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Uma arquitetura de distribuição de energia elétrica escalável, reconfigurável e eficiente para Data Centers Relatório APC No. 129 Revisão 1
Preparado por Neil Rasmussen
Índice Clique na seção para ir até ela > Resumo
Melhorias significativas na eficiência, densidade de
potência, monitoramento da energia elétrica, e na
capacidade de reconfiguração foram obtidas na
distribuição de energia elétrica para data centers.
As técnicas anteriores de unidades de distribuição
de energia intensiva baseada em um transformador
alimentando circuitos de fiação abaixo do piso, por
meio de conduítes rígidos ou flexíveis já
demonstraram que estão obsoletas. Este artigo
explica algumas as abordagens mais recentes para
a distribuição de energia elétrica, incluindo
distribuição de energia elétrica modular e um duto
elétrico aéreo, mostrando suas vantagens em
relação à abordagem mais antiga.
Introdução
2
Histórico
3
Sistema de distribuição de energia elétrica otimizado
4
Abordagens de distribuição de energia elétrica alternativas
11
Conclusão
14
Recursos
15
Uma arquitetura de distribuição de energia elétrica escalável, reconfigurável, e eficiente para Data Centers
Introdução
As maioria dos data centers existentes utilizam a mesma arquitetura de distribuição de energia elétrica que foi desenvolvida para data centers há aproximadamente 40 anos. Esse sistema é ilustrado na Figura 1.
Figura 1
Fiações de um sistema de distribuição tradicional de energia elétrica para data centers
Unidade de distribuição de energia elétrica
Cabos de energia elétrica sob o piso para os ramais elétricos
Gabinetes de equipamentos de TI
Em um sistema tradicional, a energia elétrica principal do data center é distribuída para unidades de distribuição de energia (PDU) - normalmente com capacidade nominal de 50 kW a 500 kW). As unidades de distribuição de energia elétrica podem ter transformadores de grande porte para converter a tensão ou permitir o condicionamento da energia elétrica. As unidades de distribuição de energia por sua vez, alimentam diversos ramais de circuitos (normalmente entre 1,5 kW a 15 kW) para os equipamentos de TI. Cada gabinete de TI utiliza um ou mais circuitos de ramais. A fiação para o gabinete de TI normalmente é conduzida via conduíte flexível ou rígido, normalmente localizado abaixo do piso elevado, conforme ilustrado na Figura 2.
Figura 2
Distribuição de energia elétrica sob o piso em tubulações rígidas
Desde a introdução desse sistema, tem havido dramáticas alterações em como a energia elétrica é utilizada em data centers, que desafiaram esta arquitetura, especificamente impulsionado pelo aumento da densidade de potência, pelo maior número de dispositivos de TI independentes dentro do data center, e a necessidade de adicionar e remover equipamentos de TI de forma contínua.
Relatório APC No. 129 Rev. 1 2
APC by Schneider Electric
Uma arquitetura de distribuição de energia elétrica escalável, reconfigurável, e eficiente para Data Centers
Este relatório explica por que a evolução dos data centers tornou obsoleta essa arquitetura histórica de distribuição de energia elétrica, e descreve um sistema para distribuição de energia mais eficiente, que pode ser implementado atualmente. Esse sistema melhorado permite que os racks de TI e mesmo todas as PDUs sejam instaladas ou alteradas sem qualquer fiação nova, distribui a energia elétrica via aérea, alimenta racks até 30 kW com um único alimentador flexível, melhora a eficiência elétrica, reduz o consumo de cobre, possui instrumentação elétrica para o ramal do circuito, e tem um sistema padrão de gerenciamento da capacidade.
Histórico
Quando o sistema tradicional de distribuição de energia elétrica foi criado, os data centers eram compostos de um pequeno número de dispositivos de TI de grande porte que raramente eram mudados, exceto durante uma parada programada, em uma atualização de grande porte. A baixa densidade de potência dessas instalações exige um baixo volume de ar abaixo do piso, e normalmente menos de um ramal elétrico para cada três metros quadrados de sala para computadores. Um data center moderno tem características diferentes que têm desafiado a arquitetura tradicional de distribuição de energia elétrica:
Em vez de alguns dispositivos de TI de grande porte, os data centers podem conter milhares de dispositivos do tipo "plug-in" com cabos de alimentação de energia separados, que exigem tomadas de energia elétrica
Os dispositivos de TI em um gabinete de racks são mudados com frequência durante a vida
operacional do data center, mudando as necessidades de energia elétrica ou de tomadas elétricas
em um local do rack. Devido às necessidades de potência variáveis, novos circuitos elétricos
precisam ser frequentemente adicionados em um data center energizado sem perturbar as cargas de
TI existentes e próximas
A densidade de potência por rack aumentou muito exigindo, em geral, diversos ramais de circuitos
por gabinete
A quantidade de alimentadores obstrui o plenum de ar abaixo do piso com conduítes, bloqueando a
vazão de ar e dificultando as alterações
A quantidade de dispositivos de TI que pode ser conectada em um disjuntor de um ramal elétrico é, em geral, maior que um, dificultando o dimensionamento dos ramais elétricos circuitos ou a determinação de condições de sobrecarga iminente
Sistemas com dupla alimentação são implantados normalmente, exigindo uma garantia de que nenhum circuito está carregado acima de 50%, porém não há ainda um mecanismo para monitorar essa condição ou para planejar isto
Embora essas questões sejam amplamente reconhecidas, e há uma grande variedade de produtos disponíveis para resolver esses problemas, a maioria dos data centers construídos atualmente ainda utiliza métodos tradicionais e o resultado é que mesmo data centers recém-construídos sofrem as seguintes condições desfavoráveis:
Os operadores de data centers são forçados a fazer alterações nos circuitos com fiações energizadas (“em circuito vivo”)
Os operadores de data centers não podem determinar quais ramais de circuitos estão próximos da
sobrecarga, ou quais circuitos poderiam apresentar sobrecarga em caso de perda de um ramal de
energia elétrica
Os plenums de resfriamento abaixo do piso ficam bloqueados com cabos, impedindo a passagem de
um maior volume ar, necessário para equipamentos de TI modernos
Os operadores de data center descobrem que unidades PDU estão tomando uma fração significativa
do espaço no piso e da capacidade de carga do piso
Unidades PDU de grande porte baseadas em transformadores não podem ser utilizadas plenamente
porque não têm ramais de circuitos suficientes
Unidades PDU de grande porte baseadas em transformadores dissipam calor que precisa ser
resfriado, reduzindo a eficiência do data center
Algumas fotos das condições das fiações de data center reais em operação que ilustram algumas das dificuldades acima são mostradas na Figura 3.
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Uma arquitetura de distribuição de energia elétrica escalável, reconfigurável, e eficiente para Data Centers
Figura 3
Congestionamento de fiações em data centers atuais
A arquitetura de distribuição de energia elétrica descrita na próxima seção trata de todos os problemas descritos acima.
Um sistema de distribuição de energia elétrica otimizado
Um sistema ideal de distribuição de energia elétrica poderia ter os seguintes atributos:
Novos circuitos podem ser adicionados ou alterados com segurança em um sistema energizado
Não é necessário ter cabos abaixo do piso
Todos os circuitos são monitorados quanto a energia elétrica
O status de todos os disjuntores é monitorado remotamente
As zonas de TI e a distribuição de energia elétrica associada podem ser implantadas ao longo do tempo
Todos os níveis de potência são suportados usando um único cabo simples para o gabinete de TI
Os tipos de tomadas podem ser mudados no gabinete de TI pelo pessoal da TI.
A capacidade e a redundância são gerenciadas em cada circuito
Não há excesso de cobre instalado, somente o que é necessário
Alta eficiência Os sistemas de distribuição de energia evoluíram em resposta às necessidades de data center modernos, e diversas melhorias foram introduzidas no sistema de distribuição de energia elétrica ao longo do tempo, mais especificamente:
Medidor de energia elétrica do ramal elétrico
Bandeja para cabos aéreos com cabos de alimentação de energia flexíveis
duto elétrico aéreo fixo com derivações de energia removíveis
Unidades de distribuição de energia elétrica de alta potência, do tipo conectável, para racks
Unidades de distribuição de energia elétrica sem transformador
Software de gerenciamento da capacidade de energia O sistema de distribuição de energia elétrica mostrado na Figura 4 inclui todos esses elementos em uma arquitetura que é idealmente adequada para data centers modernos de alta densidade.
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Duto elétrico de
alimentação principal
passa sobre fileiras
de equip. de TI
Bandeja de cabos suspensa
para ramais de circuitos de
gabinetes TI
Saída de energia elétrica de 250 kW conectável no duto elétrico
Figura 4
Ilustração do sistema modular de distribuição de energia elétrica
Tomada trifásica típica
PDU modular de 250 kW ocupando meio rack
Gabinetes de equipamentos de TI Descrição do sistema
O sistema de distribuição é feito em duas etapas. Em data centers maiores a energia do barramento crítico principal do suprimento de energia ininterrupta (no-breaks) é distribuída para as fileiras de equipamentos de TI usando um ou mais dutos elétricos aéreos conforme mostrado na parte superior da Figura 4. Os dutos elétricos aéreos são instalados logo no início e cobrem todo o layout planejado para os Racks de TI. Quando um grupo de racks deve ser instalado, uma PDU modular com pequena área no piso é instalada ao mesmo tempo e é conectada no duto elétrico aéreo. A conexão ao duto elétrico também está mostrada na Figura 4.
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Os ramais dos circuitos saem pelo topo
Display da energia e do status
Figura 5
Exemplo de uma PDU modular de 250 kW com área pequena. Mostrada com 24 módulos de ramais elétricos instalados
Porta com trava
Um dos 24 módulos de ramal elétrico
Roletes para levar para a posição
Em vez dos painéis tradicionais de disjuntores com terminações com fios nus, a PDU modular tem um distribuidor central onde são instalados os módulos de disjuntores protegidos contra choques. Esse arranjo permite que a face da PDU seja bem mais estreita, e elimina a preparação dos terminais dos fios no local.
A PDU modular inicialmente não possui nenhum módulo de ramal elétrico instalado. Os circuitos de energia elétrica da PDU modular para os racks de IT são cabos flexíveis conectados na frente da PDU modular no local, para atender as necessidades de cada rack específico, conforme necessário. Os cabos do ramal elétrico para os gabinetes de TI são pré-terminados com módulos de disjuntores que se conectam no distribuidor central protegido contra choques da PDU modular. Um exemplo de um módulo de ramal elétrico está mostrado na Figura 6.
Conector protegido contra choques elétricos na parte traseira
Conexão para o gabinete da TI
Figura 6
Módulo do ramal elétrico que se conecta na unidade modular de distribuição de energia.
Monitoramento integral da energia e do status
Disjuntor trifásico
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Para equipamentos que precisam de um ramal elétrico dedicado, como a maioria dos servidores blade (servidor em camadas), um único cabo proveniente da PDU leva um, dois ou três ramais elétricos que se conectam diretamente no servidor blade, sem uma PDU de rack adicional (régua de energia) necessária. Quando houver equipamentos mistos no rack, existem PDUs de racks disponíveis que fornecem tomadas e classificação de corrente intercambiáveis. Um PDU para rack típico está mostrado na Figura 7; o conector mostrado nessa figura é ligado nos conectores correspondentes mostrados na Figura 6.
Figura 7
Exemplo de uma régua de 12 kW com tomadas trifásicas para rack, projetada para montagem vertical na parte traseira de um gabinete de TI.
Nesse sistema, uma PDU para uma nova fileira de gabinetes de TI, com toda a fiação
associada do ramal elétrico e a régua de tomadas do Rack, pode ser instalada em uma hora,
sem qualquer corte ou preparação de terminais de fios.
Pequenas zonas ou densidade muito elevada
Em alguns casos pode haver uma ou mais zonas dentro de um data center onde apenas um
pequeno número de ramais de circuitos é necessário. Isso pode ocorrer quando há um
conjunto de racks com densidade muito elevada, ou quando um pequeno grupo de racks está
isolado pelo formato da sala ou por outras restrições.
Nessas situações a capacidade total dos 24 ramais elétricos do sistema modular padrão de
distribuição não é necessária.
Nesses casos, a arquitetura inclui uma versão menor da unidade de distribuição modular de
energia que pode ser montada diretamente em um rack de TI, não ocupa nenhuma área no
piso e alimenta até 6 ramais elétricos. Essa PDU inclui todos os recursos de monitoramento
do status e da capacidade da energia da unidade maior, montada sobre o piso em uma
versão de montagem em rack de 5U.
Figura 8
Uma PDU modular pequena que pode ser montada diretamente em um gabinete de TI pode fornecer energia elétrica para 6 gabinetes de TI (vista com porta fechada e porta aberta)
Data centers menores
O sistema na Figura 4 está otimizado para data centers maiores com um grande número de
fileiras de racks de TI, que podem ser implantadas ao longo do tempo. O duto elétrico aéreo é
muito mais fácil de instalar que fiações de alta potência e permite que PDUs sejam adicionadas
ou alteradas. Para data centers menores de 300 kW ou menos, pode ser utilizada uma
abordagem simplificada, usando os mesmos componentes e os mesmos princípios.
Para data centers menores quando o número de PDUs é restrito a um ou dois, a flexibilidade
de implantar PDUs em etapas é, em geral, desnecessária, e pode ser mais econômico
conectar a fiação diretamente na PDU modular (Figura 5) para o barramento crítico com
conduíte tradicional e fios. Nesse caso o duto elétrico aéreo não é instalado. Para data centers
muito pequenos ou data centers com layouts de piso irregulares a PDU Modular de pequeno
porte descrita na seção anterior e ilustrada na Figura 8 acima pode ser apropriada.
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Uma arquitetura de distribuição de energia elétrica escalável, reconfigurável, e eficiente para Data Centers
Uma simplificação adicional também é possível em data centers menores, onde a PDU modular pode ser
integrada diretamente com o sistema no-break em um arranjo compacto que pode ficar localizada na sala da TI e
integrada no alinhamento de um gabinete de TI. Nesse caso a fiação do barramento principal é eliminada e a
necessidade de uma sala elétrica separada é eliminada. Essa abordagem conveniente e popular para data
centers de 200 kW ou abaixo está ilustrada na Figura 9.
No-break modular de 120 kW
Figura 9
Unidade modular de distribuição de energia elétrica integrada com um no-break para data centers menores
Sistema de bateria de no-break modular
Unidade modular de distribuição de energia elétrica
Aplicações em readaptação/atualização
Um grande número de projetos de data centers envolve a atualização de um data center
existente, com projetos comuns de adição de capacidade ou a instalação de uma zona de
alta densidade. O sistema de distribuição modular é bem adequado especialmente para
esses tipos de projetos de readaptação, porque a instalação é muito menos conflitante que a
instalação de uma PDU tradicional. Há uma longa lista de desafios ao instalar uma nova
PDU tradicional em um data center existente, a maioria deles são resolvidos pelo projeto do
sistema de distribuição modular.
À medida que um data center evolui, PDUs modulares podem operar paralelamente a PDUs
tradicionais existentes. Nessas aplicações de readaptações onde PDUs tradicionais são
posicionadas, em geral, em função de restrições históricas, o componente da arquitetura
representado pelo duto elétrico aéreo não é utilizado, são utilizados os tradicionais tubos e
fios para conectar cada PDU aos barramentos principais.
Um dos benefícios mais importantes e ignorados das PDUs modulares na atualização de um
data center tradicional é o fato de que a instalação não introduz nenhum bloqueio adicional
na vazão de ar abaixo do piso, pois os cabos correm em uma bandeja de cabos aérea. Isso
em geral é crucial em data centers existentes onde os pisos não são profundos e a vazão de
ar abaixo do piso já é um fator limitante.
Monitoramento do status e da energia elétrica
Em um sistema de distribuição de energia elétrica para data centers pode haver centenas de
disjuntores que podem estar sobrecarregados. Esse sistema de distribuição otimizado utiliza
alimentadores de energia elétrica para o rack com capacidade mais elevada e utiliza de 20 a
40% menos disjuntores que um sistema típico, porém ainda existem muitos circuitos, em 4
níveis:
Barramento principal para o no-break
Entrada da PDU
Ramal elétrico
Tomada
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No sistema modular de distribuição de energia elétrica existe um monitoramento incorporado
de corrente e da energia em cada circuito, em todos os níveis da hierarquia (o
monitoramento no nível de tomada é opcional em algumas configurações). Além disso, o
status dos disjuntores dos ramais elétricos é monitorado na PDU. Todo o monitoramento se
comunica via um protocolo simples de gerenciamento de redes (SNMP), que é um protocolo
de norma aberta. O software de gerenciamento da capacidade é utilizado para monitor cada
circuito do sistema e reforçar as margens de segurança, verificar a redundância, e identificar
a capacidade disponível.
Configuração da tensão
A arquitetura descrita nesse artigo é global e adequada para todas as tensões de operação de
data centers. No entanto, na América do Norte há duas opções de configuração da tensão de
operação. A tensão de operação de TI mais eficiente eletricamente para a América do Norte é
a energia elétrica trifásica em 415/240 VCA. Este é o mesmo sistema de distribuição utilizado
na Europa e na maior parte do mundo, porém não é utilizada normalmente na América do
Norte. A segundo opção na América do Norte é utilizar a tensão tradicional de 208/120 VCA
trifásica, comum nos edifícios na América do Norte. Essa opção requer o uso de mais cobre e
unidades PDU com grandes transformadores de potência integrados, e é menos eficiente e
mais cara.
Para data centers instalados na América do Norte o sistema de 415/240 VCA tem inúmeras
vantagens importantes, conforme explicado no Relatório APC No. 128, Aumente a
eficiência do Data Center utilizando uma melhor distribuição de energia elétrica de alta
densidade. Essa é a opção de tensão recomendada. Entretanto, o sistema de distribuição
de energia elétrica recomendado, descrito neste relatório, também pode ser implantado em
uma configuração tradicional com tensão de 208/120 VCA da America do Norte.
Link para o recurso
Relatório oficial APC No. 128
Aumente a eficiência do Data Center utilizando uma melhor distribuição de energia elétrica de alta- densidade Configuração da tensão
O sistema de distribuição de energia elétrica descrito foi desenvolvido para resolver muitas
dificuldades significativas da abordagem tradicional. As vantagens do novo sistema estão
resumidas na Tabela 1.
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Tabela 1
Comparação da distribuição de energia elétrica tradicional com a distribuição modular de energia elétrica
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Questão
Distribuição tradicional
Distribuição modular
Adição de ramais elétricos
Novos conduítes devem ser instalados, disjuntores dimensionados e instalados, os fios passados e seus terminais preparados. Se o sistema estiver energizado, o eletricista pode precisar trabalhar em fiações expostas. Se o circuito tiver monitoramento da energia, pode ser necessário novos sensores e/ou programação
Circuitos de ramais elétricos do tipo plug-in, pré-preparados. Podem ser instalado em um sistema energizado sem exposição a fiações energizadas. O monitoramento incluído em cada ramal elétrico é configurado automaticamente quando conectado
Remoção de ramais elétricos
Se o sistema estiver energizado, o eletricista pode precisar trabalhar com fiações expostas. O conduíte precisa ser extraído da rede complexa de fiações abaixo do piso. Se o circuito tiver monitoramento da energia elétrica, pode ser necessário alterar a programação
O ramal elétrico pode ser desconectado da PDU, e pode ser re-utilizado em outro local
Capacidade para remover ou alterar um gabinete de rack
O ramal elétrico pode precisar ser desconectado mecânica e/ou eletricamente do rack
O ramal elétrico é desconectado do rack, e o rack pode ser movimentado
Planejamento simplificado
Tipicamente a quantidade e a localização das PDUs precisam ser estabelecidas logo no início do projeto, em geral antes que a densidade final de potência seja conhecida. Em uma instalação com piso elevado, suportes especiais precisam ser desenvolvidos para montagem abaixo do piso
A quantidade e a localização das PDUs não precisam a ser estabelecidas desde o início do projeto. As PDUs podem ser adicionadas posteriormente sem preparação especial
Confiabilidade
Muitas terminações da fiação são feitas em campo, resultando em conexões soltas e outros defeitos. Erros ocorridos durante o trabalho com equipamentos energizados pode desalojar fios e desarmar disjuntores, afetando outras cargas de TI
Os terminais das fiações são preparados antecipadamente em um ambiente de fábrica controlado, melhorando a confiabilidade. O risco de interferência com outros circuitos durante adições e alterações é eliminado
Área mínima no piso
PDUs com transformadores consomem aproximadamente 2,5 m2 para cada 100 kW de carga de TI, ou aproximadamente 7% do espaço da sala de computadores
Consumo aproximado de 0,7 m2 para cada 100 kW da carga de TI, ou aproximadamente 2% do espaço na sala de computadores
Segurança
Adicionar, remover, inspecionar, e monitorar a corrente em ramais elétricos com medidor portátil expõe o operador a fiações energizadas
Instalação plug-in protegida contra choques dos ramais de circuitos. Nenhuma fiação de campo é necessária
Interferência no fluxo de ar
O grande volume de cabos que entra na PDU pela parte inferior causa interferência na vazão de ar abaixo do piso. As aberturas no piso para passagem dos fios criam grandes desvios de ar que reduzem a eficiência e a capacidade do condicionador de ar
Sem cabeamento abaixo do piso. Sem vazamento de ar no piso causado por aberturas adicionais no piso
Engenharia simplificada
Muitas concessões entre o comprimento da fileira, densidade, ampacidade, e o custo precisam ser feitas em cada instalação para posicionar as PDUs de forma ideal
Selecionado de projetos de referência padrão para atender as exigências. Diversas decisões podem ser transferidas para fases posteriores
Custo inicial
As PDUs são instaladas normalmente logo no início. A mão-de-obra de instalação é significativa. O custo de montagem ocorre na construção inicial
A maior parte do custo de distribuição da energia elétrica ocorre somente quando e se necessário
Eficiência
Perdas mais elevadas devido a cabos com comprimentos mais longos. Na América do Norte em 208/120 VCA ocorre praticamente 10 vezes a quantidade de perdas comparadas ao sistema de 415/240 VCA
Cabos com comprimentos mais curtos resultam em perdas ligeiramente menores
Uma arquitetura de distribuição de energia elétrica escalável, reconfigurável, e eficiente para Data Centers
Abordagens de distribuição energia alternativas
A arquitetura de distribuição de energia elétrica descrita neste artigo não é a única abordagem
para resolver os problemas do sistema de distribuição tradicional. Existem duas outras
variações que foram descritas na literatura e que também foram utilizadas em data centers
reais: o duto elétrico para o rack, e a distribuição de energia elétrica em CC. Essas duas
alternativas estão descritas e comparadas brevemente com o sistema descrito neste artigo.
Duto elétrico para o rack
Até a arquitetura descrita neste artigo ter sido introduzida em 2008, utilizar um duto elétrico
aéreo para o rack era a melhor abordagem alternativa para fornecer energia elétrica para os
gabinetes de TI. No duto elétrico para o sistema de rack, os gabinetes de TI se conectam
diretamente nos duto elétrico aéreo via caixas de disjuntores conforme mostrado na Figura 10.
Caixa do disjuntor da
derivação do barramento
Figura 10
Duto elétrico para o rack mostrando as derivações de energia elétrica conectadas em um barramento elétrico aéreo
Calha do barramento
de energia elétrica
via aérea
Gabinetes
de TI
O duto elétrico é pré-instalado sobre todas as fileiras de equipamentos de TI. Isso resolve uma
grande quantidade de problemas da distribuição tradicional, facilitando as alterações e
removendo o cabeamento abaixo do piso.
O duto elétrico foi a primeira alternativa para a distribuição tradicional que atingiu um sistema
de distribuição flexível e reconfigurável. Embora o duto elétrico para o rack permaneça uma
alternativa viável para as abordagens tradicionais, existem diversas desvantagens práticas do
duto elétrico para o rack que são superadas pela nova arquitetura de PDU modular descrita
neste artigo. O duto elétrico para o rack é comparado com a distribuição modular na Tabela 2.
Relatório APC No. 129 Rev. 1 11
APC by Schneider Electric
Uma arquitetura de distribuição de energia elétrica escalável, reconfigurável, e eficiente para Data Centers
Tabela 2
Comparação de duto elétrico para rack com distribuição modular de energia para gabinetes de TI (melhor desempenho destacado em verde claro)
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Questão
Duto elétrico para o rack
Distribuição modular
Capacidade para lidar com densidade de potência mista e variável
O duto elétrico precisa ser dimensionado previamente para a máxima densidade e capacidade, caso contrário a adição de um duto elétrico adicional no futuro é impraticável e causa problemas
A densidade de potência é ajustável para atender a configuração de corrente pelo acréscimo ou mudança de ramais de circuito. Mais fácil de instalar PDUs adicionais para capacidade extra
Capacidade de lidar com layouts de salas especializadas
O duto elétrico precisa ser instalado previamente sobre todos os locais previstos para gabinetes
Cabo flexível adapta-se facilmente às obstruções da sala, a gabinetes de TI especializados, e pisos de equipamentos de TI saturados
Acesso seguro e
protegido aos
disjuntores
Os disjuntores são montados no duto elétrico aéreo, exigindo acesso via escada. Isto não é permitido em muitos casos devido a normais locais. Pode ser necessário o uso de correntes ou outros tipos de atuadores
Todos os protetores de ramais protegidos por porta com trava em um local de fácil acesso
Área mínima no piso
Ocupa espaço zero no piso
Consome aproximadamente 0,7 m2 para cada 100 kW da carga de TI, ou aproximadamente 2% do espaço da sala de computadores
Solução global padronizada
As regulamentações para dutos elétricos variam de país para país, exigindo configurações físicas, capacidade de corrente, ou comunicação de dados diferentes em locais diferentes
Arquitetura padrão atende todas as normas internacionais e tem um padrão global de monitoramento
Monitoramento da energia de cada ramal elétrico do rack
Os sistemas com duto elétrico normalmente monitoram apenas a potência total no barramento usando equipamento opcional, e depende dos PDUs de Rack para relatar a potência individual do rack
A PDU com auto reconhecimento de novos ramais instalados e tem uma única porta de comunicação para todos os circuitos. Monitora a energia elétrica de cada gabinete de TI, mesmo se o gabinete não utiliza um PDU de Rack, como em servidores blade
Engenharia simplificada
Muitas concessões entre o comprimento da fileira, densidade, ampacidade do duto elétrico, e o custo precisam ser feitas em cada instalação, mesmo em fileiras diferentes no data center, para otimizar o resultado e assegurar que o duto elétrico não seja sobrecarregado
Selecionado de projetos de referência padrão para atender as exigências. Muitas decisões podem ser deixadas para fases posteriores
Uso mínimo de cobre
O uso no cobre no duto elétrico precisa ser superdimensionado para a máxima densidade de potencia
O uso do cobre no ramal elétrico é implantado apenas quando necessário e na capacidade necessária
Comprimento final padrão do cabo de distribuição
O duto elétrico fica sempre à mesma distância do gabinete de TI para que todos os cabos que descem tenham o mesmo comprimento, simplificando o estoque de peças de reposição
A distância da PDU e do gabinete de TI pode ser reduzida e a terminação feita novamente pelo usuário, porém isso varia, exigindo cabos com comprimentos diferentes. Cabos longos são menos convenientes
Pode ser utilizado em situações onde a montagem aérea é impraticável
O duto elétrico não pode ser instalado abaixo do piso em muitos locais devido às regulamentações
As bandejas de cabos de distribuição de energia podem ser suspensas, instaladas no topo dos racks
de TI, ou montadas abaixo do piso
Custo inicial mínimo
A maior parte do custo do duto elétrico ocorre na construção
inicial
A maior parte do custo de distribuição da energia elétrica ocorre somente quando for necessário
Eficiência
Um duto elétrico dimensionado previamente para capacidade máxima (ou seja, a maior quantidade de cobre possível) resultando em perdas ligeiramente baixas. O retorno do investimento devido a eficiência é de mais de 50 anos dado o alto custo do cobre
Uso do cobre dimensionado mais próximo da carga real resultando em perdas ligeiramente maiores
Uma arquitetura de distribuição de energia elétrica escalável, reconfigurável, e eficiente para Data Centers
Embora um duto elétrico para o rack seja uma melhoria drástica em relação à abordagem
tradicional, e a arquitetura neste relatório utiliza o duto elétrico para distribuir a energia
elétrica massivamente no data center, a Tabela 2 mostra que o sistema de distribuição
modular de energia tem algumas vantagens sobre o duto elétrico para a distribuição final
para o gabinete de TI. O duto elétrico para a distribuição final tem a vantagem de não ocupar
espaço no piso, porém o sistema de distribuição modular é mais escalável e adaptável para
densidades que podem mudar, é padronizado globalmente, e requer menos planejamento e
serviços de engenharia iniciais.
Em geral, para distribuição para racks, o duto elétrico é mais adequado para instalações muito
grandes, com um desenho de piso aberto e com um layout para os equipamentos de TI muito
bem definido. O sistema de distribuição modular tem a maior vantagem quando os locais não
estão definidos com precisão inicialmente, a sala apresenta restrições no formato ou tem
obstruções, ou espera-se que a densidade de potência varie significativamente ao longo da
sala. Cada uma dessas abordagens é muito superior ao sistema tradicional de passagem
abaixo do piso. Na Tabela 3 é apresentado um resumo dos fatores-chave que devem ser
considerados na seleção entre as duas abordagens.
Tabela 3
Fatores a considerar ao escolher entre duto elétrico e distribuição modular para um gabinete de TI
Distribuição de energia elétrica em CC
A distribuição de energia elétrica em CC foi proposta como uma alternativa à distribuição de
energia CA em data centers. Existem na verdade quatro abordagens diferentes em CC que
foram descritas na literatura, usando diferentes níveis de tensões em CC e diferentes
diagramas de fiação. A principal razão mencionada para passar para um sistema em CC é
uma maior eficiência elétrica.
Inúmeros estudos têm propagado vantagens substanciais de eficiência, previstas para um
sistema elétrico em CC, de 10% a 40%. No entanto, esses estudos assumem uma eficiência
muito baixa para os sistemas com energia em CA. Desde que esses estudos foram publicados,
arquiteturas de distribuição em CA mais novas e com alta eficiência se tornaram amplamente
disponíveis no mercado, com eficiências que podem ser comparáveis, de forma demonstrada,
com a eficiência hipotética de sistemas em CC.
Relatório APC No. 129 Rev. 1 13
APC by Schneider Electric
Fatores que sugerem um duto elétrico para o rack
Fatores que sugerem uma distribuição modular
Nenhum espaço no piso, mesmo 5% do espaço ou menos, pode ser utilizado pelo sistema de distribuição de energia elétrica
O layout dos gabinetes de TI não é bem definido previamente
O layout não é um simples retângulo com
fileiras definidas. A sala terá zonas de densidades diferentes
O duto elétrico para o rack pode não ser a melhor escolha quando:
A distribuição modular pode não ser a melhor escolha quando:
Os locais dos gabinetes de TI futuros são definidos sem precisão
As densidades de potência as futuras zonas não são bem conhecidas inicialmente
A montagem aérea é impraticável devido à construção do teto ou outras restrições
Uma solução padrão global é
necessária
Nenhum espaço no piso da TI, mesmo 5% do espaço ou menos, pode ser dedicado para o sistema de distribuição
Uma arquitetura de distribuição de energia elétrica escalável, reconfigurável, e eficiente para Data Centers
Uma análise quantitativa comparando a eficiência de energia em CA x Energia CC pode ser
obtido no Relatório oficial 16 do The Green Grid, Análise de Eficiência Quantitativa das
configurações de distribuição de energia para data centers e no Relatório APC No. 127,
Comparação quantitativa da alta eficiência da distribuição de energia elétrica em CA x CC para
data centers. Esses relatórios mostram que os melhores sistemas de distribuição em energia
CA são praticamente tão eficientes como os sistemas em CC, retirando um incentivo-chave.
para mudar o setor.
Link para o recurso
Relatório oficial APC No. 127
Uma Comparação Quantitativa de Alta eficiência em CA x Energia CC Distribuição para data centers
O problema mais importante com a distribuição de energia elétrica em CC é a falta de
disponibilidade de dispositivos de TI compatíveis. Enquanto alguns dispositivos de TI estão
disponíveis em 48 V CC como opção de entrada, esta é a tensão de distribuição em CC menos
eficiente e utiliza grandes quantidades de cabeamento em cobre.
Se um dia a energia CC vier a ser um sistema padrão de distribuição de energia para data
centers, a maioria das mesmas questões de distribuição dos circuitos e de monitoramento
para os racks deverá permanecer. As abordagens fundamentais de duto elétrico e de
distribuição modular ainda poderiam ser utilizadas, porém novos sistemas de conectores
precisariam ser desenvolvidos e os dispositivos poderiam tornar-se maiores para abranger as
maiores distâncias de segurança necessárias para energia CC em alta tensão.
O custo de mudar o setor para alimentação em CC seria muito grande e a falta de qualquer
ganho significativo em custos ou na eficiência tem retirado os incentivos para fazer essa
mudança. Portanto espera-se que o setor permaneça baseada em energia CA, embora a
energia CC seja utilizada como um sistema de distribuição dentro de sistemas exclusivas de
equipamentos de TI incluindo chassis ou racks para servidores blade, e dentro de servidores
compartimentados.
Conclusão Este artigo descreveu as limitações significativas da arquitetura tradicional de distribuição de
energia elétrica com passagem abaixo do piso. Dois sistemas alternativos de distribuição de
energia foram descritos, o duto elétrico para o rack e a distribuição modular, ambos são
melhorias significativas em relação à abordagem tradicional em termos de escalabilidade,
eficiência, capacidade de reconfiguração, facilidade de gerenciamento, e densidade de
potência. O sistema de distribuição modular de energia demonstrou ser especialmente
vantajoso na prática, em data centers onde o layout não é definido com precisão desde o
início, em aplicações de readaptação, e em casos onde o layout da sala inclui um
planejamento do piso com formato incomum ou com obstruções.
Sobre o autor Neil Rasmussen é Vice-Presidente Sênior de Inovação na APC, que é a Unidade de Negócios
de TI da Schneider Electric. Neil define instruções de tecnologia para o maior orçamento de P&D
do mundo dedicado à energia elétrica, resfriamento e infra-estrutura de racks para redes críticas.
Neil é detentor de 14 patentes relacionadas à alta eficiência e alta densidade da infraestrutura de energia e resfriamento para data centers, publicou mais de 50 relatórios técnicos relacionados a sistemas de energia e de resfriamento, muitos publicados em mais de 10 idiomas, mais recentemente com o foco voltado para a melhoria da eficiência energética. É um palestrante reconhecido internacionalmente em temas relacionados a data centers de alta eficiência. Neil trabalha atualmente para avançar a ciência de soluções escaláveis de infra-estrutura de alta eficiência e alta densidade para data centers e é o principal criador do sistema InfraStruXure da APC. Antes de fundar a APC em 1981, Neil recebeu seus diplomas de graduação e de mestrado em engenharia elétrica do MIT onde apresentou sua tese sobre a análise de uma fonte de alimentação de 200 MW para o reator de fusão Tokamak. De 1979 a 1981 trabalhou nos laboratórios Lincoln do MIT em sistemas de armazenamento de energia em volantes de inércia e em sistemas de energia elétrica solar.
Relatório APC No. 129 Rev. 1 14
APC by Schneider Electric
Uma arquitetura de distribuição de energia elétrica escalável, reconfigurável, e eficiente para Data Centers
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Increasing Data Center Efficiency by Using Improved High-Density Power Distribution
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