ESD-sikring starter i gulvhøjde
Af Claus Hillker, ESD-Specialist, ZENITECH
Bragt i Aktuel Elektronik, febr. 2018
Af alle metoder til potentialudligning af personer, er der ingen tvivl om at kombinationen af et ESD-gulv og ESD-sko er langt den foretrukne.
Den giver fuld bevægelsesfrihed i hele ens EPA område, og kræver kun begrænset kontrol og vedligeholdelse hvis ellers gulvbelægningen er valgt med omhu, og forarbejde og gulvlægning er udført korrekt.
Drømmen om et ESD gulv starter ofte blandt teknikere og ingeniører der har ESD-problematikkerne tæt på i hverdagen. Snart ledes der efter konkrete krav i diverse standarder, og kreative tanker tænkes – hvordan laver vi det perfekte ESD-gulv lige her hvor vi står?
Der findes mange standarder der er relevante for gulvbelægning – men udover dem der også gælder for andre, og mere almindelige gulve, så er de specifikke ESD-mæssige krav defineret i DS/EN 61340-5-1, og består grundlæggende i, at der maksimalt må være en modstand til jord på 1GΩ.
Skal gulvet bruges til potentialudligning / personjording, er der yderligere krav om at den genererede spænding, ved at en person går rundt på gulvet, holder sig under 100V, efter en særlig målemetode hvor man måler spænding direkte på kroppen, populært kaldet en Walking Test.
Det er alt der kræves.
- Og så sidder der en masse erfarne ESD folk, og tænker ”Ja, men hvad blev der lige af de 35MΩ der altid har været maksimalværdien?” Den værdi forsvandt med seneste revision af standarden i november 2016. Egentlig giver det god mening at kigge konkret på spænding i stedet for at fokusere ensidigt på modstand til jord – det er spændingen, og den heraf følgende strøm, der i sidste ende er årsag til en ESD-skade. Efter revisionen er det blevet ESD-koordinatorens rolle at fastlægge en passende grænseværdi for systemmodstanden, altså person-sko-gulv-jord, for at sikre at kropsspændingen holder sig lav. Her er 35MΩ stadig et fornuftigt valg – men altså ikke længere direkte at finde i standarden, og kropsspændingen skal stadig måles, hvis man vil kunne dokumentere at alt er OK.
Personsikkerhed vinder altid!
Den anden vinkel på ESD-gulvet er personsikkerhed. Der er ikke nogen formelle krav i ESD-standarden til laveste modstand fra gulvoverfladen til jord, men personsikkerhed har altid højere prioritet end ESD-sikring. De el-sikkerhedsmæssige krav vil typisk stamme fra EN50110-1 og/eller EN60364-4, som fremadrettet erstatter de gamle nationale standarder på el-sikkerhedsområdet.
Sikkerhedskravene sigter grundlæggende efter at opretholde en fornuftig høj gennemslagsspænding, hvorunder modstanden er så tilpas høj at der ikke skabes fare for personer, der arbejder med anlæg under spænding – hvilket udover arbejde på selve el-installationerne i et EPA, oftest vil være forekommende i forbindelse med servicering eller test af elektronik der forsynes med spænding fra lysnettet.
ESD-gulvbelægninger i en kvalitet der opfylder begge krav er ofte testet efter VDE100 når vi kigger på el-sikkerhed, og sikrer typisk personer ved spændinger op til 500VAC, der dækker de fleste behov. Arbejder man med højere forsyningsspændinger end 230/400V fra lysnettet skal man nok helt glemme at have ESD-sikring samtidig.
Drømmegulvet – der forbliver en drøm.
Mange har tænkt det, nogle få har forsøgt at udføre det – men ingen er mig bekendt lykkedes med det. Drømmen om at lave et gulv, som bliver forbundet til jord gennem en passende stor (sikkerheds-)modstand – og dermed giver fuld personbeskyttelse op til ønsket spænding, men samtidig kan lede statisk elektricitet væk.
Hvis vi lige tænker idéen færdig, finder vi ud af, at der er flere problemer i den:
Dels er det i praksis næsten umuligt at sikre fuld isolation på så stort et område som et gulv, når man samtidig skal opnå den nødvendige mekaniske stabilitet i underlaget.
Bragt i Aktuel Elektronik, febr. 2018
Af alle metoder til potentialudligning af personer, er der ingen tvivl om at kombinationen af et ESD-gulv og ESD-sko er langt den foretrukne.
Den giver fuld bevægelsesfrihed i hele ens EPA område, og kræver kun begrænset kontrol og vedligeholdelse hvis ellers gulvbelægningen er valgt med omhu, og forarbejde og gulvlægning er udført korrekt.
Drømmen om et ESD gulv starter ofte blandt teknikere og ingeniører der har ESD-problematikkerne tæt på i hverdagen. Snart ledes der efter konkrete krav i diverse standarder, og kreative tanker tænkes – hvordan laver vi det perfekte ESD-gulv lige her hvor vi står?
Der findes mange standarder der er relevante for gulvbelægning – men udover dem der også gælder for andre, og mere almindelige gulve, så er de specifikke ESD-mæssige krav defineret i DS/EN 61340-5-1, og består grundlæggende i, at der maksimalt må være en modstand til jord på 1GΩ.
Skal gulvet bruges til potentialudligning / personjording, er der yderligere krav om at den genererede spænding, ved at en person går rundt på gulvet, holder sig under 100V, efter en særlig målemetode hvor man måler spænding direkte på kroppen, populært kaldet en Walking Test.
Det er alt der kræves.
- Og så sidder der en masse erfarne ESD folk, og tænker ”Ja, men hvad blev der lige af de 35MΩ der altid har været maksimalværdien?” Den værdi forsvandt med seneste revision af standarden i november 2016. Egentlig giver det god mening at kigge konkret på spænding i stedet for at fokusere ensidigt på modstand til jord – det er spændingen, og den heraf følgende strøm, der i sidste ende er årsag til en ESD-skade. Efter revisionen er det blevet ESD-koordinatorens rolle at fastlægge en passende grænseværdi for systemmodstanden, altså person-sko-gulv-jord, for at sikre at kropsspændingen holder sig lav. Her er 35MΩ stadig et fornuftigt valg – men altså ikke længere direkte at finde i standarden, og kropsspændingen skal stadig måles, hvis man vil kunne dokumentere at alt er OK.
Personsikkerhed vinder altid!
Den anden vinkel på ESD-gulvet er personsikkerhed. Der er ikke nogen formelle krav i ESD-standarden til laveste modstand fra gulvoverfladen til jord, men personsikkerhed har altid højere prioritet end ESD-sikring. De el-sikkerhedsmæssige krav vil typisk stamme fra EN50110-1 og/eller EN60364-4, som fremadrettet erstatter de gamle nationale standarder på el-sikkerhedsområdet.
Sikkerhedskravene sigter grundlæggende efter at opretholde en fornuftig høj gennemslagsspænding, hvorunder modstanden er så tilpas høj at der ikke skabes fare for personer, der arbejder med anlæg under spænding – hvilket udover arbejde på selve el-installationerne i et EPA, oftest vil være forekommende i forbindelse med servicering eller test af elektronik der forsynes med spænding fra lysnettet.
ESD-gulvbelægninger i en kvalitet der opfylder begge krav er ofte testet efter VDE100 når vi kigger på el-sikkerhed, og sikrer typisk personer ved spændinger op til 500VAC, der dækker de fleste behov. Arbejder man med højere forsyningsspændinger end 230/400V fra lysnettet skal man nok helt glemme at have ESD-sikring samtidig.
Drømmegulvet – der forbliver en drøm.
Mange har tænkt det, nogle få har forsøgt at udføre det – men ingen er mig bekendt lykkedes med det. Drømmen om at lave et gulv, som bliver forbundet til jord gennem en passende stor (sikkerheds-)modstand – og dermed giver fuld personbeskyttelse op til ønsket spænding, men samtidig kan lede statisk elektricitet væk.
Hvis vi lige tænker idéen færdig, finder vi ud af, at der er flere problemer i den:
Dels er det i praksis næsten umuligt at sikre fuld isolation på så stort et område som et gulv, når man samtidig skal opnå den nødvendige mekaniske stabilitet i underlaget.
Dels vil enhver mekanisk hændelse der senere sker med eller på gulvet kunne risikere at lave en jordforbindelse udenom modstanden – og dermed fjerne sikkerheden momentant eller permanent. Det kan være en maskine der bliver boltet fast – eller en metalskinne i døråbningen til værkførerkontoret – der skal nok indtræffe en sådan hændelse før eller siden.
Skulle det endelig lykkes at isolere gulvet fra det underliggende bærelag – f.eks. et armeret betondæk, og man får testet isoleringen i gulvet til en passende høj isolationsspænding – skal man lige huske, at det man nu har bygget i virkeligheden er en ganske fin kondensator… Den ene plade bestående af bygningens mere eller mindre tilfældige jord, der også inkluderer undergrunden, den anden plade er vores ’DC-isolerede’ gulv. Men hov, det er jo AC vi har på den forsyning vi typisk vil beskytte os i mod…
I praksis har vi altså en pænt stor kondensator parallelt med den ellers så fine sikkerhedsmodstand – så i forhold til eks. 50Hz AC, er der en relativ lavimpedant strømvej til jord, og vi er dermed fuldstændig lige vidt når det gælder personsikkerhed.
Opbygning og dokumentation
Alle ESD-gulve har som udgangspunkt minimum to betydende lag. Øverst et slidlag med relativ høj volumenmodstand, der dels danner den synlige overflade, og dels skaber forbindelse fra oversiden af gulvet og ned til det underliggende ledende lag. Det ledende lag skal elektrisk set udgøre et plan, der har relativt lille modstand horisontalt.
For færdige banevarer og fliser er de to lag oftest valset sammen til en fuldstændig homogen enhed på fabrikken, og ved lægning skal der blot skabes kontakt mellem de enkelte baner, typisk med kobberbånd, og etableres en jordforbindelse.
For gulve hvor det ledende lag, og måske også slidlaget, bygges op direkte på montagestedet er der flere faldgruber, og det kræver derfor betydelig mere omhyggelighed fra gulvlæggerens side at bygge disse typer gulve, og kontrolmåling både i processen og af det færdige resultat er mere omfattende.
Et ny-udført ESD-gulv bør uanset type altid have en fuldstændig dokumentation for dets performance på afleveringstidspunktet. Dokumentationen skal naturligvis udføres så den lever op til DS/EN 61340-5-1, og bør være en naturlig del af gulventreprisen.
Vedligeholdelse
ESD gulve skal som alle andre gulve vedligeholdes. Valget af rengørings og plejemidler har stor indflydelse på gulvets ESD-performance. Det er ikke altid forudsigeligt hvad der sker hvis man anvender forkerte rengøringsmidler, men typisk ses store udsving i modstand til jord, nogle gange nærmest fuld isolation og også eksempler på enddog særdeles kraftig personopladning når man færdes. Er man først kommet i den situation, hvor der er brugt forkerte rengørings- og plejemidler, er der oftest ikke anden vej end en fuldstændig afrensning af gulvet, og en efterfølgende maskinpolering med midler specifikt til ESD-gulve.
Skulle det endelig lykkes at isolere gulvet fra det underliggende bærelag – f.eks. et armeret betondæk, og man får testet isoleringen i gulvet til en passende høj isolationsspænding – skal man lige huske, at det man nu har bygget i virkeligheden er en ganske fin kondensator… Den ene plade bestående af bygningens mere eller mindre tilfældige jord, der også inkluderer undergrunden, den anden plade er vores ’DC-isolerede’ gulv. Men hov, det er jo AC vi har på den forsyning vi typisk vil beskytte os i mod…
I praksis har vi altså en pænt stor kondensator parallelt med den ellers så fine sikkerhedsmodstand – så i forhold til eks. 50Hz AC, er der en relativ lavimpedant strømvej til jord, og vi er dermed fuldstændig lige vidt når det gælder personsikkerhed.
Opbygning og dokumentation
Alle ESD-gulve har som udgangspunkt minimum to betydende lag. Øverst et slidlag med relativ høj volumenmodstand, der dels danner den synlige overflade, og dels skaber forbindelse fra oversiden af gulvet og ned til det underliggende ledende lag. Det ledende lag skal elektrisk set udgøre et plan, der har relativt lille modstand horisontalt.
For færdige banevarer og fliser er de to lag oftest valset sammen til en fuldstændig homogen enhed på fabrikken, og ved lægning skal der blot skabes kontakt mellem de enkelte baner, typisk med kobberbånd, og etableres en jordforbindelse.
For gulve hvor det ledende lag, og måske også slidlaget, bygges op direkte på montagestedet er der flere faldgruber, og det kræver derfor betydelig mere omhyggelighed fra gulvlæggerens side at bygge disse typer gulve, og kontrolmåling både i processen og af det færdige resultat er mere omfattende.
Et ny-udført ESD-gulv bør uanset type altid have en fuldstændig dokumentation for dets performance på afleveringstidspunktet. Dokumentationen skal naturligvis udføres så den lever op til DS/EN 61340-5-1, og bør være en naturlig del af gulventreprisen.
Vedligeholdelse
ESD gulve skal som alle andre gulve vedligeholdes. Valget af rengørings og plejemidler har stor indflydelse på gulvets ESD-performance. Det er ikke altid forudsigeligt hvad der sker hvis man anvender forkerte rengøringsmidler, men typisk ses store udsving i modstand til jord, nogle gange nærmest fuld isolation og også eksempler på enddog særdeles kraftig personopladning når man færdes. Er man først kommet i den situation, hvor der er brugt forkerte rengørings- og plejemidler, er der oftest ikke anden vej end en fuldstændig afrensning af gulvet, og en efterfølgende maskinpolering med midler specifikt til ESD-gulve.
Målinger i praksis
ESD-gulve er et af de steder hvor det hurtigt bliver tydeligt, at ESD-sikre materialer ikke bare opfører sig som rene ohm’ske modstande. De materialer der bruges til især slidlaget på gulvet, med relativ høj modstand, opfører sig meget forskelligt alt efter den påtrykte spænding. Derfor er det vigtigt at måle med 100V exitationsspænding som standarden foreskriver – og det kan ikke klares med et almindeligt multimeter, der skal et højohmmeter til.
Når man fra et givent punkt på gulvfladen måler f.eks. 50MΩ til jord, og ved at ens ESD-sko har en målt modstand på måske 10MΩ fra krop til sål, vil man med almindelig købmandsregning hurtigt opgive at lave en systemmodstand (person/sko/gulv/jord) på mindre end de føromtalte 35MΩ. I praksis er det dog ofte netop det man opnår. Systemmodstanden på et vedligeholdt vinylgulv er typisk under 15MΩ.
Forskellen opstår som resultat af forskellige målemetoder til de enkelte delmålinger – og i høj grad også fra forskel i fladetrykket på en måleprobe og en person. Netop forskellen i fladetryk er også forklaringen på hvorfor et ESD-gulv kun betragtes som sikker personjording når personer står op – sætter man sig på en stol, er der kun begrænset, eller måske slet ingen forbindelse. (Derfor også reglen om anvendelse af håndledsbånd ved siddende arbejde).
Kontrol - hvor tit?
Tidligere angav standarden som guideline minimum en årlig kontrol af gulve. I dag er det op til ESD-koordinatoren at fastsætte en passende frekvens der sikrer at standardens krav er overholdt. Min anbefaling er at måle modstand til jord stikprøvevis når man alligevel har måleudstyret fremme – det tager kun få minutter at kontrollere at der ikke pludselig er sket noget. Måling af personopladning, walking test, bør udføres oftere, idet denne i praksis er meget mere klimafølsom end modstandsmålingen, og derfor vil kunne have store udsving over året. Perioder med lav luftfugtighed vil med næsten 100% sikkerhed give anledning til en stigning i personopladning, og er derfor også en oplagt anledning til en ekstra opmærksomhed.
ESD-gulve er et af de steder hvor det hurtigt bliver tydeligt, at ESD-sikre materialer ikke bare opfører sig som rene ohm’ske modstande. De materialer der bruges til især slidlaget på gulvet, med relativ høj modstand, opfører sig meget forskelligt alt efter den påtrykte spænding. Derfor er det vigtigt at måle med 100V exitationsspænding som standarden foreskriver – og det kan ikke klares med et almindeligt multimeter, der skal et højohmmeter til.
Når man fra et givent punkt på gulvfladen måler f.eks. 50MΩ til jord, og ved at ens ESD-sko har en målt modstand på måske 10MΩ fra krop til sål, vil man med almindelig købmandsregning hurtigt opgive at lave en systemmodstand (person/sko/gulv/jord) på mindre end de føromtalte 35MΩ. I praksis er det dog ofte netop det man opnår. Systemmodstanden på et vedligeholdt vinylgulv er typisk under 15MΩ.
Forskellen opstår som resultat af forskellige målemetoder til de enkelte delmålinger – og i høj grad også fra forskel i fladetrykket på en måleprobe og en person. Netop forskellen i fladetryk er også forklaringen på hvorfor et ESD-gulv kun betragtes som sikker personjording når personer står op – sætter man sig på en stol, er der kun begrænset, eller måske slet ingen forbindelse. (Derfor også reglen om anvendelse af håndledsbånd ved siddende arbejde).
Kontrol - hvor tit?
Tidligere angav standarden som guideline minimum en årlig kontrol af gulve. I dag er det op til ESD-koordinatoren at fastsætte en passende frekvens der sikrer at standardens krav er overholdt. Min anbefaling er at måle modstand til jord stikprøvevis når man alligevel har måleudstyret fremme – det tager kun få minutter at kontrollere at der ikke pludselig er sket noget. Måling af personopladning, walking test, bør udføres oftere, idet denne i praksis er meget mere klimafølsom end modstandsmålingen, og derfor vil kunne have store udsving over året. Perioder med lav luftfugtighed vil med næsten 100% sikkerhed give anledning til en stigning i personopladning, og er derfor også en oplagt anledning til en ekstra opmærksomhed.