Stromverteilung für Busschienen und Stromschienen: Überall Strom?

Eine enorme Stromverteilung ist im heutigen Rechenzentrum eine Selbstverständlichkeit; Dennoch scheint fast jeden Monat mehr Strom benötigt zu werden. Neue, sich ständig ändernde IT-Geräte mit unterschiedlichen Strom-, Spannungs- und Steckdosenanforderungen scheinen die Norm zu sein und sind zu einer erheblichen Herausforderung für die elektrische Infrastruktur geworden.

Die traditionelle Methode einer festen, am Boden montierten Stromverteilereinheit (PDU) oder eines an der Wand montierten Verteilerfelds, das fest mit jedem Rack verkabelt ist, wurde durch den ständigen Bedarf an zusätzlichen Schaltkreisen überlastet. Und das Unterbodenlabyrinth aus harten Rohren, Greenfield- oder flexiblen Peitschen hat den Luftstrom im Doppelboden behindert. Daher besteht der Trend darin, Stromkabel nach oben und aus dem Boden heraus zu verlegen und sie über Kopf zu verlegen, wobei in erster Linie dieselben Leitungen oder flexible Peitschensysteme verwendet werden. Doch selbst diese Alternative wird durch die ständig wachsenden und sich ändernden Belastungen mit hoher Dichte vor Herausforderungen gestellt.

Eine flexiblere Alternative hält im Rechenzentrum Einzug, um dieser Herausforderung der Stromverteilung gerecht zu werden: Stromverteilungssysteme für Stromschienen und Stromschienen.

Busschienen im Vergleich zu Sammelschienensystemen Busschieneneinheiten ähneln Schienenbeleuchtungen auf Steroiden mit einer durchgehenden Öffnung an der Unterseite der Schiene, während Sammelschienensysteme über feste Einfügungspunkte für Leistungsmodulanschlüsse verfügen, die sich an der Seite in regelmäßigen Abständen (typischerweise alle 1 oder 2) befinden Füße). Beide Typen stellen eine flexible Methode dar, Strom schnell dort und nach Bedarf zu verteilen.

Obwohl das Bus-Stromversorgungskonzept für Rechenzentren relativ neu ist, wird es schon seit vielen Jahrzehnten in industriellen Fabrikhallen eingesetzt, wo es eine einfache Methode zur Neukonfiguration und Bereitstellung von Strom für neue Maschinen nach Bedarf darstellt. Die Stromverteilung über Busse wird erst seit Kurzem im Rechenzentrum eingesetzt. Die Idee wurde ursprünglich in den späten 1990er Jahren mit Starline Track Busway von der Universal Electric Corporation auf dem Markt für Rechenzentren (auf Rack-Ebene) eingeführt, die zuvor auch Busschienen für den Industrietyp herstellte. Die meiste Zeit des letzten Jahrzehnts war es allein auf dem Markt und hat sich langsam durchgesetzt und Marktakzeptanz für diese Art von Stromverteilungssystem für Rechenzentren erlangt.

Laut Joel Ross, Präsident der Universal Electric Corporation, „gewinnen Busway-Systeme auf dem Markt für Rechenzentren zunehmende Akzeptanz und Beliebtheit und ersetzen herkömmliche Kabelpeitschen unter Doppelböden.“

Ross sieht den Colocation-Markt als perfekten Kandidaten für Busschienenprodukte, insbesondere da sie viele verschiedene Kunden mit sich ständig ändernden Stromanforderungen bedienen. „Die Rechenzentrumsbranche erkennt, dass die Zuverlässigkeit von Busway, der Mehrwert seiner einzigartigen Funktionen und sein großes Installationsvolumen ein überzeugendes Argument für die Best-Practice-Technologie im Rechenzentrumsdesign darstellen.“

Wo Marktakzeptanz für ein Produkt herrscht, entsteht natürlich auch Wettbewerb. In diesem Jahr haben mehrere der großen Anbieter von Rechenzentrumsausrüstung (Eaton, Emerson, PDI und Siemens) auch ihre eigenen Busprodukte speziell für Rechenzentrumsanwendungen eingeführt. Diese neuen Einheiten unterscheiden sich etwas von den traditionellen großen industriellen und kommerziellen Sammelschienen- oder „Buskanal“-Systemen, die normalerweise für die Hauptstromversorgung verwendet werden und die auch von den meisten dieser Anbieter hergestellt werden.

Laut Steven E. Kuehn von Siemens gibt es den XJ-L Busway des Unternehmens schon seit einiger Zeit, wird aber erst jetzt für das Rechenzentrum auf Rack-Ebene übernommen.

„Seit 1960 produzieren wir Stromverteilerlösungen von Siemens“, sagte Kuehn. „Im Laufe der Jahre haben wir dieses Angebot für verschiedene Anwendungen verfeinert. Derzeit sind mehr als eine Million Fuß im Einsatz.“

Er sagte, dass Siemens einiges über die Bereitstellung von Busstrom für Rechenzentren gelernt habe, einschließlich der Nachfrage nach Nebenabtrieben mit einfacher Installation und Mehrkreis-Einspeisungen. „Wir haben herausgefunden, dass dies ein Muss für Systemdesigner von Rechenzentren ist – sie bestehen auf ausreichend Flexibilität, um Lasten in unterschiedlichen Intervallen messen und überwachen zu können. All dies ist notwendig, damit IT-Ingenieure Betriebsdaten von mehr Punkten beziehen können.“ "

Schauen wir uns nun an, was diese Produkte bieten. Sie sind alle für die Bereitstellung von dreiphasigem Strom über die gesamte Länge des Gleises/Busses ausgelegt (einphasiger Strom ist auch über die Schaltungskonfiguration des Abzweigkastens verfügbar). Die typische Schienenabschnittslänge beträgt 10 Fuß (einige Anbieter bieten Längen von 3 bis 12 Fuß an) und kann durch einfaches Hinzufügen von Abschnitten mithilfe einer Endspleißbox, rechtwinkligen oder „T“-Anschlüssen auf bis zu 100 Fuß verlängert werden. Die Stromabnahme zu jedem Rack erfolgt über einen steckbaren oder einschiebbaren Stromabgangskasten. Die Stromabgangskästen sind in verschiedenen Konfigurationen und Kapazitäten erhältlich, von 120 V/20 A einphasig bis 208 V/100 A dreiphasig (oder 415/240 V). Der Abgangskasten enthält normalerweise Leistungsschalter und Steckdosen (oder ein oder mehrere kurze Anschlusskabel mit Steckdose).

Der Bus: Wie viel Strom kann geliefert werden? Die Bussysteme sind in verschiedenen Stromstärken von 60 bis 600 A erhältlich, wobei die meisten Anbieter sie in drei Standardstärken von 100, 225 und 400 A anbieten.

Bei steigenden Leistungsdichten, beispielsweise bei Schränken mit bis zu vier Blade-Servern (oder bis zu 40 1U-Servern), müssen diese Systeme jedes Rack mit einer erheblichen Menge Strom versorgen. Bei vier Blade-Servern (jeder benötigt 4–8 kVA) könnte beispielsweise jeder Schrank 16–32 kVA benötigen. Wie begegnen diese Systeme diesen Herausforderungen?

Bus-Stromversorgungskapazität Maximal verfügbare dreiphasige Leistung* bei verschiedenen Spannungen/Strömen

*Beispiel für Dreiphasenstrom unter der Annahme ausgeglichener Phasen und 200 % Neutralleiter. (Nicht herabgestuft – im Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Sammelschiene von einem Leistungsschalter mit 100 % Nennleistung gespeist wird.) Hinweis: Einphasige Lasten reduzieren dies, da die Phasen nicht vollständig ausgeglichen sind.

Unterstützte Anzahl von Schränken. Leistung pro Schrank: Ungefähre Anzahl von unterstützten Schränken bei verschiedenen kVA

Wie aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, benötigen die Schränke mit höherer Dichte größere Bus-Nennwerte, um mehr als ein paar Schränke zu unterstützen. Wenn Sie 208/120-V-Strom verwenden, sollten Sie die Planung für hochdichte 400-A-Systeme (oder größer) in Betracht ziehen, die die größte Stromkapazität und Flexibilität für zukünftiges Wachstum bieten.

Alle dreiphasigen Produkte sind für mindestens 480 V (einige für 600 V) ausgelegt, aber im Rechenzentrum beträgt die typische Verteilungsspannung zum Rack im US-amerikanischen/nordamerikanischen Markt 208/120 V. In Europa ist sie üblich Die Verteilungsspannung beträgt 415/240 V. Darüber hinaus können alle Produkte des Anbieters mit 200 % Nenn-Neutralleitern spezifiziert werden, was in einem Rechenzentrum praktisch eine Notwendigkeit ist.

Die meisten Hersteller bieten Sammelschienen bis zu 400 A an. Einige bieten (oder planen dies) Einheiten mit einer Nennleistung von 600 A oder möglicherweise 800 A in der Zukunft an. Erkundigen Sie sich bei jedem Anbieter, um sicherzustellen, dass das System, das Sie in Betracht ziehen, in der gesamten Produktlinie die gleichen Power-Tap-Module verwendet. Andernfalls könnten Sie in Zukunft auf Power-Tap-Module angewiesen sein, die nicht mehr zu den Bussystemen mit höherer Nennleistung passen.

Während es in diesem Artikel um die Stromverteilung vom Busway-Typ geht, zeigt die obige Tabelle auch deutlich den Vorteil, den die Verwendung von 415/240-V-Strom in einem US-Rechenzentrum in Betracht zieht, insbesondere wenn hochdichte Geräte wie Blade-Server in Betracht gezogen werden, da dies der Fall ist kann die doppelte Leistung über eine Sammelschiene gleicher Größe liefern. Interessanterweise gaben fast alle befragten Anbieter an, dass sie Kundenanfragen oder tatsächliche Installationen von 415-V-Systemen in den USA hatten (Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in diesem Tipp zur Auswahl einer Stromverteilungsspannung für Ihr Rechenzentrum.

Das Stromabgangsmodul Jeder Hersteller verfügt über eigene, proprietäre Stromabgangsmodule. Diese variieren in Größe und Form sowie in der Gesamtstrombelastbarkeit und der Anzahl der Stromkreise oder Steckdosen, die sie unterstützen können. In einigen Fällen kann dies die praktische Strommenge, die an die Steckdosenleisten auf Rackebene geliefert werden kann, erheblich einschränken, was bei Schränken mit hoher Dichte ein potenzielles Problem darstellt. Beispielsweise verfügt jeder Blade-Server über zwei bis drei Netzteile, die jeweils einen 208–240 V/20 A-Stromkreis benötigen (nicht redundant). Für eine vollständige AB-Stromredundanz müssen Sie diesen Wert natürlich verdoppeln. Dies führt zu einer hohen Anzahl von Stromkreisen pro Abzweigung und pro Schrank. Einige Hersteller bieten Leistungsabgriffe an, die bis zu 12 Leistungsschalter aufnehmen können, um bis zu vier 208-V-Dreiphasenstromkreise, sechs 208-V-Einphasenstromkreise oder zwölf 120-V-Stromkreise liefern zu können, während andere auf einen einzigen Dreiphasenstromkreis beschränkt sind. Phasenschalter oder drei einphasige Stromkreise.

Beispiel: Stromversorgung zur Unterstützung einer dreiphasigen Steckdosenleiste auf Rackebene

Wie aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, müssen Sie sorgfältig abwägen, wie viele Stromkreise und welche Art von Anschlüssen jeder Stromanschluss benötigt, um genügend Rack-Steckdosenleisten für die höheren IT-Stromlasten ordnungsgemäß zu unterstützen. Darüber hinaus ist es nahezu unmöglich, beim Anschluss einphasiger Lasten wie den meisten IT-Geräten vollständig symmetrische Phasen zu haben, sodass die tatsächlich nutzbare Leistung geringer ist. Während die Leistungsabzweige einiger Hersteller Nennwerte von bis zu 100 A pro Abgriff bieten, verfügen sie möglicherweise nur über einen einzigen großen Leistungsschalter und eine Steckdose. Möglicherweise möchten Sie Leistungsabgriffe in Betracht ziehen, die mehrere Leistungsschalterkonfigurationen unterstützen können, z. B. (2) x dreiphasige oder 6 (oder mehr) einphasige Leistungsschalter. Überprüfen Sie, ob der von Ihnen in Betracht gezogene Anbieter die Anzahl und Art der Steckdosen oder Verbindungskabel für Ihre speziellen Anforderungen anbietet.

Potenzielle Vorteile der Bus-Stromversorgung. Verbesserte Kühleffizienz. Neben der Flexibilität der Stromverteilung ist eine verbesserte Kühlung ein Grund, den Umstieg auf ein Verteilersystem vom Typ „Overhead Bus“ in Betracht zu ziehen. Mit zunehmender Leistungsdichte werden mehr Stromkabel benötigt. Wenn die zusätzliche Stromversorgung unter einem Doppelboden betrieben wird, wird die Luftzirkulation zusätzlich behindert, wodurch es noch schwieriger wird, eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten, insbesondere bei Schränken mit hoher Dichte. Der Übergang zur Stromverteilung über Kopf trägt zur Lösung dieses Problems bei. Da sich die Sammelschiene normalerweise über den Schränken befindet, blockiert sie darüber hinaus teilweise den Luftstrom von vorne nach hinten über dem Kopf und trägt so dazu bei, die Quervermischung des Luftstroms zwischen Warmgang und Kaltgang zu begrenzen, indem eine kontinuierliche Barriere entsteht.

Verbesserte elektrische Effizienz. Einige Anbieter behaupten, dass ihre Bussysteme eine bessere Energieeffizienz bieten als einzelne Strompeitschen, da ein hochwertiger Busleiter auf lange Sicht einen geringeren Spannungsverlust bietet. Theoretisch mag dies einigermaßen wahr sein, aber die einzige faire Möglichkeit, diese Behauptung zu vergleichen, ist mit einem tatsächlichen längenbasierten Layout. Es ist wichtig, die Spannungsabfallspezifikation jedes Anbieters pro gegebener Länge (die auf der Größe seiner Sammelschienen basiert) zu bewerten, um Energieeffizienzgewinne oder -verluste zu vergleichen.

Mögliche Nachteile der Busstromverteilung: Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Eine Sorge besteht darin, dass ein Kurzschluss oder eine Überlastung zum Ausfall einer gesamten Schiene führen würde, die eine Reihe von Schränken versorgt. Während dieser Faktor in einem ordnungsgemäß verwalteten System wahrscheinlich nicht auftritt, sollte er in einem nicht redundanten System nicht übersehen werden. In einem vollständig redundanten AB-System sollte dies kein so großes Problem darstellen.

Probleme mit dem physischen Platz und der Überkopffreiheit. Wenn Sie AB-Redundanz planen, ist die Möglichkeit wichtig, die Abzweigpunkte des Busses und/oder die Abzweigmodule selbst physisch zu versetzen, um genügend Platz für redundante Leistungsabzweigmodule zu schaffen. Einige Systeme sind gut konzipiert und ermöglichen die Stapelung oder Staffelung des Busses, um redundante AB-Strompfade zu ermöglichen, während andere einige Einschränkungen oder physische Einschränkungen aufweisen. Sie müssen sich auch über den gesamten Overhead-Platzbedarf des von Ihnen in Betracht gezogenen Systems im Klaren sein.

Einige offene Schienensysteme sind so konzipiert, dass sie nur an der Decke hängen, während andere Schienensysteme auch durch an der Oberseite der Schränke montierte Halterungen getragen werden können. Andere Systeme können entweder über Kopf oder unter dem Boden verwendet werden. Wenn Sie also planen, Ihr Stromverteilungssystem mithilfe eines Bussystems zu entwerfen oder zu aktualisieren, stellen Sie sicher, dass Sie die physischen Installationsaspekte berücksichtigen, nicht nur die Leistungswerte.

Keines der Produkte ist austauschbar, was bedeutet, dass Sie sich auf das proprietäre System des Anbieters festlegen müssen. Da es sich bei einigen dieser Produkte gerade erst um die erste Generation handelt (bei anderen handelt es sich lediglich um Adaptionen der bestehenden industriellen Stromschiene des Anbieters), prüfen Sie, ob das von Ihnen in Betracht gezogene System die Verwendung desselben Stromabgriffs auf Stromschienen unterschiedlicher Größe/Stromstärke zulässt Vermeiden Sie eine vorzeitige Obsoleszenz.

Sicherheitsaspekte: Geltende Normen Alle Systeme sind so konzipiert, dass Stromabgriffe in eine stromführende Stromschiene oder Schiene eingefügt werden können. UL 857 scheint einer der wichtigsten US-Standards für Busprodukte zu sein, der das Einsetzen oder Entfernen eines Stromabgriffs in ein stromführendes Bussystem ohne spezielle Schutzausrüstung ermöglicht. Obwohl alle Systeme behaupten, die IEC IP2X-Einstufung „fingersicher“ zu erfüllen, verfügt jedes über ein einzigartiges Design. In den meisten Fällen dürften weiterhin Elektriker für das Einsetzen der Abgangskästen zuständig sein; Es ist jedoch auch für Nicht-Elektriker möglich, die Stromanschlüsse einfach anzuschließen.

Einige Systeme verfügen über eine durchgehend offene Spur, was einigen Benutzern Unbehagen bereiten kann, insbesondere beim Versuch, einen Stromabgriff in eine Live-Spur einzufügen oder zu entfernen. Andere Stromverteilersysteme haben in regelmäßigen Abständen Öffnungen mit Sicherheitsabdeckungen, die zum Einsetzen der Stromabzweigdose zunächst entfernt werden müssen. Das Bus Pow-R-Flex-System von Eaton verfügt über einen einzigartigen „Sicherheitsverschluss“, eine automatisch verriegelnde Schiebezugangsabdeckung, die sich nur öffnet, wenn der Stromabgriff eingeführt wird, wodurch die stromführenden Leiter vollständig abgedeckt bleiben.

„Pow-R-Flex Busway ist eine der bedeutendsten Innovationen in der Stromverteilung in Rechenzentren“, sagte Mark Mull, globaler Produktlinienmanager für Busway-Produkte bei Eaton Corporation. Er sagte, dass der Pow-R-Flex von Eaton UL-gekennzeichnet nach UL 857 und IEC 60439-2 sei und eine Strombelastbarkeit von bis zu 600 A, Kurzschlusswerte von 600 V sowie Busstecker mit Steckdosen oder Anschlusskabeln und Steckdosen bis 600 V biete.

Cameron Nowak von Emerson Liebert, Produktmanager für Stromkonditionierungs- und -verteilungsprodukte, sagte, dass die Liebert MB-Sammelschiene sowohl unter dem Boden als auch über Kopf für Kunden verwendet werden kann, die den Strom dennoch lieber außer Sichtweite halten möchten. „Liebert betrachtet den Bus als einen Teil eines kompletten Rechenzentrums und bietet eine einfache Integration mit anderen Rechenzentrumskomponenten“ wie bodenmontierten PDUs, Racks und Steckdosenleisten. Darüber hinaus sagte er, dass der MB Modular Busway das „neueste Produkt von Liebert ist, das entwickelt wurde, um die Stromverteilung auf Rack-Ebene zu optimieren und die Stromverteilung von der USV zum Server zu vervollständigen“.

Energieüberwachung und -management Jeder Anbieter bietet sein eigenes optionales System zur Energieüberwachung und -verwaltung an. Einige sind vollständig in den Stromabgriff integriert, während andere auf externen PDUs auf Rack-Ebene basieren.

Ein System von Power Distribution Inc. (PDI) bietet eine besondere Funktion: Ein Segment innerhalb seines PowerWave-Bussystems kann einen integrierten Kommunikationspfad enthalten, der die Notwendigkeit einer separaten Signalverkabelung zu jedem Stromanschluss überflüssig macht, so David Mulholland, VP of Marketing bei PDI.

Mulholland beschreibt das Powerwave-Bussystem als „das erste Overhead-Bussystem, das speziell für Rechenzentren entwickelt wurde“. Er fügt hinzu: „Das Produkt von PDI verfügt über eine integrierte Energieüberwachungskommunikation durch sein patentiertes Branch Circuit Monitoring System.“

Fazit: Wenn es im Rechenzentrum eine Konstante gibt, dann ist es der Wandel. IT-Geräte entwickeln sich ständig weiter und werden ständig ersetzt. Darüber hinaus werden alle Rechenzentrumsbetreiber und IT-Abteilungen aufgefordert, mit weniger mehr zu erreichen. Wenn Sie die Strominfrastruktur Ihres Rechenzentrums bewerten, sollten Bus-Stromverteilungssysteme ernsthaft in Betracht gezogen werden. Während die traditionelle Stromverteilung nicht plötzlich verschwinden wird, werden flexible Verteilungssysteme zunehmend an Bedeutung gewinnen, insbesondere bei Neuinstallationen und Modernisierungen. Auf jeden Fall scheinen alle großen Anbieter mit Produkten einzusteigen, und das bedeutet, dass der Entwickler von Rechenzentren eine größere Auswahl an Optionen hat.

ÜBER DEN AUTOR: Julius Neudorfer ist CTO und Gründungsdirektor von NAAT seit der Gründung im Jahr 1987. Er hat Kommunikations- und Datensystemprojekte sowohl für gewerbliche Kunden als auch für Regierungskunden entworfen und geleitet.

Was halten Sie von dieser Funktion? Schreiben Sie Matt Stansberry von SearchDataCenter.com über Ihre Bedenken hinsichtlich des Rechenzentrums unter [email protected].