Система электроснабжения ЦОД

Какими бывают и как работают системы электроснабжения ЦОД

До сих пор не существует единого российского ГОСТа, где были бы определены требования к ЦОД. В России действующих ЦОД еще слишком мало, чтобы делать обобщения, поэтому приходится использовать зарубежные опыт и модели расчетов.

Проектирование и планирование ЦОД регламентируется американским стандартом ANSI TIA/EIA-942 (TIA-942) «Telecommunications Infrastructure Standard for Data Center», утвержденным в апреле 2005г.

Стандарт TIA-942 определяет четыре уровня бесперебойной работы ЦОД. Первый уровень составляет 99,67 %, что соответствует запланированному времени простоя не более 28,8 часов в год. Уровень надежности ЦОД IV класса составляет 99,995 %, что означает суммарный перерыв в работе не более 15 минут в год.

Какие требования к Системам электроснабжения ЦОД?

Требования к электроснабжению изложены в разделах TIA-942 5.3 «Требования к компьютерной комнате», 5.4 «Требования к комнате внешних коммуникаций» и в приложении G5 «Требования к электрическим системам».

Минимальные требования по электроснабжению ЦОДов:

минимальная нагрузочная способность розеточной группы – 2,5 кВт, минимальное количество розеток на единицу площади – один двойной блок на 4 м;
наличие аварийного резервного питания, в том числе с использованием ИБП (источника бесперебойного питания) и автономного генератора;
одинаковые нормы надежности электроснабжения компьютерной комнаты и комнаты внешних коммуникаций.

Построение систем гарантированного энергоснабжения для комплекса потребителей, территориально расположенных более чем на одном этаже, и, тем более, в нескольких зданиях, может производиться по различным схемам.

В настоящее время наибольшее распространение получили две основные структуры СГЭ — централизованная и распределенная (локализованная).

Централизованная система содержит один ИБП, к которому подключены все ответственные потребители. В распределенной системе каждый потребитель (или группа локальных потребителей) запитывается от отдельного (локального) ИБП.

Распределенная структура СГЭ

Основным преимуществом такой системы является возможность ее реализации без переделки сетевой разводки, простота наращивания или изменения конфигурации.

При отказе одного из ИБП происходит отключение только части системы, и, при наличии одного аппарата в «холодном» резерве, последствия отказа могут быть устранены в течение нескольких минут. Другое важное преимущество — при соответствующем выборе типов ИБП для их размещения не потребуется выделения специальных помещений.

Недостатком распределенной системы является неэффективное использование ресурсов аккумуляторных батарей из-за невозможности обеспечения одинаковой нагрузки для всех ИБП. Время автономной работы всей системы определяется наиболее нагруженным аппаратом с наиболее разряженными при предыдущих отключениях питания батареями, при этом время автономной работы не может быть увеличено отключением нагрузки от других ИБП.

Другим существенным недостатком этой системы является ее низкая устойчивость при перегрузках, вызванных ошибочным подключением дополнительной нагрузки или коротким замыканием.

Централизованная структура СГЭ

Преимущества этой системы определяются концентрацией запаса мощности и емкости батарей. Такая система менее чувствительна к локальным перегрузкам и даже выдерживает короткие замыкания, переходное сопротивление которых превышает некоторую величину, определяемую запасом выходной мощности ИБП. Увеличение времени автономности достигается простым отключением менее ответственных потребителей.

Другим преимуществом централизованной СГЭ, построенной на базе мощного трехфазного ИБП, является исключение перегрузок нейтрального проводника на входе ИБП, что повышает надежность всей сети электропитания, и, что существенно, не требует проведения работ по перекладке кабельных линий, по которым осуществляется энергоснабжение здания.

Недостатком централизованной системы является более высокая по сравнению с распределенной системой, вероятность локального отказа, выражающегося в обесточивании потребителей из-за неисправности разветвленной выходной сети электропитания или выхода из строя (связанного с возникновением короткого замыкания в цепи питания) одного из потребителей.

Стоимость аппаратных средств централизованной системы при равной мощности и одинаковых схемотехнических решениях ИБП, естественно, ниже по сравнению с распределенной системой, однако при выборе данной структуры СГЭ необходимо учитывать стоимость возможной переделки сети электропитания в случае реконструкции действующей системы, а также необходимость выделения специального помещения и квалифицированного персонала.

При выборе любого из вариантов построения системы гарантированного энергоснабжения на базе ИБП при необходимости обеспечения длительной работы в автономном режиме (т.е. при отключении входной электросети) такой комплекс дополняется одной или несколькими дизельными генераторными установками (ДГУ) для обеспечения длительной автономной работы (в течение десятков часов и более). Такие генераторы комплектуются системой автоматического запуска и глушения с коммутацией нагрузки и могут быть дополнительно снабжены пультами удаленного управления и контроля.

В чем наши преимущества?

В чистом виде каждая из рассмотренных систем применяется достаточно редко.

Для устранения недостатков каждой из систем на практике применяют двухуровневую систему, которая представляет собой комбинацию централизованной и распределенной системы. Задача оптимизации такой системы, с точки зрения мощности и стоимости оборудования, состоит в определении наиболее ответственных потребителей и минимизации числа групп потребителей путем соответствующего конфигурирования локальной вычислительной сети.

При выборе двухуровневой структуры, кроме установки одного ИБП большой мощности (или комплекса параллельно функционирующих ИБП, расположенных в одном месте), отдельные наиболее ответственные потребители защищаются с помощью локальных ИБП меньшей мощности. Целью такого резервирования является защита такого оборудования, как, например, файловые серверы и наиболее ответственные рабочие станции управления ЛВС, коммуникационное оборудование, системы связи от обесточивания вследствие аварий кабельной сети внутри здания, вызванных локальными повреждениями, короткими замыканиями или перегрузками (в том числе сети чистого электропитания, подключенной к основному ИБП).