“中原云”大數(shù)據(jù)中心中波干擾計(jì)算及防護(hù)措施

黃迎召 劉向陽

(河南省新聞出版廣播電影電視局104臺(tái),河南 鄭州 450003)

“中原云”大數(shù)據(jù)中心中波干擾計(jì)算及防護(hù)措施

黃迎召 劉向陽

(河南省新聞出版廣播電影電視局104臺(tái),河南 鄭州 450003)

本文對(duì)“中原云”大數(shù)據(jù)中心的場(chǎng)強(qiáng)大小進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估。為了保證此地場(chǎng)強(qiáng)理論計(jì)算的精確性,特別選定了7個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測(cè)用于對(duì)理論計(jì)算的校正。并針對(duì)此地超標(biāo)的無線電干擾提出了防護(hù)措施,對(duì)不同的材質(zhì)進(jìn)行了比對(duì),同時(shí)對(duì)不同規(guī)格的不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行了計(jì)算。

中波;大數(shù)據(jù)機(jī)房;場(chǎng)強(qiáng);不銹鋼絲網(wǎng);屏蔽

“中原云”大數(shù)據(jù)中心坐落于白沙工業(yè)園區(qū),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(xiàng)目建成后,將容納2萬架標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜,服務(wù)器20萬臺(tái),提供200PB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。此地毗鄰104臺(tái)中牟發(fā)射基地,中牟發(fā)射基地有200kW中波發(fā)射機(jī)兩部,頻率分別為603kHz和657kHz。按照國家信息中心提供的機(jī)房?jī)?nèi)各類計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)機(jī)房環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn),要求機(jī)房?jī)?nèi)無線電場(chǎng)強(qiáng)不大于126dBμv(頻率范圍0.15～1000MHz),兩部發(fā)射機(jī)的頻率均在范圍內(nèi)。經(jīng)過測(cè)量,大數(shù)據(jù)中心距離兩部發(fā)射天線的距離在1200～2200m之間,參照兩個(gè)頻率的波長(zhǎng)為457m和498m,大數(shù)據(jù)中心所在的位置處于第2個(gè)到第4個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi),場(chǎng)強(qiáng)能量消耗較小,這就意味著這個(gè)范圍內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)很大。因此,我們要對(duì)此地的場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行評(píng)估［1一2］。

1 數(shù)據(jù)中心場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算

為了確切知道兩部發(fā)射機(jī)發(fā)射的中波信號(hào)對(duì)“中原云”大數(shù)據(jù)中心影響,對(duì)數(shù)據(jù)中心所在地進(jìn)行環(huán)繞和中心取點(diǎn)測(cè)量。測(cè)量點(diǎn)的選擇如圖1所示：

圖1 測(cè)試點(diǎn)位置及657天線、603天線位置圖

測(cè)量點(diǎn)距657天線和603天線的距離如表1所示。

表1 測(cè)試點(diǎn)到657天線和603天線的距離(單位:m)

根據(jù)《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則——電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和方法》(HJ/T10.2—1996),中波(垂直極化波)場(chǎng)強(qiáng)可按舒來依金——范德波爾公式計(jì)算。

其中,E場(chǎng)強(qiáng),mV/m；d為被測(cè)點(diǎn)距發(fā)射天線的水平距離,km；P為發(fā)射機(jī)標(biāo)稱功率；G相對(duì)于接地基本振子的天線增益倍數(shù)；W地面衰減因子；X為數(shù)量距離；λ為波長(zhǎng)；ε為大地的介電常數(shù),無量綱；σ為大地的導(dǎo)電系數(shù),1/ (Ω*m)。若臺(tái)站內(nèi)有多個(gè)中波發(fā)射頻率,那么其場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式為各個(gè)場(chǎng)強(qiáng)的算術(shù)平方根；

其中,En2代表第n個(gè)中波頻率的場(chǎng)強(qiáng)平方。

參照ITU一RP.368一8建議書,根據(jù)實(shí)地具體情況,將603kHz、657kHz為200kW,G=1,ε=6,σ=1x10一3及兩部發(fā)射天線距7個(gè)測(cè)試點(diǎn)的距離代入公式(1)計(jì)算得出表2、表3中的理論計(jì)算值。

理論計(jì)算時(shí)將天線增益用1來替代,這造成了計(jì)算與實(shí)際有一定的偏差。為了矯正誤差,使用MA525C車載場(chǎng)強(qiáng)儀對(duì)圖1中的7點(diǎn)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測(cè)。此地現(xiàn)如今依舊被果樹和農(nóng)作物等覆蓋,無法使用車載場(chǎng)強(qiáng)儀對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。于是我們對(duì)此地的場(chǎng)強(qiáng)大小采用理論計(jì)算,并采用實(shí)測(cè)進(jìn)行矯正,確保理論計(jì)算的精準(zhǔn)性。理論計(jì)算與實(shí)際測(cè)量的結(jié)果如表2、表3所示。

表2 657天線在測(cè)試點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)值(單位:dBμv/m)

表3 603天線在測(cè)試點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)值(單位:dBμv/m)

遠(yuǎn)場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)在沒有高大物體遮擋時(shí)與其距離緊密相關(guān),從地理位置來說,A、B兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)該是這幾點(diǎn)中最大的。但實(shí)測(cè)中卻是最低的,通過實(shí)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(duì)此地電場(chǎng)的影響值,對(duì)比其他測(cè)試點(diǎn),我們可以看出理論計(jì)算得出的均值小于實(shí)測(cè)均值6dBμv左右。由以上結(jié)論我們可以得出,A、B兩點(diǎn)在沒有冷卻塔遮擋時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)：E實(shí)測(cè)=E計(jì)算+6dBμv。得出657在A、B兩點(diǎn)實(shí)際場(chǎng)強(qiáng)為139.7dBμv和139.4dBμ v,603在A、B兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為136.6dBμv和136.8dBμv。對(duì)比A、B兩地的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),冷卻塔對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的影響為10dB左右。同時(shí),我們可以推測(cè)出兩部發(fā)射天線的增益,大小等同于其他5個(gè)測(cè)試點(diǎn)的理論和實(shí)測(cè)的差值。同時(shí),河南省新聞出版廣播電影電視局104臺(tái)的兩部發(fā)射機(jī)均采用浮動(dòng)載波,其功率最高可達(dá)到額定功率的110%,即220kW。通過相關(guān)計(jì)算,此地的最大場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)比額定功率時(shí)增加0.8dB［3］。

2 大數(shù)據(jù)機(jī)房的電磁屏蔽防護(hù)

通過上面的計(jì)算我們得知,數(shù)據(jù)中心所在地的場(chǎng)強(qiáng)值超過了國家信息中心給出的標(biāo)準(zhǔn)值,因此機(jī)房的建造過程中要考慮到機(jī)房的電磁屏蔽。根據(jù)屏蔽室的使用目的,我們是為了防止外界電磁場(chǎng)進(jìn)入屏蔽室,避免干擾室內(nèi)電子設(shè)備的工作,屬于被動(dòng)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(duì)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(shù)規(guī)范》中給出的簡(jiǎn)易電磁屏蔽室常用材料選擇表［5］。如表4所示。

表4 簡(jiǎn)易電磁屏蔽室常用材料選擇表

參照表4和我們的實(shí)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(wǎng)、鋼板網(wǎng)和鍍鋅薄板。金屬絲網(wǎng)的材質(zhì)有鋁、不銹鋼板、鋁鎂合金、銅、鎳等。下面我們對(duì)工業(yè)常用導(dǎo)體材質(zhì)進(jìn)行分析比較,如表5所示。

表5為常用導(dǎo)體1mm金屬板吸收損耗工業(yè)計(jì)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?？紤]其性價(jià)比,在此建議選擇銅網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)。同時(shí),不銹鋼材質(zhì)遠(yuǎn)高于銅材質(zhì)的磁導(dǎo)率(銅材質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率為1),在磁屏蔽上遠(yuǎn)優(yōu)于銅材質(zhì)。不銹鋼網(wǎng)的價(jià)格也低于銅網(wǎng)。因此,建議使用不銹鋼網(wǎng)。

2.2 不銹鋼絲網(wǎng)規(guī)格的選擇

金屬絲網(wǎng)規(guī)格的選擇可通過以下公式計(jì)算得出。

金屬網(wǎng)的屏蔽效能計(jì)算公式：

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

注,Aa＞10dB時(shí),Ba可以忽略不計(jì)。

金屬網(wǎng)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(zhǎng),cm；

金屬網(wǎng)的電磁場(chǎng)反射損耗計(jì)算公式：

式中,K代表不同孔目的系數(shù)；

矩形孔：K=jfw×6.69×10一5；

式中,w為矩形孔寬邊長(zhǎng)度,cm；f為被抑制的頻率, Hz；

金屬網(wǎng)屏蔽效能修正項(xiàng)K1、K2、K3的計(jì)算：

其中,s為每個(gè)孔的面積,cm2；n為平方厘米內(nèi)孔的個(gè)數(shù)；d為金屬線直徑,cm；δ為屏蔽材料的集膚深度,(按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),在此取6.61/f1/2)

將不同規(guī)格不銹鋼絲網(wǎng)數(shù)據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(1)計(jì)算,我們可以得出電磁波穿過不銹鋼絲網(wǎng)的各項(xiàng)損耗,并可以計(jì)算出不銹鋼網(wǎng)的屏蔽效能。如表6所示。

通過表6,我們可以知道,64目以內(nèi)的不銹鋼網(wǎng)均可滿足我們的需求。但考慮到應(yīng)用于屏蔽,絲徑不要太細(xì),這樣就有更強(qiáng)的抗腐蝕能力且不易損壞。同時(shí),為了盡可能保證其透光性。對(duì)照表6,建議選用規(guī)格為1目的不銹鋼絲網(wǎng)。同時(shí),若要降低成本可以選用低碳鋼作為屏蔽材質(zhì),這種材質(zhì)的價(jià)格低于不銹鋼網(wǎng)。但是它在使用過程中相比于不銹鋼材質(zhì)更容易被腐蝕而損壞,導(dǎo)致屏蔽效能降低,進(jìn)而影響到大數(shù)據(jù)機(jī)房的正常運(yùn)行。

3 小結(jié)

本文在計(jì)算和推導(dǎo)的過程中,使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是根據(jù)實(shí)地測(cè)量得到,并按照公式進(jìn)行理論計(jì)算和比較,數(shù)據(jù)有一定的參考價(jià)值。但在測(cè)量的過程中,測(cè)量對(duì)象是浮動(dòng)載波,其功率一直在變化,所以不同次測(cè)量的結(jié)果可能略有出入。文中在推測(cè)場(chǎng)強(qiáng)的大小和電磁屏蔽時(shí)也考慮到發(fā)射機(jī)功率的影響。但是,在綜合環(huán)境下場(chǎng)強(qiáng)的大小是非常復(fù)雜的,因此,在機(jī)房建造時(shí),一定要對(duì)整個(gè)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)值在不同高度、不同時(shí)間點(diǎn)、不同氣候上的場(chǎng)強(qiáng)大小進(jìn)行實(shí)測(cè),取其最大值作為進(jìn)行屏蔽防護(hù)參考值。只有這樣才能夠保證大數(shù)據(jù)中心機(jī)房不受外界電磁場(chǎng)的干擾,保證數(shù)據(jù)中心設(shè)備運(yùn)行中不受到電磁波的干擾。

表5 常用導(dǎo)體吸收損耗工業(yè)計(jì)算表

表6 金屬絲網(wǎng)規(guī)格及相應(yīng)不銹鋼網(wǎng)的屏蔽效能

［1］GY5054一1995廣播電視天線電磁輻射防護(hù)規(guī)范［S］.1995.

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

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［5］GBT50719一2011電磁屏蔽室工程技術(shù)規(guī)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(jí)工程師,研究方向:廣播電視技術(shù)工作。