Proteção EMP: como proteger equipamentos e infraestruturas contra impulsos eletromagnéticos

Vivemos rodeados de tecnologia.

Comunicações, sistemas de segurança, energia, computadores, servidores, equipamentos médicos, sistemas de controlo e muitos dos dispositivos utilizados diariamente dependem de componentes eletrónicos.

Esta dependência torna a proteção da eletrónica uma componente importante da resiliência de determinadas habitações, empresas e infraestruturas críticas.

Entre os fenómenos que podem afetar esses sistemas encontram-se os impulsos eletromagnéticos, conhecidos pela sigla EMP, Electromagnetic Pulse.

Mas o que é exatamente um EMP? Que equipamentos podem ser afetados? E como podem uma gaiola de Faraday, uma divisão protegida ou mesmo uma solução portátil ajudar a reduzir essa vulnerabilidade?

O que é um EMP?

Um impulso eletromagnético, EMP, é uma perturbação eletromagnética de curta duração capaz de interagir com sistemas elétricos e eletrónicos.

Existem diferentes tipos e origens possíveis de perturbações eletromagnéticas.

Um dos conceitos mais conhecidos é o HEMP, High-Altitude Electromagnetic Pulse, associado a uma explosão nuclear a elevada altitude.

Um HEMP caracteriza-se por incluir componentes de elevada amplitude e curta duração e por poder afetar sistemas elétricos e eletrónicos numa área extensa.

Existe também a IEMI, Intentional Electromagnetic Interference, que corresponde à utilização deliberada de energia eletromagnética para interferir com equipamentos ou sistemas.

Ao contrário de um HEMP, que apresenta características de banda larga, determinadas fontes de IEMI podem concentrar energia numa faixa de frequências mais limitada.

Porque pode um EMP afetar equipamentos eletrónicos?

Os equipamentos eletrónicos funcionam através de circuitos concebidos para operar dentro de determinados limites elétricos.

Uma perturbação eletromagnética suficientemente intensa pode induzir tensões e correntes em componentes, cabos e sistemas ligados.

Existem, por isso, duas vias principais que devem ser consideradas num projeto de proteção:

energia eletromagnética radiada, que pode alcançar diretamente equipamentos através do campo eletromagnético;

energia conduzida, que pode entrar numa zona protegida através de cabos de alimentação, comunicações e outras ligações condutoras.

Esta distinção é importante porque significa que uma solução de proteção EMP não deve ser analisada apenas como uma parede metálica.

A instalação completa deve ser considerada.

Que sistemas podem justificar proteção EMP?

A relevância depende sempre da criticidade dos equipamentos e do nível de resiliência pretendido.

Entre os sistemas onde a proteção eletromagnética pode assumir maior importância encontram-se:

• sistemas de comunicações;
• centros de dados e servidores;
• equipamentos de segurança;
• sistemas de controlo e automação;
• infraestruturas energéticas;
• telecomunicações;
• hospitais e instalações de saúde;
• sistemas de abastecimento e tratamento de água;
• infraestruturas financeiras;
• transportes;
• instalações industriais;
• equipamentos eletrónicos de emergência.

A CISA e o Departamento de Energia dos Estados Unidos incluem os fenómenos eletromagnéticos entre os riscos considerados na resiliência de determinadas infraestruturas críticas.

Como funciona a proteção contra EMP?

Não existe uma única solução capaz de responder a todos os cenários.

A proteção é normalmente desenvolvida através de várias medidas complementares destinadas a limitar a quantidade de energia eletromagnética que alcança os equipamentos protegidos.

Entre os principais elementos encontram-se a blindagem eletromagnética, proteção das entradas, filtragem, grounding e bonding e controlo das diferentes penetrações da barreira protegida.

1. Gaiola de Faraday e blindagem eletromagnética

Uma das formas mais conhecidas de proteção é a gaiola de Faraday.

O princípio consiste na criação de uma envolvente eletricamente condutora em torno da área ou equipamento que se pretende proteger.

Em aplicações de elevada exigência, esta envolvente deve apresentar continuidade elétrica nas paredes, teto, chão, juntas e restantes interfaces.

A MIL-STD-188-125-1, utilizada como referência para proteção HEMP de determinadas instalações militares terrestres críticas, descreve precisamente uma barreira eletromagnética formada por uma envolvente condutora contínua, com as juntas e uniões eletromagneticamente fechadas.

Uma gaiola de Faraday deve, portanto, ser analisada como um sistema e não apenas como um revestimento metálico.

2. As entradas são tão importantes como as paredes

Uma sala protegida necessita normalmente de portas, eletricidade, ventilação e, em muitos casos, comunicações.

Cada uma destas ligações representa uma penetração da barreira eletromagnética.

É precisamente nestes pontos que um projeto de proteção exige maior atenção.

Uma estrutura pode possuir uma boa envolvente metálica e ainda assim apresentar uma vulnerabilidade se uma passagem de cabos, porta ou abertura não estiver devidamente integrada na solução.

Por isso, numa infraestrutura protegida devem ser considerados elementos como:

• portas;
• cabos de alimentação;
• comunicações;
• ventilação;
• tubagens;
• juntas;
• entradas técnicas.

A CISA identifica igualmente as penetrações da barreira e a sua integração com a proteção eletromagnética como elementos relevantes numa estratégia de proteção EMP.

3. Proteção das linhas de energia

A eletricidade constitui uma das principais ligações entre uma zona protegida e o exterior.

Por esse motivo, uma instalação com proteção EMP pode necessitar de soluções específicas para limitar impulsos conduzidos através das linhas elétricas.

Em ambientes de elevada proteção podem ser utilizados sistemas de filtragem e supressão apropriados ao tipo de ameaça e às características elétricas da instalação.

A própria arquitetura da proteção HEMP prevista na MIL-STD-188-125-1 contempla dispositivos de proteção associados aos pontos de entrada da instalação.

4. Comunicações e cabos de dados

Os mesmos princípios aplicam-se às comunicações.

Cabos de rede, sistemas de telecomunicações, sensores e outros condutores que atravessem a barreira protegida podem constituir caminhos de entrada.

Por esse motivo, o desenho deve procurar reduzir e controlar estas ligações.

Sempre que tecnicamente adequado, a utilização de ligações que reduzam a continuidade elétrica entre o exterior e os equipamentos protegidos pode também fazer parte da arquitetura de proteção.

5. Ventilação protegida

Um bunker, shelter ou sala técnica não pode ser simplesmente selado.

Pessoas e equipamentos necessitam de circulação de ar.

A ventilação cria, contudo, uma abertura na barreira eletromagnética.

Existem soluções técnicas que permitem a passagem de ar enquanto procuram preservar o desempenho da blindagem eletromagnética. A Holland Shielding identifica precisamente a ventilação protegida como um dos componentes de uma instalação destinada a proteção EMP.

Este exemplo demonstra porque a proteção EMP deve ser considerada logo durante o desenvolvimento do projeto.

6. Grounding e bonding

A proteção eletromagnética envolve também a forma como os componentes metálicos e os sistemas elétricos estão ligados entre si e à infraestrutura de terra.

A CISA destaca a importância de um sistema de grounding adequadamente concebido e da ligação elétrica da barreira de proteção ao sistema de terra da instalação.

O bonding, isto é, a criação de ligações elétricas adequadas entre elementos condutores, é igualmente importante para manter a continuidade da barreira.

Grounding, bonding e blindagem devem, por isso, ser analisados em conjunto.

Proteção EMP adaptada àquilo que pretende proteger

Uma das ideias mais importantes é que não é necessário proteger sempre uma casa, bunker ou edifício completo.

O nível e dimensão da proteção podem ser adaptados àquilo que realmente necessita de ser preservado.

Na Portugal Bunkers & Shelters, a proteção eletromagnética pode ser estudada em diferentes escalas, desde pequenos equipamentos essenciais até divisões completas.

Malas de Faraday para bens essenciais

Para quem pretende proteger apenas determinados equipamentos, uma solução compacta pode ser suficiente.

Uma mala com blindagem baseada no princípio da gaiola de Faraday permite criar uma zona protegida destinada ao armazenamento de equipamentos selecionados.

Pode fazer sentido para bens como:

• rádios;
• dispositivos de comunicação;
• telemóveis;
• tablets;
• computadores portáteis;
• discos externos e sistemas de armazenamento;
• equipamentos eletrónicos de emergência;
• pequenos equipamentos médicos;
• componentes eletrónicos de reserva.

A vantagem deste conceito é simples: em vez de proteger uma divisão inteira, a proteção concentra-se apenas naquilo que é considerado essencial.

É também uma solução portátil, permitindo transportar os equipamentos protegidos quando necessário.

Tendas de Faraday personalizadas

Quando uma mala é demasiado pequena, mas não se justifica construir uma divisão permanente, pode recorrer-se a uma solução intermédia.

Uma tenda de Faraday utiliza materiais de blindagem eletromagnética para criar um espaço protegido de maiores dimensões.

Pode ser dimensionada e personalizada de acordo com a utilização pretendida.

Esta solução pode ser considerada, por exemplo, para:

• equipamentos informáticos;
• servidores;
• sistemas de comunicação;
• equipamentos técnicos;
• zonas temporárias de proteção;
• equipamentos que necessitam de permanecer acessíveis;
• aplicações onde seja necessária uma solução desmontável ou transportável.

A configuração deve ser adaptada às dimensões, acessos, alimentação elétrica, comunicações e requisitos de utilização do projeto.

Divisões completas com proteção EMP

Para requisitos superiores pode ser criada uma divisão completa com blindagem eletromagnética.

Neste caso, a própria divisão passa a constituir a barreira de proteção.

Paredes, chão e teto formam a envolvente condutora, enquanto portas, ventilação, energia, comunicações e restantes penetrações são incorporadas no projeto.

Esta abordagem pode ser particularmente relevante para:

• bunkers;
• shelters;
• safe rooms;
• salas técnicas;
• centros de comunicações;
• salas de servidores;
• centros de controlo;
• instalações empresariais;
• infraestruturas críticas.

A vantagem é permitir manter vários sistemas dentro de uma única zona protegida.

Proteção EMP integrada num bunker

Num bunker moderno, muitos dos sistemas necessários à autonomia dependem de eletrónica.

É o caso de:

• comunicações;
• sistemas de ventilação;
• sensores;
• CCTV;
• controlo de acessos;
• armazenamento de energia;
• gestão elétrica;
• equipamentos de monitorização;
• sistemas informáticos.

Por esse motivo, a proteção eletromagnética pode ser considerada desde a fase de projeto, juntamente com outras componentes de proteção.

Esta integração desde o início permite compatibilizar mais facilmente a blindagem com a estrutura, portas, ventilação, energia e comunicações do bunker.

Dependendo das necessidades do utilizador, a proteção pode abranger apenas determinados equipamentos ou uma zona técnica completa.

A proteção EMP deve ser testada?

Sim, quando existe um requisito de desempenho definido.

Não basta assumir que uma estrutura funciona como gaiola de Faraday apenas porque é construída em metal.

Juntas, portas, cabos, ventilação e outras descontinuidades podem alterar substancialmente o comportamento da instalação.

Por isso, instalações com requisitos específicos podem ser submetidas a ensaios de eficácia de blindagem e testes das diferentes vias de entrada.

A MIL-STD-188-125-1 inclui requisitos específicos de ensaio e verificação para as instalações abrangidas pela norma, incluindo procedimentos relacionados com eficácia de blindagem e injeção de correntes pulsadas.

O nível de teste necessário depende, contudo, do objetivo de cada instalação.

Proteção EMP não significa apenas uma gaiola de Faraday

Uma gaiola de Faraday é uma componente fundamental de muitas soluções de proteção eletromagnética.

Mas a proteção de uma infraestrutura completa é mais abrangente.

É necessário considerar simultaneamente:

• a envolvente de blindagem;
• portas e juntas;
• linhas de alimentação;
• cabos de comunicações;
• ventilação;
• tubagens e restantes penetrações;
• grounding e bonding;
• equipamentos instalados;
• manutenção da continuidade da proteção;
• testes e validação.

É a combinação destes elementos que permite desenvolver uma solução coerente.

Soluções personalizadas de proteção EMP

Não existem duas necessidades exatamente iguais.

Uma família pode querer preservar apenas comunicações e equipamentos essenciais.

Uma empresa pode necessitar de proteger servidores ou sistemas de controlo.

Uma infraestrutura crítica pode exigir que vários sistemas continuem disponíveis.

Por isso, a Portugal Bunkers & Shelters pode estudar soluções de proteção EMP adaptadas ao nível de proteção e à escala de cada projeto, incluindo:

malas de Faraday para proteção de bens e equipamentos essenciais;

tendas de Faraday personalizadas;

divisões completas com blindagem eletromagnética;

integração da proteção EMP em bunkers, shelters e safe rooms;

proteção de salas técnicas e equipamentos críticos.

O primeiro passo é identificar o que necessita realmente de permanecer protegido e operacional.

A partir daí pode ser definida a dimensão da área protegida, os acessos necessários, as ligações ao exterior e a solução técnica adequada.

Pretende integrar proteção EMP no seu projeto?

A proteção eletromagnética deve ser pensada de acordo com os equipamentos, infraestrutura e nível de resiliência pretendido.

A Portugal Bunkers & Shelters desenvolve soluções de proteção e engenharia adaptadas a projetos residenciais, empresariais e infraestruturas especiais.

Desde a proteção de pequenos equipamentos essenciais até à criação de uma divisão de Faraday integrada num bunker ou instalação técnica, cada solução pode ser desenvolvida de acordo com as necessidades específicas do projeto.

Fale com a Portugal Bunkers & Shelters para analisar as necessidades de proteção EMP do seu projeto