Energieverteilung im Rechenzentrum

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1 Energieverteilung im Rechenzentrum von Manuel Lotz / Matthias Ribbe White Paper 09 Copyright 2008 All rights reserved. Rittal GmbH & Co. KG Auf dem Stützelberg D Herborn Phone +49(0)2772 / Fax +49(0)2772/

2 Rittal White Paper Energieverteilung im Rechenzentrum 2 Inhalt 1 Einleitung Standardsteckdosenleisten Intelligente Standard-Steckdosenleisten Modulare Steckdosenleisten Trägerschienen für modulare Steckdosenleisten Steckermodule Intelligente Stromverteilungssysteme Netzwerkfähige Trägerschienen Intelligente Steckermodule Zubehör für modulare Stromverteilungssysteme Zusammenfassung...10 Seite 2/10

3 1 Einleitung Rittal White Paper Energieverteilung im Rechenzentrum 3 Die Anforderungen an die Energieversorgung sind in jedem Rechenzentrum je nach Ausstattung verschieden. Die Grundversorgung ist aber heutzutage in jedem Rechenzentrum gleich. Das heißt, dass viele Rechenzentren mit einer Netzversorgung vom Energieversorger, einer oder mehren Unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) und einem Generator ausgestattet sind. In den einzelnen Serverracks sieht es da schon anders aus. Viele Hersteller vertreiben Standardsteckdosenleisten mit Schuko-, Kaltgeräte- oder Warmgerätesteckplätzen. Variable Steckdosenleisten gibt es kaum am Markt. In diesem White-Paper wird auf die verschiedenen Typen von Steckdosenleisten am Markt eingegangen. 2 Standardsteckdosenleisten Bei der Installation der Stromverteilung im Rack ist der Anwender meist auf sich selbst gestellt und kann zwischen verschiedenen Steckdosenleisten auswählen. Da die heutigen Geräte in einem Serverrack verschiedene Anschlussleitungen besitzen, muss der Anwender flexibel in bezug auf die bereitgestellten Anschlüsse sein. Die heute gebräuchlichsten Anschlussleitungen sind: C13 / C V / 10 A 3 polig C19 / C V / 16 A 3 polig Schuko 230 V / 16 A 3 polig Abb. 1 Übersicht der gängigen Steckverbinder im Rechenzentrum Schukostecker sind im europäischen Raum sehr verbreitet. C14, auch Kaltgerätestecker genannt, sind hauptsächlich an Server und Switchen zu finden. Ein C20 oder Warmgerätestecker ist sehr oft an leistungsfähigen Servern und Switchen vorhanden. Das kann mit den Standardsteckdosenleisten kaum realisiert werden, oder es wird für jeden Steckertyp eine Steckdosenleiste verbaut. Hier besteht jedoch das Risiko, dass durch fehlerhaftes Kabelmanagement die optimale Luftführung nicht mehr gewährleistet ist. Wird die Luft aus den Geräten im Serverrack nicht optimal abgeführt, kann es zu einem Hitzestau kommen und die Geräte werden in Mitleidenschaft Seite 3/10

4 Rittal White Paper Energieverteilung im Rechenzentrum 4 Abb. 2 Steckdosenleiste gezogen. Bei länderspezifischen Anschlussleitungen müsste der Anwender sogar eine zusätzliche Steckdosenleiste installieren. Das heutige IT-Equipment besitzt zudem oftmals 2 Netzteile. Hier muss eine redundante Stromversorgung im Serverrack vorhanden sein. Das würde für die verschiedenen Steckdosenleiste heißen, dass diese in doppelter Anzahl in das Rack installiert werden müssten. Bei 600 mm breiten und 1000 mm tiefen Racks ist so eine Installation unmöglich. Hier sollte der Anwender zu einem modularen Steckdosensystem greifen. 2.1 Intelligente Standard-Steckdosenleisten Viele Hersteller vertreiben auch intelligente Steckdosenleisten. Mit diesen Systemen können die einzelnen Steckplätze auf der Leiste einzeln geschaltet bzw. administriert werden. Einige Hersteller solcher intelligenten Steckdosenleisten installieren bereits ab Werk Messinstrumente, die Strom, Verbrauch und Spannung, sowie die momentane Leistungsaufnahme der angeschlossenen Verbraucher messen können. Diese Messwerte können dann lokal über ein vorhandenes Display und über Netzwerk abgerufen oder gespeichert werden. Spannungsausfälle oder schwankungen sowie Überlast können per SNMP (Simple-Network-Management- Protocol), als Alarmmeldung oder per und SMS an die Gebäudeleittechnik oder den Administrator gemeldet werden. Abb. 3 Intelligente Steckdosenleiste Seite 4/10

5 Rittal White Paper Energieverteilung im Rechenzentrum 5 3 Modulare Steckdosenleisten Die flexibelste Möglichkeit um auf sich verändernde Anforderungen im Rechenzentrum vorbereitet zu sein, sind modulare Steckdosenleisten. Solche modularen Systeme bestehen aus einer im Schrank installierten Trägerschiene, die direkt an die Versorgungsleitung, oder, falls vorhanden, mit dem USV-System verbunden ist. Auf diese Trägerschiene können unterschiedliche Steckermodule aufgesteckt werden, je nach dem im Rack vorhandenen Equipment und den erforderlichen Anschlussbuchsen. Abb.4 Modulare Steckdosenleiste Solche Module sind mit den gängigen C13 und C19 Buchsen erhältlich aber auch mit vielen verschiedenen länderspezifischen Anschlussbuchsen. Nach dem Einbau und Anschluss der Trägerschiene im Schrank, können diese Module auch durch Nichtelektriker oder Administratoren im laufenden Betrieb nachgerüstet oder ausgetauscht werden. Dadurch ergibt sich eine hohe Flexibilität bezüglich verschiedener Steckverbinder oder steigender Lasten im Rack. Auch sinkt die Reaktionszeit, in der man auf neue Anforderungen reagieren kann, da die Änderungen vom Administrator selbst während dem Betrieb vorgenommen werden können. Wächst der Bedarf an Steckplätzen, kann einfach ein zusätzliches Modul auf die Trägerschiene aufgesteckt werden. Das Mischen von Modulen mit verschiedenen Anschlussbuchsen ist ebenfalls möglich. 3.1 Trägerschienen für modulare Steckdosenleisten Die verwendeten Trägerschienen bestehen in der Regel aus einen U-Profil aus Aluminium oder Kunststoff in dem sich die gesamte Verkabelung befindet. Sie sind komplett berührungsgeschützt aufgebaut und können vertikal, seitlich der 19 -Ebene, am Schrankrahmen befestigt werden. Es gehen also keine HEs für den Einbau von IT - Equipment verloren. Nach der Montage kann die Schiene fast auf der ganzen Länge Seite 5/10

6 Rittal White Paper Energieverteilung im Rechenzentrum 6 Abb.5 Prinzip der redundanten Versorgung mit Steckermodulen bestückt werden. Für die unterschiedlichen Höhen von IT-Racks sind Schienen in verschiedenen Längen erhältlich. Je nach Länge können die Schienen mit mehr oder weniger Modulen bestückt werden. Die Einspeisung der Trägerschiene kann entweder 3phasig (z.b. 3 x 16 A) oder 1phasig (z.b. 1 x 32 A) geschehen, je nach der im Rack benötigten Leistung. Im IT Bereich sind am häufigsten 3phasige Versorgungen vorzufinden, da diese flexibler eingesetzt werden können. Des weiteren bieten 3phasige Einspeisungen Vorteile in bezug auf die Selektivität bei der Absicherung der einzelnen Phasen. Moderne Trägerschienensysteme bieten darüber hinaus die Möglichkeit, 2 Einspeisungen an einer einzelnen Schiene zu nutzen und können somit von 2 unabhängigen Quellen gespeist werden. Damit ist das Erreichen einer Redundanz auch bei nur einer im Schrank verbauten Schiene realisierbar. 1phasig 16A 1phasig 32A 3phasig 16A 3phasig 32A 230V+N+PE 230V+N+PE 400V+N+PE 400V+N+PE Abb. 6 Übersicht der gängigen Einspeisungen der Trägerschiene Seite 6/10

7 Rittal White Paper Energieverteilung im Rechenzentrum 7 Die Steckrichtung in der die Module auf die Schiene aufgesteckt werden entscheidet dabei von welcher der beiden Einspeisung das Modul gespeist wird. Zieht man das Modul aus der Schiene und steckt es um 180 gedreht wieder ein, wird es von der jeweils anderen Einspeisung versorgt. Das Prinzip dieses Systems mit Einspeisung A und B ist in Abb.5 auf Seite 6 zu sehen. Für höheren Leistungsbedarf im Rack sind auch Ausführungen der Trägerschiene mit bis zu vier 3phasigen Einspeisungen (4 x 3 x 16 A) erhältlich. Diese Schienen sind dann mit bis zu 192A belastbar. Abgesehen von der Einspeisung sind sie identisch mit den Standardträgerschienen. Allerdings müssen für diese Schienen spezielle Steckermodule verwendet werden. 3.2 Steckermodule Modulare Steckermodule sind in sich abgeschlossene Systeme. Sie sind, genau wie die Trägerschienen, berührungsgeschützt aufgebaut. Das erlaubt auch Nichtelektrikern die Abb.7 Steckermodule in verschiedenen Ausführungen Abb. 8 Module mit LED Arbeit mit diesen Modulen. Die Module werden mittels eines Plug & Play Systems einfach auf die Schiene aufgerastet. Dies reduziert die Montagezeit im Rechenzentrum und damit auch die Kosten. Es werden so gut wie alle gängigen Varianten von Anschlusssteckern bereitgestellt. Dazu gehören länderspezifische Anschlüsse, genauso wie spezielle IEC oder NEMA Steckverbindungen. Die meisten dieser Module haben einen integrierten, thermischen Überlastschutz, d.h. bei Überlastung eines Moduls wird nur die Sicherung des betroffenen Moduls auslösen, die anderen Module der Schiene bleiben davon unbeeinflusst. Sollte dennoch ein Modul defekt sein, kann es innerhalb kürzester Zeit durch einsetzen eines neuen Moduls in die Schiene ersetzt werden. Die MTTR (Mean Time To Repair), die Zeit zwischen Ausfall des Moduls und Einsatz eines Seite 7/10

8 Rittal White Paper Energieverteilung im Rechenzentrum 8 Neuen, sinkt auf ein Minimum. Neuere Steckermodule besitzen zusätzlich 2 integrierte, 3-farbige LEDs, die einen Hinweis auf die aktuelle Auslastung des Moduls geben. Ein Beispiel ist in Abb. 8 zu sehen. Sie können zwischen den Farben Grün, Gelb und Rot wechseln. So kann man auf einen Blick sehen, ob das Modul ausgelastet ist oder ob weitere Verbraucher angesteckt werden können. 4 Intelligente Stromverteilungssysteme Im modernen Rechenzentrum ist es wichtig eine Übersicht über den aktuellen Stromverbrauch, sowohl der einzelnen Verbraucher, als auch des gesamten Rechenzentrums zu haben. Die Möglichkeit der Fernüberwachung gewinnt im Zuge der immer kostenintensiver werdenden Betriebskosten eines Rechenzentrums an Bedeutung. SNMP-fähige Trägerschienen und Steckermodule bieten diese und einige andere zusätzliche Features zu den oben genannten Vorteilen von modularen Stromverteilungssystemen. Durch den Einsatz solcher Systeme wird die Überwachung und Steuerung im RZ erheblich vereinfacht und gleichzeitig intensiviert. Es gibt verschiedene Möglichkeiten ein intelligentes, netzwerkfähiges Stromverteilungssystem zu realisieren. 4.1 Netzwerkfähige Trägerschienen Eine Möglichkeit der Überwachung sind netzwerkfähige Trägerschienen mit integrierten Messsystemen, die alle relevanten Werte der Schiene überwachen und protokollieren können. Diese Messschienen können komplett über das Netzwerk überwacht und Abb. 9 LC-Display bei netzwerkfähiger Trägerschiene mit Messsystem konfiguriert werden. Es lassen sich Grenzwerte für Strom, Spannung und Leistung pro Phase der Einspeisung setzen. Werden diese überschritten gibt das System Alarm oder sendet Meldungen per oder SMS an beliebige Empfänger. Lokal ist an der Schiene ein LC-Display vorhanden, das die Daten ebenfalls anzeigt und über das Einstellungen geändert werden können. Alarme werden auch lokal durch ein blinkendes LC-Display angezeigt. Seite 8/10

9 Rittal White Paper Energieverteilung im Rechenzentrum Intelligente Steckermodule Netzwerkfähige Steckermodule mit integrierter Intelligenz sind ebenfalls eine Möglichkeit ein Rechenzentrum bereit für die Fernüberwachung und Steuerung zu machen. Bei diesen Systemen ist die Intelligenz unabhängig von der verwendeten Trägerschiene. So können auf einer normalen Schiene auch intelligente oder aktive Module mit passiven Steckermodulen gemischt werden, wenn z.b. nur einen Teil des vorhandenen Equipment überwacht und gesteuert werden soll. Auf diesen aktiven Modulen sind alle Steckplätze einzeln schaltbar, d.h. die angeschlossenen Verbraucher können einzeln angesteuert werden. Genau wie bei der netzwerkfähigen Trägerschiene können auch bei den aktiven Steckermodulen Grenzwerte für Alarmmeldungen oder Warnungen gesetzt und oder SMS Nachrichten versendet werden. LED Segmentanzeigen geben lokal die aktuellen Stromwerte des Moduls aus. Einige Abb. 10 Intelligentes und netzwerkfähiges Steckermodul Hersteller bieten diese Module auch in 1 HE Ausführungen, für die Montage in der 19 -Ebene an. Dies ist vor allem dann interessant, wenn seitlich des 19 -Rahmens kein Platz mehr zur Verfügung steht oder wenn nur einige dieser steuerbaren Steckplätze im Schrank benötigt werden. Bei Nutzung mehrerer aktiver Module in einem Schrank besteht die Möglichkeit bis zu 4 baugleiche aktive Module zu kaskadieren. 5 Zubehör für modulare Stromverteilungssysteme Zusätzlich zu den verschiedenen Steckermodulen ist eine Vielzahl von Zubehör für die modularen Steckdosenleistensysteme vorhanden. So gibt es einen nachrüstbaren Überspannungsschutz, der bei Bedarf der Schiene vorgeschaltet werden kann. Über ein spezielles Modul ist es möglich eine Standardträgerschiene ohne integrierte Messvorrichtung nachträglich mit diesen Funktionen auszustatten. Dabei wird das Messmodul eingangsseitig vor die Schiene geschaltet und ebenfalls im Schrank verbaut. Weiteres praktisches Zubehör sind Seite 9/10

10 Rittal White Paper Energieverteilung im Rechenzentrum 10 spezielle Kabel zum Anschluss von Servern oder anderen Geräten an die Steckermodule. Zur Vermeidung von Überlängen und den daraus resultierenden Behinderungen des Luftstromes und von Verwirbelungen im Schrank, sind diese Kabel relativ kurz gehalten. Sie sind ab einer Länge von 50cm erhältlich. Dies wirkt der Entstehung von sogenannten Hot Spots im Schrank entgegen, die sich negativ auf die Performance und Haltbarkeit der im Schrank verbauten Geräte auswirken können. Es sind weitere Produkte, wie z.b. ein Lichtmodul zur Verwendung als tragbares Leuchtmittel, das sich während es in der Trägerschiene eingesteckt ist auflädt, verfügbar, durch die ein solch modulares System genau auf die Bedürfnisse des jeweiligen Schrankes angepasst werden kann. 6 Zusammenfassung Stromverteilungssysteme sind in jedem heutigen Rechenzentrum zwangsläufig vorhanden. Im Zuge der immer weiter steigenden Energiekosten und Leistungsdichten werden diese Systeme auch in Zukunft immer wichtiger. Normale Steckerleisten erreichen aufgrund von unterschiedlichen Anschlusssteckern am IT- Equipment und der wachsenden Forderung nach Fernüberwachungsmöglichkeiten relativ schnell ihre Grenzen. Durch den Einsatz von modularen und netzwerkfähigen Stromverteilungssystemen erreicht man eine deutlich höhere Flexibilität und Skalierbarkeit. Trägerschienen mit integrierter Messvorrichtung erlauben die genaue Überwachung des Stromverbrauchs. Intelligente Steckermodule, die das schalten jedes einzelnen Ports erlauben, bieten umfassende Möglichkeiten zur Fernüberwachung des gesamten Rechenzentrums. Mit intelligenten, modularen Stromverteilungssystemen lässt sich die Stromverteilung nicht nur genau auf die geforderten Bedingungen anpassen, sondern mit ihrer Hilfe kann auch der Energieverbrauch reduziert werden. Dies trägt zur Reduzierung der Unterhaltskosten des RZs bei. Durch die Möglichkeit zwei unabhängige Einspeisungen in einer Schiene zu realisieren, entfällt die Notwendigkeit in jedem Schrank zwei Verteilerschienen zu verbauen um Redundanz bei den Einspeisungen zu erreichen. Das wiederum spart Kosten bei der Anschaffung eines IT- Schrankes. All das sind Punkte die die Überlegenheit moderner, modularer Stromverteilungssysteme gegenüber normalen, nicht-modularen Systemen deutlich zeigen. Vorteile die im Rechenzentrum von morgen die Kosten deutlich reduzieren können. Seite 10/10