Что нужно учитывать при проектировании электроснабжения ЦОД

В конце 2018 года была утверждена программа «Цифровая экономика», согласно которой в России планируется развернуть внутреннюю инфраструктуру сбора, обработки, хранения и предоставления данных. Это означает, что в ближайшие годы в стране вырастет количество специализированных дата-центров, или центров обработки информации (ЦОД) , и увеличится спрос на электрификацию таких объектов.

Главная сложность в том, что отечественные нормы электроснабжения ЦОД находятся в стадии разработки (сейчас специалисты пользуются американским стандартом TIA 942 и ПУЭ). Строительство ЦОД в России развивается, но, несмотря на возрастающий опыт в этой сфере, инженеры сталкиваются с довольно сложными вопросами.

Задача первая. Обеспечение резервирования питания ЦОД

Где кроется проблема? Стандарт TIA 942 выделяет четыре уровня надёжности хранилищ данных: Tier I, II, III и IV. Первые два считаются не очень надёжными, поэтому их для более-менее крупных дата-центров не применяют.

• Tier III – это самый распространённый и достаточный уровень. По нему допускается 1,6 часа простоя в год, а коэффициент отказоустойчивости должен быть 99,982 %.

• Tier IV – идеальный для всех ЦОД уровень с полностью отказоустойчивой инфраструктурой, допускается простой лишь 24 минуты в год.

Из-за столь высоких требований (даже на уровне Tier I) правила устройства электроустановок относят ЦОД к объектам первой категории по надёжности электроснабжения, т. е. обязательно должно быть два независимых источника питания. Требуется не просто подобрать эти источники, но и обеспечить оперативное переключение между ними в случае аварии.

Решение. Как правило, используются либо разные трансформаторные подстанции, либо разные секции одной подстанции. Кроме того, в дата-центрах есть оборудование, перерывы в функционировании которого недопустимы ни на секунду (приёмники особой группы), на этот случай устанавливают источники бесперебойного питания. Дизель обеспечивает работу ЦОД, если отключились оба сетевых источника.

Оборудование. Необходимо предусмотреть быстрое переключение между источниками при помощи системы автоматического ввода резерва ( АВР ). При разработке схемы АВР важно учитывать пропускную способность питающего трансформатора и мощность источника энергии параллельной системы. Без этих параметров может получиться так, что переключение на резервную схему выведет её из строя, так как источник питания не справится с суммарной нагрузкой.

Система АВР должна срабатывать однократно за минимально возможное время после отключения рабочего источника энергии. Для реализации схемы с учётом обозначенных условий рекомендуется использовать силовые контакторы на коммутируемый ток до 500 А, например электромагнитные трёхполюсные устройства серии КТИ от IEK.

Также система АВР комплектуется автоматическими выключателями с возможностью подключения дополнительных расцепителей и электроприводов. Последние представлены в серии ВА88 IEK, они работают с напряжением до 400 В и рассчитаны на токи до 1600 А. Можно использовать аппараты ВА07 того же бренда, на базе которых существует вариант решения полностью законченной секционной ячейки с механической блокировкой включения.

Задача вторая. Поддержание эффективной работы систем охлаждения и кондиционирования

Где кроется проблема? Компьютерная техника выделяет такое количество тепла, которое способно повлиять на эффективность дата-центра и нарушить функционирование основного оборудования. Поэтому при создании ЦОД обязательно предусматриваются мощные системы вентиляции и кондиционирования, которые поглощают немало электроэнергии. Инженерам важно заложить в проект элементы, повышающие энергоэффективность охлаждающего оборудования.

Решение. Следует обеспечить регулируемую работу машин: система должна самостоятельно отслеживать климатические параметры в залах и включать по необходимости вентиляторы и компрессоры.

Оборудование. Учитывая размеры ЦОД и количество оборудования в них, проектировать систему автоматизации на основе отдельных компонентов (преобразователей частоты, высокоточных тепловых датчиков, инверторных компрессоров и пр.) трудоёмко и чревато ошибками.

Лучше использовать комплексные решения из области промышленной автоматизации – например, в системах ONI предусмотрены типовые варианты обеспечения работы приточно-вытяжной вентиляции.

Система интегрирована с продуктами IEK GROUP и включает контроллер, преобразователь частоты, программное обеспечение, шкаф автоматики, контрольно-измерительные приборы.

При необходимости можно дополнить решение любыми комплектующими: инженеру нужно отправить компании-производителю соответствующее техническое задание со списком желаемого оборудования.

Задача третья. Защитить оборудование ЦОД от аварий в электрических сетях внутри здания

Где кроется проблема? Высокотехнологичное компьютерное оборудование не отличается высокой электрической стойкостью, его необходимо защищать от перенапряжений, токов короткого замыкания и коммутаций. Даже наводки (например, от включившихся кондиционеров) или высшие гармоники тока могут вывести из строя электронику или внести ошибки в данные.

Решение. Чтобы уберечь оборудование в электрических щитах, устанавливаются модульные защитные и коммутационные аппараты – автоматические выключатели, разъединители, выключатели нагрузки, устройства защитного отключения и др.

Оборудование.

• Автоматические выключатели нужно выбирать с характеристикой С или D по токам отсечки. Первые обеспечивают надёжную защиту цепей и оборудования при отсечке 5÷10, вторые предназначены для пуска и защиты от сверхтоков двигательных электропроводок производственного назначения, отсечка выключателя – 10÷14.

• Дифференциальные автоматические выключатели и устройства защитного отключения в компьютерных сетях должны реагировать не только на переменные, но и на пульсирующие токи повреждений, поэтому вместо привычных аппаратов типа АС следует использовать тип А . Дифференциальные и обычные автоматические выключатели с необходимыми характеристиками представлены в линейках IEK: можно подобрать решение на любой ампераж, с разным количеством полюсов и отключающей способностью.

• В питающей сети следует предусмотреть защиту от импульсных перенапряжений.

• Все коммутационные аппараты подбираются с учётом селективности.

Центр обработки данных – это сложное и высокотехнологичное сооружение, где имеют значение качество и надёжность даже самых малых элементов.