کاربرد شیلد الکترومغناطیس در مرکز داده + تاریخچه آن

تاریخچه شروع شیلد الکترومغناطیس (تئوری فارادی)

در ادامه به برسی تعریف و کاربرد شیلد الکترومغناطیس میپردازیم.فارادی در سال 1821 بیان نمود که اگر یک پوسته رسانای الکتریکی را اطراف یک وسیله الکتریکی قرار دهیم، امکان عبور میدان الکتریکی به داخل این پوسته نیست. در واقع مقداری از امواج الکتریکی و همچنین تولید میدان الکتریکی با قطب مخالف در پوسته جذب میشود. با ایجاد میدان الکتریکی منجر به حذف میدان الکتریکی اصلی و شارژ الکتریکی وجود می آورد، در این شرایط موج الکترومغناطیسی از اطراف پوسته محافظ عبور می کند.

این اتفاقات باعث شد تحقیقاتی صورت پذیرید و استانداردهای ناظر به تداخلات الکترومغناطیسی EMI (Electro Magnetic Interference) وضع شوند تا از مدارهای الکترونیکی در برابر تداخلات امواج الکترومغناطیسی که ممکن بود عملکرد صحیح آن‌ها را مختل کنند، محافظت کنند. این تداخلات حتی ممکن است گاهی عملکرد مدار‌ها را چنان به هم ریخته و تغییر دهند که آن ابزار الکترونیکی برای کاربر خود خطرناک شود.

با پیشرفت علم سلامت و پزشکی، اکثر صنایع خواستار الزامات و استانداردهای برای جلوگیری از تداخلات الکترومغنطیسی شدند. در نهایت منجر به وضع قوانین استاندارد در حوزه EMI, و نیز ظهور و تاسیس نهادهای نظارت بر سازگاری الکترومغناطیسی (EMC ) شد..

و اما تداخل الکترومغناطیسی چیست؟

تداخل الکترومغناطیسی یک انرژی الکترومغناطیسی ناخواسته که عملکرد صحیح یک دستگاه الکترونیکی را مختل می‌کند. EMI‌ها امواج الکترومغناطیسی‌ای هستند که از دو مؤلفه‌ی E (میدان الکتریکی) و H (میدان مغناطیسی) تشکیل شده‌اند.
تمام دستگاه‌های الکترومغناطیسی مقداری تشعشعات الکترومغناطیسی از خود ساطع می‌کنند. عایق‌های حفاظتی نیز هرگز به طور صد در صد تأثیر آن‌ها را مهار نمی‌کنند. انرژی الکترومغناطیسی تولیدشده به طرق مختلف از جمله انتشار امواج الکترومغناطیسی از طریق هوا و یا تأثیرات کوپلینگ در اتصالات فیزیکی، در ورودی‌ها و خروجی‌های دستگاه دیگری که با هم ارتباط دارند منتقل شده و تعادل عملکردی آن را به هم میریزد و خطا‌های بزرگ و یا کوچک جبران ناپذیری را موجب می‌شود.

مطالعه بیشتر: اشتباهات رایج در طراحی اصولی دیتاسنتر(مرکز داده)

این انرژی الکترومغناطیسی تولید شده بر روی تجهیزات اثر گذاشته و آن‌ها را دچار سوءعملکرد می‌کند، این همان تداخل الکترومغناطیسی می‌باشد. البته این تداخلات توسط طبیعت هم ایجاد می‌شود برای مثال طوفان‌های الکتریکی(زمانی که ابر‌ها دارای مقادیری عظیمی بارالکتریکی می‌شوند. ).

می‌توان گفت که تقریباً تمام دستگاه‌های الکترونیکی تداخلات الکترومغناطیس تولید می‌کنند.
این قوانین و استاندارد‌ها همان استاندارد‌های EMI هستند و قرار است در هر نقطه از دنیا که این استاندارد‌ها را جزء قوانین خود محسوب نموده است استفاده شود.

انواع تداخلات الکترومغناطیسی

تداخلات الکترومغناطیسی را براساس فاکتورهای مختلفی دسته‌بندی می‌کنند. از جمله دسته‌بندی براساس:

منبع تداخلات.
1. EMI طبیعی اشاره به آن دسته تداخلات الکترومغناطیسی دارد که ناشی از یک پدیده‌ی طبیعی مثلا رعد و برق، طوفان الکتریکی و یا موارد مشابه ایجاد می‌شوند
2. EMI ناشی از منابع انسانی ، تداخلاتی هستند که به سبب فعالیت سایر دستگاه‌های الکترونیکی که در محدوده‌ی نزدیکی به دستگاه هدف قرار دارند ، ایجاد می‌شوند
مدت زمان تداخل
1. تداخل پیوسته (Continuous EMI) به مواردی اشاره می‌کند که انرژی مختل کننده از سوی منبع تولیده‌کننده‌ی آن(طبیعی یا انسانی) به صورت پیوسته و بدون وقفه‌ای ساطع می‌شودتداخل ضربه‌ای یا ضربانی، به تداخلی هستندکه به صورت متناوب و با ضربات کوتاه مدت رخ می‌دهد.
2. منبع این نوع تداخل هم از نوع طبیعی و هم از نوع انسانی هستند. نویزهای ناشی از کارکرد سوییچ‌ها، رعد و برق و یا هر منبع مشابهی از نوع هستند.
پهنای باند تداخل
1. باند وسیع
2. باند باریک تقسیم

مطالعه بیشتر: بهره وری انرژی در مرکز داده + راه های افزایش آن در دیتاسنتر

سطوح محافظتی در تداخلات الکترومغناطیسی

براساس استانداردهای EMC، محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی ، دارای چهار سطح خلاصه میشود:
محافظت از قطعات مدارات ، هرکدام به طور جداگانه
محافظت از بوردها و PCB ها
محافظت از سیستم
و محافظت نهایی در سطح کلی یک سیستم

برای دستیابی به این سطح حفاظت، دو رهیافت عمده داریم:

استفاده از شیلد‌های الکترومغناطیسی
استفاده از روش اتصال به زمین.

شیلدینگ الکترومغناطیسی

به طور خلاصه، محافظت از مدار‌ها در برابر تداخل الکترومغناطیسی شیلینگ گفته می‌شود. شیلدینگ یکی از اصلی‌ترین روش‌های پذیرفته شده به منظور کاهش تداخل الکترومغناطیسی در محصولات الکترونیکی است. در این‌ایده به دور قطعات، ماژول‌ها، تراشه‌های مخابراتی، مدار‌ها و مراکز حساس محفظه‌ی فلزی با رعایت قوانین فارادی کشیده می‌شود تا بتواند امواج تداخلی ایجاد شده را جذب و یا تضعیف نماید.
در واقع این حفاظ‌ها از طریق بازتاب دادن یا جذب کردن مؤلفه‌های موج‌های تداخلی، باعث میرایی و در نتیجه کاهش موج‌ها می‌شوند. شیلد‌های فلزی به گونه‌ای ساخته می‌شوند که قادر هستند مؤلفه‌ی میدان الکتریکی امواج تداخل (E) را جذب کنند و در عین حال با داشتن ضریب نفوذپذیری مغناطیسی بالا، مؤلفه‌ی H امواج را به خود جذب نمایند.
کابل‌ها و سیم‌های عبوری و هر نوع عبور دهنده سیگنال‌یا با یک لایه‌ی خارجی‌رسانا پوشانده می‌شوند و برای اطمینان بیشتر از داخل موجبر‌هایی عبور داده می‌شوند. در کل ساختار فلزی هم بند شده در یک یا دو سر به زمین اتصال داده شده می‌شوند. به این ترتیب امواج تداخلی نخواهند توانست از آن قطعه به بیرون ساطع شوند و یا به درون آن نفوذ کنند. این حالت حالت‌ایده‌آل است و در عمل ملاحظات بسیاری وجود دارند که لازم است در نظر گرفته شوند این وظیفه‌ی سنگین طراحان است که تمام این معیار‌ها و ملاحظات را طوری لحاظ کنند که در نهایت امر محصول طراحی شده از لحاظ تشعشعات یا تأثیرپذیری‌های EMI، عملکردی در محدوده‌ی استاندارد‌های EMC داشته باشد.

مطالعه بیشتر: طرح‌های مرسوم توزیع کابل مرکز داده

حفاظت الکترومغناطیسی مراکز داده

در سال‌های اخیر توجّه به استفاده از سلاح‌های غیر مخرّب و غیر کشنده افزایش یافته است. با ا ستفاده از این سلاح‌ها می‌توان با وارد کردن تلفات انسانی بسیار ناچیز، زیرساخت‌های یک کشور را در مقیاس بسیار وسیع تحت تأثیر قرار داد.
بمب‌های الکترومغناطیسی دسته‌ای از این سلاح‌ها هستند که با ایجاد میدان الکترومغناطیسی بسیار شدید، وسایل ساخته شده با فنّاوری نیمه هادی را به صورت دائمی از کار میاندازند. با توجّه به استفاده گسترده از تجهیزات کامپیوتری و مراکز داده جهت کنترل زیرساخت‌ها و سامانه‌های مخابراتی لزوم حفاظت از زیرساخت‌ها در مقابل این تهدید بسیار ضروری است.
برای حفاظت مرکز داده در برابر تششعات امواج الکترومغناطیسی چه به صورت هادی و یا تشعشعی باید از یک قفس فارادی (هادی) استفاده کرد. مراکز داده غالبا تحت تأثیر نویز‌های امواج الکترومغناطیسی هستند. قفس فارادی دارای لایه‌های شیلد الکترومغناطیسی هادی است که با تضعیف میدان الکترومغناطیسی، امواج را کاهش می‌دهد. البته میزان کاهش امواج الکترومغناطیسی و تعداد لایه‌ها، بستگی به نوع مرکز داده دارد. با بالارفتن حساسیت داده‌ها، تعداد لایه‌های محافظ نیز افزایش می‌یابد.

چگونه مرکز داده را محافظت کنیم

برای محافظت از اتاق مرکز داده باید:

سنجش و مهندسی سازگاری الکترو مغناطیس در میزان تأثیرگذاری یک المان الکترونیکی بر محیط اطراف (Emission)
سنجش و مهندسی سازگاری الکترو مغناطیس در میزان تأثیرپذیری یک المان الکترونیکی از محیط اطراف (Susceptibility)
تمام 6 وجه اتاقهای مرکز داده ،لایه های حفاظتی الکترومغناطیسی طراحی و نصب و اجرا گرددتا تششعات نفوذی را کاهش یابد. اصطلاحاً تشکیل یک قفس هادی (فارادی) داده شود.
لایه های حفاظتی باید رسانای جریان برق باشند و ضخامت متفاومت برحسب نوع کاربرد داشته باشند.
باید در محل های ورود خطوط رادیویی و خطوط برق تغدیه به شیلد حفاظت الکترومغناطیسی مراکز داده (Electromagnetic protection of data centers) ،فیلتر EMP نصب شود
در محلهای ورودی تاسیسات و کابلهای برق، مسیر خطوط داده، خطوط فیبر نوری، فیلتر موج بر برای حفاظت نصب شود .
در بهای ورودی باید از نوع شیلد رادیویی و درب شیلد الکترومغناطیس باشد.
دیواره های شیلد پس از تست هم بندی، برای محفاظت الکترومغناطیسی از مراکز داده به سیستم ارت مناسب متصل خواهد شد.
کنترل ورود و خروج سیگنال های ناخواسته از طریق کابل‌های برق با جداسازی سیگنال مورد نیاز و بخش نویز با استفاده از یک فیتر EMI با المان‌های سلف و خازنی با توجه به توان مصرف کننده، در رنج 100 kHz-10 GHz در مقابل تهدیدات پالس الکترومغناطیسی.

ما چه خدماتی برای محافظت ارائه میکنیم

خدمات ما در این حیطه شامل موارد زیر می باشد :

اندازه گیری پارامتر های امواج الکترومغناطیسی ورودی به فضا
اندازه گیری امواج الکترومغناطیسی موجود در فضا از نظر شدت
تعیین جهت ورود امواج به محیط در بازه فرکانس RF و مایکروویو
ارائه گزارش اندازه گیری با ترسیم شماتیک نفوذ امواج
ارائه راهکارهای جلوگیری از ورود امواج به داخل محیط
طراحی و پیاده سازی زیرساخت شیلد الکترومغناطیس در چند 5لایه
طراحی و پیاده سازی فیلتر EMP سه فاز برق ورودی خطوط تغذیه برق مرکز داده
طراحی و ساخت انواع موجبر های الکترو مغناطیس یا Waveguide Filter

طراحی و سفارش انواع فیلتر دریچه هوای لانه زنبوری محافظ یا Shielded Honeycomb

طراحی، ساخت و نصب درب شیلد رادیویی(RF Shield Doors) با لایه های مختلف مقاومت حرارتی و ضد سرقت و یراق آلات استاندارد UL
ارائه سناریو تست و ارزیابی اطمینان از صحت اجرای پروژه با هماهنگی پدافند غیر عامل
تامین تجهیزات زیرساختی شیلد الکترو مغناطیس