Противостояние шины и кабеля

Каждый раз при планировании новой инфраструктуры для ЦОД или расширении существующей приходится решать, как наиболее надежно, выгодно и безопасно организовать физическое энергоснабжение оборудования. В прошлом для ЦОД выбирались решения на основе кабельных соединений, при этом трассы располагались над потолком или в двойном полу, откуда по кабелям системы распределения питания (Power Distribution Unit, PDU) электричество подавалось на оборудование, размещенное в 19-дюймовых стойках. Впрочем, у владельцев не было выбора, так как на тот момент не существовало никаких технических альтернатив стандартному методу с использованием кабельных линий.

Отдельные решения для распределения электроэнергии через шины, представленные в то время на рынке, предназначались исключительно для применения в промышленной среде и обладали еще значительными недостатками. К примеру, ответвительные коробки на электрических шинах были очень большими, их удавалось разместить в производственных цехах, высота потолков в которых составляла 10-15 м, но они не были пригодны для использования в центрах обработки данных с низкими потолками, плотно стоящими стойками и двойными полами. Проблемы возникали и с резьбовыми соединениями между отдельными электрическими шинами. При колебании температур над холодным или горячим коридором соединители разбалтывались или полностью разъединялись. Для устранения таких неполадок приходилось прекращать подачу электроэнергии, в том числе для стоек, в которых находились рабочие серверы. К тому же добавление каждого нового подключения — Plug-in — или ответвительной коробки, к примеру, для энергоснабжения новой стойки, требовало участия электрика.

Современные системы распределения электроэнергии на базе шин, разработанные специально для эксплуатации в ЦОД, являются альтернативой кабельным решениям и могут превосходить их в плане экономичности, легкости использования и гибкости.

Распределение электроэнергии через шину осуществляется с помощью расширяемых модульных профилей, которые крепятся на потолке помещения или в двойном полу (см. Рисунок 1). Отдельные элементы, изготовленные из алюминиевого профиля, соединяются без болтов и штифтов. Соединительные элементы в системах старшего класса достаточно длинные, поэтому отвод тепла оптимален и исключает разбалтывание или разъединение элементов вследствие повышенной температуры. Само питание осуществляется централизованно и снабжает всю систему шин, в зависимости от потребности, током силой в 100, 225 или 400 А с напряжением до 415 В.

ПОДКЛЮЧАЕМЫЕ МОДУЛИ В КАЧЕСТВЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ

В среде ИТ везде, где требуется электропитание, к примеру, возле каждой 19-дюймовой стойки, можно установить на профиль шины распределительное устройство — так называемый подключаемый модуль (Plug-In). При этом его соединительный элемент втыкается в корпус профиля шины, а затем проворачивается на 90°. Этот метод знаком всем, кто имел дело с блоками от Fischertechnik. Затем над ответвительными коробками устанавливаются одно- или трехфазные розетки для вилок переменного или постоянного тока для подключения PDU в шкафах. При помощи этих розеток осуществляется энергоснабжение всего оборудования стойки.

Ответвительные коробки могут располагаться в любом месте вдоль электрической шины, что является существенным преимуществом по сравнению с кабельными панелями, которые можно размещать только в предопределенных точках и на фиксированном расстоянии друг от друга. Поэтому при использовании кабельных решений стойки приходится размещать, согласуясь с инфраструктурой электропитания, что ограничивает выбор места и плотности установки, а также возможность расширения или демонтажа систем. В результате гибкость всей среды ИТ оказывается недостаточной.

Монтаж новых подключаемых элементов занимает считанные минуты, а не недели, как в случае с кабельными системами. И причина не только в том, что электрику для создания кабельного ответвления, как правило, требуется один-два дня. Значительную часть времени занимает планирование: для того чтобы создать ответвление для PDU шкафа, необходимо прервать энергоснабжение всех стоек, питание на которые подается от данной кабельной панели, а затем постепенно его восстановить. В случае системы шин сотрудники ЦОД могут устанавливать новые ответвительные коробки в любое время без прерывания подачи электропитания с помощью описанной выше простой процедуры. Шины и корпуса сконструированы таким образом, что в процессе монтажа контакт с токопроводящим элементом исключен, поэтому для таких работ не требуется привлекать электриков из специализированных организаций — сотрудники эксплуатационной службы (Facility Management) могут самостоятельно сделать всю работу.

Электропитание через шину наиболее подходит для применения в сферах с критической нагрузкой, таких как среды разработки или тестирования, где все оборудование ИТ располагается очень плотно. К тому же, эти системы часто подвергаются модернизации и переконфигурированию: порой, чтобы сымитировать сценарии из «реальной жизни», переставляются целые стойки. Кабельные панели в этом случае не подходят, поскольку они не позволяют быстро осуществить конфигурацию и не отвечают предъявляемым требованиям ни в отношении структуры, ни в плане технических решений, налагают ограничения на количество доступных PDU в шкафах и привязаны к фиксированным точкам ответвления. К сказанному следует добавить длительное время простоя при конфигурации PDU в шкафе на новом месте. Процесс установки, продолжающийся в течение недели, неприемлем, особенно для международных предприятий, где в разных подразделениях исследования и разработки идут круглые сутки.

ОДИН БЛОК, МНОГО РОЗЕТОК

Системы шин позволяют учитывать и пространственные ограничения, поскольку ответвительные коробки устроены таким образом, что один блок предоставляет несколько розеток для подключения PDU в шкафах, которые, в свою очередь, снабжают электричеством несколько стоек. Таким образом, в плотно заставленных тестовых лабораториях можно питать стойки с номинальным током в 16, 20, 32 или 63 А, при этом одновременно снабжать энергией устройства с напряжением в 230 В переменного тока.

Для защиты распределения электроэнергии ответвительные коробки, как правило, оснащаются прерывателями тока и обеспечиваются многократной физической защитой. Требуемая избыточность всей инфраструктуры распределения электроэнергии зачастую достигается путем создания второй системы, которая прокладывается параллельно главной шине (см. Рисунок 2). Для соблюдения требований техники безопасности при использовании систем с электрическими шинами ЦОД подвергаются сертификационным испытаниям. Противопожарная защита должна отвечать стандартам UL857 и UL94-V0, а все системы — соответствовать международной норме IEC 60439-1 (-2):2000 или немецкой DIN EN 60439-1 (-2) для особых требований к шинному распределителю.

При сравнении финансовых затрат по стоимости материалов выигрывают решения, оснащенные кабельными панелями — кабели дешевле, чем алюминиевые профили. Однако это преимущество быстро сходит на нет, если принять во внимание расходы на создание электрической инфраструктуры, включая ответвления для PDU в шкафах, а также их эксплуатацию и обслуживание на протяжении года: в зависимости от размера и сложности системы распределения электричества, системы шин позволяют сэкономить 30-50% затрат на установку и обслуживание по сравнению с традиционными кабельными решениями. Каждое расширение еще больше усиливает это преимущество. Во внимание следует принять длительный срок службы и возможность повторного использования решения на базе шин. В результате удается убрать монструозные пучки кабелей из двойного пола, что ведет к усилению потока холодного воздуха и его давления, а в итоге — к оптимизации процесса охлаждения. Эффективность энергораспределения через шины можно увеличить с помощью дополнительных модулей для удаленного измерения электричества.

Йорг Пошен — старший менеджер по маркетингу в центрально-европейском регионе в компании Daxten и модератор группы «Зеленые ИТ» (Green IT) в сети Xing.