Infrastructure

Eine sichere Stromversorgung ist das Rückgrat eines jeden Datacenters

In vielen Unternehmen ist in den Datacentern keine redundante autarke Stromversorgung installiert. Oft fehlt eine Netzersatzanlage, kurz NEA oder Diesel genannt. Fällt der Strom aus, steht auch der Rechenzentrumsbetrieb still. Eine fehlende sichere Stromversorgung stellt bei den heutigen Ansprüchen an ein hochverfügbares Datacenter keine verlässliche Situation dar.

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

Die Voraussetzung für das Betreiben eines Datacenters ist eine eigene, sichere Stromversorgung, losgelöst von allen anderen Unternehmensbereichen. Die Bereitstellung der Stromversorgung beginnt beim Energieversorgungsunternehmen. 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 auseinander liegenden Umspannwerken eingespeist werden. Fällt eine Stromzuleitung aus, so ist durch die Redundanz die Energieversorgung noch gewährleistet.

Stromausfälle können u.a. resultieren aus:

  • 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 (z.B. USV, Klimaanlage)

Innerhalb des Datacenters ist für die Hochverfügbarkeit eine duale Stromversorgung (A- und B- Versorgung) durchgängig bis zu den Stromabnehmern zu realisieren. 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 zweiten Fall müssen zwei eigene Transformatoren mit gleicher Leistung zur Umsetzung auf die NSHV für das interne Stromnetz vorhanden sein.

Um die Sicherheit zu erhöhen, ist die Einspeisung auf die Mittelspannung zu bevorzugen. Die Transformatoren schützen den Niederspannungsbereich vor äußeren Störungen bzw. Einflüssen durch andere Verbraucher im selben Netz des Energieversorgungsunternehmens.

Die Versorger im Datacenter werden an redundante Unterverteiler angeschlossen, getrennt für die technische Infrastruktur und die hochverfügbaren IT-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 oft nicht mehr ausreichend in ihre Anlagen, wodurch sich Kurzausfälle, die meistens im Sekunden- bzw. Minutenbereich liegen, in den letzten Jahren erhöht haben. Längere Stromausfälle aber kann die USV nicht überbrücken. Bei Totalausfall wird der Strom über den Batteriespeicher gehalten, bis die Netzersatzanlage 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 dadurch 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 ausgelegten Stromschienen, installiert über den Racks oder im Doppelboden. 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 fehlende 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. 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 die Hochverfügbarkeit im Rechenzentrum. Darüber hinaus ist dadurch die Voraussetzung gegeben, im laufenden Betrieb die technischen Infrastrukturkomponenten zu warten und zu erweitern.

Die voranstehende Beschreibung kann lediglich eine allgemeine Orientierung geben. Es gibt keine vorgefertigte Stromversorgungslösung aus der Schublade. Nicht zuletzt ist es eine Herausforderung für die Konzeptfindung, eine den Anforderungen gerechte Umsetzung zu schaffen.

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