Eine sichere Stromversorgung ist das Rückgrat eines jeden Datacenters

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In vielen Unternehmen hat das Datacenter keine redundante autarke Stromversorgung. Oft fehlt eine Netzersatzanlage, kurz NEA oder Diesel genannt. Fällt der Strom aus, ist auch der Betrieb des Rechenzentrums unterbrochen. Diese Konstellation stellt bei den heutigen Ansprüchen an ein hochverfügbares Datacenter keine ausreichende Sicherheit dar.

Was muss realisiert werden, um das Ziel der Hochverfügbarkeit zu erreichen?

Die Voraussetzung für das Betreiben eines Datacenters ist eine eigene sichere Stromversorgung. Die Bereitstellung der Stromversorgung beginnt beim Energieversorgungsunternehmen (EVU). Der Strom wird über Leitungen zu den Umspannwerken transportiert. Von dort aus erfolgt die Einspeisung in das Gebäude des Stromabnehmers. Aus Sicherheitsgründen sollte die Stromzufuhr redundant ausgelegt sein und aus weit auseinanderliegenden Umspannwerken eingespeist werden. Fällt eine Stromzuleitung aus, so ist durch die Redundanz die Energieversorgung noch gewährleistet. Falls regional zwei unterschiedliche Stromanbieter vorhanden sind, ist es noch besser, wenn der Strom von beiden EVU bezogen wird.

Ursachen für Stromausfälle können u.a. sein:

  • Stromausfall im Kraftwerk
  • Unterbrechung der Logistik vom Kraftwerk zum Datacenter
  • Probleme in der Stromverteilung im Datacenter
  • Ausfall eines Power Supply in den IT-Systemen
  • Ausfall eines Systems innerhalb der technischen Infrastruktur (etwa Klimaanlage)

Innerhalb des Datacenters wird eine duale Stromversorgung (A- und B-Versorgung) durchgängig bis zu den Stromabnehmern realisiert. Dazu gehören:

  • Redundant ausgelegte Mittelspannungshauptverteiler (MSHV)
  • Redundant ausgelegte Transformatoren
  • Redundant ausgelegte modular aufgebaute Niederspannungshauptverteiler (NSHV)
  • Je NSHV eine n+1 modular konzipierte Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) mit Power-Unterverteilung
  • Redundante Kabelzuführungen von der USV-Unterverteilung zu den Stromabnehmern
  • Redundante Netzteile in den Systemen der IT-Infrastruktur
  • Redundante Netzersatzanlage NEA

Die Einspeisung kann direkt auf die Niederspannungshauptverteiler oder über die Mittelspannungshauptverteiler erfolgen. Im letzteren Fall müssen zwei eigene Transformatoren mit gleicher Leistung zur Umsetzung auf die NSHV für das interne Stromnetz installiert werden.

Um die Sicherheit zu erhöhen, ist die Einspeisung auf die Mittelspannung zu bevorzugen. Die Transformatoren schützen den Niederspannungsbereich vor äußeren Störungen beziehungsweise Einflüssen durch andere Verbraucher im gleichen EVU-Netz.

Die Versorger im Datacenter werden an redundante Unterverteiler angeschlossen, getrennt für die technische Infrastruktur und die hochverfügbaren Systeme. Je NSHV wird nachgelagert eine n+1 USV mit Batteriespeicher für die hochverfügbaren Systeme installiert.

Die USV hat die Aufgabe, mögliche kurze Stromausfälle zu überbrücken. Die Energieanbieter investieren nicht mehr genug in ihre Anlagen, dadurch haben sich Kurzausfälle, die meistens im Sekunden- beziehungsweise Minutenbereich liegen, in den letzten Jahren erhöht. Längere Stromausfälle kann die USV nicht überbrücken. Bei Totalausfall wird der Strom über den Batteriespeicher gehalten, bis die Netzersatzanlage (NEA) aktiv ist.

Außerdem gleichen die USV-Anlagen Spannungsschwankungen, Überspannungen, Unterspannungen, Spannungseinbrüche, Spannungsverzerrungen etc. aus. Diese Störungen können die IT-Umgebung schädigen oder gar zerstören. Die Hochverfügbarkeit ist duch sie gefährdet. Für diese Filterfunktion ist eine herkömmliche Anlage, die nur die Stromausfälle überbrückt, nicht geeignet. Dazu eignet sich nur eine Voltage and Frequency Independent USV (VFI-USV).

Die USV ist ausschließlich für Systeme vorzusehen, die für die Hochverfügbarkeit notwendig sind. Die USV versorgt nicht die Systeme der technischen Infrastruktur. Über die USV werden die Racks in den IT-Infrastrukturräumen redundant mit Strom versorgt.

State of the Art ist die Installation von redundant ausgelegte Stromschienen, installiert über den Racks oder im Doppelboden in den IT-Räumen. In diesem Fall sind die Stromkabel der USV mit den Stromschienen verbunden. Der Vorteil ist bei Neuinstallation eines IT-Racks, dass lediglich jeweils ein Stromkabel (Abgangskasten) von den Stromschienensteckern auf die Power Distribution Unit (PDU) im Rack gesteckt werden muss. Das umständliche Verlegen eines Kabels von der Unterverteilung zum Rack entfällt. Das spart Zeit und Geld.

Eine störungsfreie Versorgung mit elektrischer Energie ist nicht immer gewährleistet. Kurze Unterbrechungen oder lange anhaltende Stromausfälle können auch bei redundanter Stromzufuhr vorkommen. Bei einem totalen Stromausfall muss die Stromzufuhr durch Netzersatzanlagen (NEA) überbrückt werden. Die NEA hält im Notfall den Betrieb eines Datacenters mit der dazugehörenden technischen Infrastruktur wie Kühlung, Sicherheitseinrichtungen usw. aufrecht. Mindestens eine NEA mit der erforderlichen Leistung muss vorhanden sein. Die NEA werden mit Dieseltreibstoff betrieben. Die Dieselbevorratung sollte den Betrieb für 48 Stunden sicherstellen. Aus Redundanzgründen ist die Installation von zwei NEA mit gleicher Leistung empfehlenswert. Die NEA muss mindestens einmal monatlich auf die Betriebssicherheit getestet werden.

Fazit

Eine redundante Stromversorgung ist die Basis für eine Hochverfügbarkeit im Rechenzentrum. Darüber hinaus ist mit ihr die Voraussetzung gegeben, im laufenden Betrieb ohne Unterbrechung die technischen Infrastrukturkomponenten warten und erweitern zu können.

Diese Beschreibung kann aufgrund der Komplexität des Themas lediglich eine Anregung und allgemeine Erläuterung sein. Es gibt keine vorgefertigte Stromversorgungslösung aus der Schublade. Nicht zuletzt ist es eine Herausforderung für die Konzeptfindung, die Wünsche und Bedürfnisse der Datacenter-Betreiber umzusetzen.

Wolfgang Heinhaus, Experton Group, www.experton-group.de

Bei Fragen stehe ich Ihnen gern zur Verfügung, bitte schreiben Sie an wolfgang.heinhaus@experton-group.com

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