数据中心的隐型杀手---静电

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静电是物体和物体摩擦时产生的电,也就是人们常说的摩擦起电。在数据中心中,静电是发生最频繁、最难消除的危害之一。

静电是物体和物体摩擦时产生的电,也就是人们常说的摩擦起电。在数据中心中,静电是发生最频繁、最难消除的危害之一。静电不仅会使计算机运行出现随机故障,而且还会导致某些元器件运行失效,可能引起数据中心火灾,还可能会影响操作和维护人员的正常工作和身心健康。虽然静电给数据中心运行带来了不少的安全隐患,但由于静电引起的数据中心故障往往是随机故障,重复性不强,故障原因一般很难查清,因此给数据中心的运维带来了极大的难度。

一般静电引起的故障有以下三个特点:其一、静电故障出现的季节主要是冬春干燥期,就是说静电随湿度而改变;其二、静电与数据中心采用的地板、使用的家具及工作人员的工作服等有关;其三、静电致使数据中心设备出现错误动作时,往往当人体或其它绝缘体与电子设备相接触时发生。

根据静电故障的特点可以看出数据中心的静电有几大来源。包括有:数据中心机房的地板;数据中心使用设施;数据中心维护人员的衣着。维护人员的衣着是静电主要的来源,因为静电多数情况下是在维护人员去接触数据中心设备时产生的。表1为在20℃时,相对湿度为40%时测得的工作服带电电压,表2为在同样的环境条件下人体的带电电压。

表1:工作服带电电压

表2:人体带电电压

从表1和表2可以看出,工作服带电电压和人体带电电压的高低与所穿衣服裤子的材料有关。带电量最少的是裤子为维尼龙与棉混纺,衣服也是维尼龙和棉混纺。此时工作服带电电压只有0.5KV,人体带电电压为0.3KV,带电最多的是衣服为聚酯与人造丝,裤子为丙烯,其工作服带电电压高达39.9KV,而人体带电电压也高达19.2KV。

鞋子所带静电,除与鞋底所用材料有关外,还与地面材料有关。表3为穿着不同材料鞋子的人,在不同质的地毯上行走40步时测得的人体带电电压。测试的环境温度为20℃,相对湿度为40%。测试者的体重为55Kg

表3:穿着不同鞋质时人体的带电电压

静电的产生不仅与材料,摩擦表面状态,摩擦力的大小有关,并且大小与相对湿度密切相关。在其他条件相同的情况下,相对湿度为30%,静电压升为5000V,相对湿度降至20%,静电压升为10000V,当相对湿度为5%时,静电压升为20000V。

表4:在不同湿度时,各种活动时人体身上的静电电压

根据静电产生的特点,可以采用有效的方法来避免静电的产生。以下介绍几种数据中心中常用的消除静电的方法。

(1)接地与屏蔽

接地是最基本的防静电措施,数据中心必须建有接地系统,数据中心所有电子设备都需要接地,这样可保证静电能够通过接地系统漏泄入地,而不至于引起软硬件系统运行的故障。数据中心采用的电子设备必须符合数据机房标准,运行时漏电在50毫安以下,设备必须具有接地端子。核心数据中心的网络、存储及服务器设备都要具有端接保护电路,提高抵抗静电的能力。

(2)数据中心的地板、建筑设施

数据中心的地板是静电产生的主要来源。因而要保证从地板表面到接地系统的电阻在10^5——10^8欧姆 之间,当电阻值低于10^9欧姆 时,所产生的静电只有几十伏到几百伏,这样低的静电是微不足道的。数据中心装修材料应尽量用产生晶电子或不产生静电的材料制造,材料表面材料的表面电阻值应低于10^9欧姆 。

(3)数据中心维护人员的着装

以上对不同衣着所能产生的静电进行了细致分析,所以维护人员在数据中心场所所穿的服装和鞋,必须用低阻值的材料制作,以免产生静电。

(4)数据中心人员管理

数据中心应该对进入的人员进行有效管理,无论是数据中心内部运维人员还是外来人员进入数据中心一律要穿防静电的工作服和防静电鞋套。在对设备进行操作时必须佩带防静电手套和护腕。通过积极有效的管理,降低静电故障的发生。

(5)机房环境

静电产生的主要条件就是相对湿度低,因此,数据中心选用的空调设备应是能控制恒湿、恒温的空调设备。当数据中心的相对湿度太低时,可以自动启动加湿器,使相对湿度保持在40%左右。数据中心若不具备恒湿空调,可以在静电发生较高的地方喷洒静电消除剂,该类溶剂可消除静电,并能保持一定时期,但需要定期喷洒。

静电是看不到、摸不到的东西,在数据中心中很难去发现引起静电的各种隐患,是数据中心的隐型杀手,随机可能出现,并给数据中心带来严重的损失。所以一定要对数据中心采取一系列积极有效的方法,尽可能避免静电的发生,将静电故障扼杀在摇篮之中。

静电消除器依据除电时离子的形成方式分成三类:加电式除电器,自行放电式除电器,放射线式除电器,由于放射线的关系,放射线式除电器很少应用。

这就是说,静电是经过物体的接触,电荷移动形成二重电荷和电荷分离的过程之后产生的。物体产生的静电一部分被消灭,称为静电的漏泄,另一部分被积蓄起来,电阻或固有电阻大的物体静电的积蓄多。

等量的电荷,呈中性。然而呈中性的两个不同物体的相接触,则在其界面上开始电荷的移动,一个物体带正电,另一个物体则是过剩的负电荷。由于这个状态只是接触面的界面上,因而不呈现静电现象,但是若使这两物体相互分离,即加入机械作用,则外部就形成静电场,从而产生静电。

如CMOS、MOS电路,双极性电路等的击穿和毁坏。

不仅硬件维护人员很难查出,有时还会使软件人员误认为是软件故障,从而造成工作混乱。此外,静电是通过人体对计算机设备或其它设备放电时(即所谓的打水),当能量达到了一定的程度,也会给人以触电似的感觉,造成操作维护人员的精神负担,影响工作效率。

静电对计算机的影响:静电对电子计算机的影响主要体现在静电对当导体器件的影响上,可以说半导体器件对静电的敏感,也就是计算机对静电的敏感,静电对电子计算机的影响表现有两种类型:一种类型是元件损坏,另一种类型是引起计算机误动作或运算错误。

元件损坏主要是指用于计算机的中、大规模集成电路,对双极性电路也有一定的影响。对于早期的MOS电路,当静电带电体(通常静电电压很高)触及MOS电路管脚时,静电带电体则对其放电,使MOS电路击穿。近年来,由于MOS电路的密度高,速度快,价格低,因而得到了广泛的应用和迅速发展。目前,大多数MOS电路都具有端接保护电路,提高了抵抗静电的能力。尽管如此,在使用时,特别是在维修或更换时,同样要注意静电的影响,过高的静电电压依然会使MOS电路击穿。

静电引起计算机错误动作或运算错误是由于静电带电体触及电子计算机时,对计算机放电,有可能使计算机逻辑元件送入错误信号,引起计算机运算出错,严重者还会使送入计算机的计算程序紊乱,此外,静电对电子计算机的外部设备也有明显的影响。带阴极射线管的显示设备,当受到静电干扰时,会引起图像紊乱模糊不清。静电还将造成Modem、网卡、Fan等工作失常,打印机的走纸不顺等故障。

静电引起故障的原因(1)由于电流瞬间流引机壳,对信号线,电源线产生的感应噪声。(2)由于静电产生的高压,引起机壳地、安全地的电位变动,从而引起逻辑地产生的电位变动。(3)静电放电时的接触部分产生的电磁波给予信号线的辐射噪声。

(1)计算机机房用的地板:在计算机机房中,为了便于敷设信号线和电源线以及通风空调等的需要,目前广泛采用在原有建筑地面上架设活动地板的方式。不管是本质活动地板,还是金属活动地板,其表面多是高分子合成材料,当人体穿着塑料底的或皮革底的鞋子在活动地板上面行走时,就会由于摩擦引起静电。此外,装有胶轮的推车和设备与活动地板的摩擦也将引起静电。静电的高低与地板表面材料的电阻值有关。

(2)机房使用设施:在机房内除安装大批的计算设备外还装有一定数量的,供操作和维护人员使用的设施。如各类台、架、柜及家具如桌子,椅子等,其表面往往由容易产生静电的材料制成。例如,塑料贴面板、人造革、泡沫塑料、橡胶等,在使用过程中,不可避免地要进行摩擦,从而产生静电。当其电压达到一定程度后,就会放电,放电时会产生“咯,咯”的响声,在黑暗中可看到放电火花。对人体放电,会使人有不适的感觉。

近年来,由于化学纤维工业的发展,在计算机机房工作的操作维护人员中,多数人都穿着各种各样的化纤制品的服装,有的甚至穿着的确良之类的工作服,这些化纤产品的相互摩擦产生的静电传给人体,则使人体也带上了电荷。人们穿的鞋若是塑料底或人造橡胶底的,袜子又是尼龙的,则它们之间的相互摩擦,以及鞋底与活动地板的相互摩擦,都是静电的一种来源。而且最终都将传到人体上,这是因为相对湿度高,则意味着空气中含的水分子多,物体表面吸附的水分子也多。水是一种良导体,物体表面吸附的水分子越多,其电阻率越低,静电荷就可由高电位传到低电位而聚集不起来。

静电的防止与消除:一方面在静电防护上下工夫,即不使静电对半导体器件放电或流过半导体器件,另一方面在计算机机房设备上下工夫,尽量减少静电来源:

当然,接地并不以清除静电为主要目的,通常静电接地是与设备接地共用的,其接地电阻越低越好,如果单纯以防静电为目的的接地,只要其电阻低于10^8欧姆即可起到保护作用,其次是切断静电噪声侵入的通路,这就是要进行屏蔽,尤其是磁带、磁盘等低电平的信号检测电路,特别易于受到外部静电感应噪声的影响。

MOS电路的保护:对于采用MOS电路作存储器的电子计算机系统,为了有效地保护MOS电路,可在硬件维修室或机房内设置专用MOS电路维修台,维修台应有接地的金属板作台面,维护人员带特制的接地手套。

责任编辑:遗忘者 来源: 企业网
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