Ništa bez struje: pouzdano i funkcionalno IT napajanje

Sistem napajanja Data Centra

Dva osnovna tehnička sistema bez kojih se ne može zamisliti funkcionisanje data centra su napajanje i hlađenje. Sistem napajanja mora da obezbedi dovoljno snage, pouzdanost i raspoloživost napajanja i tehničke uslove za jednostavnu eksploataciju i održavanje. U nastavku su opisane glavne komponente sistema koji obezbeđuju pouzdano i funkcionalno IT napajanje.

Tarafo-stanica

Oprema data centara se napaja sa niskog napona nivoa 400V, tako da je trafo-stanica prva tačka u instalaciji napajanja. Trafo-stanica može biti javna (gradska) ili privatna, a u sklopu velikih data centara može ih biti i nekoliko. Kapacitet trafo-stanice može biti ograničavajući faktor, zavisno od raspoložive snage. Kod velikih data centara mora se voditi računa i o kapacitetu srednjenaponske mreže sa koje se TS napaja. Kod projektovanja TS mora se predvideti dovoljna rezerva za buduća proširenja kapaciteta DC. Naknadna proširenja odnosno povećanje snage TS su mogući, ali mogu biti tehnički problematični.

Glavni razvod

Zavisno od konfiguracije napajanja, glavni razvod služi za centralno napajanje dalje interne mreže data centra. U pitanju je obično razvodni orman sa sistemom bakarnih sabirnica dovoljnog kapaciteta. Izvodi za napajanje potrošača moraju biti napravljeni tako da se lako servisiraju i da se po potrebi može izvršiti zamena neispravnih komponenti bez isključivanja napona. U velikim data centrima se zato koriste separirani razvodi sa fiksnim ili izvlačivim odeljcima. Razvodni ormani moraju biti urađeni u skladu sa važećim standardima (SRPS EN 61439) i sa odgovarajućom formom separacije (Forma IVb).

Rezervno napajanje

U slučaju ispada mreže, na scenu stupa generator koji je opremljen ATS uređajem za automatsku zamenu napajanja. Generator može imati vreme starta od nekoliko (desetina) sekundi, ali to je prihvatljivo jer mehanički potrošači (klima) to tolerišu, a osetljivi potrošači se napajaju bez beznaponske pauze zahvaljujući UPS uređajima.

Interesantno je da SRPS EN 50600 i Uptime standardi uopšte ne zahtevaju mrežno napajanje, adekvatni generatori su sasvim prihvatljivi.

Moderni UPS uređaji su stalno online, što znači da neprekidno rade u režimu dvostruke konverzije i na svom izlazu daju neprekidni naizmenični napon, bez obzira na prilike u napojnoj mreži. Kapacitet modula i baterija UPS-a moraju biti prilagođeni potrebama potrošnje, uz mogućnost proširenja.

Kablovske trase

Glavni napojni kablovi koji povezuju podrazvode sa glavnim razvodom moraju imati dovoljne preseke sa dodatnom rezervom, a izolacija treba da bude bez halogena i da ne podržava gorenje (Low Smoke Halogen Free).

Lokalni podrazvod

Dodatni razvodni ormani omogućavaju grananje napajanja po celinama ili prostorijama u data centru. Na taj način se omogućava selektivnost zaštite i poboljšava pouzdanost i raspoloživost napajanja. Ovi razvodni ormani, pored zaštitnih uređaja (automatski prekidači i osigurači) sadrže i uređaje za praćenje potrošnje i kvaliteta parametara napajanja. Konstrukcija ovih podrazvoda mora da omogući zamenu neispravnih elemenata bez isključenja napajanja. Svi vitalni elementi ormana moraju biti pod nadzorom kako bi se signalizirali bilo kakvi problemi u funkcionisanju.

Posebno je pogodno rešenje podrazvoda u uzanom ormanu koji se lako smešta između produkcionih rekova, ne zauzima puno mesta a nudi sve potrebne funkcije.

Kablovska distribucija

Razvod napajanja do krajnjih tačaka potrošnje – rekova podjednako je bitan deo sistema. Kablovi bez halogena se i ovde koriste, a kapacitet se mora prilagoditi planiranoj potrošnji. Naša praksa je da te kablove završavamo industrijskim monofaznim ili trofaznim utičnicama tako da priključak rekova bude rastavljiv bez alata i potrebe za stručnim ljudima.

Utičnice u rekovima

Uobičajeni naziv za razvodne kutije u rekovima je PDU (Power DIstribution Unit). Standardni izvodi su CE13, CE19, a još uvek se koriste i klasične šuko utičnice. PDU može biti „obični“, bez posebnih funkcija, ali postoje i različite kombinacije dodatnih funkcija: merenje po grupi izvoda ili po pojedinom izvodu (metered), isključivanje grupe ili izvoda (switched), sa prenaponskom zaštitom, lokalnim zaštitnim prekidačem, filterom protiv smetnji, integrisanom jedinicom za senzore fizičkih parametara (temperatura, vlaga, pristup,…). Posebnu fleksibilnost pružaju modularni uređaji kakav je Rittal PSM, koji poseduje dva nezavisna sistema sabirnica na koje se priključuju po potrebi moduli sa odgovarajućim utičnicama sa ili bez integrisanog merenja, upravljanja, priključka za senzore i komunikacionih jedinica za nadzor.

Neophodni zahtevi za sistem napajanja

Redundansa

Za pouzdanost napajanja, pored pravilnog izbora i primene opreme, neophodna je redundansa koju zahtevaju svi relevantni standardi (SRPS EN 50600, Uptime, TIA 942). To znači da je potrebno obezbediti dve nezavisne konture napajanje do krajnjih potrošača, sa udvojenim svim elementima od trafo-stanice do utičnice iz koje se napaja pojedinačni rek. Naravno, ovo nije uvek moguće, pa se prave kompromisi koji omogućavaju izvođenje u realnim uslovima uz smanjenje redundanse i povećavanje rizika. Svaka takva ušteda stvara slabe tačke (single point of failure), pa finalno rešenje mora biti takvo da je rizik minimalan odnosno prihvatljiv. Izabrano rešenje se pozicionira u klasifikacijama koje propisuju navedeni standardi (klasa raspoloživosti kod EN 50600, odnosno Tier za druga dva). Kompromis između tehničkih mogućnosti, cene rešenja i prihvatljivog rizika koje to rešenje donosi je uvek predmet detaljne i delikatne analize.

Modularnost i fleksibilnost

IT infrastruktura je živa stvar: menja se sa razvojem kompanije, promenama potrebnog kapaciteta i neophodnim tehničkim unapređenjima. Zbog toga je neophodno misliti o fleksibilnosti rešenja koja omogućava prilagođavanje novim zahtevima. Takođe, ključ optimalnog investiranja u kapacitete koji rastu je modularnost: dodavanje nove opreme i povećanje kapaciteta u skokovima koji prate rast potreba.

Kod sistema napajanja elementi mogu u dobroj meri biti modularni, uz neka ograničenja. Kapacitet trafo stanice je moguće povećati, mada ne uvek i ne jednostavno: zamena trafoa jačim ili dodavanje trafoa u rezervni trafo-boks mogu se realizovati ako ste tako nešto predvideli i ostavili slobodnog mesta. Glavni razvodni orman se može uraditi u modularnoj tehnologiji i ostaviti mogućnost dogradnje izvoda. Kod izvlačivih separiranih razvoda ostavljaju se rezervni prazni moduli za kasete sa prekidačima za nove izvode. Kod klasičnih razvoda forme I to nije tako jednostavno ali je moguće.

Kablovski razvod je relativno jevtin deo opreme, pa je uputno postaviti sve potrebne i planirane kablove kako se naknadnim radovima ne bi ugrozio ili zaustavio rad data centra.

Generator teško da može biti modularan, ali se postojećem može dodati još jedan ili više, uz posebne kontrolere za sinhroni rad. UPS uređaji su već uobičajeno modularni i proširivi, tako da mogu pratiti rast potrošnje, što je bitno zbog njihove relativno visoke cene.

Ono što je najbitnije: pored modularnosti i fleksibilnosti, oprema mora da obezbedi da se bilo koja izmena, nadogradnja ili intervencija mogu obaviti na sistemu u radu, bez gubitka napajanja za osetljivu opremu u rekovima.

Nadzor i upravljanje

Poseban zahtev koji postavlja i SRPS EN 50600 je optimizacija potrošnje radi postizanja održivog rada data centra, što zahteva u prvom redu merenje energetskih parametara u što više tačaka sistema. Inteligentni merni uređaji vezani u mrežu komuniciraju sa softverom za nadzor i analizu parametara potrošnje, što je osnova za optimizaciju i uštede. Pored toga, neophodno je prikupiti sve operativne parametre, statuse opreme, stanje zaštita, kako bi se omogućila pravovremena reakcija u slučaju potrebe. Ovaj deo se može poveriti DCIM ili SCADA sistemu koji će omogućiti prikupljanje, vizuelizaciju i arhiviranje podataka u meri dovoljnoj da operateri mogu da reaguju na vreme i na pravi način. Komunikacija može biti dvosmerna, ukoliko se u sistem integrišu uređaji koji se mogu ne samo nadzirati, već se njima može upravljati. To mogu biti daljinski kontrolisani prekidači ili inteligenti PDU sa mogućnošću prekidanja napajanja za grupu ili pojedine potrošače.