Niezawodność dostaw energii elektrycznej dla Centrum Danych stanowi fundament jego działalności, gwarantując ciągłość usług IT, ochronę danych oraz efektywne chłodzenie urządzeń. Każda przerwa w dostawie prądu może przynieść znaczące straty finansowe i operacyjne. Temu zagadnieniu poświęcamy niniejszy artykuł, który jest 4 częścią naszego cyklu pt. „Budowa Data Center”.

Przy planowaniu budowy Data Center należy dobrać takie rozwiązania, które zapewnią ciągłe zasilanie. Każdy administrator wie, że wyłączanie, zwłaszcza to nieplanowane, jak i ponowne włączanie systemów informatycznych, wiąże się z dużym ryzykiem awarii. Może to spowodować problemy zarówno na poziomie sprzętowym, jak i systemowym. Aby minimalizować ryzyko wystąpienia takich awarii, należy zadbać o stabilne zasilanie w przyszłej serwerowni. Warto także uwzględnić, że nowoczesne centra danych muszą być elastyczne i skalowalne.

Niezależnie od wielkości przedsiębiorstwa, konieczne jest stosowanie podejścia “pay as you grow", co oznacza adaptację do bieżących potrzeb energetycznych z jednoczesną możliwością stopniowego ich zwiększania. Równolegle należy unikać niepotrzebnych kosztów związanych z przeszacowaniem i nadmierną nadwyżką mocy. Taka strategia zapewnia, że zapotrzebowanie energetyczne w centrum danych może byc efektywnie skalone i odpowiadać na dynamicznie zmieniające się zapotrzebowanie. 

Dlatego w planowaniu musimy uwzględnić całą ścieżkę - od przyłączy elektrycznych budynkowych, aż po doprowadzenie zasilania do szaf rack z uwzględnieniem wymaganego/planowanego poboru mocy elektrycznej przez urządzenia zainstalowane w serwerowni. Tory zasilania do poszczególnych szaf rack powinny być doprowadzone jako zabezpieczenie zasilania z dwóch różnych źródeł/przyłączy. Oznacza to, że w rozdzielni elektrycznej serwerowni również konieczne jest doprowadzenie zasilania z dwóch różnych źródeł. W zdecydowanej większości, urządzenia instalowane w serwerowniach (serwery, macierze, przełączniki) wyposażone są w dwa zasilacze i każdy z nich możemy zasilić z innego źródła. W takim przypadku niezależnie, czy awarii ulegnie pojedynczy zasilacz, pojedynczy tor zasilający (np. zabezpieczenie w rozdzielni, listwa PDU itp.) czy też stracimy zasilanie na jednym ze źródeł/przyłączy budynkowych, będziemy w stanie zapewnić ciągłość pracy systemów w serwerowni. W przypadku systemów, gdzie konieczne jest zapewnienie ciągłości pracy oraz pełnej niezależności od zewnętrznych elektrycznych przyłączy budynkowych, powinniśmy zastosować dodatkowy agregat prądotwórczy. Jest on zalecany wszędzie tam, gdzie dochodzi do częstych przerw w zasilaniu elektrycznym z zewnętrznych źródeł. 

 
Zasilacz UPS – niezbędny element każdej serwerowni 

 
Planując serwerownię należy zakładać, że może dojść do krótkotrwałych niedostępności prądu. Odpowiedzią na tego typu sytuacje jest system  podtrzymania zasilania do czasu przywrócenia dostaw z zewnętrznego źródła, czyli dobrze wszystkim znany Uninterruptable Power Supply – UPS. Jego początki sięgają połowy lat 60, kiedy stosowano go na wieżach wiertniczych.  

Dzisiaj UPS jest jednym z fundamentalnych czynników powodzenia dla dostępności infrastruktury IT. Zapewnia on stabilizację napięcia i ochronę przeciwprzepięciową. Podtrzymuje także pracę systemów informatycznych w przypadku awarii zasilania do czasu przełączenia na zasilanie z agregatu prądotwórczego lub umożliwienie bezpiecznego wyłączenia systemów informatycznych. Dlatego należy zaplanować wykorzystanie zasilaczy UPS umożliwiających rozbudowę o zewnętrzne moduły bateryjne. Zależnie od wymaganego czasu podtrzymania systemów informatycznych, powinniśmy przewidzieć odpowiednią ilość zewnętrznych modułów bateryjnych.

Oczywiście dla różnych modeli UPS, czas podtrzymania rozkłada się inaczej i zawsze warto sprawdzić karty katalogowe planowanego przez nas urządzenia.  
Możemy przyjąć, że dla przykładowego modelu UPS ze średniej półki cenowej, o mocy 10 kVA obciążonym w ok. 50%, zapewniony czas podtrzymania to ok. 15 min. Dokładając jeden moduł bateryjny, możemy wydłużyć czas podtrzymania do ok. 30-40 min. Dokładając kolejne moduły bateryjne, możemy uzyskać czas podtrzymania do kilku godzin. Jeżeli planujemy dłuższy czas podtrzymania, w zdecydowanej większości przypadków, tańszym rozwiązaniem będzie  zastosowanie agregatów prądotwórczych. Przy zastosowaniu samych zasilaczy UPS trzeba koniecznie uwzględnić czas potrzebny do ponownego naładowania. W przypadku częstych awarii w dostawie prądu, gdy podczas pierwszej awarii baterie zasilacza UPS prawie się rozładują, mogą potrzebować kilku godzin do ponownego naładowania. Jeśli w tym czasie nastąpi druga przerwa w zasilaniu, czas podtrzymania zasilania awaryjnego przez zasilacz UPS będzie znacznie krótszy. 

 
Klasy systemu UPS 
 

Ze względu na różne potrzeby poszczególnych urządzeń, w branży UPS przyjęły się trzy klasy określone przez Międzynarodowe Konsorcjum Inżynieryjne (IEC) w normie produktowej IEC 62 040-3 oraz przez Unię Europejską w EN 50 091-3. Są one przedstawione w kolejności wzrostu bezpieczeństwa: 
 
System UPS offline, klasy 3 wg IEC 62 040-3.2.20. Zasilane urządzenia IT podłącza się bezpośrednio do dostępnego zasilania elektrycznego. Zbyt wysokie lub zbyt niskie napięcie jest wykrywane przez UPS offline, po czym następuje przełączenie na tryb bateryjny. Czas przełączenia z trybu sieciowego na bateryjny wynosi od 4 do 10 ms. Zbyt niskie i zbyt wysokie napięcia nie są wyrównywane. Sprawność wynosi ok. 95%. 
 
System UPS line-interactive, klasy 2 wg IEC 62 040-3.2.18. System UPS jest podłączany między przyłączem sieciowym, a zasilanym urządzeniem IT. Elektroniczne filtry wyrównują wahania napięcia. Jednostka baterii jest podłączana bezpośrednio. Czas przełączenia z trybu sieciowego na bateryjny wynosi od 2 do 4 ms, przełączenie w drugą stronę bez opóźnień. Sprawność waha się między 95% a 98%. 
 
System UPS online, klasy 1 wg IEC 62 040-3.2.16. Generuje własne napięcie sieciowe. Podłączone odbiorniki są stale zasilane napięciem sieciowym. Jednocześnie niezależnie od wahań napięcia, ładowane są baterie. Wysokiej jakości sinusoidalne napięcie na wyjściu. W przypadku separacji galwanicznej lub transformatora separacyjnego zakłócenia są filtrowane przez przewód neutralny. Sprawność wynosi do 98%. 
 
W celu zapewnienia bezpieczeństwa zasilania elektrycznego wskazane jest, aby systemy UPS były zrealizowane redundantnie. Klasyfikacja centrum danych oraz dopuszczalny czas awarii decyduje o tym, od kiedy wymagana jest redundancja systemów UPS. 

Żywotność baterii UPS – co warto wiedzieć? 

Do osiągnięcia normalnej żywotności, baterie potrzebują właściwych warunków otoczenia. W przypadku akumulatorów ołowiowo-żelowych żywotność wyraźnie spada przy ciągłych, zbyt wysokich temperaturach pracy. Wynika to z technologii, a zapobiec temu można tylko przez rozsądną klimatyzację, np. zastosowanie chłodziarek naściennych, dachowych lub  wymienników ciepła powietrze/woda. W trybie ciągłym, temperatura baterii w pakiecie nie powinna przekraczać 25°C. Inne uszkodzenia mogą wystąpić w wyniku przeciążenia i zwarcia. Mimo gazoszczelnego wykonania baterii może dojść do jej niebezpiecznego odgazowania. Dlatego w obchodzeniu się z bateriami UPS koniecznie należy przestrzegać przepisów wg PN-EN 50272-2. 

 
Podsumowanie 
 

Systemy UPS stanowią kluczowy element zapewnienia ciągłości działania centrów danych, chroniąc sprzęt IT przed przerwami w dostawie prądu i innymi problemami z jakością zasilania. Ich właściwy dobór, integracja z infrastrukturą centrum danych oraz regularne utrzymanie, są niezbędne do maksymalizacji niezawodności i efektywności operacyjnej tych kluczowych systemów. Tworzą one bardziej stabilne i zarządzalne środowisko energetyczne, co jest istotne dla optymalizacji rozprowadzenia energii i zwiększenia ogólnej efektywności operacyjnej centrów danych.  

Jednak o tym zagadnieniu, czyli o zarządzaniu energią i rozdziałem zasilania dla centrum danych, opowiemy w kolejnej części cyklu „Budowa Data Center”.