فهرست مطالب
مقدمه
مراکز داده (Data Centers) زیرساخت اصلی اقتصاد دیجیتال و ستون فقرات عملکرد شبکه‌های ارتباطی جهانی هستند. در حالی که عموم توجه مدیران IT معطوف به به‌روزرسانی سرورها، امنیت سایبری و بهینه‌سازی نرم‌افزار است، پایداری و امنیت این تجهیزات گران‌قیمت به یک پارامتر زیرساختی حیاتی و اغلب نادیده‌گرفته‌شده وابسته است: سیستم اتصال به زمین (Earthing/Grounding). سیستم ارتینگ نه تنها یک الزام ایمنی، بلکه یک عنصر بنیادین برای جلوگیری از نویز الکترومغناطیسی و تضمین آپ‌تایم مستمر است. در این اکوسیستم حساس، دستگاه ارت تستر یا ارت سنج، به عنوان ابزاری کلیدی، نقشی حیاتی ایفا می‌کند. این دستگاه مسئول اندازه‌گیری مقاومت سیستم‌های زمین است تا اطمینان حاصل شود که پایداری الکتریکی مورد نیاز برای تجهیزات حساس و انطباق با سخت‌گیرانه‌ترین استانداردهای بین‌المللی نظیر TIA-942 حفظ می‌شود. یک سیستم ارتینگ کارآمد، تضمین‌کننده مسیر امنی برای هدایت جریان‌های نشتی، خطاهای فاز به بدنه و ولتاژهای ناخواسته (همچون صاعقه) به زمین است، که این امر حفاظت از جان پرسنل و بقای تجهیزات را در پی دارد.
مقاومت زمین، که توسط ارت تستر اندازه‌گیری می‌شود، مقاومت کلی بین الکترود نصب شده در زمین و جرم عمومی زمین است. این مقدار، تعیین‌کننده میزان سهولت تخلیه جریان‌های خطا به زمین است. در واقع، مقاومت الکترود زمین شامل مجموعه‌ای از مؤلفه‌ها است: مقاومت هادی زمین، مقاومت نقطه اتصال هادی به الکترود، مقاومت تماسی الکترود با خاک، و مقاومت خاک اطراف الکترود. باید در نظر داشت که از بین تمامی این مؤلفه‌ها، مقاومت خاک اطراف الکترود سهم اصلی و غالب را در مقاومت مجموع ایفا می‌کند. مقاومت خاک خود تابعی مستقیم از نوع بافت خاک (ماسه‌ای، سنگی)، میزان رطوبت، و دمای محیط است. در دیتاسنترها، هدف از گراندینگ مناسب، محدود کردن پتانسیل هادی حامل جریان در زمان اتصال کوتاه و تخلیه ایمن آن به جرم زمین است تا از افزایش ولتاژهای مضر و تخریبی بر روی شاسی و بدنه فلزی تجهیزات IT جلوگیری شود.
مقاومت زمین یک پارامتر ثابت و دائمی نیست. شرایط خاک، شامل میزان رطوبت و سطح نمک، می‌تواند در طول زمان تغییر کند. این تغییرات محیطی به مرور زمان منجر به خوردگی الکترودهای زمین و اتصالات آن‌ها می‌شود. یک سیستم ارت که در زمان نصب مقاومتی بسیار کم یا ایده‌آل داشته است، ممکن است پس از گذشت چند سال و در اثر فرآیند خوردگی، دچار افزایش مقاومت شود. به همین دلیل، نظارت دوره‌ای و مستمر با ارت سنج برای اطمینان از حفظ مقاومت در محدوده استاندارد (به ویژه زیر ۱ یا ۲ اهم) امری حیاتی است. نکته فنی مهم دیگر، رفتار متفاوت زمین در اندازه‌گیری است. زمین مانند یک الکترولیت رفتار می‌کند و در صورت عبور جریان مستقیم (DC)، پدیده پلاریزاسیون (قطبی شدن) رخ می‌دهد که باعث ایجاد پتانسیل در جهت مخالف و کاهش تدریجی جریان می‌شود، در نتیجه اندازه‌گیری دقیق مقاومت با ابزارهای DC ناممکن خواهد بود. به همین دلیل، ارت تسترها به طور اختصاصی طراحی شده‌اند تا با استفاده از موج مربعی یا سینوسی در فرکانس چند ده هرتز تا ۱ کیلوهرتز اندازه‌گیری را انجام دهند.
ارتینگ ضعیف پیامدهای متعددی دارد که در دیتاسنترها می‌توانند فاجعه‌بار باشند. از منظر ایمنی فیزیکی، عدم وجود اتصال به زمین با مقاومت مناسب، کارکرد صحیح سوئیچ‌های ایمنی را مختل کرده و خطر برق‌گرفتگی افراد را در زمان وقوع خطاهای الکتریکی به شدت افزایش می‌دهد. با این حال، در مراکز داده، تهدید اصلی به عملکرد تجهیزات شبکه مربوط می‌شود. تجهیزات الکترونیکی حساس، مانند سرورها، روترها و سیستم‌های ابزار دقیق و مخابراتی، به شدت در مقابل نویزهای الکتریکی آسیب‌پذیر هستند. خطاهای شبکه برق یا جریان‌های القایی که ممکن است هیچ آسیبی به یک موتور الکتریکی معمولی وارد نکنند، به سادگی می‌توانند باعث اختلال در عملکرد سیستم‌های کامپیوتری شده و یا حتی آسیب‌های سخت‌افزاری دائمی ایجاد کنند. عدم تخلیه مناسب ولتاژهای القایی و جریان‌های سرگردان بر روی بدنه فلزی دستگاه‌ها به دلیل مقاومت بالا، مستقیماً به تداخل الکترومغناطیسی (EMI) منجر می‌شود. این نویز کنترل‌نشده، یک دشمن پنهان برای یکپارچگی سیگنال‌های دیتا در دیتاسنتر است و مستقیماً کیفیت عملکرد شبکه را کاهش می‌دهد.
انتخاب دستگاه ارت تستر و روش اندازه‌گیری مناسب باید با ساختار سیستم گراندینگ دیتاسنتر و همچنین الزامات استاندارد انطباق داشته باشد.
دقیق‌ترین و مورد تأییدترین روش برای اندازه‌گیری مقاومت سیستم ارتینگ، به ویژه پس از اجرای اولیه، روش سه‌سیمه است که مطابق با دستورالعمل‌های استاندارد بین‌المللی IEEE 81 صورت می‌گیرد. این روش برای سنجش مقاومت یک چاه ارت مجزا و اطمینان از مقاومت واقعی الکترود در خاک اطراف، ایده‌آل است.
نکته فوق‌العاده مهم در این روش، رعایت هم‌راستایی و خط مستقیم در کوبیدن هر سه نقطه (الکترود اصلی، پتانسیل و جریان) است تا نتایج نهایی به عدد اهمی دقیق و استاندارد دست یابد.
قبل از اقدام به اندازه‌گیری مقاومت (اهم)، متخصص باید دستگاه را روی حالت ولتاژ تنظیم کرده و ولتاژ زمین را قرائت کند. این ولتاژ خوانده شده باید زیر ۱۰ ولت باشد. وجود ولتاژ بالاتر از ۱۰ ولت (ولتاژ سرگردان یا پتانسیل خطرناک) نشان‌دهنده خطای جدی در سیستم الکتریکی (مانند اتصال نامناسب نول به ارت) است و قرائت مقاومت اهمی در این شرایط معتبر نخواهد بود. این تست اولیه، صحت عملکرد دستگاه و محیط را پیش از هر اندازه‌گیری دیگری بررسی می‌کند.
در محیط‌های عملیاتی مانند مراکز داده که حفظ تداوم کار سیستم‌ها اهمیت دارد و امکان میخ‌کوبی یا حفاری وجود ندارد، ارت تستر کلمپی (Clamp-on Earth Tester) ابزاری کارآمد است.
ارت تستر کلمپی مقاومت را بدون نیاز به استفاده از الکترودهای کمکی (P و C) اندازه‌گیری می‌کند. این دستگاه با اعمال ولتاژ توسط ترانسفورماتور داخلی و آشکارسازی جریان القایی در حلقه گراندینگ، مقاومت را محاسبه می‌کند.
مزیت اصلی کلمپی، سهولت تست سیستم ارتینگ بدون نیاز به قطع برق است. این روش به ویژه برای شبکه‌های گراندینگ همبندی‌شده (Mesh Grounding) یا سیستم‌های چندارته (Multiple Earth Electrodes) که در دیتاسنترهای سطح بالا (Tier 3 و 4) استفاده می‌شوند، مناسب است.
یک متخصص باید آگاه باشد که ارت تستر کلمپی تنها در صورتی کارایی دارد که سیستم ارتینگ شامل حداقل سه دهنه چاه باشد که به صورت موازی به یکدیگر Loop شده باشند. این روش برای اندازه‌گیری مقاومت یک چاه ارت تکی و مجزا که به شبکه دیگری متصل نیست، قابل استفاده نیست.
| ویژگی | روش سه‌سیمه (Fall-of-Potential) | روش کلمپی (Clamp-on/بدون میخ) |
|---|---|---|
| مبنای سنجش | افت ولتاژ (دقیق‌ترین روش اندازه‌گیری یک الکترود) | قانون اهم و القای جریان در حلقه بسته |
| نیاز به الکترود کمکی | بله، دو میله پتانسیل (P) و جریان (C) | خیر |
| مناسب برای | تک چاه، سیستم‌های مجزا و سنجش مقاومت خاک | سیستم‌های چندارته و همبندی‌شده (Mesh Grounding) |
| نیاز به جداسازی | خیر (اما نیاز به میخ کوبی دارد) | خیر (تست بدون قطع برق و میخ کوبی) |
| کاربرد اصلی در دیتاسنتر | هنگام اجرای چاه جدید و صحت‌سنجی اولیه و دوره‌ای | تست سریع سیستم‌های فعال و همبندی‌شده |
دستیابی به سطوح دسترس‌پذیری بالا (آپ‌تایم ۹۹.۹۸۲% در Tier 3 و ۹۹.۹۹۵% در Tier 4) مستلزم طراحی سیستمی است که تمامی ریسک‌های زیرساختی، از جمله مخاطرات الکتریکی، را به حداقل برساند.
استاندارد TIA-942 به عنوان معتبرترین سند برای زیرساخت‌های ارتباطات مراکز داده، تمامی جنبه‌های فیزیکی، از کابل‌کشی تا امنیت الکتریکی، را پوشش می‌دهد. TIA-942 فراتر از الزامات ایمنی عمومی، بر لزوم اجرای گراندینگ شبکه ای (Mesh Grounding) برای حفاظت از تجهیزات و افزایش قابلیت اطمینان سیستم تأکید دارد. از دیدگاه انطباق با Tier، مقاومت سیستم ارتینگ یک پارامتر بحرانی است. اگرچه استانداردهای عمومی مانند مبحث ۱۳ نظام مهندسی مقاومت زیر ۲ اهم را برای حفاظت ایمنی کافی می‌دانند، تجهیزات حساس دیتاسنتر به دلیل آسیب‌پذیری بالا در برابر نویز، نیازمند مقاومت به مراتب پایین‌تری هستند. بر اساس دستورالعمل‌های استانداردسازی اتاق سرور و تجهیزات حساس، مقاومت مطلوب برای گراندینگ در مراکز داده حیاتی و محیط‌های شهری که نویز در آن‌ها بالاست، باید کمتر از ۱ اهم باشد. این هدف‌گذاری دقیق به این دلیل است که در مراکز داده، مقاومت بسیار پایین ارتینگ، نقطه مرجع صفر ولتاژ پایداری را برای تجهیزات کامپیوتری و مخابراتی فراهم کرده و کارایی سیستم‌های حفاظتی را به حداکثر می‌رساند. تست دوره‌ای با ارت تستر، سندیت این انطباق حیاتی را برای بازرسی‌های TIA-942 تضمین می‌کند.
| سطح حساسیت/استاندارد | مقاومت مطلوب (اهم) | توجیه فنی در دیتاسنتر |
|---|---|---|
| تاسیسات عمومی (مبحث ۱۳) | کمتر از ۲ اهم | حفاظت ایمنی و مدارهای قدرت |
| دیتاسنتر (Tier 3 و 4) | ۱ اهم | کاهش نویز، تضمین عملکرد تجهیزات IT و انطباق با TIA-942 |
| تجهیزات الکترونیک حساس (برق ضعیف/مخابرات) | ۰.۵ تا ۱ اهم | محافظت در برابر جریان‌های برگشتی و ولتاژهای القایی |
در یک مرکز داده، صرفاً وجود یک چاه ارت با مقاومت پایین کافی نیست؛ اتصال تمام قسمت‌های فلزی به یکدیگر و به شبکه ارت مرکزی، که به آن همبندی (Bonding) می‌گویند، ضروری است. این فرآیند شامل اتصال کلیه رک‌ها، تجهیزات فلزی و شاسی‌ها است تا پتانسیل الکتریکی در تمامی نقاط دیتاسنتر هم‌تراز باقی بماند. ارتینگ حرفه‌ای به همراه همبندی مناسب، نقش مستقیمی در کارایی شیلدینگ EMI/RFI ایفا می‌کند. تداخل الکترومغناطیسی (EMI) می‌تواند سیگنال‌های دیتا را تخریب کند. اگر سیستم ارتینگ ضعیف باشد، شیلدینگ کابل‌های دیتا قادر به دفع نویزهای محیطی نیست، زیرا مسیر تخلیه امنی وجود ندارد. این نویزها در نهایت به خطوط انتقال داده (مطابق با استاندارد TIA-568) نفوذ کرده و منجر به اختلالات عملکردی شبکه می‌شوند.
پیوند میان یک ابزار اندازه‌گیری الکتریکی مانند ارت تستر و عملکرد یک شبکه کامپیوتری ممکن است در نگاه اول مبهم به نظر برسد. با این حال، شواهد نشان می‌دهد که ضعف در گراندینگ می‌تواند مستقیماً منجر به بروز اختلالات رایج در شبکه، از جمله پکت لاس، شود.
در یک مرکز داده، کابل‌های انتقال برق و همچنین سیگنال‌های دیتا، نه تنها مسیر انتقال نویز هستند، بلکه خودشان می‌توانند تولیدکننده نویز القایی و خازنی باشند. این تداخل (EMI/RFI)، تعادل دقیق سیستم‌های شبکه را بر هم زده و می‌تواند منجر به خرابی داده یا قطعی‌های فاجعه‌بار شود. مکانیزم تأثیر ضعف ارت به این صورت است: هنگامی که مقاومت زمین (R) بالاتر از حد مطلوب (۱ اهم) باشد، ولتاژها و جریان‌های الکتریکی ناخواسته (مانند هارمونیک‌ها یا تخلیه‌های استاتیک) به جای یافتن مسیر امن تخلیه به زمین، به دنبال مسیرهای جایگزین می‌گردند. این مسیرها اغلب شامل شاسی فلزی تجهیزات IT و کابل‌های دیتا هستند. نفوذ این جریان‌های سرگردان به کابل‌کشی‌های شبکه، باعث تداخل و کاهش کیفیت سیگنال دیتا در سطح فیزیکی می‌شود.
پکت لاس به معنای از دست رفتن بسته‌های داده در حین انتقال در شبکه است و عامل اصلی کاهش کیفیت در ارتباطات صوتی و تصویری (VoIP) و کندی انتقال داده‌های حساس محسوب می‌شود. یکی از علل پکت لاس، اختلالات سخت‌افزاری یا خطاهای محیطی است. تداخل الکترومغناطیسی شدید ناشی از ارتینگ ضعیف، مستقیماً به عنوان یک عامل محیطی عمل کرده و پکت لاس ایجاد می‌کند. نویز القایی قوی بر روی کابل‌های شبکه، باعث خطاهای داده در لایه فیزیکی می‌شود. در نتیجه، سوئیچ‌ها و روترها بسته‌های داده‌ای که تخریب شده یا دارای خطای CRC هستند را دور می‌اندازند و مجبور به درخواست ارسال مجدد می‌شوند، که این پدیده به صورت افزایش تأخیر (Latency) یا پکت لاس در لایه‌های بالاتر شبکه مشاهده می‌شود. در این سناریو، ارت تستر نقش یک ابزار تشخیصی ریشه‌ای را ایفا می‌کند. هنگامی که یک تستر شبکه صرفاً خطاهای لایه ۱ و ۲ یا کاهش کارایی را نشان می‌دهد، اما منبع مشکل قابل شناسایی نیست، اندازه‌گیری مقاومت زمین با ارت تستر می‌تواند ثابت کند که نارسایی اصلی در زیرساخت گراندینگ (مقاومت بالا) است، نه صرفاً خرابی تجهیزات شبکه.
برای حفاظت از تجهیزات جریان ضعیف، مخابراتی، کامپیوتری و ابزار دقیق، مقاومت فوق‌العاده پایین (حدود ۰.۵ تا ۱ اهم) حیاتی است. در برخی موارد که دستیابی به این مقاومت در خاک دشوار است یا نیاز به حفاظت سریع و دقیق در برابر نویزهای برگشتی وجود دارد، از سیستم‌های ارت الکترونیکی استفاده می‌شود. این سیستم‌ها با ایجاد یک نقطه مرجع صفر ولتاژ پایدار و با سرعت عملکرد حفاظتی بالا (حدود ۲۵ میلی‌ثانیه)، از اختلال در سیستم‌های حساس جلوگیری کرده و جریان‌های القایی را جذب می‌کنند. با این حال، تست این سیستم‌ها با ارت تستر ملاحظات خاصی دارد: به دلیل جابجایی نقطه نول داخلی دستگاه‌های ارت الکترونیکی، استفاده از روش سه‌سیمه ممکن است مقادیر غیردقیق (حدود ۱.۵ تا ۲ اهم) نشان دهد. لذا، برای سنجش عملکرد دقیق این دستگاه، توصیه می‌شود از روش دو نقطه‌ای (ارت مرده) با استفاده از نول شهری استفاده شود، که در صورت صحت عملکرد، باید عددی نزدیک به ۰.۵ اهم را نشان دهد.
حفظ مقاومت زمین در محدوده مجاز نیازمند پایش مستمر و رعایت دقیق پروتکل‌های اندازه‌گیری است.
از آنجا که مقاومت زمین وابستگی شدیدی به رطوبت خاک دارد، این مقدار در فصول پرباران به طور طبیعی کاهش می‌یابد و در فصول خشک به شدت افزایش پیدا می‌کند. برای اطمینان از کفایت سیستم ارت در سخت‌ترین شرایط، متخصصان توصیه می‌کنند که تست مقاومت زمین باید حداقل یک بار در سال و ترجیحاً در فصول خشک (مانند تابستان) انجام شود. اندازه‌گیری در فصول خشک، بدترین حالت مقاومت سیستم را مشخص کرده و پایداری آن را در سخت‌ترین شرایط محیطی تضمین می‌کند.
رعایت دقیق پروتکل‌های زیر در هنگام استفاده از ارت تستر (به ویژه مدل‌های سه‌سیمه) برای اطمینان از اعتبار نتایج حیاتی است:
ارت تستر فراتر از یک ابزار ساده تست الکتریکی است؛ در اکوسیستم پیچیده دیتاسنتر، این ابزار حیاتی‌ترین تضمین‌کننده برای آپ‌تایم، حفاظت از داده‌ها و انطباق با سخت‌گیرانه‌ترین استانداردهای بین‌المللی مانند TIA-942 است. عدم انجام تست دوره‌ای یا اکتفا به مقاومت‌های بالاتر از ۱ اهم، بهای سنگینی در قالب اختلالات شبکه، افزایش پکت لاس، تداخلات EMI و از کار افتادگی تجهیزات گران‌قیمت در پی خواهد داشت. تداوم کار یک مرکز داده، ریشه در کیفیت زیرساخت گراندینگ آن دارد.
بعد از ورود به حساب کاربری می توانید دیدگاه خود را ثبت کنید
