EMP Schutz - Eine einfache Lösung

In der Planung sollte man auch überlegen, was das Schutzziel ist. Beim Server wäre das vielleicht Schutz vor Verlust oder Schutz vor Ausfall. Um was für einen Server handelt es sich? Kann ja alles vom kleinen NAS über HP Micro Server, standard 19" Hardware bis zum Bladesystem usw. sein.

Zu meinem Gedankengang: Wenn es um Ausfallschutz geht, muss ich mir schon um die AC Seite einige Gedanken machen - ohne funktionierendes Netzteil kein Betrieb. Wenn aber "nur" die Zerstörung des Geräts verhindert werden soll und z.B. entsprechende Ersatzteile verfügbar sind, kann es einfacher werden. Vielleicht besteht die Möglichkeit Netzteil und Servergehäuse zu entkoppeln, das könnte Spielraum für weitere Schutzeinrichtungen bieten (Größe spielt dann keine Rolle, könnte beim Preis relevant sein) usw.

vermutlich ist es kostengünstiger backup hardware und backups in ner emp box zu lagern und den server ungeschützt zu betreiben.

Geht um was kleines kompaktes, was auch nicht permanent laufen muss, sondern eher automatische spiegelung von nem anderen server

Hier mal ein kleines Prinzip-Schaltbild für einen simplen, aber wirksamen Überspannungsschutz. (Quelle)

Input-seitig hat man die Spannungsversorgung ("Phase" (L) bei Wechselstrom und den mit Erde (PE) verbundenen Neutralleiter (N). Bei einem Gleichspannungsnetz wäre die obere Leitung "+" (statt L) und die unter Leitung "-" (statt N). Kommt nun von außen ein NEMP daher, dann steigt die Spannung auf den Eingangsleitungen sprunghaft an. Die erste Schutzbarriere ist ein Varistor (spannungsabhängiger Widerstand - metal oxide varistor MOV), der normalerweise hochohmig ist, als nur sehr wenig Strom durchlässt, der aber immer niederohmiger wird, je höher die anliegende Spannung ist. Er wird quasi zum Kurzschluss zwischen "+" und "-" Leitung, wenn die Überspannung hoch genug ist. Allerdings ist er nicht schnell genug für die ganz schnellen Impulse eines NEMP, deswegen braucht man noch die Suppressordioden, in dem Fall zwei gegeneinander verschaltete Suppressor-Dioden (transient voltage suppressor - TVS), dieses Bauteil sperrt im Normalfall in beide Richtungen den Stromfluss. Ab einer bestimmten Spannung wird die Diode jedoch plötzlich leitend. Da passiert innerhalb von Nanosekunden, was gut zur Anstiegszeit der NEMP-Impulse passt. TVS-Dioden gibt es mit sehr hoher Ableitfähigkeit (30kW Ableit-Leistung, 10kA Ableitstrom) im Elektronikhandel. Z.B. hier bei DigiKey.

Zusätzlich hat man in der Überspannungsschutzschaltung noch eine Drosselspule im normalen Strompfad, die als Bremse bei sprunghaften Änderungen des Eingangssignal wirkt (Merksatz: "Strom kann an der Spule nicht springen": es gilt "Im Einschaltmoment erzeugt der einsetzende Strom in der Spule ein ansteigendes Magnetfeld. Dieses induziert in der Spule eine Spannung, welche der angelegten Spannung entgegengerichtet ist und so den Stromfluss bremst." (Quelle)

Die Kombination dieser drei Bauteile stellt einen recht wirksamen Schutz gegen transiente Spannungsspitzen dar. In der Praxis schaltet man gerne mehrere dieser Filter hintereinander, da die Bauteile auch durch Überlastung versagen können oder nicht alle Anteile der Überspannung in allen Frequenzbereichen gleich gut abgeleitet werden können. Eine Drosselspule kann bei zu schwacher Dimensionierung durch zu hohen Strom in Sättigung geraten (bzw. genauer der Ferritkern, um den der Spulendraht gewickelt wurde), dann ändert sich das Verhalten der Spule abrupt.

Interessant ist auch noch, dass die Eigenschaften des Ableitungspfades zur Erde bzw. zum Fundamenterder eines Gebäudes bei schnell ansteigenden NEMP-Impulsen mit entscheiden, wie der Ableitungsstrom fließt:

"Der Erdungsleiter (in der Regel eine blanke Kupferlitze, die von der Zählersteckdose zum Erdungsstab geführt wird) sollte so gerade wie möglich und ohne scharfe Biegungen sein. Ein Blitzschlag mit seiner extrem hohen Anstiegszeit ähnelt einer Hochfrequenzwellenform. Eine scharfe Biegung des Erdungsleiters entspricht einer Teildrehung in einer Drahtspule. Bei einer hohen induktiven Reaktanz sucht sich die Wellenfront wahrscheinlich einen Weg mit geringerer Impedanz zur Erde, verlässt die Grenzen des Kupfers und schlägt einen Lichtbogen durch die Luft, was ungünstig ist, wenn sich brennbares Material in der Nähe befindet."

(Quelle, Übersetzt mit DeepL)