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Stromversorgung im Rechenzentrum: Geradlinige Flexibilität

Neben der Kühlung ist im Rechenzentrum vor allem die Versorgung mit elektrischem Strom wichtig. Aktuelle Verteilsysteme auf Schienenbasis bieten den Betreibern viel Flexibilität und Sicherheit bei einfacher Handhabung. Entscheidend ist das Gesamtkonzept: Die Lösung spielt ihre Vorteile dann am besten aus, wenn sie durchgängig von der Hauptverteilung bis zu den einzelnen Servern genutzt wird.
Rechenzentren sind die stillen Arbeitspferde in den Unternehmen weltweit. Keine Firma kann heute ohne die Services und Daten fortbestehen, die von den langen Rack-Reihen mit Servern, Speichersystemen und Switchen bereitgestellt werden. Nach Schätzungen des Marktforschungsinstituts Gartner wächst der Markt für IT-Services und damit der Bedarf an Platz in Rechenzentren weltweit um bis zu 13% pro Jahr. Daran wird sich auch auf absehbare Zeit nichts ändern, dafür sorgt allein schon der Boom von Cloud-basierten Diensten. Ein effizient und stabil arbeitendes Rechenzentrum ist eine Grundvoraussetzung für die IT-Infrastruktur. Dabei achten die Rechenzentrumsleiter vor allem auf die Verfügbarkeit der zwei lebenswichtigen Versorgungsstrecken Kühlung und elektrischer Strom. Gerade was die elektrische Energie angeht, sind in den letzten Jahren zahlreiche Konzepte überarbeitet worden oder komplett neu entstanden. Um neue Ansätze kommen die Verantwortlichen schon allein deshalb nicht herum, weil durch die immer kompakteren Server immer mehr Leistung pro Quadratmeter gefordert wird. Diese Leistung bereitzustellen und an den gewünschten Ort zu bringen, ist eine große Herausforderung für die früher sehr statisch angelegten Rechenzentren.

Leistungsanforderungen im Wandel

Die Racks stehen zwar immer noch in Reih und Glied auf den Doppelböden, doch die Leistungsanforderungen und die Anschlussoptionen haben sich geändert und ändern sich immer weiter. Wird ein Server heute durch ein Nachfolgemodell ersetzt, muss man davon ausgehen, dass dessen Netzteil trotz aller Strom sparenden Technologien deutlich mehr Energie einfordert als das Vorgängermodell. Mit einer elektrischen Infrastruktur, die Energie über Kabel an den Standplatz des Racks transportiert, sind schnell Grenzen erreicht. Eine auf 16A ausgelegte Leitung lässt sich nicht ohne weiteres auf 32A erweitern. Das Kabel muss entfernt und durch ein stärkeres ersetzt werden, zusammen mit allen Anschaltkästen, Lasttrennschaltern und Sicherungseinheiten auf dem Versorgungspfad.

Punkten mit Stromschienen

Um auf diese Anforderung besser vorbereitet zu sein, bieten sich Schienen-basierte Verteilsysteme an. Dabei werden bereits ab der Niederspannungshauptverteilung (NSHV) praktisch keine Kabel mehr in den Nutzraum verlegt, sondern Schienensysteme, die die gewünschten Phasen und Stromstärken führen. Je nach Belastbarkeit gibt es die Schienen in zahlreichen Ausführungen von einer ganzen Reihe von Herstellern. Rittal setzt aufgrund seiner langjährigen guten Erfahrungen auf das Schienensystem Sivacon 8PS von Siemens. Schienen punkten gegenüber Kabeln auf vielerlei Arten. So ist die Brandlast deutlich geringer und die Kurzschlussfestigkeit höher. Besonders drastisch fällt der Vergleich zugunsten der Schiene aus, wenn es um die Flexibilität beim Anschluss geht. Stromabgänge können schnell, jederzeit und fast überall in das System eingeschleift werden, ohne Unterbrechung des Stromflusses und mit hoher Sicherheit für die ausführenden Elektriker.

Auf Typprüfung achten

Jedes Rechenzentrum ist anders aufgebaut; Schienensysteme müssen sich den baulichen Gegebenheiten anpassen können. Siemens unterscheidet seine Sivacon-8PS-Schienen in die Zuführung bis zum Unterverteiler und in die Unterverteilung zu den Verbrauchern. Für die Zuführung bis zum Unterverteiler ist das System LD zuständig. In der gemeinsam erarbeiteten Lösung ist es perfekt auf die Niederspannungsanlagen vom Typ Ri4Power zugeschnitten; Rittal bietet einen typgeprüften Schienenkopf an, der das Schienensystem mit sehr geringem Platzbedarf nahtlos an die Niederspannungsanlage mit Leistungsschalter anschließt. Die Schienen verkraften Stromstärken bis zu 5.000A und sind für Spannungen bis 1.000V zugelassen. Kunden sollten bei der Auswahl der Komponenten für ein Schienensystem auf die Typprüfung achten. Durch den Test des Schienenkopfes im Labor erhalten sie eine hohe Sicherheitsgarantie auf Stromfestigkeit und Schutz gegen Durchschlag, ohne eine erneute Typprüfung vornehmen zu müssen und erfüllen in jedem Fall ihre Dokumentationspflicht.

Anpassung an bauliche Besonderheiten

Während die Verteilung der Energie innerhalb der Rack-Reihen meist geradlinig verläuft, müssen Schienensysteme von der NSHV im Technikraum oft über verschlungene Wege an ihr Ziel in den Serverräumen geführt werden. In der Regel montiert man die Strom führenden Schienenteile an der Decke oder zwischen Decke und oberem Rand des Racks. Kunden sollten darauf achten, dass der Hersteller des Schienensystems Elemente für den Richtungswechsel, beispielsweise Winkel um 90° und Elemente für eine Wanddurchführung anbietet. Beim Siemens-LD-System sorgen ein Verdrehschutz und die geführte Montage für mehr Sicherheit bei der Installation des Systems. Die Abgangsstellen sind plombierbar, sodass kein Unbefugter Energie aus der Schiene entnehmen kann. Für alle Anwendungen wird die PE als separate Schiene angebracht. Sie erhöht den Schutzleiterquerschnitt und macht damit längere Schienenstränge und ein gesichertes Ansprechen des Schutzorgans möglich.

Zuverlässiger Brandschutz

Brandschutz ist im Rechenzentrum ohnehin ein brisantes Thema und einer der größten Vorteile von Schiene vs. Kabel. Die Schienenkästen sind grundsätzlich PVC- sowie halogenfrei und kurzschlusssicher. Nach Herstellerangaben liegt die Brandlast durch die Stahlblechgehäuse um etwa 30% niedriger. Halogenfreiheit lässt sich bei Kabeln nur mit hohem Aufwand erreichen, halogenfreie Leitungen sind extrem teuer und haben lange Lieferzeiten. Der zuverlässige Schutz bei Bränden wird im Schienenkonzept auch in die Unterverteilung hinein fortgeführt. Hierzu bietet sich der Einsatz des Schienensverteiler-Systems Sivacon 8PS Typ BD2 an. Es eignet sich für Anwendungen von 160 bis 1.250A mit erhöhtem Sicherheitsbedarf. Die kompakten Schienenelemente behalten ihre Funktion im Brandfall und verfügen über einen geprüften Brandschott. Spezielle Abgangskästen verteilen die Energie an den gewünschten Stellen einfach und gefahrlos an die weitere Unterverteilung. Je nach Anwendung sollte das Schienensystem unterschiedliche Abgangskästen unterstützen. Neben der Ausleitung von Stromkabeln können beispielsweise Lasttrennschalter, Sicherungsautomaten oder Messsysteme in den Gehäusen untergebracht werden. So lassen sich Zusatzfunktionen nahtlos und sicher in das System integrieren. Bei Installationen auf Kabelbasis führen solche, vor allem nachträglich eingebaute, Ergänzungen meist zu einer Neuinstallation, zumindest aber zu hohem Aufwand für Spleißungen, Klemmstellen, Muffen oder Parallelleitungen.

Strom zu den Servern bringen

Für die Verbindung vom System BD2 zu den Power Distribution Units in den Racks gibt es sowohl einen Abgangskasten mit Winkelstück als auch eine flexible Kabelanbindung (Drop-Kabel). Optional gibt es für die Abgangskästen auch einen Doppeldeckel, der die Verfügbarkeit der Server bei Wartungsarbeiten erhöht. Erweiterungs- und Änderungsarbeiten sind möglich, ohne dass die nicht betroffenen Stromkreise abgeschaltet werden müssen. Das Thema Energieeffizienz wird in immer mehr Rechenzentren auf die Agenda gesetzt. Spätestens wenn 2013 die neue ISO-Norm50001 nach einem Energiemanagement System verlangt, ist es unerlässlich zu wissen, welche Leistungen im Rechenzentrum aufgenommen und umgesetzt werden. Aber auch aktuell gibt es genügend Richtlinien zum Energiesparen. Die bestehenden Best Practice-Leitlinien, wie sie z.B. vom Bitkom, Gartner und dem EU Code of Conduct on Data Centre Efficiency ausgegeben worden sind, stellen jeder energetischen Optimierungsmaßnahme eine Messung und Analyse der Ist-Stromverbräuche eines Rechenzentrums voran. Dazu sind Messgeräte in allen relevanten Verteilungssegmenten notwendig. Diese Voraussetzung wird besonders elegant durch ein Schienensystem unterstützt. Meist haben die Hersteller Anschlussmöglichkeiten für Messgeräte in speziellen Abgangskästen vorgesehen. Das ist speziell im Hochstrombereich praktisch und sicher. Auch in der Niederspannungsverteilung erleichtert ein genau passendes oder direkt in den Leistungsschalter integriertes Messsystem den Einbau. Natürlich gibt es auch externe Messwandler, doch die müssen in einer kritischen Umgebung wie dem NSHV erst einmal Platz finden.

Detaillierte Messungen bis zur Steckdose

Um Stromverluste aufzuspüren, genügt die zentrale Leistungsmessung beim Einspeisepunkt nicht, Daten müssen auch in den Verteilungsschienen, der Unterverteilung bis hin zu den einzelnen Steckdosen für die Server gemessen werden. Je nach Budget und gewünschtem Aufwand lassen sich Schienensysteme mit zahlreichen Messgeräten ausstatten, pro Verteilungssegment, pro Phase oder pro Schrankreihe. Auch in den Racks existieren einige Varianten, um den aufgenommenen Strom zu messen. PDUs erfassen je nach Ausführung den Strom pro Steckdosenleiste oder pro Steckdose. Es gibt Geräte mit eingebautem Webserver, der die Abfrage der Messwerte mit dem Browser erlaubt und SNMP-gestützte PDUs, die ihre Daten direkt an ein zentrales Managementsystem liefern. Ob die Steckdosen schaltbar sein sollen oder nicht, ist ebenfalls über eine entsprechend ausgestattete PDU regelbar.

Fazit

Wer heute ein Rechenzentrum neu aufsetzt oder die mittelfristige Entwicklung eines bestehenden Rechenzentrums plant, kommt um einen Blick auf Schienen-basierte Verteilsysteme für elektrische Energie nicht herum. Der Verzicht auf Kabel hat in diesem Bereich viele Vorteile; eine erheblich niedrigere Brandlast und die einfachere Erweiterbarkeit sind nur die plakativsten Beispiele. Wichtig ist, dass solche Systeme in das Gesamtkonzept des Rechenzentrums passen und mit den bestehenden Einrichtungen harmonieren. Das lässt sich am einfachsten sicherstellen, wenn der Anbieter ein Komplettpaket schnürt, das von der Niederspannungsverteilung über die Kühlung bis hin zu den einzelnen Racks reicht.

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