“中原云”大數據中心中波干擾計算及防護措施

黃迎召 劉向陽

(河南省新聞出版廣播電影電視局104臺,河南 鄭州 450003)

“中原云”大數據中心中波干擾計算及防護措施

黃迎召 劉向陽

(河南省新聞出版廣播電影電視局104臺,河南 鄭州 450003)

本文對“中原云”大數據中心的場強大小進行計算和評估。為了保證此地場強理論計算的精確性,特別選定了7個測量點進行實測用于對理論計算的校正。并針對此地超標的無線電干擾提出了防護措施,對不同的材質進行了比對,同時對不同規格的不銹鋼網進行了計算。

中波;大數據機房;場強;不銹鋼絲網;屏蔽

“中原云”大數據中心坐落于白沙工業園區,西起康莊路東至錦繡路,北起綠博大道南至熱電廠,占地350畝。項目建成后,將容納2萬架標準機柜,服務器20萬臺,提供200PB的數據存儲能力。此地毗鄰104臺中牟發射基地,中牟發射基地有200kW中波發射機兩部,頻率分別為603kHz和657kHz。按照國家信息中心提供的機房內各類計算機設備對機房環境的技術指標標準,要求機房內無線電場強不大于126dBμv(頻率范圍0.15～1000MHz),兩部發射機的頻率均在范圍內。經過測量,大數據中心距離兩部發射天線的距離在1200～2200m之間,參照兩個頻率的波長為457m和498m,大數據中心所在的位置處于第2個到第4個波長范圍內,場強能量消耗較小,這就意味著這個范圍內的場強很大。因此,我們要對此地的場強進行評估［1一2］。

1 數據中心場強計算

為了確切知道兩部發射機發射的中波信號對“中原云”大數據中心影響,對數據中心所在地進行環繞和中心取點測量。測量點的選擇如圖1所示：

圖1 測試點位置及657天線、603天線位置圖

測量點距657天線和603天線的距離如表1所示。

表1 測試點到657天線和603天線的距離(單位:m)

根據《輻射環境保護管理導則——電磁輻射監測儀器和方法》(HJ/T10.2—1996),中波(垂直極化波)場強可按舒來依金——范德波爾公式計算。

其中,E場強,mV/m；d為被測點距發射天線的水平距離,km；P為發射機標稱功率；G相對于接地基本振子的天線增益倍數；W地面衰減因子；X為數量距離；λ為波長；ε為大地的介電常數,無量綱；σ為大地的導電系數,1/ (Ω*m)。若臺站內有多個中波發射頻率,那么其場強計算公式為各個場強的算術平方根；

其中,En2代表第n個中波頻率的場強平方。

參照ITU一RP.368一8建議書,根據實地具體情況,將603kHz、657kHz為200kW,G=1,ε=6,σ=1x10一3及兩部發射天線距7個測試點的距離代入公式(1)計算得出表2、表3中的理論計算值。

理論計算時將天線增益用1來替代,這造成了計算與實際有一定的偏差。為了矯正誤差,使用MA525C車載場強儀對圖1中的7點測試點進行實測。此地現如今依舊被果樹和農作物等覆蓋,無法使用車載場強儀對整個區域進行實地測量。于是我們對此地的場強大小采用理論計算,并采用實測進行矯正,確保理論計算的精準性。理論計算與實際測量的結果如表2、表3所示。

表2 657天線在測試點的場強值(單位:dBμv/m)

表3 603天線在測試點的場強值(單位:dBμv/m)

遠場的場強在沒有高大物體遮擋時與其距離緊密相關,從地理位置來說,A、B兩個測試點的場強應該是這幾點中最大的。但實測中卻是最低的,通過實際考察分析,這是由于熱電廠高大的冷卻塔遮擋造成的。

其中,熱電廠冷卻塔對此地電場的影響值,對比其他測試點,我們可以看出理論計算得出的均值小于實測均值6dBμv左右。由以上結論我們可以得出,A、B兩點在沒有冷卻塔遮擋時的場強：E實測=E計算+6dBμv。得出657在A、B兩點實際場強為139.7dBμv和139.4dBμ v,603在A、B兩點場強為136.6dBμv和136.8dBμv。對比A、B兩地的實測數據,冷卻塔對場強的影響為10dB左右。同時,我們可以推測出兩部發射天線的增益,大小等同于其他5個測試點的理論和實測的差值。同時,河南省新聞出版廣播電影電視局104臺的兩部發射機均采用浮動載波,其功率最高可達到額定功率的110%,即220kW。通過相關計算,此地的最大場強應比額定功率時增加0.8dB［3］。

2 大數據機房的電磁屏蔽防護

通過上面的計算我們得知,數據中心所在地的場強值超過了國家信息中心給出的標準值,因此機房的建造過程中要考慮到機房的電磁屏蔽。根據屏蔽室的使用目的,我們是為了防止外界電磁場進入屏蔽室,避免干擾室內電子設備的工作,屬于被動式屏蔽。首先我們要確定選用哪種屏蔽材料。

2.1 屏蔽材料的選擇

對于屏蔽材料的選擇,我們也可以參照《GBT50719一2011電磁屏蔽室技術規范》中給出的簡易電磁屏蔽室常用材料選擇表［5］。如表4所示。

表4 簡易電磁屏蔽室常用材料選擇表

參照表4和我們的實際情況,抑制頻率在0.6MHz,屏蔽效能小于30dB,在此情況下,我們可以選用金屬絲網、鋼板網和鍍鋅薄板。金屬絲網的材質有鋁、不銹鋼板、鋁鎂合金、銅、鎳等。下面我們對工業常用導體材質進行分析比較,如表5所示。

表5為常用導體1mm金屬板吸收損耗工業計算參考表。通過表5,我們可以看出,同樣材料厚度下,銀的屏蔽效能最好,銅的次之,不銹鋼略低銅,錫的最差。考慮其性價比,在此建議選擇銅網或不銹鋼網。同時,不銹鋼材質遠高于銅材質的磁導率(銅材質的相對磁導率為1),在磁屏蔽上遠優于銅材質。不銹鋼網的價格也低于銅網。因此,建議使用不銹鋼網。

2.2 不銹鋼絲網規格的選擇

金屬絲網規格的選擇可通過以下公式計算得出。

金屬網的屏蔽效能計算公式：

SE網為金屬網的屏蔽效能(dB)；Aa為金屬網的吸收損耗(dB)；Ra為金屬網的界面反射損耗(dB)；Ba為金屬網反射修正項(dB)；K1為單位面積上的孔目修正項；K2為低頻時導體穿過深度修正項；K3為相鄰網孔之間相互耦合修正項；

注,Aa＞10dB時,Ba可以忽略不計。

金屬網的吸收損耗公式為：

矩形孔眼：Aa=27.3d/w

式中,d為絲徑,cm；w為矩形孔寬邊長,cm；

金屬網的電磁場反射損耗計算公式：

式中,K代表不同孔目的系數；

矩形孔：K=jfw×6.69×10一5；

式中,w為矩形孔寬邊長度,cm；f為被抑制的頻率, Hz；

金屬網屏蔽效能修正項K1、K2、K3的計算：

其中,s為每個孔的面積,cm2；n為平方厘米內孔的個數；d為金屬線直徑,cm；δ為屏蔽材料的集膚深度,(按照工業標準,在此取6.61/f1/2)

將不同規格不銹鋼絲網數據和相關數據代入公式(1)計算,我們可以得出電磁波穿過不銹鋼絲網的各項損耗,并可以計算出不銹鋼網的屏蔽效能。如表6所示。

通過表6,我們可以知道,64目以內的不銹鋼網均可滿足我們的需求。但考慮到應用于屏蔽,絲徑不要太細,這樣就有更強的抗腐蝕能力且不易損壞。同時,為了盡可能保證其透光性。對照表6,建議選用規格為1目的不銹鋼絲網。同時,若要降低成本可以選用低碳鋼作為屏蔽材質,這種材質的價格低于不銹鋼網。但是它在使用過程中相比于不銹鋼材質更容易被腐蝕而損壞,導致屏蔽效能降低,進而影響到大數據機房的正常運行。

3 小結

本文在計算和推導的過程中,使用的基礎數據是根據實地測量得到,并按照公式進行理論計算和比較,數據有一定的參考價值。但在測量的過程中,測量對象是浮動載波,其功率一直在變化,所以不同次測量的結果可能略有出入。文中在推測場強的大小和電磁屏蔽時也考慮到發射機功率的影響。但是,在綜合環境下場強的大小是非常復雜的,因此,在機房建造時,一定要對整個區域的場強值在不同高度、不同時間點、不同氣候上的場強大小進行實測,取其最大值作為進行屏蔽防護參考值。只有這樣才能夠保證大數據中心機房不受外界電磁場的干擾,保證數據中心設備運行中不受到電磁波的干擾。

表5 常用導體吸收損耗工業計算表

表6 金屬絲網規格及相應不銹鋼網的屏蔽效能

［1］GY5054一1995廣播電視天線電磁輻射防護規范［S］.1995.

［2］劉文魁,龐東.電磁輻射的污染及防護與治理［M］.北京:科學出版社,2003

［3］周揚,趙福祥.中短波廣播發射臺電磁輻射環境影響預測模型［J］.環境監測管理與技術,2011(1):12一15.

［4］王呼達古拉,姚曉亮.1KW中波廣播的傳播特性及場強的計算［J］.2008(2):45一47.

［5］GBT50719一2011電磁屏蔽室工程技術規范［S］.2011.

Medium Wave Interference Calculation and Protective Measures in“Central Plains”Big Data Center

Huang Yingzhao Liu Xiangyang
(No.104 Station,Henan Administration of Press,Publication,Film and Television,Zhengzhou Henan 450003)

This paper calculated and estimated the field strength in the big data center of“central plains”.To guarantee the accuracy of theoretical calculation on this field strength,seven testing points were particularly selected for real measurement,so as to correct the theoretical calculation.Based on the excessive radio interference in this place, protective measures were put forward,different materials were compared,and the stainless steel wire mesh with different specification was also calculated at the same time.

medium wave;bid data computer room;field strength;stainless steel wire mesh;shield

TM721.2

A

1003一5168(2015)07一0040一4

2015一6一29

黃迎召(1966一),男,高級工程師,研究方向:廣播電視技術工作。