую инвертор, и энергия к потребителю поступает от аккумуляторов.

Режим ON-LINE характеризуется постоянством включения ветви, содержащей мощное зарядное устройство, аккумулятор и инвертор на выход блока UPS. Подобная схема позволяет не только исключить время переключения, но и обеспечить гальваническую развязку вход-выход, иметь стабильное синусоидальное выходное напряжение. При выходе из строя какого-либо каскада в прямой ветви передачи энергии, перегрузках, а так же при разряде аккумуляторов, переключатель каналов подключает ветвь, соединяющую вход-выход через фильтр. Этот вспомогательный путь передачи энергии, получивший название байпас (BY PASS), имеет особое значение при СДВ и позволяет обойти защиту UPS для поражения более важных блоков системы безопасности, например, компьютера.

В последнее время появились линейно-интерактивные (line interactive) UPS, которые являются дальнейшим развитием технологии off-line. Они отличаются наличием на входе стабилизирующего автотрансформатора, что способствует стабилизации выходного напряжения UPS. В некоторых случаях, если допустимы перерывы в питании на несколько миллисекунд, линейно-интерактивные UPS оказываются предпочтительнее типа off-line и дешевле on-line устройств.

Обычно при СДВ по сети питания UPS выходит из строя, причем в этом случае срабатывает байпас и через него энергия ТС СДВ достигает цели в обход UPS. Кроме того, как правило, у тиристорных стабилизаторов, корректоров напряжения, переключателей сети при СДВ происходит самопроизвольное “отпирание” тиристоров вопреки штатному алгоритму схемы управления с аварийным отключением или выходом из строя. Таким образом, традиционные устройства защиты питания не только не защищают от СДВ системы безопасности, но и сами весьма подвержены деструктивному воздействию. Основные рекомендации по защите систем безопасности от СДВ по сети электропитания приведены в таблице 2.

Таблица 2