Какие факторы влияют на надежность работы электрооборудования

Конструктивные факторы обусловлены установкой в устройство малонадежных элементов; недостатками схемных и конструктивных решений, принятых при проектировании; применением комплектующих элементов, не соответствующих условиям окружающей среды.

Производственные факторы обусловлены нарушениями технологических процессов, загрязненностью окружающего воздуха, рабочих мест и приспособлений, слабым контролем качества изготовления и монтажа и др.

В процессе монтажа электротехнических устройств их надежность может быть снижена при несоблюдении требований технологии.

Условия эксплуатации оказывают наибольшее влияние на надежность электротехнических устройств. Удары, вибрация, перегрузки, температура, влажность, солнечная радиация, песок, пыль, плесень, коррозирующие жидкости и газы, электрические и магнитные поля — все влияет на работу устройств.

Различные условия эксплуатации по-разному могут сказываться на сроке службы и надежности работы электроустановок. Ударно-вибрационные нагрузки значительно снижают надежность электротехнических устройств.

Воздействие ударно-вибрационных нагрузок может в ряде случае быть значительнее воздействия других механических, а также электрических и тепловых нагрузок. В результате длительного знакопеременного воздействия даже небольших ударно-вибрационных нагрузок происходит накопление усталости в элементах, что приводит обычно к внезапным отказам. Под воздействием вибраций и ударов возникают многочисленные механические повреждения элементов конструкции, ослабляются их крепления и нарушаются контакты электрических соединений.

Физическая природа повышения опасности отказов устройств при их включении и выключении заключается в том, что во время переходных процессов в их элементах возникают сверхтоки и перенапряжения, значение которых часто намного превосходит (хотя и кратковременно) значения, допустимые техническими условиями.

Электрические и механические перегрузки происходят в результате неисправности механизмов, значительных изменений частоты или напряжения питающей сети, загустения смазки механизмов в холодную погоду, превышения номинальной расчетной температуры окружающей среды в отдельные периоды года и дня и т. д.

Перегрузки приводят к повышению температуры нагрева изоляции электротехнических устройств выше допустимой и резкому снижению срока ее службы.

Климатические воздействия, более всего температура и влажность, влияют на надежность и долговечность любого электротехнического устройства.

При низких температурах снижается ударная вязкость металлических деталей электротехнических устройств: меняются значения технических параметров полупроводниковых элементов; происходит «залипание» контактов реле; разрушается резина.

Вследствие замерзания или загустения смазочных материалов затрудняется работа переключателей, ручек управления и других элементов. Высокие температуры также вызывают механические и электрические повреждения элементов электротехнического устройства, ускоряя его износ и старение.

Влияние повышенной температуры на надежность работы электротехнических устройств проявляется в самых разнообразных формах: образуются трещины в изоляционных материалах, уменьшается сопротивление изоляции, а значит, увеличивается опасность электрических пробоев, нарушается герметичность (начинают вытекать заливочные и пропиточные компаунды.

В результате нарушения изоляции в обмотках электромагнитов, электродвигателей и трансформаторов возникают повреждения. Заметное влияние оказывает повышенная температура на работу механических элементов электротехнических устройств.

Под влиянием влаги происходит очень быстрая коррозия металлических деталей электротехнических устройств, уменьшается поверхностное и объемное сопротивление изоляционных материалов, появляются различные утечки, резко увеличивается опасность поверхностных пробоев, образуется грибковая плесень, под воздействием которой поверхность материалов разъедается и электрические свойства устройств ухудшаются.

Качество эксплуатации электротехнических устройств зависит от степени научной обоснованности применяемых методов эксплуатации и квалификации обслуживающего персонала (знание материальной части, теории и практики надежности, умение быстро находить и устранять неисправности и т.п.).

Применение профилактических мероприятий (регламентные работы, осмотры, испытания), ремонта, использование опыта эксплуатации электротехнических устройств обеспечивают их более высокую эксплуатационную надежность.

Источник

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Какие факторы влияют на надежность работы электрооборудования

Опыт эксплуатации
указывает, что надежность работы электрического оборудования находится в зависимости от бессчетных
и различных причин, которые условно могут быть разбиты на четыре
группы; конструктивные, производственные, монтажные, эксплуатационные.

Конструктивные причины обоснованы
установкой в устройство малонадежных частей; недочетами схемных и
конструктивных решений, принятых при проектировании; применением девайсов
частей, не соответственных условиям среды.

Производственные причины обоснованы
нарушениями технологических процессов, загрязненностью окружающего воздуха,
рабочих мест и приспособлений, слабеньким контролем свойства производства и монтажа
и др.

В процессе монтажа
электротехнических устройств их надежность может быть снижена при несоблюдении
требований технологии.

Условия эксплуатации оказывают наибольшее
воздействие на надежность электротехнических устройств. Удары, вибрация, перегрузки,
температура, влажность, солнечная радиация, песок, пыль, плесень, коррозирующие
воды и газы, электронные и магнитные поля — все оказывает влияние на работу
устройств.

Разные условия
эксплуатации по-разному могут сказываться на сроке службы и надежности работы
электроустановок. Ударно-вибрационные нагрузки существенно понижают надежность
электротехнических устройств.

Воздействие ударно-вибрационных нагрузок может в ряде случае быть значительнее воздействия других механических, а
также электронных и термических нагрузок. В итоге долгого
знакопеременного воздействия даже маленьких ударно-вибрационных нагрузок
происходит скопление вялости в элементах, что приводит обычно к неожиданным
отказам. Под воздействием вибраций и ударов появляются бессчетные
механические повреждения частей конструкции, ослабляются их крепления и
нарушаются контакты электронных соединений.

Физическая природа
увеличения угрозы отказов устройств при их включении и выключении заключается
в том, что во время переходных процессов в их элементах появляются сверхтоки и
перенапряжения, значение которых нередко намного превосходит (хотя и
краткосрочно) значения, допустимые техническими критериями.

Электронные и механические перегрузки происходят в итоге неисправности устройств, значимых конфигураций
частоты либо напряжения питающей сети, загустения смазки устройств в прохладную
погоду, превышения номинальной расчетной температуры среды в
отдельные периоды года и денька и т. д.

Перегрузки приводят к
увеличению температуры нагрева изоляции электротехнических устройств выше
допустимой и резкому понижению срока ее службы.

При низких температурах понижается ударная
вязкость железных деталей электротехнических устройств: изменяются значения
технических характеристик полупроводниковых частей; происходит «залипание»
контактов реле; разрушается резина.

Вследствие замерзания
либо загустения смазочных материалов затрудняется работа тумблеров, ручек
управления и других частей. Высочайшие температуры также вызывают механические и
электронные повреждения частей электротехнического устройства, ускоряя его
износ и старение.

Воздействие завышенной температуры на
надежность работы электротехнических устройств проявляется в самых
различных формах: образуются трещинкы в изоляционных материалах, миниатюризируется
сопротивление изоляции, а означает, возрастает опасность электронных
пробоев, нарушается плотность (начинают вытекать заливочные и пропиточные
компаунды.

В итоге
нарушения изоляции в обмотках электромагнитов, электродвигателей и
трансформаторов появляются повреждения. Приметное воздействие оказывает завышенная
температура на работу механических частей электротехнических устройств.

Под воздействием воды происходит очень
стремительная коррозия железных деталей электротехнических устройств,
миниатюризируется поверхностное и объемное сопротивление изоляционных материалов,
возникают разные утечки, резко возрастает опасность поверхностных
пробоев, появляется грибковая плесень, под воздействием которой поверхность
материалов разъедается и электронные характеристики устройств ухудшаются.

Качество эксплуатации электротехнических устройств находится в зависимости от степени научной обоснованности используемых способов
эксплуатации и квалификации обслуживающего персонала (познание вещественной
части, теории и практики надежности, умение стремительно отыскивать и устранять
неисправности и т.п.).

Применение
профилактических мероприятий (регламентные работы, осмотры, тесты),
ремонта, внедрение опыта эксплуатации электротехнических устройств
обеспечивают их более высшую эксплуатационную надежность.

Источник

Защита компьютеров: электронные системы идентификации и аутентификации

Сравнительный анализ систем защиты на базе смарт-карт, радиочастотных идентификаторов, USB-ключей, iButton

Важное место в области 3A занимают аппаратно-программные системы идентификации и аутентификации (СИА), или устройства ввода идентификационных признаков (термин соответствует ГОСТ Р 51241-98), предназначенные для обеспечения защиты от НСД к компьютерам. При использовании СИА доступ пользователя к компьютеру осуществляется только после успешного выполнения процедуры идентификации и аутентификации. Идентификация заключается в распознавании пользователя по присущему или присвоенному ему идентификационному признаку. Проверка принадлежности пользователю предъявленного им идентификационного признака осуществляется в процессе аутентификации.

В состав СИА входят аппаратные идентификаторы, устройства ввода-вывода (считыватели, контактные устройства, адаптеры, разъемы системной платы и др.) и соответствующее ПО. Идентификаторы предназначены для хранения уникальных идентификационных признаков. Кроме этого они могут хранить и обрабатывать конфиденциальные данные. Устройства ввода-вывода и ПО осуществляют обмен данными между идентификатором и защищаемым компьютером.

В нашем обзоре «Аппаратно-программные средства контроля доступа» (см. PC Week/RE, N 9/2003, с. 25) проводилась классификация СИА, рассматривались принципы их функционирования и рассказывалось об изделиях ведущих компаний-разработчиков.

В настоящей статье основное внимание уделяется классу электронных СИА. Этот выбор основывается на том факте, что сегодня на российском рынке компьютерной безопасности данные системы обладают наибольшей привлекательностью в силу их высокой эффективности и приемлемой цены.

Классификация электронных систем идентификации и аутентификации

В электронных СИА идентификационные признаки представляются в виде цифрового кода, хранящегося в памяти идентификатора. По способу обмена данными между идентификатором и устройством ввода-вывода электронные СИА подразделяются (см. рис. 1) на контактные и бесконтактные. Контактное считывание подразумевает непосредственное соприкосновение идентификатора с устройством ввода-вывода. Бесконтактный (дистанционный) способ обмена не требует четкого позиционирования идентификатора и устройства ввода-вывода. Чтение или запись данных происходит при поднесении идентификатора на определенное расстояние к устройству ввода-вывода.

Рис. 1. Классификация электронных СИА

Современные электронные СИА разрабатываются на базе следующих идентификаторов (см. рис. 2):

Рис. 2. Идентификаторы

В табл. 1 перечислены ведущие мировые поставщики электронных СИА. Безусловно, этот список далеко не полон.

Первый шаг в создании карт-идентификаторов был сделан в Германии в 1968 г., когда Юргену Деслофу и Гельмуту Гротруппу удалось поместить интегральную схему в кусочек пластика. В 1974 г. француз Ролан Морено запатентовал идею интеграции микросхемы в пластиковую карту. Но только в конце 80-х годов достижения в области микроэлектроники сделали возможным воплощение этой идеи в жизнь.

Системы идентификации и аутентификации на базе USB-ключей появились в конце 90-х годов. Являясь преемником смарт-карт-технологий и технологий электронных ключей, используемых для защиты программного обеспечения, USB-ключи довольно быстро завоевали популярность. Согласно отчету IDC (Identity Management in a Virtual World, C. J. Kolodgy, июнь 2003), в 2004 г. по сравнению с 2003-м ожидается увеличение продаж USB-токенов на 161%.

В России помимо продукции зарубежных фирм широко представлены отечественные изделия. Наши разработчики традиционно сильны в области радиочастотной идентификации. Лидирующие позиции в создании RFID-систем на российском рынке компьютерной безопасности занимают ОАО «Ангстрем» (www.angstrem.ru) и компания Parsec (www.parsec-tm.ru).

В 1998 г. объединенными усилиями предприятий «Ангстрем», «Программные системы и технологии» и НТЦ «Атлас» (www.stcnet.ru) при непосредственном участии ФАПСИ была выпущена первая российская интеллектуальная карта РИК, в которой был реализован отечественный криптографический алгоритм в соответствии с ГОСТ 28147-89. Эта микропроцессорная карточка разработана с соблюдением международных стандартов ISO 7816 и совместима с рекомендациями EMV.

Сегодня имеется довольно много предложений по защите компьютеров от НСД с помощью электронных СИА. Остается только правильно выбрать.

Ключевые параметры систем идентификации и аутентификации

Выбор СИА целесообразно проводить путем сравнения наиболее важных характеристик изделий. В качестве таких характеристик предлагаются следующие (см. рис. 3):

— структура и состав устройства ввода-вывода;

— интеграция с электронными замками (ЭЗ) и системами защиты информации (СЗИ);

Рис. 3. Факторы, влияющие на выбор СИА

Этот перечень не является исчерпывающим. Но, на наш взгляд, анализа предложенных характеристик достаточно для того, чтобы сделать выбор в пользу той или иной СИА.

С точки зрения стоимости на российском рынке наиболее предпочтительны СИА на базе USB-ключей и iButton, в составе которых отсутствуют дорогостоящие считыватели.

Ориентировочные цены СИА приведены в табл. 2 и зависят от типа изделий, размера покупаемой партии, фирмы-продавца и других факторов. Но даже и эти величины позволяют провести сравнительный анализ стоимости аппаратных компонентов СИА.

Таблица 2. Ориентировочные цены СИА

Контактные идентификаторы подразделяются на идентификаторы iButton, смарт-карты и USB-ключи.

Идентификатор iButton представляет собой встроенную в герметичный стальной корпус микросхему (чип), питание которой обеспечивает миниатюрная литиевая батарейка. Основу чипа (рис. 4) составляют мультиплексор и память. Помимо этого некоторые типы идентификаторов содержат дополнительные компоненты. Так, например, в идентификаторе DS1963S имеется микроконтроллер, предназначенный для вычисления в соответствии со стандартом SHA-1 160-разрядного кода аутентификации сообщений и генерации ключей доступа для страниц памяти, а в корпус идентификатора DS1994L встроены часы реального времени.

Рис. 4. Структура iButton

Память идентификаторов iButton состоит из следующих компонентов:

— постоянная память ROM;

В табл. 3 представлены основные характеристики памяти идентификаторов iButton, используемых для защиты компьютеров от НСД.

Таблица 3. Идентификаторы iButton

В ROM хранится 64-разрядный код, состоящий из 48-разрядного уникального серийного номера (идентификационного признака), восьмиразрядного кода типа идентификатора и восьмиразрядной контрольной суммы. Память NV RAM может быть использована для хранения как общедоступной, так и конфиденциальной информации (криптографических ключей, паролей доступа и других данных). Память SM является буферной и выполняет функции блокнотной памяти.

Контактные смарт-карты принято делить на процессорные карты и карты с памятью. Обычно они выпускаются в виде пластиковых карточек.

Основу внутренней структуры современной процессорной смарт-карты составляет чип, в состав которого входят процессор (или несколько процессоров), оперативная память RAM, постоянная память ROM и энергонезависимая программируемая постоянная память PROM (рис. 5).

Рис. 5. Структура контактной процессорной смарт-карты

Оперативная память используется для временного хранения данных, например результатов вычислений, произведенных процессором. Емкость памяти составляет несколько килобайт.

В постоянной памяти ROM (обычно масочная) хранятся команды, исполняемые процессором, и другие неизменяемые данные. Информация в ROM записывается в процессе производства карты. Емкость памяти может составлять десятки килобайт.

Память PROM в смарт-картах используется двух типов: однократно программируемая EPROM и более распространенная многократно программируемая EEPROM. В ней хранятся пользовательские данные, которые могут считываться, записываться и модифицироваться, и конфиденциальные данные (например, криптографические ключи), недоступные для прикладных программ. Емкость памяти составляет десятки и сотни килобайт.

Центральный процессор смарт-карты (обычно это RISC-процессор) обеспечивает реализацию разнообразных процедур обработки данных, контроль доступа к памяти и управление ходом выполнения вычислительного процесса.

На специализированный процессор возлагается реализация различных процедур, необходимых для повышения защищенности СИА, в том числе:

— генерация криптографических ключей;

— реализация криптографических алгоритмов (ГОСТ 28147-89, DES, 3DES, RSA, SHA-1);

— выполнение операций с электронной цифровой подписью (генерация и проверка);

— выполнение операций с PIN-кодом.

USB-ключи предназначаются для работы с USB-портом компьютера. Конструктивно они изготавливаются в виде брелоков, к которым вполне можно прикрепить связку ключей. Брелоки выпускаются в цветных корпусах и имеют световые индикаторы работы. Каждый идентификатор имеет прошиваемый при изготовлении уникальный 32/64-разрядный серийный номер.

Как было отмечено выше, USB-ключи являются преемниками контактных смарт-карт. Поэтому структуры USB-ключей и смарт-карт практически идентичны. Объемы аналогичных запоминающих устройств также соответствуют друг другу. В состав USB-ключей могут входить:

Таблица 4. Бесконтактные идентификаторы

Идентификаторы Proximity функционируют на частоте 125 кГц. В состав чипа входит микросхема памяти (или микросхема с «жесткой» логикой) со вспомогательными блоками: модулем программирования, модулятором, блоком управления и другими модулями. Емкость памяти составляет от 8 до 256 байт. В Proximity в основном используется однократно программируемая EPROM, но встречается и перезаписываемая EEPROM. В памяти содержатся уникальный номер идентификатора, код устройства и служебная информация (биты четности, биты начала и конца передачи кода и т. д.).

Системы идентификации и аутентификации на базе Proximity криптографически не защищены (за исключением заказных систем).

Бесконтактные смарт-карты функционируют на частоте 13,56 МГц и разделяются на два класса, которые базируются на международных стандартах ISO/IEC 14443 и ISO/IEC 15693.

Для реализации функций шифрования и аутентификации в идентификаторах стандарта ISO/IEC 14443 могут применяться чипы трех видов: микросхема с «жесткой» логикой MIFARE, процессор, криптографический процессор. Технология MIFARE является разработкой компании Philips Electronics и представляет собой расширение ISO/IEC 14443 (версия А).

Стандарт ISO/IEC 15693 разработан с целью увеличения дистанции применения бесконтактного идентификатора до 1 м. На этом расстоянии обмен данными происходит со скоростью 26,6 кбит/с.

Выбор СИА может зависеть от структуры и состава устройства ввода-вывода, обеспечивающего обмен данными между идентификатором и защищаемым компьютером.

Наиболее просто обмен данными осуществляется в СИА на базе USB-ключей. В этих системах аппаратное устройство ввода-вывода отсутствует: идентификатор подсоединяется к USB-порту рабочей станции, портативного компьютера, клавиатуры или монитора напрямую либо с помощью кабеля-удлинителя.

В СИА на базе iButton обмен информацией с компьютером идет в соответствии с протоколом однопроводного интерфейса 1-Wire через последовательный, параллельный и USB-порты, а также дополнительную плату расширения. Данные записываются в идентификатор и считываются из него путем прикосновения корпуса iButton к контактному устройству, встроенному в адаптер соответствующего порта, либо к контактному устройству с удлинительным кабелем, присоединенным к адаптеру. Гарантированное количество контактов iButton составляет несколько миллионов соединений.

К недостаткам СИА на базе iButton следует отнести отсутствие встроенных в идентификаторы криптографических средств, реализующих шифрование данных при их хранении и передаче в компьютер. Поэтому iButton обычно используется совместно с другими системами, на которые возлагаются функции шифрования.

Конечно, по степени механической надежности радиочастотные идентификаторы, смарт-карты и USB-ключи уступают iButton. Пластику соревноваться со сталью трудно. Выход из строя карты вследствие механических повреждений является не таким уж редким событием. Проводившиеся в ходе реализации французского проекта GIE Carte Bancaire десятилетние исследования над 22 миллионами карт показали, что вероятность их отказа по ряду причин (куда также входят механические повреждения) составляет 0,022.

«Узким» местом USB-ключей является и ресурс их USB-разъемов. Разработчики данных идентификаторов даже включают этот показатель в технические спецификации изделий. Например, для идентификаторов семейства eToken (www.ealaddin.com) гарантированное число подключений составляет не менее 5000 раз.

Достоинство радиочастотных идентификаторов, смарт-карт и USB-ключей состоит в том, что в их состав входят защищенная энергонезависимая память и криптографический процессор, позволяющие повысить уровень защиты устройств. Однако и атакующая сторона не дремлет, придумывая разнообразные способы вскрытия секретной информации.

Опубликовано множество работ, в которых описываются разнообразные атаки на чипы идентификаторов. Эти исследования носят как теоретический, так и практический характер. К теоретическим методам вскрытия относят, в частности, атаки Bellcore, дифференциальный анализ искажений DFA (Differential Fault Analysis) и питания DPA (Differential Power Analysis). К практическим методам можно отнести глитчинг (glitching) и физические атаки, направленные на распаковку чипа и извлечение необходимой информации.

Интеграция с электронными замками и системами защиты информации

В табл. 5 представлены сведения о внедрении электронных СИА разного типа в вышеуказанные изделия.

Таблица 5. Интеграция СИА с ЭЗ и СЗИ

Из таблицы видно, что наибольшей популярностью у разработчиков пользуется СИА на базе iButton.

Защита компьютеров от НСД со стороны злоумышленников является составной частью комплексного подхода к организации корпоративной информационной безопасности. В России имеется немало предложений в этой области, среди которых важное место занимают рассмотренные в статье электронные системы идентификации и аутентификации. Решение о необходимости и выборе той или иной системы (на базе iButton, смарт-карт, радиочастотных идентификаторов или USB-ключей) остается за руководителем компании. Автор надеется, что в этом вопросе данная публикация окажет посильную помощь.

Источник