7 bästa metoder för strömfördelning i datacenter

Er racktäthet har tredubblats på tre år. Er arkitektur för strömfördelning har inte hållit jämna steg med denna utveckling.

Generatorer och UPS-enheter får mest uppmärksamhet eftersom det märks tydligt och får stora konsekvenser när de slutar fungera. Den verkliga risken ligger oftast i distributionsnätet mellan dem: spänningsarkitekturen, redundansutformningen och utrustningens specifikationer.

Strömförsörjningen är avgörande för hela kedjan – från nätanslutningen till racken, transformatorerna, ställverken, systemen för avbrottsfri strömförsörjning (UPS), PDU:erna och de ledningar som förbinder allt detta. Hur väl denna kedja fungerar avgör om en anläggning kan hantera ökningen av racktätheten (särskilt den ökade tätheten som drivs av AI- och HPC-implementeringar) eller om den blir den flaskhals som sätter stopp för allt annat.

Kortfattad information: Vad man bör veta om strömfördelning i datacenter

• Planera energikapaciteten med ett verkligt utrymme, inte bara så att den räcker till dagens belastning. Anläggningar som inte bygger in reservkapacitet och modulär skalbarhet stöter på problem redan första gången IT-belastningen ökar snabbare än väntat.
• Anpassa din redundanslösning efter verksamhetens faktiska behov. Arkitekturer som möjliggör samtidig underhåll (Tier III och högre, enligt Uptime Institutes ramverk) medför högre initialkostnader, men gör det möjligt att utföra underhåll på utrustningen utan att behöva stänga ner hela systemet.
• Beslut om spänningsarkitektur får en kumulativ effekt under anläggningens livslängd. Att distribuera ström vid 400 V istället för att sänka spänningen till 208 V eller 120 V minskar överföringsförlusterna med ungefär 2 till 5 procent, och denna beräkning blir allt mer relevant i takt med att racktätheten ökar.
• UPS-topologin och energilagringstekniken bör väljas utifrån den last som ska skyddas. Använd inte automatiskt samma inställningar som angavs förra gången.
• Realtidsövervakning av alla viktiga komponenter i distributionssystemet – inte bara generatorn och UPS-enheten – är det som gör att underhållet går från att vara reaktivt till att bli förebyggande.
  

1. Planera för den belastning du ännu inte har

Varje utformning av ett eldistributionssystem börjar med en uppskattning av strömbelastningen. Det vore ett misstag att nöja sig med det. 

Ett distributionssystem som är dimensionerat exakt efter dagens IT-belastning lämnar inget utrymme för framtida utbyggnad, och att i efterhand bygga ut kapaciteten i ett befintligt system – med nya transformatorer, nya strömskenor och nya ställverk – är betydligt mer störande och kostsamt än att bygga in utrymme för framtida utbyggnad redan från början.

En god praxis är att dimensionera större utrustning, såsom transformatorer och generatorer, utifrån anläggningens planerade slutliga tillstånd – eller åtminstone en uppfattning om hur det kan komma att se ut – och dessutom bygga in 10–20 procent reservkapacitet utöver detta. Det innebär också att man reserverar fysiskt utrymme och dimensionerar kabelkanaler, kabelbrickor, samlingsskenor och ledningsrör med extra storlek, så att framtida kapacitetsutbyggnader inte kräver att det som redan är installerat måste rivas ut.

En stegvis utbyggnad är till hjälp även här. Istället för att bygga upp hela anläggningens elinfrastruktur på en gång bör man genomföra utbyggnaden i etapper, så att varje etapp hinner fyllas och generera intäkter medan nästa etapp fortfarande är under planering. På så sätt slipper man tvingas välja mellan att bygga ut för mycket kapacitet som ingen använder ännu och att bygga ut för lite kapacitet som man kommer att behöva om arton månader.

Ställ dig själv frågan: vilka antaganden ligger till grund för din nuvarande distributionslösning när det gäller den belastning som du kommer att ha om tre år?

2. Anpassa storleken efter verksamhetens faktiska behov, inte efter vad som är billigast att bygga

Det finns olika nivåer av redundans eftersom olika anläggningar har verkligt olika toleransnivåer för driftstopp, och att bygga in mer redundans än vad man behöver innebär ett slöseri med kapital. Att bygga in mindre än vad man behöver utsätter verksamheten för risker. Uptime Institute använder detta ramverk: 

Den praktiska skillnaden mellan dessa nivåer handlar inte bara om drifttidsprocenten. Konstruktioner enligt nivå I och II kräver att IT-driften stängs av helt vid planerat underhåll, vilket innebär att varje komponentbyte medför ett planerat driftavbrott. Nivå III och högre gör det möjligt att utföra service eller byta ut vilken komponent som helst utan att påverka belastningen, eftersom konstruktionen omfattar flera oberoende, aktiva strömvägar.

Bedöm detta utifrån ett pragmatiskt perspektiv. Utgå inte automatiskt från vilken nivå som din förra anläggning använde. En Tier II-konstruktion kan vara helt lämplig för ett datarum i ett sekundärt kontor, men helt felaktig för en anläggning som hanterar affärskritiska finansiella transaktioner. Anpassa nivån efter den faktiska kostnaden för driftstopp, inte efter vana.

3. Se till att spänningsarkitekturen är korrekt innan du bestämmer dig för vilken utrustning du ska använda

Besluten om spänningsarkitekturen fattas en gång, redan i ett tidigt skede. Anläggningen måste sedan leva med dessa beslut i ett decennium eller mer. Det gör att de förtjänar mer noggrann granskning än vad de vanligtvis får.

Effektivitetsberäkningarna är konkreta. Genom att mata in 400 V till racket istället för att sänka spänningen till 208 V elimineras ett omvandlingssteg, och enbart detta minskar energikostnaderna med ungefär 2 till 3 procent jämfört med 208 V-distribution, och med 4 till 5 procent jämfört med 120 V-distribution. 

Högre spänning innebär också lägre ström vid samma belastning, vilket minskar behovet av koppar i kablarna och minskar resistansförlusterna längs ledningen. Nackdelen är att varje spänningsomvandlingssteg som läggs till – till exempel när man sänker 480 V till 208 V och vidare till 120 V – medför sina egna förluster och sina egna felpunkter. Att minimera antalet transformeringssteg och standardisera spänningen konsekvent i hela anläggningen förenklar både reservdelshanteringen och underhållet på sikt.

Om er anläggning planerar att införa ställ med högre täthet, särskilt GPU-intensiva installationer, nu är det dags att se över spänningsarkitekturen. Använd inte automatiskt samma inställningar som i den senaste versionen.

4. Välj UPS-topologi och energilagring utifrån den belastning du faktiskt ska skydda

Inte alla laster kräver samma nivå av strömskydd, och om man betraktar valet av UPS som ett enda, enhetligt beslut går man miste om antingen pengar eller driftsäkerhet.

Standby- och line-interactive-UPS-modeller är billigare och lämpliga för mindre kritiska laster, men de har en kort övergångstid (några millisekunder) vid övergång till batteridrift. UPS-system med dubbelkonvertering eliminerar detta övergångsglapp helt genom att kontinuerligt försörja lasten från växelriktaren. Det är därför de är standarden för verksamhetskritiska servermiljöer trots lägre verkningsgrad och högre kostnad.

Kemiska egenskaper hos energilagringssystemen är lika viktiga som deras utformning. Ventilreglerade blybatterier är fortfarande det vanligaste valet, men litiumjonbatterier vinner mark tack vare sin mindre storlek och inbyggda cellövervakning. Nackdelen med litiumjonbatterier är en högre brandrisk på grund av termisk runaway, vilket gör att separat, ventilerad förvaring är en klok försiktighetsåtgärd. Svänghjulslagring är ett tredje alternativ som är värt att känna till: det är miljövänligt och mycket effektivt, men täcker endast ett strömbehov på mellan 15 sekunder och 15 minuter. Detta begränsar dess användning till att användas tillsammans med snabbstartande generatorer snarare än att helt ersätta batterilagring.

Anpassa topologin och den kemiska sammansättningen efter hur kritisk den anslutna utrustningen är, istället för att standardisera på en och samma UPS-specifikation för alla rack i byggnaden.

5. Övervaka alla viktiga komponenter, inte bara de som får uppmärksamhet

Genom aktiv övervakning av transformatorer, ställverk och brytare kan ett underhållsprogram gå från att vara reaktivt till att bli förebyggande. Smarta lågspänningsbrytare och sensorer på ställverk kan kontinuerligt registrera data om spänning, ström och effektfaktor, och dessa data hjälper dig att upptäcka ett begynnande fel innan det leder till ett strömavbrott.

Fasobalansering är ett specifikt och vanligt fel som du måste ha i åtanke. En ojämn lastfördelning mellan de tre faserna i en krets kan överbelasta nolledaren och orsaka övertoner långt innan en brytare löser ut. 

En plattform för hantering av datacenterinfrastruktur (DCIM) sammanför denna övervakning till något användbart: ett enda gränssnitt för inventering, status, underhållshistorik och rapportering för alla distributionskomponenter i anläggningen. Strömförbrukningseffektivitet (PUE), det vill säga förhållandet mellan anläggningens totala strömförbrukning och den ström som faktiskt når IT-utrustningen, är det vanligaste måttet som DCIM mäter. PUE-värdet visar på ett ögonblick hur effektivt anläggningen drivs, där målet är att komma så nära 1 som möjligt. Datacenteroperatörer kan också följa PUE över tid för att upptäcka eventuella problem med energieffektiviteten. 

6. Dokumentera det förebyggande underhållet skriftligt

Ett strukturerat underhållsprogram med en skriftlig tidsplan för generatorer, UPS-system, transformatorer och batterier är alltid bättre än en informell metod som bygger på institutionell kunskap.

Termografiska inspektioner upptäcker onormala värmesignaturer i kablar, samlingsskenor och anslutningar innan de utvecklas till synliga fel. Helst bör dessa inspektioner genomföras var sjätte månad.

Med hjälp av belastningsbanker kan man testa generatorer och UPS-system under realistiska förhållanden, istället för att bara utgå från att de kommer att fungera när ett verkligt strömavbrott inträffar.

Dessa åtgärder medför extra kostnader, men de är billiga jämfört med vad det kostar att drabbas av ett strömavbrott och i det ögonblicket inse att reservsystemet inte fungerar.

Dokumentationen är lika viktig som själva testningen. En underhållslogg som verkligen är uppdaterad och som den som har jour verkligen har tillgång till är skillnaden mellan att ett känt problem åtgärdas enligt tidsplanen och att ett känt problem leder till ett oplanerat driftavbrott sex månader senare.

7. Planera för att successivt fasa ut äldre utrustning 

En transformator, en UPS-bank eller en strömförsörjningskanal som installerats enligt en äldre spänningsarkitektur eller en föråldrad redundanslösning försvinner inte automatiskt när den nya utrustningen tas i drift. Den måste tas bort, och hur detta ska gå till är fortfarande en del av beslutet om strömfördelningen – inte ett separat problem som någon annan ska ta hand om senare.

I synnerhet uttjänta UPS-batterier förtjänar att uppmärksammas här. VRLA- och litiumjonbatterier klassificeras som ”Focus Materials” enligt R2v3-standarden, vilket innebär att hanteringen och vidarebearbetningen av dem omfattas av samma slags efterlevnadskrav som annan reglerad elektronik, och inte som vanligt skrot. Utrustning som är i funktionsdugligt skick (PDU:er, ATS-enheter, ställverk) har ofta ett högre återförsäljningsvärde än vad operatörerna tror.

Inkludera planen för borttagning och avfallshantering i samma projektsamtal som den nya installationen, så undviker du att gå miste om ett betydande andrahandsvärde.

Planering av kraftdistribution med hela livscykeln i åtanke

En tillförlitlig kraftdistribution kräver mer än ett enda bra beslut. Det handlar om en kedja av problem som man måste hantera med försiktighet.

• Kapacitetsplanering
• Redundant utformning
• Spänningsarkitektur
• Val av utrustning 
• Övervakning, underhåll
• Avveckling av hårdvara 
  

Om en enda länk inte stämmer, måste resten av designen kompensera för det.

Om du vill veta mer om hur du ska hantera en ansvarsfull avveckling och värdeåtervinning av din utrangerade utrustning, exIT Technologies sköter den delen av avvecklingen av datacentret, från certifierad datadestruktion till återvinning enligt R2v3-standarden och rapportering av återvunna tillgångar.