Conformité ESD dans une salle de serveurs

Le revêtement de sol à contrôle statique offre une protection contre les décharges électrostatiques (ESD) dans de multiples industries desservant des applications disparates allant de l'élimination des chocs gênants à la protection des opérations de la tour de vol des avions contre les dysfonctionnements de l'équipement. Souvent désignée par le terme revêtement de sol ESD, cette catégorie de revêtement de sol peut protéger les appareils et équipements électroniques sensibles à l'électricité statique contre les niveaux de décharge statique nocifs (mais, en raison de leur invisibilité, apparemment sans conséquence), bien en deçà du seuil de sensibilité humaine. Dans d'autres cas, un revêtement de sol ESD est installé pour empêcher les étincelles statiques de provoquer l'inflammation de produits chimiques inflammables, de munitions, d'explosifs et de matériaux énergétiques.

Dans leur article « Are Data Centers Drying Up »,1 les auteurs Beaty et Quirk discutent des alternatives à l'humidification, comme les revêtements de sol ESD, pour prévenir les problèmes ESD réels dans les centres de données, tels que :

Spécifié et utilisé correctement, le revêtement de sol ESD empêche la génération d'électricité statique et fournit un chemin vers la terre pour les objets chargés, y compris les personnes, les matériaux, les machines et les équipements de transport. Les revêtements de sol ESD mettent également à la terre tout objet à conductivité intrinsèque qui entre en contact avec le sol. Pour les centres de données, plusieurs études financées par l'ASHRAE suggèrent fortement l'utilisation de systèmes de revêtement de sol au moins modérément conducteurs dans les zones contrôlées afin de réduire le niveau global d'accumulation de charge électrostatique, quel que soit l'humidité environnementale ou le type de chaussures utilisées dans l'espace.

En fonction de l'industrie et de l'application, différentes exigences de contrôle statique et méthodes de test prévalent. Par exemple, les exigences de contrôle statique pour la manipulation d'explosifs relèvent généralement de la compétence du manuel de l'entrepreneur du ministère de la Défense (DoD), DOD 4145.26, ou de la norme du ministère de l'Énergie (DoE), DOE 1212-2019. En revanche, les organisations manipulant des appareils électroniques sensibles à l'électricité statique suivent les directives de la norme ANSI/ESD S20.20 de l'association ESD.

Il est essentiel de faire correspondre la bonne stratégie d'atténuation standard et statique à votre application spécifique. Lorsque l'on compare la valeur, la juridiction et la viabilité de toute organisation et de ses normes, il convient de noter la possibilité de complications juridiques si le mauvais sol était installé. Dans un article de janvier 2012 publié par In Compliance Magazine, l'avocat en responsabilité civile reconnu à l'échelle nationale, Kenneth Ross, déclare que dans un procès :

"... Les normes de l'industrie et même les certifications comme UL sont considérées comme minimales... la norme établit une conception alternative raisonnable, et le fabricant doit justifier pourquoi il n'est pas conforme." 2

Bien que ce conseil s'applique spécifiquement aux risques de sécurité, il présente un deuxième problème à une échelle beaucoup plus large. Qu'en est-il des performances du produit ? La décharge statique est un problème très réel, mais c'est surtout un problème invisible. Comment l'utilisateur final sait-il qu'il a effectivement installé une solution conforme ? L'organisation de l'utilisateur final s'appuie-t-elle sur la documentation et les spécifications du fournisseur ou effectue-t-elle ses propres tests ? Quelles sont les mesures permettant d'établir la conformité du produit, et leur espace ressemble-t-il aux conditions dans lesquelles le produit a été conçu pour fonctionner ? Les chaussures ESD, par exemple, améliorent considérablement les performances des revêtements de sol ESD, mais peuvent être peu pratiques pour des espaces tels que les centres d'appels et les salles de serveurs.

Étant donné que les normes varient, comment déterminez-vous quelles normes et méthodes de test doivent être référencées pour quel environnement ? Pour comprendre pourquoi cela est important, tenez compte des différentes exigences de test de résistance entre UL 779, DoE/DoD et les exigences de test ANSI/ESD. Les tests de résistance DoE et DoD des revêtements de sol conducteurs sont généralement effectués avec un ohmmètre réglé sur 500 volts. L'exigence ANSI/ESD et ASTM pour le même test de résistance spécifie l'application de 10 volts ou 100 volts, selon les propriétés résistives du matériau testé.

Les fabricants de revêtements de sol ne fournissent généralement pas de spécifications de produits basées sur des tests de résistance de 500 volts, et la plupart des spécificateurs de revêtements de sol ne demandent pas les résultats obtenus à différentes tensions. Pourquoi l'utilisation de tensions différentes dans un test de résistance poserait-elle un problème ? Dans le cas du DoD, le gouvernement a fixé une résistance de sol minimale de 40 000 ohms testés à 500 volts pour évaluer la "sécurité" contre l'électrocution. Selon la loi d'Ohm, l'augmentation de la tension appliquée diminue la résistance. Un sol qui mesure 40 000 ohms en utilisant la méthode de test ANSI/ESD STM 7.1 à 10 volts mesurera bien en dessous de l'exigence de 40 000 ohms lorsqu'il est soumis à une tension appliquée de 500 V.

ASTM et ANSI évaluent tous deux la résistance des sols conducteurs à 10 et 100 volts. Si un spécificateur choisit un sol conducteur sur la base des résultats de test obtenus à l'aide des méthodes de test ASTM F150 ou ANSI/ESD STM 7.1, le sol peut ne pas répondre aux exigences du DoD (500 volts).

Que se passe-t-il si le test de résistance n'est effectué qu'après la pose du sol ? Cela s'est produit dans une base de l'US Air Force plus tôt cette année. L'installation manipule des explosifs et le sol, testé après l'installation, n'était pas conforme aux exigences gouvernementales. Le fournisseur a dépensé plus de 100 000 $ en main-d'œuvre et en matériaux pour retirer son plancher ESD et installer un nouveau plancher conforme à la norme gouvernementale. L'un ou l'autre des étages aurait éliminé l'électricité statique de manière satisfaisante, mais le ministère de la Défense n'accorde pas de dérogations pour les matériaux non conformes utilisés dans les applications explosives.

Un grand fournisseur de télévision par câble a fait appel à un entrepreneur local en revêtement de sol pour fournir les coûts d'un projet complexe impliquant le retrait de l'ancien revêtement de sol dans un grand centre de données opérationnel/salle de serveurs et son remplacement par une solution de contrôle statique. Le projet présentait de nombreux défis.

Le lien entre les anciens carreaux de sol et le béton (voir Figure 1) s'était détérioré en raison de l'âge et de la dégradation de l'adhésif. Le revêtement de sol directement sous les racks n'a pas pu être retiré car l'installation fonctionne 24h/24 et 7j/7. Le retrait du sol entourant les racks était risqué en raison des problèmes potentiels de confinement de la poussière. Ces obstacles et conditions préexistantes ont orienté le câblodistributeur vers des solutions pouvant être installées directement sur le sol existant.

Figure 1 : Détérioration du sol dans la salle des serveurs du câblodistributeur

Plusieurs matériaux de revêtement de sol ESD différents ont été évalués. L'objectif principal était de trouver un matériau pouvant être installé sans adhésif. Cela limitait les options aux dalles imbriquées ou à une solution flottante telle que le caoutchouc, le vinyle ou les dalles de moquette ESD. L'option de tapis a été rejetée en raison de la nécessité de déplacer de l'équipement lourd sans ajouter de résistance au roulement. Cela a conduit directement à la décision d'installer un sol autobloquant à surface dure.

La question suivante : voulaient-ils un revêtement de sol dissipatif ou conducteur ? Pour les responsables de programme ESD dans les installations de fabrication de produits électroniques, cela peut sembler un choix simple, mais cette application nécessitait la mise à la terre des personnes qui manipulaient et changeaient les cartes de circuits imprimés dans un environnement opérationnel. Le client voulait savoir quelle pouvait être la résistance avant qu'elle ne soit trop élevée pour décomposer efficacement les charges et quelle résistance pourrait être considérée comme trop faible ou inutilement conductrice, posant ainsi un risque potentiel pour la sécurité. Le sol devait également empêcher la génération de charge sur une personne portant des chaussures ordinaires dans un environnement à humidité variable.

Selon ANSI/ESD STM 7.1, un revêtement de sol conducteur est défini comme tout revêtement de sol ayant une résistance à un point de mise à la terre inférieure à un million (< 1,0 x 106) ohms. Un plancher dissipatif mesure d'un million d'ohms à moins d'un milliard d'ohms (< 1,0 x 109). La phase de qualification ANSI/ESD S20.20 de ce test est généralement effectuée dans un laboratoire à faible humidité relative (HR). Un ohmmètre est utilisé pour mesurer la résistance globale de tous les composants nécessaires à l'installation du sol. Avec les carreaux de sol collés, cela implique d'installer les carreaux sur un substrat d'essai avec l'adhésif approprié, puis de mesurer la résistance de la surface du carreau à une connexion à la terre enterrée dans ou sous l'adhésif. Les mesures obtenues à partir de ce test de laboratoire simple déterminent si un sol est classé comme conducteur ou dissipatif.

Pour atteindre une résistance conforme, les sols à surfaces conductrices sont parfois posés avec un adhésif dissipatif. Tant que l'adhésif assure un chemin vers le sol supérieur à 1,0 x 106 et inférieur à 1,0 x 109, ce type de système de revêtement de sol serait caractérisé comme un système de revêtement de sol antistatique. Les tests en laboratoire ne peuvent pas prédire si cela peut être problématique ou non sur le terrain, car les laboratoires ne présentent pas les variables trouvées dans l'environnement d'installation prévu. Par exemple, un système de revêtement de sol dissipatif qui repose sur un adhésif dissipatif pour contrôler sa résistance au sol pourrait être rendu conducteur si les conditions d'installation introduisent une transmission de vapeur d'humidité du béton ou si un équipement mis à la terre placé sur la surface du revêtement de sol crée un chemin de terre involontaire.

Selon la construction du système de revêtement de sol, certains types de revêtements de sol pourraient également mesurer différemment sur le terrain que lors du test de qualification. Un sol composite tel qu'une dalle de moquette ou un sol en vinyle flottant, par exemple, peut être fabriqué avec une couche de surface plus conductrice que les couches sous la surface. L'exécution de tests sur une installation de maquette peut détecter ces éventuels pièges à l'avance, évitant ainsi les surprises après la pose du sol.

Dans le cas des centres de données et des salles de serveurs, il n'existe pas de normes officielles pour choisir la bonne résistance électrique pour les sols ESD. Mais nous pouvons rechercher des conseils de contrôle statique auprès des fabricants qui construisent cet équipement. La plupart utilisent un certain type de revêtement de sol ESD. Étant donné que leurs programmes de prévention des ESD sont conçus pour répondre à la norme ANSI/ESD S20.20, ils installent des revêtements de sol avec une mesure de résistance inférieure à 1,0 x 109 ohms à la terre et à la génération de charge (selon la méthode de test ANSI/ESD STM 97.2 inférieure à 100 volts sur le personnel portant des ESD chaussure.

Étant donné que S20.20, CEI 61340-5-1 (l'équivalent international de S20.20) et les normes FAA fixent toutes une limite supérieure de < 1,0 x 109, le point auquel la performance du revêtement de sol antistatique est considérablement diminuée , il est logique qu'il s'agisse d'un seuil supérieur universellement accepté.

Pendant des décennies, les publications NFPA ont fixé une résistance électrique minimale de 25 000 ohms pour les planchers installés dans les blocs opératoires. Cette valeur de résistance a été déterminée à l'aide d'un ohmmètre réglé à 500 volts. UL 779 exige une résistance minimale moyenne de 25 000 ohms. DoD 4145.26 définit 40 000 ohms comme minimum dans les zones avec un service de 110 volts et 75 000 ohms près d'un service de 220 volts. (Pour le DoD, un interrupteur de fuite à la terre répond à la même exigence.) Un article sur le site Web d'un centre de données IBM, mis à jour en mai 2022, indique :

"Pour des raisons de sécurité, le revêtement de sol et le système de revêtement de sol doivent fournir une résistance d'au moins 150 kilohms lorsqu'ils sont mesurés entre deux points quelconques sur l'espace au sol distants de 1 m (3 pi)." 3

FAA 019f, Motorola R56 et ATIS 0600321 exigent tous que les revêtements de sol ESD mesurent au-dessus de 1,0 x 106. Comme l'entreprise dans l'étude de cas qui devait protéger le personnel mis à la terre, les personnes employées par les installations couvertes par ces normes travaillent à proximité d'équipements électrifiés. Ces industries ont créé leurs normes dans le but de protéger les travailleurs contre le risque d'électrocution. Bien que nous ne connaissions pas de cas où quelqu'un a été électrocuté par un sol ESD, c'est une possibilité théorique qui a été confirmée par des tests en laboratoire.

Il est primordial de garder à l'esprit que les mesures de résistance effectuées avec un ohmmètre ne doivent jamais être utilisées pour déterminer la quantité de courant qui traversera un plancher de contrôle statique. Une étude en particulier, réalisée par Fowler Associates à Simpsonville, SC, a démontré une variation significative du courant électrique mesuré réel sur les matériaux de revêtement de sol ESD par rapport au courant électrique prévu sur la base des mesures de résistance obtenues à l'aide d'un ohmmètre.4 Les seuls produits de revêtement de sol commercialisés pour protéger les travailleurs du courant électrique sont très isolants et ne servent à rien de contrôle statique. Les revêtements de sol ESD ne sont pas conçus pour empêcher le passage de l'électricité. C'est exactement le contraire. Les revêtements de sol ESD facilitent l'écoulement des charges vers le sol.

Cela nous laisse avec les politiques requises telles que le respect des codes électriques nationaux et locaux, la limitation des travaux électriques au personnel et aux organisations qualifiés uniquement, ainsi que le développement, la mise en œuvre et l'application d'un programme de sécurité électrique. Cela ne veut pas dire qu'il ne faut pas envisager une résistance minimale. Cela signifie simplement que nous ne devrions pas compter sur la résistance électrique comme mesure de sécurité. Mais que la résistance soit un prédicteur fiable du courant de fuite ou non, les fabricants de revêtements de sol doivent tenir compte des conseils de Ken Ross, c'est-à-dire qu'une norme (UL, NFPA, DOD, FAA) établit une conception alternative raisonnable et, en cas d'accident, le "fabricant devrait justifier pourquoi il ne s'est pas conformé".

Les salles de serveurs diffèrent des espaces de fabrication électronique, et les critères de sélection diffèrent également. Une question importante lors de la sélection d'un sol ESD pour une salle de serveurs par opposition à un environnement de fabrication est de savoir si le sol peut ou non atténuer les charges statiques sans chaussures ESD. Dans les installations électroniques, tout le personnel sur le sol doit porter un certain type de chaussures ESD. L'utilisation de chaussures ESD ne serait pas pratique dans une salle de serveurs. Cette limitation crée un fort besoin d'installer un sol qui génère des charges minimales indépendamment des chaussures ou d'une faible humidité relative.

Selon une importante étude financée par l'ASHRAE :

"Bien qu'il puisse s'avérer impossible de contrôler avec certitude les chaussures portées par le personnel qui entre ou travaille dans les centres de données, les propriétaires et les gestionnaires d'installations doivent être conscients que les chaussures peuvent entraîner des problèmes dans le fonctionnement quotidien du centre de données. À peu près n'importe quel polymère conventionnel Le matériau de la semelle à base de carbone peut entraîner des niveaux de charge élevés, certains plus que d'autres, quelle que soit l'humidité. Un sol conducteur aidera à atténuer la charge électrostatique, même sur les chaussures présentant le potentiel le plus élevé de génération d'électricité statique. 5

Le type de matériau de revêtement de sol antistatique joue également un rôle dans la génération de charge. Parmi les statistiques documentées les plus convaincantes figure la probabilité de générer une charge supérieure à 500 volts en marchant sur un sol antistatique en portant des chaussures ordinaires (voir tableau 1). La probabilité que 500 volts se produisent sur un sol en vinyle dissipateur d'électricité statique a été calculée à 35 % ; pour un sol en vinyle conducteur, la probabilité chute à 8 %. La probabilité qu'un sol en caoutchouc conducteur permette une charge supérieure à 500 volts n'était que de 0,1 %.

* En utilisant des revêtements de sol et des chaussures antistatiques, le risque de perturbations et de dommages liés aux décharges électrostatiques peut être réduit à un niveau insignifiant, même si l'humidité peut chuter à des valeurs faibles, telles que 8 %. Malheureusement, contrôler les chaussures dans la plupart des centres de données est très peu pratique.

Historiquement, les centres de données se sont appuyés sur l'humidification pour contrôler l'électricité statique. L'association ESD a supprimé l'humidification comme exigence dans la version 2007 de l'ANSI/ESD 2020. Nous pouvons et devons nous inspirer d'autres normes pour répondre aux besoins spécifiques de ces espaces.

Le projet de recherche ASHRAE RP-1499 montre que l'installation de revêtements de sol à contrôle statique dans les centres de données et les salles de serveurs peut contrôler, réduire et prévenir les niveaux problématiques de génération d'électricité statique et, par conséquent, permettre une réduction significative des besoins d'humidification et d'énergie de longue date dans ces espaces.

Combattre ces problèmes avec une solution d'infrastructure unique comme les revêtements de sol ESD est logique, en particulier par rapport au gaspillage d'énergie pour refroidir un espace fortement humidifié. Dans « The Effect of Humidity on Static Electricity Induced Reliability Issues of ICT Equipment in Data Centers » (note de fin n° 5), les auteurs Wan, Swenson, Hillstrom, Pomerenke et Stayer suggèrent fortement l'utilisation de :

"au moins des systèmes de revêtement de sol modérément conducteurs dans les zones contrôlées pour réduire le niveau global d'accumulation de charge électrostatique, indépendamment des chaussures ou de l'humidité ambiante. Le revêtement de sol doit être installé de toute façon, et le coût associé à un sol conducteur plutôt qu'isolant est mineur par rapport à la poursuite coûts d'exploitation pour maintenir des niveaux d'humidité appropriés (faible humidité)."

Lors de l'évaluation d'un sol ESD, plusieurs facteurs de performance doivent être étudiés, y compris la résistance électrique maximale et minimale, les codes électriques et les normes de l'industrie, la génération de charge à l'humidité relative de fonctionnement la plus basse et les performances avec et sans chaussures ESD. Que le centre de données soit en construction ou déjà en exploitation aura un impact et peut-être limitera les options de revêtement de sol ESD.

Certaines organisations préfèrent que les revêtements de sol conducteurs n'entrent pas en contact électrique avec les racks (voir Figure 2) en raison de l'impact potentiel sur l'analyse du système en raison d'un chemin de terre entre le rack et le sol. Une autre considération est de savoir si le contact avec des racks mis à la terre peut modifier les propriétés de résistance surface-sol d'un sol. Les installations expérimentales peuvent exposer ces possibilités avant que les prescripteurs ne fassent une sélection finale.

Figure 2 : Salle des serveurs recouverte d'un sol conducteur emboîtable. Notez que les bords du sol sont coupés pour éviter tout contact avec les racks

Combiné avec des chaises à contrôle statique et des sangles de mise à la terre, le revêtement de sol à contrôle statique peut fournir une solution très efficace et à dépense unique pour tous les types d'espaces TIC.

centre de donnéesDavid Longesdsolsalle de serveursnormescontrôle statique

Dave Long est le PDG et fondateur de Staticworx, Inc., l'un des principaux fournisseurs de solutions de revêtements de sol pour les environnements antistatiques. Il a plus de 30 ans d'expérience dans l'industrie et combine ses connaissances techniques approfondies de l'électrostatique et des tests de substrats en béton avec une compréhension pratique de la façon dont les matériaux fonctionnent dans des environnements réels.

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