Elektrostatik und IT-Infrastruktur im Rechenzentrum

Die Elektrostatik beschreibt statische Ladung, Ladungsverteilung und elektrische Felder geladener Objekte. Elektrostatische Phänomen entstehen durch die Kraft, die die elektrischen Ladungen aufeinander ausüben. Diese Kräfte werden durch das Coulombsche Gesetz beschrieben. Die Elektrostatik ist ein Zweig der Elektrodynamik, der um die Wechselwirkung von sich bewegenden Ladungen (Strom) und Magnetfeldern und deren dynamische Entwicklung erweitert wird.

Die Elektrostatik ähnelt der Magnetostatik, die sich mit statischen (konstanten) Strömen und Magnetfeldern befasst. Mit elektrostatischen Ladungen verbundene Gefahr in der IT-Infrastruktur ist die (ungewollte) Elektrostatische Entladung (ESD).

Elektrostatische Entladung im Serverraum

 

Elektrostatische Entladung und gefährliche Stromschläge vermeiden

Im täglichen Leben hat schon jeder einen "elektrischen Schlag" erlebt, beispielsweise beim Berühren eines Türgriffs. Aus physikalischer Sicht hat ein winziger Funke zu einem Ausgleich der Ladungen geführt - im Prinzip wie ein Blitz aus einer Gewitterwolke. Diese elektrostatischen Entladungen sind eher störend und ein harmloses Phänomen als bedrohlich oder sogar gefährlich. Dennoch führen Unfälle durch elektrostatische Entladung nicht selten zu Krankschreibungen und Fehlzeiten der Mitarbeiter und Ausfällen einzelner Komponenten der ITK-Infrastruktur.

Beim Schutz der zentralen IT-Infrastruktur einer Behörde oder eines Unternehmens ist es wichtig, elektrostatische Aufladung zu verhindern und das Explosionsrisiko zu minimieren. Überall, wo Hardware wie IT-Systeme, Server, Switches, Storages oder TK-Anlage im Serverschrank betrieben wird, muss das Risiko einer elektrostatischen Entladung berücksichtigt werden. Vorbeugende Maßnahmen umfassen beispielsweise ableitfähige und geerdete Fußböden (Doppelboden) mit einem festgelegten Ableitwiderstand.

 

DIN EN 61340 ESD EPA reinigen

 

Trockene Luft, Teppiche und falsche Schuhe sind die Ursache für störende Stromschläge, die durch elektrostatische Entladung verursacht werden. Sie berühren den Computer und schon ist es passiert. Kleine Elektroschocks und Stromschläge durch unbewusste Verhaltensweise im Serverraum können die empfindliche Elektronik zerstören und zum Ausfall führen.

Wenn die Gummisohlen auf dem PVC schlurfen oder Staub die Ableitfähigkeit beeinträchtigt, sammelt sich meist aufgrund von Reibung elektrische Ladung an, die aufgrund der isolierenden Eigenschaften nicht abgeführt werden kann und sich plötzlich entlädt.

 

Besondere Gefahren im Serverraum

Wenn sich Ladungen ausgleichen, sich eine elektrostatische Aufladung spontan und unkontrolliert entlädt, treten immer unerwünschte Effekte auf. Im Falle einer großen Potentialdifferenz kann der Ladungsausgleich zwischen festen, flüssigen oder gasförmigen Medien sehr drastisch erfolgen.

Im Serverraum erzeugen Versorgungsspannungen und die Prüfspannungen an elektrischen Komponenten und Geräten ebenfalls elektrostatische Ladungen. Typische Aufladeobjekte sind Kondensatoren, elektrische Leitungen oder Wicklungen in Transformatoren. Eine schlechte Entladung dieser Komponenten führt häufig zu elektrischen Unfällen durch Kontakt.

Beim Berühren (und auch knapp davor) von geerdeten Objekten oder Geräten kommt es zur elektrostatischen Entladung (ESD) der gesammelten Energie. Spannungen bis 3500 Volt spürt man kaum, unter ungünstigen Bedingungen können Spannungen über 20.000 Volt erzeugt werden und die sind deutlich spürbar.

Elektrostatische Entladungsstöße sind im Allgemeinen nicht gesundheitsschädlich. Sie können jedoch sehr gefährlich sein. Im Schreckmoment eines Stromschlags besteht die Gefahr eines Unfalls, beim Umgang mit explosiven Stoffen kann ESD zu einem Zündfunken und im Serverraum können IT-Geräte stark beschädigt werden und ausfallen.

Im Allgemeinen reicht eine Luftfeuchtigkeit von 45% bis 50% aus, um das Risiko statischer Elektrizität zu minimieren. Ein Serverraum muss sauber und staubfrei sein. Die isolierende Wirkung von Staub darf nicht unterschätzt werden.

Elektronische Komponenten können durch ESD beschädigt werden. Selbst wenn die Entladung unter der wahrnehmbaren Schwelle liegt, kann dies zu Fehlfunktionen empfindlicher Bauteile und zum Datenverlust führen.

 

Risiko und Gefahren für die IT durch elektrostatische Aufladung.

Die Elektrostatik befasst sich mit ruhenden elektrischen Ladungen und der Ladungsverteilung. Die vorbeistreifende, trockene Luft und Reibung trennt bei bestimmten Materialien Elektronen und reißt sie mit. Das Material lädt sich elektrostatisch auf. Je mehr elektrische Ladungen sich voneinander trennen desto größer ist die elektrische Spannung (Unterschied des Potentials).

Die Berührung eines geerdeten Körpers gleicht das Potential wieder aus. Die Elektronen gelangen wieder an Ihren Platz zurück. Kurzzeitig fließt ein (sehr starker) elektrischer Strom. Die plötzliche Entladung ist ein großes Risiko und eine große Gefahr, sie beschädigt Elektronische Bauteile. Dabei können Funken entstehen, die sogar explosive Stoffe entzünden. Ab etwa 3 kV elektrostatischer Aufladung ist der Stromschlag für den Menschen deutlich spürbar und ein großes Risiko für EDV Anlagen und IT Systeme im Serverraum. Der Doppelboden im Serverraum dient dem Schutz elektronischer Bauelemente gegen elektrostatische Phänomene (ESD). 

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Vermeidung elektrostatischer Aufladung

Das Trennen der Ladungen lässt sich nicht verhindern. Man kann aber versuchen, die Anzahl der sich ansammelnden Ladungen gering zu halten. Trockene und staubige Luft führt zu einer hohen Aufladung. Eine geeignete Klimatisierung sollte auch für Luftfeuchte sorgen.

Elektrisch leitfähige Materialien ermöglichen die Bewegung der Elektronen, Ladungen verteilen sich und sammeln sich nicht an. Durch Erdung elektrisch leitfähiger Systeme werden die Ladungsträger gleichmäßig abgeleitet. Der Potentialunterschied bleibt gering. Diese Materialien verhalten sich antistatisch. Je kleiner der ohmsche Widerstand, desto beweglicher die Ladungsträger, desto geringer die elektrostatische Aufladung und damit die gefährliche, plötzliche elektrostatische Entladung.

Anforderungen an den Doppelboden

Doppelboden Lösungen werden beispielsweise für Technikräume, Elektroräume, Schaltzentralen, Serverräume, Rechenzentren, aber auch Akustik-Doppelböden, Thermo-Doppelböden und Reinräumen eingesetzt.

In ein Doppelbodensystem im Serverraum lassen sich die Kühlung, Lüftung und Verkabelung integrieren. Der Doppelboden kann auch bei speziellen Anforderungen flexibel zugeschnitten werden. Der Doppelboden bietet eine hohe Sicherheit gegen Feuchtigkeit, Feuer, Brand und elektrischen Spannungen. Der Doppelboden ist sehr flexibel bei der Verlegung von Installationen und ermöglicht jederzeit die Anpassung an die Gegebenheiten. Der Doppelboden ist die richtige Wahl, wenn es um Sicherheit und Flexibilität geht. Unter der Bodenfläche ist ein Hohlraum, der als Installationsraum an jeder Stelle einen freien Zugang ermöglicht. Die Verkabelungen verschwinden im Boden und die Luft zur Kühlung lässt sich bestmöglich leiten.

Elektrostatik, Doppelboden und die empfindliche Informationstechnik

Der Doppelboden soll bestmöglich elektrostatisch ableiten. Der Doppelboden soll elektrostatische Aufladungen sicher ableiten und gegen Stromschläge isolieren. Der Doppelboden soll ableitfähig, antistatisch und isolierend sein. Der ohmsche Widerstand soll also größer gleich  5 x 10 hoch 4 Ohm und kleiner gleich 10 hoch 9 Ohm sein. Die Aufladespannung im Begehtest darf nicht größer als 2 kV (2000 Volt) werden. Bleiben die Aufladespannungen unter 2kV, sind Entladungen über den Körper kaum spürbar, es entstehen keine Funken. Dieses elektrische Verhalten des Doppelbodens und der Bodenplattenbeläge wird antistatisch genannt. Elektronische Bauteile in Geräten wie Server, Storage und Switche können bereits bei sehr geringen Aufladespannung oder durch das entstehende elektrische Feld Schaden nehmen und ausfallen.

Doppelbodenplatten und Unterkonstruktion bilden einen elektrisch leitfähigen Verbund. Bei Verwendung der Komponenten leitfähiger Oberbelag, leitfähige Verklebung, leitfähiges Kantenband, leitfähige Plattenauflage und metallische Unterkonstruktion ist die sichere Ableitung elektrostatischer Aufladung in die Unterkonstruktion gewährleistet. Bei der Pflege und Reinigung vom Doppelboden ist darauf zu achten, dass die elektrischen Eigenschaften nicht verändert werden.

Doppelboden Pflege

Ein nicht gepflegter Doppelboden muss schneller ausgetauscht werden, weil die Leistungsstärke leidet. Eine gute Doppelboden Reinigung und Pflege verlängert die Lebensdauer des Bodenbelages und ist ein wichtiger Beitrag zur Werterhaltung des Doppelbodens und der IT-Infrastruktur. Für ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild ist die regelmäßige Reinigung unbedingt erforderlich und ist nicht nur eine Frage der Hygiene. Die ordnungsgemäße antistatische Funktion des Doppelbodens ist von der richtigen Reinigung und Pflege abhängig.

Man unterscheidet zwischen der Grundreinigung, Erstreinigung, Bauschlussreinigung, Feinreinigung und der regelmäßigen Unterhaltsreinigung eines Doppelbodens. Die Art der Reinigung richtet sich nach Art und Umfang der Verschmutzung, dem Nutzungsgrad und dem Einsatzgebiet. Es dürfen nur so viele Platten abgehoben werden, wie unbedingt notwendig. Es sollten keine Platten im Quadrat entnommen werden, da sonst die Stützen frei stehen. Lockere Stützen müssten erneuert werden. In einer Linie sollten nicht mehr als fünf Platten entnommen werden.

Bei der Reinigung vom Doppelboden ist grundsätzlich ein Durchnässen der Bodenfläche zu vermeiden. Im Serverraum, DataCenter oder Rechenzentrum ist Wasser absolut tabu, damit die empfindliche Hardware keinen Schaden nimmt. Das Aussehen und die Funktion des Doppelbodens sind von der richtigen Pflege und Reinigung abhängig.

Bei der Reinigung dürfen die elektrostatischen Eigenschaften, die Klebeverbindung oder die Rückenbeschichtung nicht beeinträchtigt werden. Bodenplatten mit Löchern oder Ausschnitten, Lüftungsplatten sind besonders sorgfältig zu behandeln. Bei der Reinigung vom Doppelboden wird der Schmutz mit speziellen antistatischen Staubsaugern und mit Wischgeräten nebelfeucht aufgenommen.

 

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