مقالات

تکنولوژی باتری در مراکز داده و اتاق شبکه: مقررات امنیت در برابر حریق U.S. مربوط به باتری های سربی اسیدی

درک مقررات امنیت در برابر حریق از آنجا که با نصب باتری در مراکز داده مرتبط بوده، بسیار اهمیت داشته و دلایل آن در ادامه آورده شده است:

  • در زمان انتخاب محلول باتری، افراد آگاه انعطاف پذیری بیشتری دارند. به طور مثال افراد حرفه ای در مراکز داده که با این مقررات آشنایی ندارند، ممکن است در نهایت تجهیزات امنیتی را خریداری و نصب کنند که الزام قانونی ندارد.

  • اطلاع و رعایت مقررات می تواند باعث کاهش احتمال وقوع حوادث و همچنین سلب مسئولیت ها می‌شود.

  • دانش اساسی در مورد کدها می تواند به به آرامش خاطر افراد کمک کند. افراد حرفه ای فعال در مرکز داده به قدری در انجام وظایف خود با پیچیدگی و مشکلات روبرو هستند که نگرانی از همخوانی سیستم باتری نصب شده با مقررات حریق آن منطقه، می تواند آرامش آنان را بیش از پیش بر هم زند.

این دستورات، به منزله ی همان قانون و یا نوعی آیین نامه ی اجباری، مقررات و یا الزام قانونی بوده که از طرف دولت و یا نمایندگانش تحمیل می شود. این مقررات به منظور حفاظت از امنیت، سلامت و رفاه عمومی تصویب شده و از طرف مراجع ذی صلاح[1]  (AHJ)  اعمال می شوند. ممکن است یک سازمان، یک اداره و یا یک فرد، مسئولِ اعمال الزامات، مقررات ویا استانداردها بوده و یا موظف به تایید تجهیزات، مواد و مصالح، روش نصب و یا رویه ها باشند.[2] در محیطی مانند مرکزداده ، صلاحیت اعمال مقررات مختلف گاهی ممکن است با یکدیگر تداخل داشته باشد.

به طور مثال، مقررات ساخت وساز ممکن است در زمینه ی ساخت و ساز لرزه ای(مناسب برای زلزله) و بارگذاری کف ها اعمال شده، و از طرف دیگر، مقررات حریق بر استفاده از مواد قابل اشتعال نظارت کرده، مقررات مکانیکی در جهت تهویه و تخلیه اعمال شده و مقررات الکتریکی نیز در نصب تجهیزات و ایمنی به کار گرفته شوند.

این مقاله در درجه اول، بر مقررات حریق در ایلات متحده نگاهی خواهد داشت چرا که که این مقررات معمولا نیروی پیش برنده در طول نصب و راه اندازی سیستم باتری برای بکارگیری دیگر ملزومات (مانند مقررات الکتریکی و مکانیکی) هستند. مقررات حریق مربوط به باتری های اسید سرب ساکن در اصل برای سیستم های بزرگی نوشته شده بودند که از باتری های سربی اسیدی تر(منفذدار)[3] استفاده کرده تا از مرکز داده ها و اتاق شبکه پشتیبانی کنند. این سیستم ها اغلب در یک اتاق جداگانه قرار گرفته تا از سرورهای واقع در طبقه ی مرکز داده دور باشند. این باتری ها به طور مداوم گاز هیدروژن تولید کرده و حاوی الکترولیتی در قالب مایع می باشد. در زمان استفاده از این باتری ها، به سیستم های مخصوص تهویه و مهار نشت نیاز است.

سیستم های پشتیبانِ منبع تغذیه ی کوچکتر و تقسیم شده به طور معمول در جایی نزدیک تر و یا حتی داخل تجهیزات محافظت شده قرار داده می شوند.( به طور مثال در رک کناری سرورها گذاشته می شوند.) این سیستم ها معمولا از باتری های اسید سربی VRLA استفاده می کنند. این باتری ها به گونه ای طراحی شده اند که هیدروژن و اکسیژن را مجددا ترکیب کرده و تنها مقدار بسیار کمی از هیدروژن را در شرایط نرمال عملیاتی آزاد می کند. معمولا همان تهویه ی اتاق برای تخلیه ی هیدروژن خارج شده از داخل باتری کافی بوده و به تهویه ی مخصوص باتری نیازی نیست. (به گزارش ” تکنولوژی باتری برای مرکز داده ها و اتاق شبکه : تهویه ی باتری های اسید- سربی”[4] مراجعه شود.)

الکترولیت در باتری VRLA به شکل مایع نبوده و ساکن و ثابت است. متداول ترین تکنولوژی به کار رفته در ایالات متحده آمریکا الیاف شیشه ای جاذب رطوبت [5](AGM) نام دارد. این تکنولوژی از الیاف شیشه ای بسیار متخلل و بافته نشده استفاده می کند تا الکترولیت را ثابت و ساکن نگه داشته و از حرکت و ریخته شدن آن جلوگیری کند. درگونه ی دیگری که بیشتر در اروپا و آسیا مورد استفاده است، از یک الکترولیت ژله ای با غلظتی مشابه غلظت قیر استفاده می شود. در نتیجه یک شکاف و یا سوراخ ایجاد شده در پوشش یک باتری VRLA منجر به ریختن و نشت قابل ملاحظه­ی الکترولیت نخواهد شد. از این رو در نصب این باتری ها، سیستم های مهار نشت الکترولیت نیز ضروری نخواهد بود.

مقررات فدرال

باتری های تر می بایست با مقررات 29 CFR 1926.441  اداره ی بهداشت و ایمنی کار (OSHA) در مورد اتاق های باتری و شارژ باتری همخوانی داشته و از این قوانین تبعیت کنند. این قوانین در مورد باتری های نوع بدون پوشش که در ساخت و سازهای جدید نصب می شوند نیز اعمال می شود. نوع “بدون پوشش” در اینجا به معنی همان باتری های تر است. تحت این قوانین تهویه، رویه های حفاظت از ایمنی کارگران، پاشیدن ناگهانی اسید و خنثی نمودن آن کاملا ضروری می نماید. کاربران باتری های تر، می بایست در وبسایت  OSHA [6]،  اطلاعات قسمت “باتری هایی از نوع بدون پوشش” را مطالعه کرده و با کارشناسان این سایت مشورت نمایند. باتری های VRLA به عنوان نوع پوشش دار در نظر گرفته شده و در نتیجه، قوانین ذکر شده در وبسایت بالا در مورد آنها صادق نمی باشد.

سازمان حفاظت محیط زیست [7](EPA) درلایحه ی(EPCRA)[8]  مالکان را مقید کرده است که در زمانی که تجهیزات آن ها دارای حجم بالایی(مطابق وزن های گفته شده) از مواد خطرناک مانند سولوفریک اسید(که در الکترولیت باتری های اسید سربی نیز هست) باشد، به مقامات منطقه ی خود اطلاع دهند. این قوانین در 42 U.S.C. 9601 تحت عنوان Title III of SARAو 42 U.S.C. 1101. اعلام شده است. این ملزومات در گزارش “تکنولوژی باتری برای مرکز داده ها و اتاق شبکه: قوانین محیط زیست”4 به تفصیل توضیح داده شده است.

مقررات حریق

دو سری از مقررات اصلی حریق در ایالات متحده آمریکا که به سیستم های باتری مرتبط باشد، شامل مقررات حریق[9] NFPA 1 منتشر شده توسط انجمن ملی حفاظت در برابر حریق و مقررات بین المللی حریق[10] (IFC) منتشر شده توسط شورای بین المللی کد (ICC) می باشد. هر دوی این ها در دوره های زمانی سه ساله، بازبینی و به روز رسانی می شوند.

این مقررات مطرح شده IFC وNFPA 1 به عنوان مبنا و مدل در نظر گرفته می شوند. هر محله، شهرستان، شهر و یا ایالت می تواند تصمیم بگیرد که کدام مدل و کدام نسخه از آن مدل را انتخاب کرده و اجرا کند. به طور مثال، تمامی ایلات آلاسکا IFC را اجرا می کنند در حالی که تنها شهرستان های مشخصی در ایالت آریزونا این مقررات را انتخاب کرده اند. برخی از حوزه های قضایی هنوز از مقررات ده سال پیش استفاده می کنند. گرفتن تاییدیه از بازرس محلی ایمنی بهترین روش در تعیین و تشخیص مقررات مناسب در حین نصب یک سیستم مشخص می باشد.

حوزه های قضایی نیز می توانند مقررات را تغییر داده و اصلاح کنند. در اعمال مقررات، سیستم های باتری بسته به مقدار الکترولیت و تکنولوژی به کار رفته در باتری،  ملزم به پیروی از یک سری ملزومات خاص در حین نصب هستند. در جایی که IFC اعمال می شود، این کدها در مورد سیستم باتری های اجرایی است که بیش از 50 گالن الکترولیت دارند و همین طور در جایی که NFPA 1 انتخاب شده است، این کدها در سیستم های باتری که دارای بیش از 50 گالن الکترولیت در یک اتاق بدون آب پاش و یا بیش از 100 گالن الکترولیت در اتاقی دارای آب پاش هستند، اجرا می شود.

مقررات مکانیکی

مقررات مکانیکی قابل اجرا در فضاهای که در آن باتری وجود دارد، تمرکز را بر گردش هوا گذاشته تا از تجمع ماده ی اشتعال زا (هیدروژن) و یا گاز های سمی جلوگیری کنند. (این گازهای سمی می توانند در اثر خرابی در باتری و داغ شدن آنها ایجاد شوند.) هر دو NFPA 1 و IFC جهت تهویه به مقررات مکانیکی اشاره دارند. مقرراتی مکانیکی که اغلب در ایالات متحده آمریکا اعمال می شوند، شامل  مقررات بین المللی مکانیکی(IMC)[11] بوده که در 47 ایالت اجرا شده و همچنین مقررات یکسان مکانیکی[12] (UMC) هستند.

انجمن آمریکایی مهندسین گرمایش، برودت و تهویه مطبوع[13] (ASHRAE) تهویه را به عنوان ” فرآیند تامین و یا تخلیه هوا توسط روش های طبیعی و یا مکانیکی در یک فضا”[14]  تعریف می کند.

این هوا ممکن است تحت فرایند تهویه مطبوع قرار گرفته شده و یا نشده باشد. تمامی مقررات بالا اعلام داشته اند که هیدروژن نمی بایست در غلظتی بیش از 1% حجم هوای اتاق تجمع داشته باشد.(سطح پایین تر اشتعال پذیری برای هیدروژن 4% است) هیچ یک از مقررات NFPA 1 و IFC، استفاده از وسایل یابنده و تشخیص دهنده ی هیدروژن را لازم ندانسته اند.

از آنجا که باتری های تر به طور مداوم هیدروژن آزاد می کنند، مقررات مکانیکی لازم دانسته اند که این گاز توسط شبکه ی کانال‌های تخلیه، به خارج از ساختمان هدایت شود. هوای تهویه شده از اتاق باتری نباید به اتاقی دیگر منتقل شده و یا در مسیر خروج، از طریق اتاق های دیگر هدایت شود. از آنجا که باتری های VRLA در داخل خود اکسیژن و هیدروژن را ترکیب کرده و در شرایط عادی، تنها مقدار بسیار کمی هیدرژن آزاد می کنند(و یا اصلا آزاد نمی کنند)، می توان گفت که تقریبا به هیچ گونه سیستم تهویه به خصوصی نیاز نمی باشد. کمترین استانداردهای تهویه برای تجهیزات فناوری و اطلاعات و یا شرایط کار نیروی انسانی، برای فضاهای مشترک با سیستم های باتری VRLA به خوبی کفایت می کند.

کاربرد این مقررات در تکنولوژی باتری

جهت درک آن که در یک مرکز داده، چگونه مقررات در شرایط خاص اعمال  می شود، سوالات مهمی می بایست پاسخ داده شوند:

1-  سیستم باتری چیست؟

 2- یک سیستم باتری حاوی چند گالن الکترولیت می باشد؟

3- آیا الکترولیت باتری در قالب مایعی است که به راحتی جاری می شود و یا ساکن و ثابت است؟

4- مقررات در چه حجمی از الکترولیت لازم الاجرا هستند؟

سیستم باتری چیست؟

طبق تعریف NFPA 1[15]، یک سیستم باتری شامل سه زیر سیستم به هم پیوسته است:

  • یک باتری اسید سربی
  • یک شارژر باتری
  • یک مجموعه از یکسو کننده ها، معکوس کننده ها (اینورتر)، مبدل ها (کانورتر) و دیگر تجهیزات الکتریکی مرتبط که برای یک کاربرد خاص مورد نیاز است.

از این تعریف این طور بر می آید که هر یک از دو دستگاه های UPS و DC می توانند یک مثالی از سیستم باتری به شمار روند.

یک سیستم باتری حاوی چند گالن الکترولیت می باشد؟

گالن یک مقیاس اندازه گیری مایعات بوده و مقررات حریق از طریق آن به دنبا تعیین مقدار الکترولیت مایع در یک سیستم باتری هستند. در سیستم یک باتری تر 100% الکترولیت به حالت مایع است. از طرف دیگر مقدار الکترولیت مایع در یک محلول باتری VRLA بسیار کم و چیزی در حدود 3% از الکترولیت به کار رفته در تولید باتری می باشد. این مقادیر توسط سازندگان باتری ها ارائه داده می شود. مقدار الکترولیت مایع در هر محفظه ی باتری و یا هر رشته در سیستم باتری، به همدیگر اضافه می شوند و در نهایت مقدار کلی برای سیستم محاسبه می شود. از طرفی UPS های کوچکتر که به طور جداگانه نصب شده اند، مستقل محسوب شده و در این محاسبه ی مجموع ظرفیت الکترولیت تاثیری نخواهند داشت.

یک ایراد و خطا در یک سیستم بر مابقی تاثیری نخواهد داشت چرا که سیستم ها مستقل از یکدیگر می باشند. آستانه­ی محرک معمولا برای هر سیستم باتری تعیین شده و برای کل تجهیزات مشخص نمی شود. مقررات به طور مشخص، مجموع تمام سیستم های مستقل باتری ها را در دستورات خود مد نظر نمی گیرند. اگرچه مراجع ذی صلاح هر منطقه ممکن است در محاسبات خود جدا از آن که باتری ها چگونه به هم متصلند، تمام باتری های داخل یک اتاق را مورد محاسبه قرار دهد در نتیجه این عدد می تواند مشخص کند که آیا سطح باتری به اندازه کافی بزرگ بوده که شامل مقررات شود یا خیر.

آیا الکترولیت باتری در قالب مایعی است که به راحتی جاری می شود و یا ساکن و ثابت است؟

مقررات حریق بین المللی در سال 2001 مورد اصلاح و بازبینی قرار گرفته تا بتواند قوانین مختلفی را برای باتری های VRLA ایجاد کند. در این مرحله مشخص شد که باتری های VRLA در قیاس با باتری های تر دارای مشخصات متفاوتی هستند. نسخه های قدیمی تر IFC (قسمت 609) که بر سیستم باتری های VRLA اعمال شده است، دارای ظرفیت الکترولیت بیش از 50 گالن بوده است. در نسخه های بعدی آن، باتری های ساکن، در یک قسمت به شماره ی 608 پوشش داده شده اند. این قسمت شامل باتری اسید سرب تر، VRLA، نیکل کادمیوم (Ni-Cd)، فلز لیتیوم و یون لیتیوم می باشد. انجمن IFC به طور مشخص برای باتری‌های   VRLA اعلام داشته است که: “سیستم های باتری می توانند با بقیه ی تجهیزاتی که پشتیبانی­ می کنند در یک اتاق قرار گیرند.”[16] انجمن IFC همچنین ملزوماتی برای هدررفت حرارت، خنثی سازی و تهویه ارائه می دهد.

از طرف دیگر، مقررات حریق NFPA 1 در طول زمان برای تطابق با تفاوت های بین باتری های VRLA و باتری های تر مورد بررسی و اصلاح قرار گرفته است. الزامات مشخص مانند مهار نشت، تنها بر سیستم های باتری اعمال می شود که دارای بیش از 1000 گالن الکترولیت مایع روان باشند. هدف از این امر مستثنی کردن باتری های با الکترولیت ساکن و ثابت (به طور مثال باتری VRLA) از این قانون بوده است. هیچ یک از دو مدل IFC  و NFPA 1برای باتری های VRLA مهار نشت را لازم ندانسته اند.

مقررات در چه حجمی از الکترولیت لازم الاجرا هستند؟

در هر دو مدل IFC(قسمت 608) و NFPA 1  (فصل 52) ، معیار محدودیت ظرفیت الکترولیت برای یک سیستم باتری تر تا 50 گالن تعیین شده است. در مقدار کمتر از 50 گالن، مقررات اجرا نخواهند شد. برای اتاق های دارای آب پاش آستانه­ی NFPA 1 تا 100 گالن خواهد رسید. در مراکز داده ها و اتاق های شبکه ای که در آن ها از یک روش جایگزین در حفاظت در برابر حریق استفاده می شود(به طور مثال Halon و یا FM200)، سطح 50 گالن اعمال می شود.

بکارگیری مقررات حریق در هر یک از کاربردهای UPS که از باتری های تر استفاده می کنند، منجر به ایمنی بالاتر می­شود. در هر دو مقررات در مورد جداسازی حریم، کنترل نشت، خنثی سازی و تهویه الزامات مشخصی تعریف می­شود.

در نسخه های مقررات حریق یکسان (UFC)[17] سال 2000 و پیش تر از آن(که دیگر منتشر نمی شود)، در فصل 64 آورده شده است که سیستم های باتری VRLA که از آستانه های حجم الکترولیت مایع گفته شده در بالا، فراتر می روند می بایست ملزومات خاصی را در جهت محافظت در برابر حریق رعایت کنند. جداسازی حریم، کنترل نشت، خنثی سازی و تهویه از این ملزومات است. در سال 2003 مقررات جهت اعمال الزامات مهار نشت تنها بر سیستم های باتری تر (که همان باتری های دارای الکترولیت مایع روان هستند) با حداقل 1000 گالن، بازبینی شدند. هدف از ایجاد تغییر آن بود که باتری ها را در حد استانداردهایی نگه دارند که در بقیه قسمت های این مقررات، در مورد مواد خطرناک اعمال می شود. به جز مهار نشت، بقیه ی الزامات بر همان محدوده ی 50 و 100 گالن اعمال می شود.

هر دو مقررات حریق NFPA 1 و IFC نیاز به یک روش تایید شده جهت جلوگیری از هدررفت حرارتی در سیستم های باتری VRLA دارند.

تفسیر

هدف از اعمال مقررات آنست که یک مسیر واضح و شفاف در مورد آن که چه زمانی و چگونه قوانین می بایست اجرا شوند، فراهم شود. اگرچه، تعبیرها و تفسیرها از این مقررات معمولا به بازرسان هر منطقه بستگی پیدا می کند. این امر ممکن است به اختلافات قابل توجهی در کاربرد مقررات منجرشود. یک سوءبرداشت رایج در UFC های قدیمی آن بوده است که گاهی مقدار الکترولیت از سیستم های مختلف باتری با هم جمع زده شده و محاسبه می شد. این سوءبرداشت، چنانچه اجرایی شود، می تواند به شرایط سخت توجیه نشده ای منجر شود که در آن هر جز از تجهیزات که حاوی باتری VRLA باشد، در ابتدا می بایست شناسایی شده و سپس مهار نشت جداگانه و همچنین جداسازی حریم برای هر جز فراهم شود.

امروزه NFPA 1 با ایجاد یک تعریف از “سیستم باتری” یک راهنمای شفاف در این حوزه ارائه داده است . (استثنا: این توضیح و تفاوت نمی بایست با ملزومات گزارش شده توسط لایحه ی  EPCRA اشتباه گرفته شود. این لایحه مالکان ساختمان را مجبور می کند که دقیقا تعیین کنند در چه مقطعی مجموع مقادیر اسید سولفوریک در باتری های تمام تجهیزات، از 227 کیلوگرم (معادل 500 پوند) فراتر می رود. از آن جا که تقریبا 3/2 الکترولیت آب بوده و 3/1 بقیه آن را اسید تشکیل می دهد، برخی از بازرسان به تازگی دچار نوعی تفکر اشتباه شده اند که مالکان را مجبور می کند زمانی که مقدار کلی الکترولیت از 227 کیلوگرم بالاتر می رود، این مساله را گزارش دهند. ) برای دریافت تمامی جزییات الزامات گزارش شده، به گزارش ” تکنولوژی باتری در مراکز داده و اتاق های شبکه: قوانین محیط زیست” رجوع شود.

نتیجه گیری:

باتری های تر به دلیل الکترولیت مایع و تولید مداوم هیدروژن، به مهار نشت و تهویه مخصوصی نیاز دارند. باتری های VRLA مقدار ناچیزی الکترولیت مایع داشته و هیدروژن بسیار کمتری نیز تولید می کنند. آخرین مقررات ارائه شده، به طور مشخص تفاوت های میان باتری های تر و VRLA را تعیین کرده و باتری های  VRLA را از مهار نشت و جداسازی حریم معاف ساخته است.

اگرچه ممکن است هنوز برخی از مقررات قدیمی در بعضی حوزه های قضایی مورد استفاده باشند ولی این مقررات قدیمی در تعیین دقیق تعاریف و تفاوت ها نا توان بوده و بازرسان ممکن است از آن برداشت های متفاوتی داشته باشند.  از آنجا که باتری های VRLA دارای مقدار ناچیزی الکترولیت مایع بوده، اغلب باتری های VRLA عملا در زمان نصب، به اجرای مهار نشت و جداسازی حریم نمی پردازند. سیستم های باتری که بر اساس باتری های VRLA شکل می گیرند، به طور متداول در مراکز داده، اتاق های شبکه و محیط های کاری در تطابق با مقررات حریق به کار گرفته می شوند.

 

[1]–  Authority Having Jurisdiction

[2] – NFPA 70, 2008 National Electrical Code, National Fire Protections Association, Article 100)

[3] – “vented” or “flooded” or” wet cell”

[4] – White Paper 34, Battery Technology for Data Centers and Network Rooms: Ventilation of Lead-Acid Batteries.

[5] – Absorbed Glass Mat

[6] – http://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=STANDARDS&p_id=10742

[7] – The Environmental Protection Agency

[8] – Emergency Planning and Community Right-to-know Act

[9] – NFPA 1, Fire Code (National Fire Protections Association), Chapter 52

[10]International Fire Code, International Code Council, Section 608

[11] – International Mechanical Code [IMC] International Code Council, Section 502

[12]Uniform Mechanical Code [UMC], International Association of Plumbing & Mechanical Officials

[13] – The American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers

[14]ASHRAE Terminology of Heating, Ventilation, Air Conditioning, & Refrigeration, 1991 (American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers)

[15] – NFPA 1, Fire Code, Section 3.3.22,´”Definitions”

[16]International Fire Code (IFC), International Code Council, Section 608

[17] – Uniform Fire Code

درج دیدگاه

برای درج دیدگاه کلیک کنید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سوال امنیتی *