データセンターのEMI/RFI干渉：重要な電磁両立性の問題をどのように解決したか？

データセンターにおけるEMI/RFI干渉は、数分以内に致命的なシステム障害、データ破損、数百万ドルのダウンタイムコストを引き起こす可能性があります。

適切なEMCケーブルグランドの選択と設置により、クライアントのデータセンターにおける95%の電磁干渉問題が解消され、システムの安定性が回復し、将来のコンプライアンス違反が防止されました。

3ヶ月前、ハッサンはパニック状態で私に電話をかけてきた。彼の新しいデータセンターでは、不規則なサーバー・クラッシュやネットワーク不安定が発生し、事業運営全体を脅かしていたのだ。

目次

• このデータセンターのEMI/RFI問題の原因は？
• 電磁波の干渉源をどう診断したか？
• 最大の効果を得るために導入したEMCソリューションとは？
• EMCアップグレード後の成果は？

このデータセンターのEMI/RFI問題の原因は？

電磁波干渉の根本原因を理解することは、効果的な長期的解決策を実施する上で極めて重要である。

主なEMIの発生源は、シールドされていないケーブルの引き込み口、不十分なアースの連続性、高周波のスイッチング機器による電磁界で、これがデリケートなサーバーの操作を妨害していた。

クライアントの危機的状況

を運営している。 ティア3データセンター¹ ドバイで金融サービスとeコマース・プラットフォームをホスティングしている。彼の施設には

• 200台以上のブレードサーバー
• 高頻度取引システム  
• 冗長電源（UPSシステム）
• 高密度光ファイバーネットワーク

最初の問題の顕在化

EMIの問題は最初、一見不規則な故障として現れた：

システムレベルの症状

問題の種類	頻度	インパクト・レベル	コストへの影響
サーバークラッシュ	1日3～5回	クリティカル	$5万ドル/時間のダウンタイム
ネットワークのパケットロス	連続	高い	データ完全性の問題
UPS誤報	週10回以上	ミディアム	メンテナンス諸経費
ファイバーリンクエラー	断続的	高い	サービスの中断

環境要因

• 施設年齢最新の設備を備えた築2年の建物
• 電力密度:ラックあたり15kW（高密度構成）
• 冷却システム:可変周波数ドライブ（VFD）による効率化
• 外部情報源:溶接作業のある隣接した製造施設

EMIソース解析

体系的な調査を通じて、我々は3つの主要な干渉源を特定した：

内部EMIソース

スイッチング電源:各サーバーラックには、100～500kHzで動作する高周波スイッチング電源が20台以上搭載されており、最大30MHzの高調波放射が発生した。

可変周波数ドライブ²:冷却装置用VFDは、150kHz～30MHzの帯域で著しい伝導および放射エミッションを発生した。

高速デジタル回路:サーバー・プロセッサーとメモリー・システムは、直流から数GHzまでの広帯域ノイズを発生させた。

外部EMIソース  

産業機器:隣接施設のアーク溶接作業により、10kHz～100MHzの電磁パルスが発生した。

放送用トランスミッター:地元のFMラジオ局（88-108MHz）は、敏感な周波数帯域で相互変調製品を作り出していた。

インフラの脆弱性

最も重大な発見は、施設全体で標準的なプラスチック製ケーブルグランドが使用されており、電磁シールド効果がゼロであったことだ。あらゆるケーブルの入り口がEMIの進入経路になっていたのだ。

ベプトでは、このようなパターンを繰り返し見てきました。施設はEMC対応機器に何百万ドルも投資しますが、適切なケーブル入口シーリングの重要性を見落としています。

電磁波の干渉源をどう診断したか？

正確なEMI診断には、すべての干渉経路を特定するための系統的なテストと専門的な装置が必要です。

を使用して包括的なEMCテストを実施した。 スペクトラムアナライザー³近接場プローブ、電流クランプを使用して電磁界分布をマッピングし、システムの不安定性の原因となる特定の周波数範囲を特定する。

診断機器と診断方法

第1段階：ブロードバンドEMI調査

使用機材:

• ローデ・シュワルツFSWスペクトラム・アナライザ（9kHz～67GHz）
• 近接場プローブセット（磁場および電場）
• 伝導放出用電流クランプアダプター

測定場所:

• サーバーラックケーブルエントリー
• 配電盤  
• 冷却システム制御キャビネット
• 光ファイバーパッチパネル

第2段階：相関分析

EMI測定値をシステムログと同期させ、因果関係を明らかにした：

クリティカル・ディスカバリー:サーバーのクラッシュは、100%が2.4GHz帯で-40dBmを超えるEMIスパイクを起こしたことと相関している。

EMI測定結果

修復前（ベースライン測定）

周波数範囲	測定レベル	リミットEN 550324)	マージン	ステータス
150kHz-30MHz	65-78 dBμV	60 dBμV	-5～18dB	失敗
30-300MHz	58-71 dBμV	50 dBμV	-8〜-21dB	失敗
300MHz-1GHz	45-62 dBμV	40 dBμV	-5～-22dB	失敗
1-3GHz	38-55 dBμV	35 dBμV	-3～-20dB	失敗

ケーブル・エントリー・ポイントの分析

近接場プローブを使用し、様々なケーブルの入り口における電磁場の漏れを測定した：

プラスチック製ケーブルグランド（ベースライン）:

• シールド効果：0～5dB（実質シールドなし）
• 1mの距離での電界強度：120～140 dBμV/m
• 共振周波数：ケーブル長の共振による複数のピーク

非シールドケーブルとシールドケーブルの比較:

• 非シールドCAT6、プラスチックグランド経由：
  • 放射エミッション100MHzで75dBμV
  • コモンモード電流：共振時2.5A
• プラスチック・グランドを介したシールド付きCAT6：
  • 放射エミッション100MHzで68dBμV
  • 不十分な終端処理によるシールド効果の低下

根本原因の特定

診断の結果、EMIの脆弱性がパーフェクトストームであることが判明した：

主な問題ケーブル・シールドの断線

施設に入るすべてのシールド・ケーブルは、360°シールド終端を提供できないプラスチック製ケーブルグランドが原因で、エンクロージャーの入口で電磁気保護を失った。

第二の課題グラウンドループの形成

ケーブルのシールドと筐体のシャーシとの間のボンディングが不十分であったため、複数のグラウンド基準点が形成され、効率的なアンテナとして機能する電流ループが形成された。

第三の課題共振ケーブルの長さ

多くのケーブルは、問題となる周波数で1/4波長の正確な倍数であり、EMI結合を増幅する定在波パターンを作り出していた。

当社の現実的な調達マネージャーであるデビッドは、相関データを見せるまで、当初は「高価な金属グランド」にお金を使うことに疑問を抱いていました。その証拠は否定できないものでした。すべてのシステム・クラッシュは、ケーブルのエントリー・ポイントにおけるEMIスパイクと一致していたのです。

最大の効果を得るために導入したEMCソリューションとは？

効果的なEMC対策には、適切な部品の選択、設置技術、検証テストを組み合わせた体系的なアプローチが必要です。

私たちは、360°シールド終端のニッケルメッキ真鍮グランドを使用した包括的なEMCケーブルグランドアップグレードを実施し、80dB以上のシールド効果を達成し、グランドループの形成を排除しました。

ソリューション・アーキテクチャ

コンポーネント選択戦略

主なソリューションEMCケーブルグランド（真鍮、ニッケルメッキ）

• 素材:CW617N真鍮5μmニッケルメッキ
• シールド効果:>80dB (10MHz-1GHz)
• スレッドタイプ:メートル M12-M63、NPT 1/2″-2″。
• IP等級:環境保護のためのIP68

主な技術仕様:

パラメータ	仕様	試験基準
シールド効果	>80dB以上（10MHz～1GHz）	IEC 62153-4-3
伝達インピーダンス	<1mΩ/m	IEC 62153-4-1
直流抵抗	<2.5mΩ	IEC 60512-2-1
結合インピーダンス	<10mΩ	IEC 62153-4-4

設置方法

フェーズ1：インフラの準備

1. エンクロージャーの準備:各グランド位置の周囲半径25mmの塗装／コーティングを除去する。
2. 表面処理:最適な電気接触のためにRa <0.8μmの表面仕上げを実現  
3. 接地検証:グランドとシャーシグランド間の抵抗が0.1Ω未満であること

フェーズ2：EMCグランドの取り付け
EMC性能を最適化するための設置順序：

1. ネジ山とシール面に導電性グリースを塗布する。
2. Oリングの位置が適切な状態で、グランド本体を手で締める
3. 仕様のトルクで締めます（M20グランドは15～25Nm）
4. 導通を確認する：<2.5mΩ グランド-シャーシ間抵抗

フェーズ3：ケーブル・シールドの終端
ほとんどのインストレーションが間違えている重要なステップだ：

適切なシールド終端技術:

• ケーブルの被覆を剥き、15mmのシールド編組を露出させる
• シールド編組をケーブル・ジャケットの上に折り返す
• 折り畳んだシールドにEMCコンプレッションリングを取り付ける
• コンプレッションナットを締め、360°の電気接点を作る
• マルチメーターでシールドの導通を確認する

地域別実施結果

サーバーラックのアップグレード（優先度1）

スコープ25サーバーラック、200以上のケーブルエントリー
使用されている腺:M20およびM25 EMC真鍮グランド
設置時間:3日間（2名体制

EMI測定前／測定後:

• 放射エミッションを75dBμVから32dBμVに低減
• シールド効果が5dBから85dBに向上
• 95%によるコモンモード電流の低減

配電盤（優先順位2）  

チャレンジ:太いシールドの大電流ケーブル
ソリューション:M32-M40 強化された圧縮システム付きEMCグランド
結果:VFDによるサーバーシステムへのEMIカップリングを排除

光ファイバー成端（優先度3）

光ファイバーケーブルでさえ、金属製の強度部材と導電性ジャケットのためにEMCへの注意が必要だった：
ソリューション:ハイブリッドファイバー/銅ケーブル用特殊EMCグランド
ベネフィット:ファイバーケーブルアーマーを介したグランドループ電流を排除

品質保証プロトコル

Beptoでは、包括的な検証なしにEMC設置が完了したとは決して考えていません：

EMC性能検証

テスト1：シールド効果測定

• 方法IEC 62153-4-3に準拠したデュアルTEMセル法
• 周波数範囲10MHz-1GHz  
• 許容基準>最低80dB以上

試験2：トランスファーインピーダンス試験

• 方法IEC 62153-4-1に準拠したライン注入
• 周波数範囲1-100MHz
• 許容基準<1mΩ/m

テスト3：直流抵抗の検証

• 測定： 4線式ケルビン法⁵
• 許容基準<2.5mΩグランド・ツー・シャーシ
• 文書：個別の試験証明書を提供

ハッサンは、私たちがグランドの設置ひとつひとつについて詳細なテスト・レポートを提出したことに感心していました。これが、プロフェッショナルなEMCソリューションと基本的なケーブル管理を分ける品質保証のレベルなのです。

EMCアップグレード後の成果は？

定量的な結果は、重要なデータセンター環境における適切なEMCケーブルグランドの実装の有効性を実証している。

EMCのアップグレードにより、95%のシステム・クラッシュがなくなり、EMCの完全なコンプライアンスが達成され、長期的な運用の安定性を確保しながら、年間$2M以上のダウンタイム・コストを削減しました。

パフォーマンス向上

システムの安定性指標

メートル	アップグレード前	アップグレード後	改善
サーバークラッシュ/日	3-5	月0～1回	99%リダクション
ネットワークのパケットロス	0.1-0.5%	<0.001%	99.8%改善
UPS誤報	週10以上	月0～1回	95%リダクション
システムの可用性	97.2%	99.97%	+2.77%

EMC適合結果

設置後のEMI測定:

周波数範囲	測定レベル	限界 (EN 55032)	マージン	ステータス
150kHz-30MHz	45-52 dBμV	60 dBμV	+8～+15dB	パス
30-300MHz	35-42 dBμV	50 dBμV	+8～+15dB	パス
300MHz-1GHz	28-35 dBμV	40 dBμV	+5～+12dB	パス
1-3GHz	22-30 dBμV	35 dBμV	+5～+13dB	パス

財務影響分析

直接的なコスト削減

ダウンタイムの削減: 

• 以前のダウンタイム：120時間/年、$5万/時＝$600万/年
• 現在のダウンタイム：8時間/年、$5万円/時＝$40万円/年  
• 年間貯蓄額$5.6百万ドル

メンテナンス・コスト削減:

• EMI関連のトラブルシューティングを排除：$200K/年を節約
• EMIストレスによる部品交換を削減：$150K/年の節約
• 総運用コスト削減$350K/年

投資回収

事業費:

• EMCケーブルグランドおよび付属品$45K
• 据付工賃（3日間）：$15K
• EMC試験と認証$8K
• 投資総額$68K

投資回収期間:4.2日 (ダウンタイムの節約のみによる)

長期パフォーマンス・モニタリング

設置後6ヶ月間は、主要なEMCパラメータを監視し続けます：

継続的なEMCのパフォーマンス

毎月のEMI調査 安定したパフォーマンスを見せる：

• 全周波数帯域で80dB以上のシールド効果を維持
• 熱サイクルにもかかわらずEMC性能の劣化なし
• 設置以来、EMI関連のシステム障害はゼロ

顧客満足度指標

ハッサンはこんな感想を寄せている： 「EMCのアップグレードにより、当社のデータセンターは、常にストレスの原因となっていたものから、信頼できるプロフィットセンターへと生まれ変わりました。今では顧客から最もクリティカルなアプリケーションを任されるようになり、信頼性という新たな評判をもとに40%もビジネスを拡大することができました"

教訓とベストプラクティス

重要な成功要因

1. 総合EMI診断 ソリューション導入前
2. 適切な部品選択 実際のEMC要件に基づく  
3. プロフェッショナル・インストレーション 電気的導通の確認済み
4. パフォーマンス検証 標準化されたEMC試験

よくある落とし穴を避ける

• 部分解答:一部のケーブル・エントリーだけをアップグレードしてもEMI経路が残る
• インストールのショートカット:シールド終端不良が高価なEMCグランドを台無しに
• 不十分なテスト:検証なしでは、EMC性能は理論上のものに過ぎない

スケーラビリティに関する考察

私たちが導入したソリューション・アーキテクチャは対応可能です：

• EMCのパフォーマンス低下なしに、現在の3倍のサーバー密度
• 将来の技術アップグレード（5G、より高いスイッチング周波数）
• 実績のある手法を用いた隣接施設への拡張

Beptoでは、このプロジェクトが当社のEMCエンジニアリングチームのリファレンスケースとなりました。それ以来、中東とヨーロッパの15以上のデータセンターに同様のソリューションを導入し、常に優れた結果を出しています。

業界からの評価

このプロジェクトの成功は、次のような結果につながった：

• ケーススタディ出版 データセンターダイナミクス誌
• EMCコンプライアンス認証 TUVラインランドより
• 業界賞 革新的なEMC問題解決のために
• 参考サイトの状況 将来の顧客デモンストレーションのために

結論

体系的なEMCケーブルグランドのアップグレードは、システムの信頼性とコンプライアンスの改善を通じて優れたROIを実現しながら、データセンターの干渉問題を排除することができます。

データセンターEMI/RFIソリューションに関するFAQ

1. データセンターのパフォーマンスと信頼性に関するUptime InstituteのTier Classification Systemについてご紹介します。 ↩

2. 可変周波数ドライブ(VFD)の動作原理と、ACモータの速度制御方法について説明します。 ↩

3. スペクトラム・アナライザがどのように機能し、周波数領域の信号を測定・表示するのか、その基本を探ります。 ↩

4. マルチメディア機器の電磁適合性に関するEN 55032規格の範囲と要求事項を理解する。 ↩

5. 高精度の低抵抗測定を実現する4線式ケルビン法についてご紹介します。 ↩