Zasilanie i rozdział prądu w centrum danych

fot. Rittal

W centrum danych obok chłodzenia ważne jest przede wszystkim zasilanie prądem elektrycznym. Aktualne systemy rozdzielni na bazie szyn oferują użytkownikom dużą elastyczność i bezpieczeństwo, przy jednoczesnej łatwej obsłudze. O sprawności systemu decyduje koncepcja całości: rozwiązanie ujawnia w pełni swoje zalety wówczas, gdy jest wykorzystywane kompleksowo, od głównej rozdzielni po poszczególne serwery.

Żadna duża firma nie przetrwa dziś bez danych i usług zapewnianych przez długie szeregi szaf z serwerami oraz systemami pamięci masowych. Rynek usług IT stale rośnie, a tym samym zapotrzebowanie na miejsce w centrach danych. W najbliższym czasie ta tendencja nie powinna ulec zmianie. Powodem jest m.in. boom na usługi oparte na rozwiązaniach chmurowych.

Podstawowym warunkiem prawidłowego funkcjonowania infrastruktury IT jest efektywne i stabilne data center. Szefowie centrów danych zwracają przy tym uwagę przede wszystkim na niezawodność dwóch kluczowych łańcuchów zasilania w chłodzenie oraz prąd elektryczny.

W ostatnich latach zmodyfikowano lub stworzono całkowicie od nowa wiele koncepcji, dotyczących energii elektrycznej. Nowych rozwiązań nie da się uniknąć choćby dlatego, że coraz bardziej kompaktowe serwery wymagają coraz większej mocy na metr kwadratowy. Zapewnienie i doprowadzenie tej mocy w odpowiednie miejsce jest dużym wyzwaniem dla dotychczasowych, statycznie zbudowanych centrów danych.

Zmiany w zapotrzebowaniu mocy

Szafy wprawdzie ciągle jeszcze stoją w szeregach na podłogach technicznych, jednak zapotrzebowania na moc i opcje podłączania zmieniają się dynamicznie. W przypadku wymiany serwera na nowszy model należy się spodziewać, że jego zasilacz - pomimo wszystkich energooszczędnych technologii - będzie wymagał znacznie więcej energii, niż poprzednik. Z infrastrukturą elektryczną, która doprowadza energię do miejsca zainstalowania serwerów kablami, szybko osiąga się granice wydajności. Przewodu dostosowanego do 16 amperów nie da się łatwo powiększyć do 32 amperów. Kabel musi zostać usunięty i zastąpiony silniejszym, wraz ze wszystkimi skrzynkami przyłączeniowymi, rozłącznikami mocy i modułami bezpiecznikowymi, znajdującymi się na ścieżce zasilania.

Punkty z szynami prądowymi

Na takie wymagania lepiej przygotowane są szynowe systemy rozdzielni. W tym przypadku już od głównej rozdzielni niskiego napięcia w przestrzeni użytkowej praktycznie nie układa się już żadnych kabli, tylko systemy szyn, które prowadzą żądane fazy i natężenia prądu. Na podstawie wieloletnich, doświadczeń Rittal stawia na system szyn 8PS firmy Siemens.

Szyny - w porównaniu z kablami - mają wiele zalet. Wyróżnia je m.in. znacznie mniejsze obciążenie ogniowe oraz odporność na zwarcie. Wyraźnie na korzyść szyn wypada również porównanie elastyczności przy podłączaniu. Możliwe jest dodawanie do systemu odgałęzień prądowych szybko, w każdej chwili i prawie wszędzie, bez przerywania przepływu prądu oraz przy zachowania wysokiego poziomu bezpieczeństwa pracy elektryka.

Badanie typu

Każde centrum danych jest inaczej zbudowane. Systemy szyn muszą jednak niezmiennie mieć możliwość dopasowania do warunków budowlanych. Siemens dzieli szyny Sivacon 8PS na: doprowadzenie do podrozdzielni oraz od podrozdzielni do odbiorników. Za doprowadzenie do podrozdzielni odpowiada system LD. Wspólnie opracowane rozwiązanie pozwoliło na idealne dopasowanie do systemu rozdzielni niskiego napięcia Ri4Power. Rittal oferuje homologowaną głowicę szyny, która zajmując bardzo mało miejsca łączy system szyn z rozdzielnią niskiego napięcia oraz wyłącznikami mocy. Szyny wytrzymują natężenia do 5000 A i są dopuszczone dla napięć do 1000 V. Klienci - wybierając komponenty dla systemu szyn - powinni zwracać uwagę na badanie typu. Testy głowicy szyny w laboratorium dają gwarancję bezpieczeństwa, obciążalności cieplnej i ochrony przed przebiciem, bez konieczności przeprowadzania ponownego badania zgodności typu. W każdym przypadku spełniają również obowiązek dokumentacji.

Dopasowanie do warunków budowlanych

Podczas gdy rozdział energii w szeregach szaf najczęściej odbywa się prostoliniowo, to systemy szyn od głównej rozdzielni NN w pomieszczeniu technicznym często muszą być prowadzone do celu w serwerowniach krętymi drogami. Z reguły przewodzące elementy szynowe montuje się na suficie lub w suficie podwieszanym i nad górną krawędzią szafy. Klienci powinni zwracać uwagę na to, czy producent systemu szyn oferuje elementy do zmiany kierunku, np. zagięcia 90° i elementy do przeprowadzenia przez ścianę. W systemie Siemens LD zabezpieczenie przed obrotem oraz wspomagany montaż zapewniają większe bezpieczeństwo przy instalacji systemu. Rozgałęzienia mają możliwość plombowania, dzięki czemu energii z szyny nie mogą pobierać osoby nieupoważnione. W niektórych zastosowaniach, przede wszystkim w dużych instalacjach, może być też uzasadniona osobna szyna PE. Zwiększa ona przekrój przewodu ochronnego umożliwiając zastosowanie dłuższych odcinków szyn, a także pewność zadziałania urządzeń zabezpieczających.

Niezawodna ochrona przeciwpożarowa

Ochrona przeciwpożarowa w centrum danych to bardzo złożony temat. W zakresie bezpieczeństwa przeciwpożarowego szyny posiadają wyraźną przewagę, w porównaniu do kabli. Skrzynki szynowe z zasady nie zawierają PCV, są wolne od halogenów i odporne na zwarcia. Zgodnie z parametrami producenta obciążenie ogniowe obudowy z blachy stalowej jest o ok. 30% niższe. Brak zawartości halogenów daje się osiągnąć w przypadku kabli tylko z dużym wysiłkiem. Bezhalogenowe przewody są bardzo drogie i mają długie terminy dostaw.

Niezawodna ochrona w przypadku pożaru w koncepcji szyn znajduje kontynuację także w rozdzielniach niskiego napięcia. Rittal oferuje tutaj system BD2 firmy Siemens, który przeznaczony jest do zastosowań od 160 A do 1250 A o zwiększonych wymaganiach bezpieczeństwa. Kompaktowe elementy szyn zachowują swoją funkcję w przypadku pożaru i dysponują atestowaną grodzią. Specjalne skrzynki odgałęzień łatwo i bezpiecznie rozdzielają energię w odpowiednich miejscach do następnej podrozdzielni. W zależności od zastosowania system szyn powinien obsługiwać różne skrzynki odgałęzień. Poza wyprowadzaniem kabli elektrycznych w obudowach mogą być umieszczane np. rozłączniki mocy, automaty bezpiecznikowe lub systemy pomiarowe. W ten sposób można płynnie zintegrować z systemem dodatkowe funkcje. W przypadku instalacji opartych na kablach takie - przede wszystkim instalowane w późniejszym czasie uzupełnienia - prowadzą najczęściej do instalacji na nowo, a przynajmniej do dużych kosztów na łączenia, punkty zaciskowe, mufy oraz przewody równoległe.

Przy rozdziale prądu w centrach danych decyduje koncepcja całości: rozwiązanie ujawnia w pełni swoje zalety wówczas, gdy jest wykorzystywane kompleksowo, od głównej rozdzielni po poszczególne serwery.

Doprowadzanie prądu do serwerów

Do połączenia systemu BD2 z modułami Power Distribution Unit w szafach służy zarówno skrzynka odgałęzień z elementem kątowym, jak też elastyczne łącze kablowe (drop-cable). Opcjonalnie do skrzynek odgałęzień jest dostępna również podwójna pokrywa zwiększająca dostępność serwerów podczas prac konserwacyjnych. Umożliwia rozbudowę i wprowadzanie zmian bez konieczności odłączania danych obwodów prądowych.

W centrach danych coraz częściej pojawia się temat efektywności energetycznej. Najpóźniej w 2013 r., gdy nowa norma ISO 50001 zacznie wymagać systemu zarządzania energią, będzie niezbędna wiedza dotycząca mocy pobieranych i przetwarzanych przez centrum danych. Niemniej jednak i obecnie jest wystarczająco dużo norm energooszczędności do wdrożenia. Istniejące wytyczne best practice, jak na przykład wydane przez BITKOM, Gartner i EU Code of Conduct on Data Centre Efficiency, uznają pomiar i analizę rzeczywistych poborów prądu, jako najważniejszy ze wszystkich środków optymalizacji energetycznej. Do tego celu niezbędne są urządzenia pomiarowe we wszystkich ważnych segmentach rozdziału prądu. System szyn wyjątkowo elegancko wspiera ten warunek. Producenci przewidują możliwości podłączenia urządzeń pomiarowych najczęściej w skrzynkach odgałęzień. Jest to praktyczne i bezpieczne szczególnie w zakresie dużych prądów. Dokładnie dopasowany lub zintegrowany bezpośrednio z wyłącznikiem mocy system pomiarowy ułatwia montaż także w przypadku rozdziału niskiego napięcia. Oczywiście istnieją też zewnętrzne przetworniki pomiarowe. Bywa to jednak rozwiązanie problematyczne, ze względu na znalezienie dla nich odpowiedniego miejsca w krytycznym otoczeniu rozdzielni NN.

Szczegółowe pomiary z dokładnością do 1 gniazdka

Do odkrycia strat prądu nie wystarczy centralny pomiar mocy w punkcie zasilania. Dane muszą być mierzone także w szynach rozdzielczych, rozdzielniach niskiego napięcia, aż po poszczególne gniazdka zasilania serwerów. W zależności od budżetu i kosztów systemy szyn można wyposażyć w liczne urządzenia pomiarowe: segment rozdziału prądu, fazę lub szereg szaf. Istnieje również kilka wariantów do mierzenia pobieranego w szafach prądu. PDU - w zależności od wersji - rejestrują prąd z dokładnością do listwy zasilania lub gniazdka. Istnieją urządzenia z wbudowanym webserwerem umożliwiającym odczytywanie wartości pomiarowych w przeglądarce internetowej oraz PDU z obsługą SNMP, które dostarczają dane bezpośrednio do centralnego systemu zarządzania. Za pomocą odpowiednio wyposażonych PDU można również ustawić, czy gniazdka mają być załączane, czy nie.

Przy zakładaniu nowych centrów danych lub planowaniu średnioterminowego rozwoju istniejących , zasadniczą rolę odgrywa obecnie wykorzystanie szynowych systemów rozdziału energii elektrycznej. Zrezygnowanie z kabli w tym zakresie ma wiele zalet, jak znacznie niższe obciążenie ogniowe i łatwiejsza rozbudowa. Ważne jest, aby takie systemy były dopasowane do całościowej koncepcji centrum danych i harmonizowały z istniejącymi urządzeniami. Najłatwiej można to zagwarantować wówczas, gdy dostawca zaoferuje kompletny pakiet, począwszy od rozdziału niskiego napięcia, przez chłodzenie, aż po poszczególne szafy.