更新时间：2023-11-17 22:58
工频磁场是指交流输变电设施产生的磁场。工频又称电力频率。工频的特点是频率低、波长长。我国工频是50赫(Hz)，波长是6000千米(Km)。
高压变电站与信息通信系统共址时对信息通信系统的危害，除了高压变电站发生接地短路对信息通信设备的破坏和人员的人身安全问题外，高压输电系统的强大工频磁场会对信息通信系统设备及服务器中的信息造成毁灭性的破坏，如磁场可能使磁盘驱动器的动作失灵、引起内存信息丢失、数据处理和显示混乱，甚至会毁掉磁盘上存储的数据，同时强磁场还会导致显示器被磁化，引起显示器颜色不正常。此外，内部的Hall元件等会导致磁场敏感器件所构成的设备在磁场作用下产生误动作。
此外，工频磁场还会引起长期的生态效应。国际上关于工频电磁环境管理的方法都是通过制定限值来进行控制。在环保部门发布的HJ/T 24—1998《500 kV 超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》中，推荐采用国际辐射保护协会关于对公众全天辐射时的限值100 μT (≈80 A/m)作为工频磁场的评价标准，而对于110、220、330 kV送变电工程可参照此标准执行。电力行业标准DL/T 799.7—2010《电力行业劳动环境监测技术规范第 7 部分：工频电场、磁场监测》中推荐500μT 作为职业暴露限值，以100μT作为公众全天辐射时限值。
国内外关于变电站内的工频电磁环境的研究很多，各研究通过测量或通过计算获得了不同电压等级、不同类型的变电站产生的工频磁场强度的大小。但对于变电站工频磁场对信息设备的影响的研究较少，如何根据变电站的电磁环境的特征制订信息设备的工频磁场抗扰度要求，防止工频磁场对IDC的危害，直接关系到IDC能否与变电站共建。
变电站最强工频磁场源是电抗器和补偿电容器，电抗器产生的工频磁场的磁感应强度最大值达5000μT，补偿电容器产生的工频磁场的磁感应强度最大可达1000μT。当短路电流过大时，若采用全封闭母线，则可以将短时工频磁场强度控制在1000A/m 以内；若采用裸导体的母线，则应控制IDC内信息存储设备与母线的距离，使短时工频磁场强度<1000A/m。持续工频磁场环境必须考虑其对公众的影响。
采取适当的距离控制后，推荐与变电站共站建设的云数据中心可能出现的稳定持续工频磁场强度及短时工频磁场强度分别为100A/m 和1000A/m，将2者作为对应的磁场耐受推荐值， (表中磁场强度的单位为A/m，1A/m相当于自由空间的磁感应强度为1.26μT)。
1.工频磁场对信息显示设备的影响
阴极射线管(CRT)显示器主要由电子枪、荧光屏和偏转线圈3部分组成。CRT显示器一般采用光栅扫描方式，由水平同步和垂直同步信号控制的电子束在CRT显示器屏幕上从左到右、从上到下做有规律的移动，再逐行或隔行扫描形成光栅。对于标准的光栅扫描，水平扫描频率为15.7 kHz，垂直扫描频率为当地电网的工频频率。由于工频磁场频率与垂直扫描频率相同，因此变电站产生的工频磁场会导致垂直磁场的线性变化产生畸变，进而影响光栅质量，引起显示器颜色不正常，如较强的磁场会磁化显示器，产生屏幕晃动、水波纹。因此，CRT显示器是典型的工频磁场敏感设备。若CRT显示器的垂直扫描重复频率与干扰磁场的频率完全同步，则每一个图像点都会精确地出现在屏幕相同位置，与无干扰的情况相比，每幅连续画面仅有漂移，而不影响图像的清晰度。但实际环境中垂直扫描频率与工频干扰的相位非常复杂，且不同步，同时大部分显示器使用比工频频率高的重复频率来改善灰度，因此这将导致画面图像点受到实际磁场影响而发生偏斜，进而导致图像抖动、模糊。此类干扰的产生途径有3种：电感应、磁感应、磁场对CRT电子束的直接作用力，其中变电站对IDC的影响途径主要是磁感应作用。
测试表明，工频磁场强度为0.6 A/m 时，CRT的显示有轻微抖动，对一般办公文字处理工作影响较小，对专业设计等要求较高的场合有一定影响；0.8 A/m 时有较明显的抖动，对短时间文字处理尚可忍受，对专业设计等要求较高的场合影响较大；1 A/m 时有明显抖动，字迹虽清楚，但视觉上已无法忍受；3A/m 时有剧烈抖动，字迹不清，完全无法工作。
可采用显示器屏蔽罩来防护工频磁场的影响。彩色显示器显像管内的栅网、荫罩等部件都采用了金属材料，周围杂散磁场、地磁场以及CRT正常工作时在机内所形成的磁场都会使这此金属部件磁化，进而使电子束发射的红、蓝、绿3条电子束的运动轨迹发生不应有的偏离，不能准确地击中荧光屏上相应的红、蓝、绿荧光粉色素基点上，最后产生色彩异常，或出现不规则的色斑。为了消除显像管上可能出现的磁化现象，显示器和彩电中都设置了自动消磁电路。
在 IEC61000-4-8的附录C中提及90%的计算机监视器(电子射像管型)仅能耐1A/m工频磁场。至于抗工频磁场耦合干扰的能力，则因设备种类、品牌质量而异。而前面提出的云数据中心的工频磁场耐受值100 A/m 远远大于此值，因此在云数据中心采用CRT显示器是不可行的。广泛采用的液晶显示器在清晰度、色彩等方面都已经达到了CRT显示器的额定水平，其具有可以不受低频磁场干扰的特点。因此，在云数据中心必须采用对低频磁场不敏感的液晶显示器。
2.工频磁场对信息存储设备的影响
当外加磁场大于磁性存储介质的矫顽力时，磁性存储介质内小磁体的磁化方向将与外加磁场方向保持一致，而当外加磁场超过磁性材料的饱和磁化强度时，即使撤除外加磁场，小磁体的方向和磁场强度仍将保持不变。当小磁体原来的磁化方向与外加磁场的方向不一致时，则会改变其磁化方向，出现消磁问题。当外加磁场与磁性材料本身的磁化方向平行时，外加磁场需要大于磁性介质的矫顽力才能保证所储存的信息被有效消除；而当外加磁场垂直于磁性材料本身的磁化方向时，外加磁场必须大于磁性材料的各向异性场，才能保证原来记录的信息被有效消除。
可以看出，即使是工频短路时变电站产生的磁场也低于磁性材料的矫顽力，因此工频磁场较难对磁性存储设备构成危害。但磁场可能使得磁盘驱动器的动作失灵、引起内存信息丢失、数据处理和显示混乱，导致磁盘数据损坏或丢失。
3.工频磁场的屏蔽
工频磁场磁感应强度随着与磁场源距离的增加而迅速衰减。但工频磁场很难屏蔽，磁力线可以穿透我们生活中常见的材料或物体，并基本上不会产生畸变或削弱。
对于静磁场，由电磁铁或直流线圈产生的磁场均在空间中存在磁力线或磁通分布，磁力线所通过的路径称为磁路。磁力线主要集中在低磁阻的磁路中。因此磁场的屏蔽主要采用高磁导率的材料，如铁、镍钢、坡莫合金等，这些高磁导率的材料具有很低的磁阻，因此磁力线被“封闭”在屏蔽体内，使磁场绕过敏感元件，从而起到磁屏蔽的作用，对于低频交变磁场，磁屏蔽的原理同静磁屏蔽，采用高磁导材料作为屏蔽体，将磁场约束在屏蔽体内。
低频屏蔽要比高频屏蔽困难得多，且屏蔽效能随屏蔽体体积的增大而减弱。变电站及电厂的计算机房与通信数据中心类似，布置了监控计算机系统。以电厂计算机房为例，计算机房体积都比较大，要得到较好的屏蔽效果，就要选用很厚的钢板。例如，要使岩滩水电站计算机房的屏蔽效能达到2.0，即干扰场强减小为屏蔽前的1/2，需要18.5mm 厚的钢板54.3 t，加上运输、安装等其他费用，耗资很大；同时要用厚钢板将整个机房包起来，施工难度巨大。
葛洲坝大江电厂的机房屏蔽采用1mm 厚的钢板，这对高频电磁场干扰可能具有非常强的屏蔽效能，但对低频磁场的屏蔽作用并不明显。经计算，屏蔽后的磁场大约只减少了3.6%。因此一般不宜对整个计算机房实施低频磁屏蔽。
对于电力系统对计算机房的工频磁场的
防护，在设计阶段应对有关场所的环境场强进行计算分析。若不满足环境场强的要求，一般采用距离控制方法，增加计算机部件与大电流导体的距离。另外，可从高压侧采取屏蔽措施，实施主动的磁场屏蔽，将敞露式母线改为封闭式母线，还可有针对性地采用局部的磁屏蔽措施。
长期以来的研究多在对通信的建筑物整体采取磁屏蔽技术，消除磁场对通信系统的影响，该方法范围大、造价高昂，甚至没有作用。对于香港将军澳数据中心与132kV变电站共站址问题，国外设计者建议采用金属网格屏蔽措施来解决该问题，研究表明，采用金属网格只能屏蔽雷电电磁场的影响，对于低频磁场无屏蔽作用，且需要投资数千万元。若要有效屏蔽工频磁场，则必须采用相对磁导率高的铁镍类合金，该类材料虽然性能优良，但对机械应力敏感，加工处理困难，且造价将达到数亿元。
4.数据中心信息存储设备工频磁场防护策略
从前面测量及分析得到的工频磁场数据可以看出，对于共站建设的变电站和通信数据中心，若变电站在建筑物地下，数据中心在同一建筑物地上，如联通香港将军澳数据中心，2者空间距离近，假设会受到变电站最强的磁场作用。在云数据中心建设，需要控制云中心存储器与电抗器的距离>10m，与电容器的距离>5m，以确保数据中心存储器承受的稳定持续工频磁场的磁感应强度<100μT。如果采用共址建设，即变电站和通信数据中心建设在同一站址，分建筑物建设，则2者间的距离较大，工频磁场的磁感应强度都已衰减到100A/m以下。
考虑到对云数据中心进行工频磁场屏蔽的巨大建设费用，本文提出通过改善信息存储设备耐受工频磁场的特性，以能否耐受工频磁场强度作为标准，以此实现取消云数据中心工频磁场屏蔽措施，节省巨额的屏蔽费用。
CRT显示器对工频磁场非常敏感，其允许的工频磁场强度为1A/m。显然CRT显示器无法满足工频磁场抗扰度要求值。因此，在变电站共站建设的云数据中心需要采用不受低频磁场干扰的液晶显示器。
工频磁场抗扰度的试验等级分2种：稳定持续作用和短时作用，分别模拟正常运行和短路故障时的工频磁场。试验等级及要求采用国家推荐性标准GB/T 17626.8—2006《电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验》，该标准等同采用了IEC标准61000-4-8：2001(该标准的最新修订版为61000-4-8：2009)。试验等级根据试验环境分为6级。等级1对应有电子束敏感装置使用的环境；等级2对应保护良好的环境，如远离接地保护装置、工业区和高压变电所的住宅、办公室和医院保护区等地方；等级3表示受保护的环境，周围可能有产生漏磁通或者磁场的电器设备或电缆，在靠近接地系统的地方，离开中压电路和高压母线几百m的场合；等级4表示典型的工业环境，重工业厂矿、发电厂及高压变电站的控制室是这类环境的代表；等级5表示严酷的工业环境，旁边有载流达到数十 kA电流的线路通过，近处有保护接地系统。重工业厂矿的开关站、中压开关站及电厂是典型代表；X级为开放等级，可在产品规范中给出。
我国通信行业各类设备(带有电子束显示器和磁敏感装置除外)的工频磁场抗扰度试验等级均取第2级，即通信设备允许的工频磁场强度为3A/m，但对短时工频磁场耐受并没任何要求。
云数据中心信息设备的工频磁场抗扰度测试需要采用对应严酷的工业环境要求的等级5，即稳定持续工频磁场抗扰度试验要求为100A/m，1~3s 短时磁场抗扰度试验要求为1000A/m。即将云数据中心的信息存储设备的工频磁场抗扰度测试采用对应严酷的工业环境要求的等级5，以此实现取消云数据中心工频磁场屏蔽措施，节省巨额的屏蔽费用。
根据云数据中心工频磁场抗扰度的要求，华为公司研制了用于云数据中心信息存储的服务器，并对该服务器进行了工频磁场抗扰度测试。
测试服务器通过路由控制4个刀片，在刀片操作系统运行下，运行电源散热工具的压力软件，使单板功耗达到最大；同时用其中2 个刀片分别作为接收端和发送端，设置发送端每次发送数据包的大小为102400 字节，用操作系统自带工具监控网口带宽和发送(接收)数据包。试验中及试验后网口无丢包，业务性能无下降。这表明研制的用于数据中心的服务器能够耐受最为严酷的工频磁场环境。
1）信息通信系统的云数据中心与高压变电站共站建设时，变电站正常工作时的工频磁场和短路时的短时工频磁场可能会对共站址建设云数据中心的信息存储设备产生危害。
2）在满足公众全天辐射限值的基础上，通过适当控制云数据中心和变电站的强工频磁场源的距离(与电抗器和母线的距离>10 m，与电容器的距离>5 m)，通信云数据中心的稳定持续工频磁场和短时工频磁场的耐受强度推荐值分别确定为100A/m和1000A/m。
3）在分析工频磁场对信息设备的影响原理及工频磁场的屏蔽原理的基础上，考虑到对云数据中心进行工频磁场屏蔽的巨大建设费用，工频磁场的防护可采用通过改善信息存储设备耐受工频磁场的特性以实现取消云数据中心工频磁场屏蔽措施的策略，可节省巨额的屏蔽费用。云数据中心的信息存储设备的工频磁场抗扰度测试采用IEC6 1000-4-8：2009 标准中对应严酷工业环境要求的等级5。另外，在变电站共站建设的云数据中心需要采用不受低频磁场干扰的液晶显示器。
4）对根据工频磁场抗扰度严酷要求研制的用于云数据中心信息存储的服务器进行了工频磁场抗扰度测试，测试结果表明研制的用于数据中心的服务器能够耐受与变电站共站的云中心可能出现的最为严酷的工频磁场环境，即持续工频磁场强度为100A/m，短时工频磁场强度为1000A/m。