“中原云”大数据中心中波干扰计算及防护措施

黄迎召 刘向阳

(河南省新闻出版广播电影电视局104台,河南 郑州 450003)

“中原云”大数据中心中波干扰计算及防护措施

黄迎召 刘向阳

(河南省新闻出版广播电影电视局104台,河南 郑州 450003)

本文对“中原云”大数据中心的场强大小进行计算和评估。为了保证此地场强理论计算的精确性,特别选定了7个测量点进行实测用于对理论计算的校正。并针对此地超标的无线电干扰提出了防护措施,对不同的材质进行了比对,同时对不同规格的不锈钢网进行了计算。

中波;大数据机房;场强;不锈钢丝网;屏蔽

“中原云”大数据中心坐落于白沙工业园区,西起康庄路东至锦绣路,北起绿博大道南至热电厂,占地350亩。项目建成后,将容纳2万架标准机柜,服务器20万台,提供200PB的数据存储能力。此地毗邻104台中牟发射基地,中牟发射基地有200kW中波发射机两部,频率分别为603kHz和657kHz。按照国家信息中心提供的机房内各类计算机设备对机房环境的技术指标标准,要求机房内无线电场强不大于126dBμv(频率范围0.15～1000MHz),两部发射机的频率均在范围内。经过测量,大数据中心距离两部发射天线的距离在1200～2200m之间,参照两个频率的波长为457m和498m,大数据中心所在的位置处于第2个到第4个波长范围内,场强能量消耗较小,这就意味着这个范围内的场强很大。因此,我们要对此地的场强进行评估［1一2］。

1 数据中心场强计算

为了确切知道两部发射机发射的中波信号对“中原云”大数据中心影响,对数据中心所在地进行环绕和中心取点测量。测量点的选择如图1所示：

图1 测试点位置及657天线、603天线位置图

测量点距657天线和603天线的距离如表1所示。

表1 测试点到657天线和603天线的距离(单位:m)

根据《辐射环境保护管理导则——电磁辐射监测仪器和方法》(HJ/T10.2—1996),中波(垂直极化波)场强可按舒来依金——范德波尔公式计算。

其中,E场强,mV/m；d为被测点距发射天线的水平距离,km；P为发射机标称功率；G相对于接地基本振子的天线增益倍数；W地面衰减因子；X为数量距离；λ为波长；ε为大地的介电常数,无量纲；σ为大地的导电系数,1/ (Ω*m)。若台站内有多个中波发射频率,那么其场强计算公式为各个场强的算术平方根；

其中,En2代表第n个中波频率的场强平方。

参照ITU一RP.368一8建议书,根据实地具体情况,将603kHz、657kHz为200kW,G=1,ε=6,σ=1x10一3及两部发射天线距7个测试点的距离代入公式(1)计算得出表2、表3中的理论计算值。

理论计算时将天线增益用1来替代,这造成了计算与实际有一定的偏差。为了矫正误差,使用MA525C车载场强仪对图1中的7点测试点进行实测。此地现如今依旧被果树和农作物等覆盖,无法使用车载场强仪对整个区域进行实地测量。于是我们对此地的场强大小采用理论计算,并采用实测进行矫正,确保理论计算的精准性。理论计算与实际测量的结果如表2、表3所示。

表2 657天线在测试点的场强值(单位:dBμv/m)

表3 603天线在测试点的场强值(单位:dBμv/m)

远场的场强在没有高大物体遮挡时与其距离紧密相关,从地理位置来说,A、B两个测试点的场强应该是这几点中最大的。但实测中却是最低的,通过实际考察分析,这是由于热电厂高大的冷却塔遮挡造成的。

其中,热电厂冷却塔对此地电场的影响值,对比其他测试点,我们可以看出理论计算得出的均值小于实测均值6dBμv左右。由以上结论我们可以得出,A、B两点在没有冷却塔遮挡时的场强：E实测=E计算+6dBμv。得出657在A、B两点实际场强为139.7dBμv和139.4dBμ v,603在A、B两点场强为136.6dBμv和136.8dBμv。对比A、B两地的实测数据,冷却塔对场强的影响为10dB左右。同时,我们可以推测出两部发射天线的增益,大小等同于其他5个测试点的理论和实测的差值。同时,河南省新闻出版广播电影电视局104台的两部发射机均采用浮动载波,其功率最高可达到额定功率的110%,即220kW。通过相关计算,此地的最大场强应比额定功率时增加0.8dB［3］。

2 大数据机房的电磁屏蔽防护

通过上面的计算我们得知,数据中心所在地的场强值超过了国家信息中心给出的标准值,因此机房的建造过程中要考虑到机房的电磁屏蔽。根据屏蔽室的使用目的,我们是为了防止外界电磁场进入屏蔽室,避免干扰室内电子设备的工作,属于被动式屏蔽。首先我们要确定选用哪种屏蔽材料。

2.1 屏蔽材料的选择

对于屏蔽材料的选择,我们也可以参照《GBT50719一2011电磁屏蔽室技术规范》中给出的简易电磁屏蔽室常用材料选择表［5］。如表4所示。

表4 简易电磁屏蔽室常用材料选择表

参照表4和我们的实际情况,抑制频率在0.6MHz,屏蔽效能小于30dB,在此情况下,我们可以选用金属丝网、钢板网和镀锌薄板。金属丝网的材质有铝、不锈钢板、铝镁合金、铜、镍等。下面我们对工业常用导体材质进行分析比较,如表5所示。

表5为常用导体1mm金属板吸收损耗工业计算参考表。通过表5,我们可以看出,同样材料厚度下,银的屏蔽效能最好,铜的次之,不锈钢略低铜,锡的最差。考虑其性价比,在此建议选择铜网或不锈钢网。同时,不锈钢材质远高于铜材质的磁导率(铜材质的相对磁导率为1),在磁屏蔽上远优于铜材质。不锈钢网的价格也低于铜网。因此,建议使用不锈钢网。

2.2 不锈钢丝网规格的选择

金属丝网规格的选择可通过以下公式计算得出。

金属网的屏蔽效能计算公式：

SE网为金属网的屏蔽效能(dB)；Aa为金属网的吸收损耗(dB)；Ra为金属网的界面反射损耗(dB)；Ba为金属网反射修正项(dB)；K1为单位面积上的孔目修正项；K2为低频时导体穿过深度修正项；K3为相邻网孔之间相互耦合修正项；

注,Aa＞10dB时,Ba可以忽略不计。

金属网的吸收损耗公式为：

矩形孔眼：Aa=27.3d/w

式中,d为丝径,cm；w为矩形孔宽边长,cm；

金属网的电磁场反射损耗计算公式：

式中,K代表不同孔目的系数；

矩形孔：K=jfw×6.69×10一5；

式中,w为矩形孔宽边长度,cm；f为被抑制的频率, Hz；

金属网屏蔽效能修正项K1、K2、K3的计算：

其中,s为每个孔的面积,cm2；n为平方厘米内孔的个数；d为金属线直径,cm；δ为屏蔽材料的集肤深度,(按照工业标准,在此取6.61/f1/2)

将不同规格不锈钢丝网数据和相关数据代入公式(1)计算,我们可以得出电磁波穿过不锈钢丝网的各项损耗,并可以计算出不锈钢网的屏蔽效能。如表6所示。

通过表6,我们可以知道,64目以内的不锈钢网均可满足我们的需求。但考虑到应用于屏蔽,丝径不要太细,这样就有更强的抗腐蚀能力且不易损坏。同时,为了尽可能保证其透光性。对照表6,建议选用规格为1目的不锈钢丝网。同时,若要降低成本可以选用低碳钢作为屏蔽材质,这种材质的价格低于不锈钢网。但是它在使用过程中相比于不锈钢材质更容易被腐蚀而损坏,导致屏蔽效能降低,进而影响到大数据机房的正常运行。

3 小结

本文在计算和推导的过程中,使用的基础数据是根据实地测量得到,并按照公式进行理论计算和比较,数据有一定的参考价值。但在测量的过程中,测量对象是浮动载波,其功率一直在变化,所以不同次测量的结果可能略有出入。文中在推测场强的大小和电磁屏蔽时也考虑到发射机功率的影响。但是,在综合环境下场强的大小是非常复杂的,因此,在机房建造时,一定要对整个区域的场强值在不同高度、不同时间点、不同气候上的场强大小进行实测,取其最大值作为进行屏蔽防护参考值。只有这样才能够保证大数据中心机房不受外界电磁场的干扰,保证数据中心设备运行中不受到电磁波的干扰。

表5 常用导体吸收损耗工业计算表

表6 金属丝网规格及相应不锈钢网的屏蔽效能

［1］GY5054一1995广播电视天线电磁辐射防护规范［S］.1995.

［2］刘文魁,庞东.电磁辐射的污染及防护与治理［M］.北京:科学出版社,2003

［3］周扬,赵福祥.中短波广播发射台电磁辐射环境影响预测模型［J］.环境监测管理与技术,2011(1):12一15.

［4］王呼达古拉,姚晓亮.1KW中波广播的传播特性及场强的计算［J］.2008(2):45一47.

［5］GBT50719一2011电磁屏蔽室工程技术规范［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

黄迎召(1966一),男,高级工程师,研究方向:广播电视技术工作。