گزینه‌های تامین برق رک پرظرفیت مرکزداده، در کشورهای با برق متناوب (AC) ۲۳۰ ولت ـ[1]

مقدمه

در مرکزداده معمولا تجهیزات فاوا را هر ۲ یا ۳ سال به‌روز می‌کنند. وقتی تجهیزات تغییر می‌کند، اتصالات، الزامات برق، همچنین افزونگی نیز اغلب به‌ناچار تغییر می‌کند. به‌دلیل اینکه «رک» را برای جادادن و ساماندهی سیستم‌های ارتباطی و فاوا استاندارد کرده‌اند، توزیع برق رک نیز باید با تغییرات سازگار شود.

افزایش مصرف برقِ نسل‌ جدید تجهیزات فاوا باعث شده است رک‌های مرکزداده به توان بسیار بیشتری نیاز داشته باشند. تجهیزات آمادهٔ فاوا مانند سرورهای خشابی (1U)، تا ۲۰ کیلووات برق مصرف می‌کنند. این مقدار در رکِ کاملا پیکربندی‌شده ممکن است بیشتر نیز بشود. چنین ظرفیتی را نمی‌توان در مرکزدادهٔ معمول پشتیبانی کرد که هر رک متوسط را با مدارهای ۱۰ آمپری و ۲۳۰ ولتی تغذیه می‌کند. زیرا در چنین وضعیتی، برای تامین مصرف ۲۰ کیلوواتیِ تجهیزات دو مسیره، هر رک به بیست عدد از چنین مدارهایی نیاز خواهد داشت.

مقدار مصرف برقِ تجهیزات مدرن فاوا، با تغییر بار رایانش تغییر می‌کند. کم‌وزیاد شدن مصرف برق تا پیش از سال ۲۰۰۰ تقریبا در همگی سیستم‌های ارتباطی و فاوا، بسیار ناچیز و قابل چشم‌پوشی بود. اجرای فناوری‌های مدیریت برق برای پردازنده‌ها و سرورها در همان سال آغاز شد. اکنون تعداد تجهیزات فاوایی که عملیات رایانشی را با کم‌وزیاد کردن توان مصرفی انجام می‌دهند، هر روز بیشتر می‌شود. کم‌وزیاد شدن مصرف برق حتی ممکن است تا دو برابر مصرفِ توان معمول تجهیزات نیز برسد. این نکته را باید به‌خوبی درک کرد و در طراحی سیستم توزیع برق رک‌ها در نظر گرفت.

موضوع اصلی این مقاله، توزیع برق AC در رک است. همان طور که در مقالهٔ «مقایسهٔ توزیع برق متناوب (AC) و مستقیم (DC) در مرکزداده» [2] توضیح دادیم، توزیع برق DC در مرکزدادهٔ پرظرفیت مدرن، نقش کم‌اهمیتی دارد.

در این مقاله تنها به آن سیستم‌های توزیع برق می‌پردازیم که ولتاژ ۲۳۰ ولت و اتصالات استاندارد دارند. راهبرد مناسب توزیع برق رک در سیستم‌های توزیع ۱۲۰ ولتی که بیشتر در آمریکای شمالی به کار می‌رود، با آنچه در اینجا بیان می‌شود بسیار تفاوت دارد.

تامین برق رک با روش‌های قدیمی

طراحی و مهندسی و نصبِ راهکارهای توزیع برق به‌روش جداگانه برای هر رک، امروزه رایج‌ترین شیوه است. ازاین‌رو در هنگام انجام تغییرات در شرایط جدید، برای تامین برق رک می‌باید راهکار دیگری از نو فراهم کرد. با این روش می‌توان برای هر رکِ منحصربه‌فرد به هر مقداری که لازم باشد، برق تامین کرد؛ ولی هر بار باید مقدار زیادی کار برنامه‌ریزی و مهندسی و کابل‌کشی انجام داد. رک‌های مرکزداده معمولا از پنل مشترکِ توزیع برق تغذیه می‌شوند. در بیشتر موارد برای کار انطباق‌دادن سیستم توزیع برق رک، به‌سادگی نمی‌شود اتصال برق این پنل را قطع کرد؛ یعنی کلید برق دیگری را نصب کرد. به چنین وضعیتی «Hot Work» می‌گویند. کار کردن در این وضعیت از نظر ایمنی خطرناک‌تر است. همچنین مداری که روی آن کار می‌شود، ریسک خرابی زیادی دارد. دیگر اینکه ممکن است کابل‌های مدار کناری شل بشود یا آسیب ببیند. این‌ها خطاهای ناخواسته‌ای هستند که ازکارافتادگی به بار می‌آورند.

به‌شکل مطلوب باید بتوان سیستم برق رک را با مقدار تقاضای هر ترکیبِ ممکنی از تجهیزات سازگار ساخت؛ ولی لازم نباشد کارهایی انجام بشود که از نظر ایمنی خطرناک باشد یا پایایی (Availability) سیستم را به خطر اندازد.

الزامات برق رک

در این بخش ابعاد مختلف الزامات برق رک را به‌اختصار بیان می‌کنیم، ماهیت آن‌ها را توضیح می‌دهیم و دربارهٔ روش‌های منطقی طراحی آن‌ها به‌اجمال سخن می‌گوییم.

الزامات ولتاژ

برق مراکزدادهٔ بیشتر کشورها با ولتاژ ۲۳۰ تامین می‌شود. توزیع برق با این ولتاژ، نسبت به آمریکای شمالی که ۱۲۰ ولت باشد ساده‌تر است. با استاندارد ۲۳۰ ولت می‌توان از سازگاری بیش از ۹۷ درصد از تجهیزات مرکزداده، از جمله ضروری‌ترین آن‌ها بهره‌مند شد. بعضی از تجهیزات به‌شکل پیش‌فرض با برق ۱۲۰ ولت کار می‌کنند و می‌باید با سوئیچی که دارند از ۱۲۰ به ۲۳۰ تغییر وضعیت دهند. اگر چنین تجهیزاتی با ولتاژ ۲۳۰ سازگار نشوند، اجزای دیگر سیستم را به‌شکل فاجعه‌باری دچار خرابی سلسله‌وار می‌کنند. درمجموع حدود ۳ درصد از تجهیزات هستند که فقط با ولتاژ ۱۲۰ کار می‌کنند. این‌ها را می‌توان به‌کلی حذف کرد. بقیه همان تجهیزات جانبی کوچکی هستند که جایگزین‌های ۲۳۰ ولتی خوب و مطمئن دارند.

بیشتر رک‌ها برق تک‌فاز دریافت می‌کنند. تجهیزات فاوایی که در رک نصب می‌شوند و به برق سه‌فاز نیاز دارند، بسیار کم هستند. نمونهٔ مشخص آن، برند برخی از سرورهای خشابی است. گاهی رکِ OEM را از پیش پیکربندی و به PDU متصل می‌کنند. سپس PDU برق سه‌فاز دریافت می‌کند و به هریک از مصارف فاوا، سه مدار با برق تک‌فاز می‌رساند. باید توجه داشت که مصارف فاوا در واقع تک‌فاز هستند. خلاف آنچه که اکنون دربارهٔ برق سه‌فاز گفتیم، نکته‌ای وجود دارد که استفاده از برق سه‌فاز را در رک‌ها تایید می‌کند. در ادامه دربارهٔ آن خواهیم گفت.

الزامات توان

میزان برقی که در رک‌ها مصرف می‌شود، متناسب با تجهیزاتی که در آن‌ها نصب شده‌اند، بسیار متفاوت است. اگر در رک فقط پنل توزیع کابل شبکه یا چند سویچ شبکه‌ با توان مصرفِ کمتر از ۱۰۰ وات بسته باشند، ممکن است مصرف بسیار کم باشد. از سویی اگر رک را با سرورهای پرظرفیت پر کنند که توان کلی آن‌ها از ۲۰ کیلووات نیز بیشتر باشد، ممکن است مصرف بسیار زیاد شود.

در سیستم تامین برق رک، علاوه بر نیاز کلی باید به نیاز هریک از دستگاه‌ها نیز توجه کرد. ممکن است چندین کابل و شاخه‌مدار را به یک رک متصل کنید و چنین به نظر برسد که نیاز کلی برق آن را تامین کرده‌اید. ولی توان مصرفی یکی از دستگاه‌ها بسیار زیاد و چنان بیشتر از اندازه باشد که آن مدار نتواند نیاز برق را تامین کند. برای نمونه شاخه‌مدار ۱۰ آمپری نمی‌تواند تجهیز ۱۶ آمپری را تغذیه کند؛ حتی اگر چندین شاخهٔ ۱۰ آمپری آزاد باشد. یا مثلا شاسی سرور خشابی با رابط ۱۶ آمپری را در نظر بگیرید که از ابتدا با تعداد کمی سرور خشابی راه‌اندازی شده باشد و تنها ۵ آمپر از مدار ۱۶ آمپری را استفاده کند. ممکن است تصور شود که می‌توان چند شاسی خشابی را به یک مدار ۱۶ آمپری متصل کرد؛ ولی وقتی که سرورها را در شاسی‌ها نصب کنند، مصرف در مدار از حد مجاز بیشتر می‌شود. برای چنین حالتی توصیه می‌شود به هر شاخه‌مدار تنها یک دستگاهِ مصرف‌کننده متصل شود.

در کار طراحی، پیش‌بینی درستِ متوسط مقدار توان رک، یکی از مسائلی است که اختلاف نظر بسیاری دربارهٔ آن وجود دارد. اشنایدر الکتریک در سال ۲۰۰۴ آماری دربارهٔ الگوی مصرف برق رک‌ها گردآوری کرده و بر اساس آن، برآوردی از توزیع توان مصرف رک‌ها به دست آورده است. نمودار شکل ۱ بر اساس این آمار نشان می‌دهد که رک‌ها برای مقادیر مختلف مصرف برق، با چه‌نسبتی پیکربندی می‌شوند. چنان‌که این نمودار نشان می‌دهد، هرچه مصرف برق رک بیشتر می‌شود، تعداد رک‌هایی که چنان مقداری مصرف می‌کنند کاهش می‌یابد. می‌بینیم که ۹۵ درصد از رک‌ها با توان کمتر از ۶٫۵ کیلووات کار می‌کنند.

شکل ۱: فراوانی مقدار مصرف برق رک‌ها

نمودار شکل ۱ همچنین توزیع مصرف رک‌ها را در سال ۲۰۰۸ نمایش می‌دهد که متناسب با فناوری و خواست مشتریان بوده است. با مقایسهٔ این دو سال درمی‌یابیم که متوسط توان برق رک‌ها، به‌مرور زمان افزایش یافته است. امروزه پیکربندی‌های جدیدِ تجهیزات فاوا، امکان استقرار بیشتر از ۲۰ کیلووات در هر رک را هم فراهم می‌کنند. البته با اینکه چنین امکانی فراهم هست، عملا در نصب تجهیزات به‌ندرت مشاهده می‌شود. دادهٔ گردآوری‌شده نشان می‌دهد متوسط توان مصرف برق رک‌ها، در آینده بسیار بیشتر از این افزایش خواهد یافت. ولی توان مصرفیِ بیش از ۶ کیلووات، همچنان بخش کوچکی از تجهیزات خواهد ماند.

یافته‌های زیر نتیجهٔ تحلیل دادهٔ اصلی دربارهٔ توزیع توان رک‌ها است:

• مصرف بسیار کم اغلب برای رک‌هایی است که در آن‌ها پنل کابل شبکه و سویچ و هاب (Hub) بسته‌اند.
• مصرف بازهٔ ۱ کیلووات در تعداد کمی از رک‌ها مشاهده می‌شود.
• مصرف بازهٔ ۲ تا ۳ کیلووات اغلب برای رک‌هایی است که در آن‌ها تجهیزات معمول نصب شده؛ ولی فضای زیادی خالی مانده است.
• مصرف بازهٔ ۵ کیلوواتی عموما برای رک‌های با سرورهای 1U است.
• مصرف بازهٔ بیشتر از ۷ کیلووات هرچند نادر است، به‌گفتهٔ مشتریان با افزایش‌یافتن ظرفیت که به‌تازگی با پیشرفت فناوری در سرورها رخ داده است، در آینده رایج‌تر می‌شود.

میانگین مقدار مصرف برقِ رک‌های شرکت‌های فاوا، نزدیک به ۱٫۷ کیلووات است. هرچند سازمان‌هایی نیز پیدا می‌شوند که مقدار مصرف برق رک‌های آن‌ها متغیر است. این سازمان‌ها دربارهٔ تعداد تجهیزات داخل رک، یکدست عمل نکرده‌اند. یعنی درون بعضی از رک‌ها فضای خالی زیادی را بی‌استفاده گذاشته‌اند و بعضی دیگر را تا توانسته‌اند با تجهیزات پر کرده‌اند. ازاین‌رو مقدار میانگین مصرف برق رک که از بازار به دست می‌آید، برای پیش‌بینی‌کردنِ میانگین مصرفِ همگی سازمان‌ها مناسب نیست.

به آن بخش از مدار که میان آخرین کلید قطع اضافه‌جریان و نقطهٔ مصرف قرار دارد، «شاخه‌مدار» (Branch Circuit) ـ[3] می‌گویند. بیشتر کشورهایی که با استاندارد برق ۲۳۰ ولت کار می‌کنند، تمامی شاخه‌مدارهای داخل رک را برای جریان ۱۶ آمپر طراحی کرده‌اند. [4]

جدول ۱: حدود توانِ شاخه‌مدار

ولتاژ	بیشترین ظرفیت شاخه‌مدار	بیشترین ظرفیت کیلووات در هر شاخه‌مدار	توان کلی رک برای شاخه‌مدار ۴ـ۳ـ۲ـ۱
۲۳۰ ولت	۱۶ آمپر	۳٫۷ کیلووات	۱۴٫۷ ـ ۱۱ ـ ۷٫۴ ـ ۳٫۷

بیشینهٔ توان رک بستگی به تعداد و نوع شاخه‌مدارهای داخل آن دارد. روشن است برای اینکه بتوان از برق مصرفی فاوا با فناوری اکنون و آینده پشتیبانی کرد، وجود بیشتر از یک شاخه‌مدار ضروری است.

از ترکیب دادهٔ جدول ۱ و شکل ۲ نتایج زیر به دست می‌آید:

• یک شاخه‌مدار ۲۳۰ ولتی، می‌تواند نیاز برق رایج‌ترین رک‌های امروزی را تامین کند؛ ولی در آینده چنین نخواهد بود.
• دو شاخه‌مدار ۲۳۰ ولتی، می‌تواند برق ۹۸ درصد از رک‌های امروزی را تامین کند؛ در آینده نیز ۹۰ درصد را پشتیبانی خواهد کرد.
• سه شاخه‌مدار ۲۳۰ ولتی، می‌تواند برق کمابیش همهٔ رک‌های امروزی را تامین کنند؛ در آینده نیز از ۹۸ درصد رک‌ها به‌خوبی پشتیبانی خواهد کرد.

توجه کنید که نا‌توانی از تامین تعداد شاخه‌مدار کافی برای رک، جلوی کارکرد سیستم را نمی‌گیرد. هرگاه ظرفیت برق لازم در رک وجود نداشته باشد، برای جبران می‌توان تعدادی از تجهیزات را کم کرد و به رک دیگری برد. گرچه با چنین کاری از فضای درون رک به‌شکل بهینه استفاده نمی‌شود؛ این مسئله برای رک‌های معمول مشکل بزرگی نخواهد بود. برای مطالعه دربارهٔ هزینه و منافع ناشی از گستردن مصارف در محیط مرکزداده (چگالی کم)، به مقالهٔ «راهبردهای سرمایشی برای رک‌های با ظرفیت بسیار زیاد و انبوه سرورهای ‌خشابی در مرکزداده» [5] مراجعه کنید.

با سیستمِ برق انطباق‌پذیر، بدون نیاز به بازطراحی سیستم می‌توان برای هر رک و در هر زمانی، از بیشینهٔ پیش‌بینی‌شدهٔ مصرف برق پشتیبانی کرد. به‌کاربردن دو شاخه‌مدار ۲۳۰ ولتی در رک، معیار عملی برای سنجش طراحی به شمار می‌آید. زیرا بدین شکل چنانچه نیاز بشود می‌توان به‌آسانی مدارهای بیشتری اضافه کرد.

الزامات افزونگی

با فراهم‌کردن افزونگی یا تحمل خطا برای تامین برق، می‌توان پایایی (Availability) سیستم فاوا را افزایش داد. روش مرسومِ ایجاد افزونگی برای محیط‌های با پایایی مطلوب، همان تامین‌کردن دو مسیر برق جداگانه برای هریک از تجهیزات فاوا است. چنین تجهیزاتی نیز به‌نوبهٔ خود دو منبع تغذیهٔ مستقل و موازی دارند. طراحی به‌گونه‌ای است که تجهیزات فقط با یکی از این دو مسیر می‌توانند به کارکرد خود ادامه دهند. مزایای اصلی چنین سیستمی عبارت‌اند از:

• اگر منبع تغذیه از کار بیفتد، سیستم همچنان به کار خود ادامه می‌دهد. ‍
• اگر یکی از مسیرها به‌دلیل اشکال در تجهیزات از کار بیفتد، سیستم همچنان به‌کار خود ادامه می‌دهد.
• اگر یکی از مسیرها به‌دلیل خطای کاربر از کار بیفتد، سیستم همچنان به کار خود ادامه می‌دهد.
• اگر منبع تغذیه به‌شکلی از کار بیفتد که کارکردِ یکی از مسیرها یا کلید قدرت را مختل کند، برای تجهیزاتی که به این کلید متصل‌اند، مشکلی پیش نخواهد آمد.
• اگر ضروری شود که یکی از مسیرها برای تعمیر و نگهداری یا عملیات به‌روزآوری خاموش بشود، سیستم همچنان به کار خود ادامه می‌دهد.

الزامات زیر باید رعایت شود تا این رویکرد موثر باشد:

1. تجهیزاتی که افزونگی برای آن‌ها فراهم می‌شود، باید ورودی برق دو مسیره داشته باشند تا هنگامی که یکی از مسیرها دچار اشکال یا خرابی شد، بتوانند با دیگری به کارکرد خود ادامه دهند.
2. کلید قدرتِ هر مسیر برق، در شرایط عادی باید با کمتر از ۵۰ درصد از ظرفیتش بارگذاری شود. بدین ترتیب خراب‌شدن یکی از مسیرها که مسیر دیگر را با افزایش بار مواجه می‌کند، باعث نمی‌شود کلید قدرت مدار را قطع کند. یعنی مسیر جایگزین با اضافه‌بار قطع نمی‌شود.

دستیابی به دو نکتهٔ بالا ممکن است بسیار دشوار باشد. بعضی از تجهیزات فاوا تنها یک مسیر برق دارند. از سوی دیگر تجهیزاتی تولید شده‌اند که سه کابل ورودی برق دارند؛ چنانکه حتما می‌باید دو کابل از آن‌ها برق داشته باشد تا دستگاه کار کند. این یعنی اگر یکی از مسیرهای برق قطع بشود، نمی‌توانند به‌کار خود ادامه بدهند. در چنین وضعیتی می‌توان از کلید انتقال خودکار (ATS) استفاده کرد که دو مسیر ورودی برق را به یک خروجی تبدیل می‌کند. ATS را می‌توان برای رک به‌شکل مرکزی استفاده کرد یا در داخل رک به‌روش توزیع‌شده برای هریک از تجهیزات به کار برد. برای آگاهی بیشتر به مقالهٔ «مقایسهٔ پایاییِ پیکربندی‌های گوناگون برای افزونگی برق رک» [6] مراجعه کنید.

سیستم انطباق‌پذیرِ برق رک را می‌توان برای محیط تک‌مسیره یا دو مسیره یا با ترکیبی از هر دو نوع تجهیزات به کار برد. البته لازم است پیوسته نظارت شود که تمامی مدارها با کمتر از ۵۰ درصد از ظرفیت‌شان بارگذاری شده باشند؛ برای اطمینان از اینکه با ازکارافتادن یکی از مسیرها، قطع مدار رخ نمی‌دهد.

الزامات محافظت در برابر اضافه‌بار

محافظت از شاخه‌مدار در برابر اضافه‌بار، یکی از مفاهیم توزیع برق است که هنوز بدفهمی‌های بسیاری دربارهٔ آن وجود دارد. هر شاخه‌مدار در رک باید کلید قدرت جداگانه‌ای داشته باشد و هر رکِ معمول نیز به چند شاخه‌مدار نیاز دارد. شکل ۲ روش‌های رایج توزیع برقِ رک را نمایش می‌دهد که بیانگر پیکربندی‌های گوناگون شاخه‌مدار است. شکل 2a تامین برق رک را با تنها یک شاخه‌مدار نشان می‌دهد. با این پیکربندی، حداکثر ظرفیت در سیستمِ ۱۰ آمپری محدود می‌شود به ۲٫۳ کیلووات در ولتاژ ۲۳۰. اگر بخواهیم برای چنین رک‌هایی به توان بیشتر دست یابیم، به کلید قدرت و رسانای بزرگ‌تر یا چند شاخه‌مدار نیاز داریم. اگر بخواهیم برای هر رک چند شاخه‌مدار تامین کنیم، دو گزینه وجود دارد که شکل 2b و 2c آن‌ها را نمایش می‌دهند.

شکل ۲: روش‌های تامین شاخه‌مدار در رک و نمایش دو روش تامینِ بیش از یک شاخه‌مدار در هر رک

شکل 2a: یک شاخه‌مدار در رک

شکل 2c: مدارهای چندگانه: ایجاد شاخه‌مدار به‌تعداد نیاز در داخل رک	شکل 2b: مدارهای چندگانه: ایجاد شاخه‌مدار به‌تعداد نیاز در PDU

دو روشی که شکل 2b و 2c نمایش می‌دهند، با اینکه در کابل‌کشی و چیدمان شاخه‌مدارها تفاوت دارند، برق را به‌میزان برابر تامین می‌کنند. توجه کنید که در شکل 2b، انشعاب برق یا همان «whip» دربرگیرندهٔ چند شاخه‌مدار است. این دو گزینهٔ جایگزین، هریک چندین برتری و مشکل دارند که در جدول ۲ خلاصه شده است. با نگاهی بر جدول ۲ چنین به نظر می‌رسد که پرهیز کردن از ایجاد شاخه‌مدار در داخل رک، مزایای فراوانی دارد.

بیشتر کاربرانی که مدارهای با جریان ۲۵ آمپری یا بیشتر از ۲۵ آمپر به رک متصل کرده‌اند، نمی‌دانند که این مدارها همان مدارهای توزیع برق هستند نه شاخه‌مدار. هنگامی که از انشعابات برق ۲۵ آمپری یا بیشتر استفاده می‌شود، شاخه‌مدارهای معمولِ ۱۶ آمپری که برای تغذیه اتصالات لازم هستند، باید با کلیدهای قدرت داخل رک که ظرفیت مشخص‌شده دارند اجرا بشوند.

با سیستم برق انطباق‌پذیر در رک می‌توان نیاز به کابل‌کشی، کلیدهای سری قدرت، همچنین ملاحظات هماهنگی‌های کلیدزنی را برطرف کرد. این بی‌شک از روش تامین چند شاخه‌مدار در داخل رک بهتر است. در حالت مطلوب برای ساده‌کردن کابل‌کشی رک‌ها، باید بتوان مدارهای چندگانه را با به‌کارگیری یک کابل چند رشته در رک ایجاد کرد.

جدول ۲: مقایسهٔ دو گزینهٔ «تامین بیش از یک شاخه‌مدار برای رک»

گزینه	تعداد منبع تغذیه	مکان کلید قدرت	مزایا	معایب
ایجاد شاخه‌مدار به‌تعداد نیاز در PDU	ـ یک کلید برای هر شاخه‌مدار	ـ فقط در PDU	ـ تعداد کلید کمتر ـ نداشتن مشکلات مرتبط با تنظیمات کلیدزنی ـ استفاده از تمام ظرفیت هر مدار ـ ورودی ویژه برای هر رک	ـ نیاز به مکان‌های بیشتر برای جای‌گذاری شاخه‌مدارها در PDU
ایجاد شاخه‌مدار به‌تعداد نیاز در رک	ـ نیاز به تعداد ورودی کمتر برای رک، به‌ازای هر ولت	ـ کلیدهای قدرت ورودی در PDU قرار می‌گیرد؛ کلیدهای قطع شاخه‌مدارها در داخل هر رک	ـ تعداد ورودی کمتر برای هر رک ـ تعداد کلید قدرت کمتر برای PDU	ـ کلیدهای قطع مدار بیشتر برای نظارت بر اضافه‌بار ـ تنظیمات کلیدزنی اشتباه ـ ممکن است نتوان از تمام ظرفیت مدارها استفاده کرد ـ با کلیدهای قطع بیشتر در حالت سری، اطمینان‌پذیری کاهش می‌یابد ـ برای تنظیمات کلیدزنی ممکن است به کابل‌کشی مجزا نیاز باشد ـ هدررفت در کلیدهای اضافی مدار باعث می‌شود اندکی از بهره‌وری الکتریکی کاسته شود

الزامات اتصالات

در حدود ۹۹٫۹۹ درصد از تجهیزات برق AC که در رک به کار می‌روند، با کابل و اتصال جداشدنیِ استاندارد به منبع تغذیه متصل می‌شوند. فقط درصد ناچیزی از تجهیزات هستند که باید به‌شکل یکسره به محل اتصال وصل بشوند. همچنین ۹۹ درصد از مراکزداده، از تجهیزات فاوای با کابل اتصال جداشدنی (Power Cord) استفاده می‌کنند؛ بدین معنی که می‌توان نوع اتصال را تغییر داد. تامین‌کنندگان تجهیزات اصلی (OEM)، از این قابلیت برای ساختن سیستم‌های کامل رک بهره می‌گیرند. اغلب نیز در همهٔ تجهیزاتِ داخل رک، از کابل برق جداشدنی IEC 60320 (پیش‌تر IEC 320) ـ[7] به همراه رابط‌های IEC 60320 استفاده می‌کنند. بدین ترتیب ممکن شده است که از یک پیکربندی در سرتاسر جهان استفاده شود. جدول ۳ مشخصات و فراوانی تقریبیِ استفاده از اتصالات نوع IEC را در جهان نشان می‌دهد.

جدول ۳: فراوانی رابط IEC استفاده‌شده در تجهیزات فاوا

فراوانی	نوع اتصال	توضیح	محل استفاده
۸۰ درصد	IEC 60320 (IEC 320 پیش‌تر) Male (C14) Female (C13)	۲۳۰ ولت ـ ۱۰ آمپر (تک‌فاز)	سرورهای کوچک، هاب، سویچ‌های اداری، مانیتورها، منطقهٔ توزیع برق، سرورهای بزرگ، روترها، بعضی از سرورهای خشابی، سرورهای بزرگ اداری
۱۶ درصد	IEC 60320 (IEC 320 پیش‌تر) C20 (Male) C19 (Female)	۲۳۰ ولت ـ ۱۰ آمپر (تک‌فاز)	سرورهای بزرگ، روترها، بعضی از سرورهای خشابی، سرورهای بزرگ اداری، تجهیزات ذخیره‌ساز
۱ درصد	IEC 60320 (IEC 320 پیش‌تر)	۲۳۰ ولت ـ جریان‌های مختلف (برق تک‌فاز و سه‌فاز)	سرورهای بزرگ، روترهای بزرگ مخابراتی، تجهیزات ذخیره‌ساز
۳ درصد	دیگر مدل‌های IEC	۲۳۰ ولت ـ جریان‌های مختلف (برق تک‌فاز)	سرورهای کوچک، هاب‌ها، سویچ‌های اداری، مانیتورها، بلوک‌های برق

با اینکه انواع اتصالات در کشورهای مختلف متفاوت است، بیشتر کشورها برخلاف آمریکای شمالی، همگی از یک ولتاژ استفاده می‌کند. به همین دلیل بیشتر کابل‌های دارای اتصال جداشدنی، برای ولتاژ ۲۳۰ و جریان ۱۶ آمپر طراحی می‌شوند. بدین ترتیب می‌توان از این یک نوع اتصال برای بیشتر تجهیزات الکتریکی، از هاب‌های کوچک گرفته تا سرورهای بزرگ استفاده کرد. متاسفانه بیشتر کارکنان فاوا به‌جای استفاده از اتصالات IEC، برای تامین برق تجهیزات از اتصالات رایج در کشور خودشان استفاده می‌کنند، مانند Schuko یا UK. با این کار آن‌ها از همهٔ مزایای استانداردسازی، بی‌بهره می‌مانند. یک دلیل آن این است که برخی از تامین‌کنندگان تجهیزات، اتصال IEC را در هر دو سوی کابل به کار نمی‌برند. حتی بیشتر اوقات وقتی کابلی با اتصال IEC وجود دارد، آن را کنار می‌گذارند و اتصال رایج در کشور خودشان را جایگزین می‌کنند. در واقع آگاهی از فواید استانداردسازی چنان کم است که برخی از کارکنان فاوا همین‌که کابل IEC به IEC را می‌بینند، از تامین‌کننده درخواست می‌کنند کابل اتصال رایج در کشور خودشان را برای جایگزینی تهیه کند.

استفاده از استاندارد IEC در اتصالات و PDUها و UPSها، برای تامین برق، طرح پیش‌بینی‌پذیر در اختیار مدیران فاوا قرار می‌دهد. در این طرح تقریبا همگی تجهیزات رک دارای اتصال C19 یا C13 هستند. این کار به‌روزرسانی تجهیزات فاوا را آسان‌تر می‌کند. هنگامی که چندین مرکزداده در چند کشور مختلف به‌شکل هماهنگ مدیریت می‌شوند، چنین مزیتی بسیار ارزشمندتر نیز خواهد بود. برای نمونه خرید PDUهای ویژهٔ هریک از چند کشور، به تامین‌کنندگان مختلفی در همان کشورها نیاز دارد که مدیریت مرکزداده را پیچیده‌تر می‌کند. راه‌اندازی PDU با ترکیب غیر استاندارد از انواع اتصالات، باعث تلف‌شدن بیشترِ وقت و هزینه می‌شود. در کارِ مدیریت فهرست اموال نیز گوناگون‌بودن انواع اتصالات باعث می‌شود حساب خیلی زود از دست برود. برای آگاهی بیشتر دربارهٔ مزایای استانداردسازی، به مقالهٔ «استاندارسازی و ماژولاریتی در زیرساخت فیزیکی مرکزداده» [8] مراجعه کنید.

پاسخ این‌که هر رک به چه تعداد جای اتصال برق نیاز دارد، بسیار متفاوت است و بستگی دارد به تجهیزاتی که درون آن نصب می‌شود. ممکن است درون رک، تجهیزات بسیار کم با بار مصرفی کم نصب شده باشد. یا ممکن است آن را با ۴۲ سرور سنتی هریک با دو کابل برق پر کرده باشند. اگر چنین باشد، جمعا به ۸۴ کابل و سوکت نیاز خواهد داشت.

سیستم برق انطباق‌پذیر در رک باید بتواند برای حداکثر ۴۲ دستگاه دارای برق دو مسیره، متناسب با انواع مختلف اتصالات ممکن، نیرو تامین کند. برای فراهم‌کردن چنین شرایطی که در آن بتوان الزامات متغیر را تامین کرد، باید تعداد زیادی اتصالات دسته‌بندی‌شده در هر رک ترتیب داد. یا اینکه درون آن برای رابط‌های آماده‌ای که به‌آسانی قابل تغییر باشد، به‌تعداد کافی جای خالی داشت.

الزامات برای هارمونیک‌ها

پیش‌تر تجهیزات فاوا بر روی خطوط توزیع برق AC، جریان‌های هارمونیک ایجاد می‌کردند. این مسئله سیستم‌های برق را نیازمند به ویژگی‌های تخصصی همچون حجم بیشتری از کابل‌های خنثی و ترانسفورماتورهای K-rated می‌ساخت. در دههٔ ۹۰ میلادی برای جلوگیری از تولید جریان هارمونیک، قوانینی برای طراحی تجهیزات فاوا تصویب شد. پس از آن به‌تدریج تجهیزات مشکل‌دار کم شدند و تا سال ۲۰۰۰ به‌کلی کنار رفتند. اکنون در محیط برق رک‌ها، دیگر به کابل‌کشی و ترانسفورماتورهای مقاوم در برابر هارمونیک هیچ نیازی نیست. برای آگاهی بیشتر دراین‌باره، به مقالهٔ «پژوهشی دربارهٔ جریان‌های هارمونیک در برق مرکزداده» [9] مراجعه کنید.

افت کارکرد (De-rating)

برخلاف آمریکای شمالی، شبکهٔ برق بیشتر کشورها به اِعمال ضرایب افت کارکرد نیازی ندارند. در نتیجه می‌توان از تمامی جریان یا ظرفیت ممکنِ برق سیستم استفاده کرد. در این مقاله ظرفیت توان همهٔ معماری‌های توزیع برق را کامل در نظر گرفته‌ایم.

الزامات کابل‌کشی

کابل‌هایی که برق رک‌ها را تامین می‌کنند، بخش ضروری از سیستم برق رک هستند. امروزه رایج است کابل‌کشی برق را از زیر کف انجام می‌دهند. کابل‌کشی برق از زیر کف، موانعی در برابر انطباق‌پذیری ایجاد می‌کند. دراین‌باره به مقالهٔ «مقایسهٔ کاربرد کف کاذب و کف سازه در مرکزداده» [10] مراجعه کنید.

در سیستم انطباق‌پذیر برق، کابل‌های هر رک باید همهٔ شاخه‌مدارهای لازم را تامین کنند. تغییر دادنِ تجهیزات درون رک نباید به هیچ‌گونه تغییر دادنی در کابل‌کشی نیاز داشته باشد. همچنین باید برای رک‌هایی که در آینده اضافه خواهند شد، ورودی‌های برقِ آسان و ایمن تامین شوند.

الزامات کنترل جریان

برق رک پیوسته در معرض تغییر بار قرار دارد. این تغییرات به‌دلیل نصب و حذف تجهیزات، همچنین کم‌وزیاد شدن دینامیکی برق تجهیزاتِ نصب‌شده در رک است. در چنین وضعیتی، نظارت بر جریان برق شاخه‌مدارها ضروری است؛ برای اینکه از خطرها و خرابی ناشی از اضافه‌بار جلوگیری شود. این موضوع در مقالهٔ «تغییرات دینامیکی برقِ مرکزداده» [11] به‌تفصیل بیان شده است.

الزامات سازگاری

به‌دلیل تعداد زیاد مدارهای برق که در مرکزداده هستند، کاستن از تنوع روش‌های توزیع برق، همچون ظرفیت شاخه‌مدارها، تعداد فاز برق در هر انشعاب، انواع کلید قدرت، همچنین موقعیت مکانی، هرقدر که ممکن باشد کار بسیار سودمندی است. در حالت مطلوب اگر از ورودی برق یکسان برای هر رک استفاده بشود، انعطاف‌پذیری به‌حداکثر می‌رسد و خطای انسانی کاهش می‌یابد.

خطای انسانی برای مرکزداده تهدیدی است همیشگی و بسیاری از خرابی‌ها به همین دلیل رخ می‌دهند. استانداردسازی مدارِ توزیع برق که ۹۷ درصد از نیازهای مراکزداده را برآورده می‌کند، تنها یکی از روش‌هایی است که خطای انسانی را کاهش می‌دهد. با ‌استانداردسازیِ انشعاب‌های برق، کاربران کمتر دچار سردرگمی می‌شوند، از تعداد قطعات تا حد ممکن کاسته می‌شود، همچنین منحنی یادگیری شتاب می‌گیرد. تمام این‌ها سرانجام ریسک رخ‌دادنِ خطاهای هزینه‌بر را کاهش می‌دهد.

انتخاب سیستم مناسب برای توزیع برق

به‌دلیل زیاد بودن الزاماتِ تامین برق رک، ترکیب‌های گوناگونی از مدارها وجود دارد. هریک از آن‌ها ظرفیت کلی متفاوتی فراهم می‌کنند و از نظر ویژگی‌های اصلی با بقیه فرق دارند. برای تامین برق رک‌ها، دست‌کم ۲۲ روش عملی گوناگون موجود است که در بازهٔ ۲٫۳ کیلووات تا ۴۴ کیلووات به‌ازای هر رک هستند. جزئیات این گزینه‌ها را در جدول (الف) در بخش پیوست‌ها ببینید.

بررسی روشمند نشان می‌دهد این گزینه‌ها از نظر هزینه و مزایا با یکدیگر تفاوت دارند و آشکارا بعضی از آن‌ها از بقیه بهتر هستند. از مقایسه‌کردنِ تحلیل‌های جدول (الف) با الزامات مطرح‌شده در بخش قبلی، چنین به نظر می‌رسد که برای توزیع برق میان PDUها و رک‌ها، چهار روش برتر و پایه‌ای وجود دارد. برای رسیدن به توان مصرفی مطلوبِ رک‌ها، از ترکیب‌های مختلف این روش‌ها استفاده می‌شود. این چهار روش عبارت‌اند از:

• انشعاب‌های برق‌ ۱۶ آمپر و ۲۳۰ ولت
• انشعاب‌های برق‌ ۳۲ آمپر و ۲۳۰ ولت
• انشعاب‌های برق‌ سه‌فاز ۱۶ آمپر و ۲۳۰/۴۰۰ ولت
• انشعاب‌های برق‌ سه‌فاز ۳۲ آمپر و ۲۳۰/۴۰۰ ولت

شکل ۳ پیکربندی شاخه‌مدارهای این چهار روش را نشان می‌دهد. در جدول ۴ نیز می‌توانید ویژگی‌ها و مزایای هریک از این روش‌های توزیع برق را ببینید. خانه‌های سایه‌دار در جدول، بیانگر بهترین عملکرد هر ویژگی است. شکل ۳ و جدول ۴ آشکارا برتری توزیع برق سه‌فاز را بیان می‌کند.

شکل ۳: نمایش چهار روش برتر توزیع برق رک

شکل 3b: انشعاب برق ۳۲ آمپر و ۲۳۰ ولت	شکل 3a: انشعاب برق ۱۶ آمپر و ۲۳۰ ولت
شکل 3d: انشعاب برق سه‌فاز ۲۵ آمپر و ۲۳۰ ولت	شکل 3c: انشعاب برق سه‌فاز ۱۶ آمپر و ۲۳۰ ولت

جدول ۴: ویژگی‌های چهار روش برتر توزیع برق رک

تحلیل‌های این مقاله چنین توصیه می‌کنند که انشعاب‌های توزیع برق ۲۵ آمپریِ تک‌فاز یا سه‌فاز، مگر در حالت اختصاصی‌بودن انشعاب برق، در حالت دیگر مطلوب نیستند. ۱۶ آمپر برای شاخه‌مدارهای منتهی به رک، متداول‌ترین جریان است. انشعاب برق با جریان ۲۵ آمپری معمولا بهینه نیست و دو مشکل زیر را پیش می‌آورد:

1. تنظیمات کلیدزنی برای شاخه‌مدار ۱۶ آمپری و کلید قدرت ۲۵ آمپری، دشوار است و در نتیجه احتمال قطع سری مدار افزایش می‌یابد.
2. برای استفاده از تمامی ظرفیت ورودی ۲۵ آمپری تک‌فاز، به دو شاخه‌مدار ۱۶ آمپری نیاز است. اکنون اگر یکی از آن دو شاخه‌مدار را با تمام ظرفیت به کار بگیریم، از دیگری می‌توان تنها با نیمی از ظرفیت استفاده کرد. این‌چنین است که استفاده از شاخه‌مدار ناکارآمد می‌شود. افزون بر این ممکن است کلید اصلی قدرت پیش از قطع‌شدن شاخه‌مدار باز بشود.

اگر نیاز برق تجهیز، بیشتر از یک انشعاب برق ۱۶ آمپریِ تک‌فاز یا سه‌فاز باشد، آنگاه انشعاب برق سه‌فاز ۳۲ آمپری نسبت به انشعاب برق سه‌فاز ۲۵ آمپری مطلوب‌تر خواهد بود.

شکل ۴: تعداد انشعاب‌ها یا ورودی‌های برق ضروری رک، به‌عنوان تابعی از ظرفیت برق رک

از این روش‌ها می‌توان بارها برای دست‌یافتن به ظرفیت برق بیشتر در رک استفاده کرد. شکل ۴ نشان می‌دهد برای افزایش ظرفیت کلی برق رک، به چه تعداد انشعاب برق نیاز است. چهار خطی که روی نمودار می‌بینید، بیانگر تعداد انشعاب‌های برق‌ِ انواع مختلف توزیع است. با اینکه مدار توزیع برق سه‌فاز با جریان ۲۵ آمپر و ولتاژ ۲۳۰ روش مناسبی نیست، در نمودار به‌عنوان روش مرجع آمده است. چنان‌که انتظار می‌رود، تعداد انشعاب‌ها به نسبت ظرفیت برق رک به‌شکل خطی افزایش می‌یابد. تعداد انشعاب‌های برق برای ظرفیت‌های بیشتر از ۱۱ کیلووات در سیستم‌های تک‌فاز ۲۳۰ ولتی، با جریان ۱۶ یا ۳۲ آمپر بیشتر خواهد شد.

توجه کنید تعداد انشعاب سیستم‌های 2N که برق دو مسیره دارند، باید دو برابر آن باشد که در شکل ۴ می‌بینید.

انشعاب‌های برق اختصاصی

انشعاب برق اختصاصی روش دیگر توزیع است. این روش تنها وقتی بهتر خواهد بود که کابل‌های برقِ تجهیزات درون رک، از نظر تعداد کم ولی بسیار پرمصرف باشند؛ به‌ویژه اگر انواعی از اتصالات یا پیکربندی برقِ غیر متداول به کار رفته باشد. در واقع این طور کوچک‌سازی کردنِ تجهیزات فاوا، دو پیامد مهم زیر را دارد:

• جریان و مقدار برق مصرفیِ هریک از کابل‌های برقِ تجهیزات فاوا افزایش می‌یابد و به آستانهٔ ۱۶ آمپر نزدیک می‌شود. در نتیجه rPDUهایی که چندین خروجی دارند، با یک خروجی قابل استفاده در هر فازِ برق جایگزین می‌شوند.
• زیاد شدن کابل‌کشی شبکه در پشت رک، جای اتصالات برق داخل رک را تنگ می‌کند.

این پیامدها کارکنان عملیات فاوا را وا‌می‌دارد که در مصارف پرظرفیت، اتصالات برق داخل رک را کنار بگذارند و به‌جای آن از انشعاب‌های برق سه‌فاز اختصاصی استفاده کنند. این کار را می‌کنند تا برای کابل‌کشی شبکه جای بیشتری داشته باشند. گزینه‌های پیشنهادی برای این روش، برخی از سرورهای خشابی و دستگاه‌های ذخیره‌ساز SAN هستند. برای نمونه‌ای از اجرای این رویکرد می‌توان به زیرسیستم بزرگ‌ترِ برق در سرور خشابی اشاره کرد که اتصال برق سه‌فاز IEC 60309 داشته باشد.

مزیت استفاده از انشعاب برق اختصاصی این است که در رک به شاخه‌مدار اضافی هیچ نیازی ندارد. این ویژگی باعث بهبود اطمینان‌پذیری (Reliability) و افزایش صرفه‌جویی هزینه می‌شود. اما مشکل مهم آن این است که برای تغییرات آیندهٔ تجهیزات، انعطاف‌پذیری لازم را ندارد. جدول ۵ انشعاب‌های برق اختصاصی را با انشعاب‌های استاندارد ۳۲ آمپر و ۲۳۰ ولت مقایسه کرده است.

جدول ۵: مقایسهٔ دو گزینه برای تامین ظرفیت برق بسیار زیاد 

	تعداد انشعاب‌های برق	روش تغییر	مزایا	معایب
انشعاب‌ها‌ی برق، استاندارد ۳۲ آمپر و ۲۳۰ ولت، سه‌فاز	ـ یک انشعاب برای هر ۲۲ کیلووات	ـ آسانی: پریزهایی برای اتصالات متفاوت درون رک	ـ دارای انواع مختلف پریز برای تجهیزات کوچک یا تجهیزات پیش‌بینی‌نشده	ـ محدود به ۲۲ کیلووات
انشعاب برق اختصاصی	ـ در هر رک، یک انشعاب تک‌فاز برای یک کابل اتصال برق، یا یک انشعاب سه‌فاز برای سه کابل اتصال برق	ـ دشواری: ضرورت قطع‌کردن برق در هنگام اجرای کابل‌کشیِ جدید برای PDU	ـ مشکلات ناشی از تنظیمات نادرستِ کلیدزنی را ندارد ـ با توجه به ارتباط یک‌به‌یک بین اتصال کابل برق و کلید قدرت، ریسک قطع‌شدن مدار توسط کلید قدرت را ندارد ـ قابلیت کار کردنِ هر نوع کمیاب از اتصالات ـ ارزان	ـ ضرورت برنامه‌ریزی پیشاپیش و آگاه‌بودن از انواع اتصال کابل برق موجود در رک ـ بدون نیاز به اتصال خاص برای تجهیزات فاوای کوچک و فرعی ـ ورودی‌های برق Hardwired (اتصال پیوسته)

به‌طور کلی تنها وقتی باید از انشعاب برق اختصاصی استفاده کرد که نتوان الزامات توان یا پیکربندی اتصالات را به‌وسیلهٔ مدار استاندارد سه‌فاز IEC با ولتاژ ۲۳۰ و جریان ۳۲ آمپر تامین کرد. یا اینکه مسئلهٔ هزینه از قابلیت پیکربندی مجدد رک بسیار مهم‌تر باشد.

راهبرد برای انتخاب روش توزیع برق

برپایهٔ بررسی‌های بالا می‌توان دربارهٔ روش مناسبِ آرایش شاخه‌مدارها، نتایج زیر را بیان کرد:

1. برای تامین متوسط ظرفیت رک‌های معمول تا حدود ۴ کیلووات در رک، از یک انشعاب برق تک‌فاز با جریان ۱۶ آمپر و ولتاژ ۲۳۰ استفاده شود. این را باید به‌شکل پیش‌فرض برای همهٔ رک‌ها فراهم کرد.
2. برای تامین برق رک‌های پرظرفیت تا توان تقریبی ۱۱ کیلووات در رک، از یک انشعاب برق سه‌فاز با جریان ۱۶ آمپر و ولتاژ ۲۳۰ استفاده شود.
3. هنگام به‌کارگیری سرور 1U پرظرفیت یا سرور خشابی، از یک یا دو انشعاب برق سه‌فاز با جریان ۱۶ آمپر و ولتاژ ۲۳۰ استفاده شود.
4. برای مصارف خاصی که بسیار پرظرفیت هستند و جریان ورودی هر کابلِ اتصال برق آن‌ها تا بیش از ۲۰ آمپر نیز می‌رسد، از دو یا چند انشعاب برق سه‌فاز ۲۳۰ ولتی با جریان ۳۲ آمپری استفاده شود.

معماری برق انطباق‌پذیر رک

درک روز‌افزون از مشکلاتی که در این مقاله بیان کردیم، موجب شده است طراحان و کاربران مرکزداده راهکارهای نوآورانهٔ خودشان را به کار بگیرند تا بتوانند نیاز رک‌ها را به سیستم برق انطباق‌پذیر برآورده سازند. با این حال هنوز روشی که از دید تامین‌کنندگان تجهیزات نیز یکپارچه و مقرون‌به‌صرفه‌ باشد، پیدا نشده است. روشِ به‌خوبی یکپارچه می‌باید شامل سیستم ماژولار باشد و تمام شبکه و اجزای توزیع برق را در بر بگیرد؛ باید نقطهٔ اتصال به برق AC شهر، تمام UPSها و پنل‌های برق، تمام مسیر تا جزئیات تنظیمات کلیدها و اتصالات رک، همگی را پوشش بدهد.

شکل ۵: نمونهٔ سیستم انطباق‌پذیر برق رک

اولین سیستم انطباق‌پذیر و یکپارچهٔ برق رک در سال ۲۰۰۱ عرضه شد. آن را در شکل ۵ می‌بینید. اجزای سیستم نوآورانهٔ ™InfraStruXure برای این طراحی شده است که نیازهای سیستم انطباق‌پذیر برق رک را برآورده سازد. امکانات این سیستمِ یکپارچه عبارت است از: انشعاب‌های چندگانهٔ توزیع برق پیش‌ساخته، کلیدهای چندکاربردی با پیکربندی‌های گوناگون اتصالات، تنظیمات کلیدزنی و رله‌های مدار قدرتِ از پیش طراحی‌شده، ورودی برق تک‌مسیره و دو مسیره با قابلیت پیکربندی برای رک‌ها و ردیف‌ها، منطقه‌های DC، همچنین قابلیت نصب سریعِ بدون نیاز به سیم‌کشی. می‌توان آن را با قطعات و اجزای ازپیش‌آماده، در انبار پیکربندی کرد.

سیستم انطباق‌پذیر برق رک، افزون بر قابلیت‌هایی که برای رویاروییِ سریع و مقرون‌به‌صرفه با تغییرات دارد، برای زمان و هزینهٔ مرتبط با نصب اولیهٔ سیستم نیز دارای مزایایی است. از جمله سادگی چشمگیری که در فعالیت‌های مهندسی همچنین در نصب و راه‌اندازیِ طراحی مرکزداده فراهم می‌کند. از سویی باعث می‌شود بتوان برآوردها را درست و متناسب با الزامات مصرف واقعی به دست آورد و سیستم را با افزایش نیاز توسعه داد. با برآورد درست می‌توان در هزینهٔ چرخهٔ عمر مرکزداده تا بیش از ۵۰ درصد صرفه‌جویی کرد. این مزایای اقتصادی در مقالهٔ «جلوگیری از هزینهٔ ناشی از برآورد نادرست در زیرساخت مرکزداده» [12] به‌تفصیل بررسی شده است.

نتیجه‌گیری

امروزه مقدار مصرف برق رک‌های مرکزداده به‌میزان زیادی تغییر می‌کند (کم‌وزیاد می‌شود) و انتظار می‌رود تا چند سال آینده بیشتر نیز بشود. قطعات تجهیزات داخل رک، در طول چرخهٔ عمر مرکزداده تا ۵ بار یا بیشتر جایگزین می‌شوند. بدین ترتیب سیستم توزیع برق رک باید به‌گونه‌ای باشد که همگام و سازگار با تغییرات بماند و به کار خود ادامه دهد. در این مقاله مهم‌ترین الزامات سیستم توزیع موثرِ برق رک را توضیح دادیم و برای آن معماری کاربردی معرفی کردیم که نیازهای سیستم انطباق‌پذیر برق رک را برآورده می‌سازد. در رویکردی که پیشنهاد کردیم، چهار شیوهٔ برتر توزیع برق را معرفی نمودیم و راهبردی نیز برای انتخاب بهترین آن‌ها در شرایط نصب ویژه ارائه دادیم. با پیروی از این شیوه، سیستم توزیع برقی در اختیار داریم که خطای انسانی در آن کمتر است، با الزامات در تغییرات سازگار است، همچنین ضرورت برنامه‌ریزی پیشاپیش در آن بسیار کم است. این سیستم ضرورت‌های تجهیزات پرظرفیت فاوا را نیز برآورده می‌سازد.

پیوست‌ها

تجزیه‌وتحلیل دقیقِ مجموعهٔ فراگیر از گزینه‌های تامین برق رک‌ها

جدول (الف) سیاهه‌ای است از انواع مدارهای اجراییِ تامین برق رک که مدارهای چندگانه را نیز شامل می‌شود. این موارد به‌ترتیبِ افزایش ظرفیت برق رک مرتب شده‌اند.

گزینه‌های جدول (الف) محدود به آن‌هایی است که حداکثر ۳ انشعاب برق دارند و فقط مدارهای چندگانه‌ای را شامل می‌شود که در تمامی انشعاب‌ها، پیکربندی همانند دارند. انشعاب‌های اختصاصیِ هر رک، ممکن است ترکیبی از انشعاب‌های موجود در این فهرست باشد.

سیاههٔ بالا کامل است؛ با این حال اگر هدف این باشد که برق رک‌های پرظرفیت تامین بشود، برخی موارد را می‌توان حذف کرد. سیستم برق در مصارف پرظرفیت باید بتواند دست‌کم نیاز مصارف ۳ کیلوواتی را تامین کند؛ زیرا این مقدار توان، برای بسیاری از مصارف پرظرفیت ضروری است. بسیاری از کشورهایی که برق ۲۳۰ ولتی دارند، تقریبا همهٔ شاخه‌مدارهای تغذیه‌کنندهٔ رک را برای تجهیزات با جریان ۱۶ آمپر در نظر گرفته‌اند. با توجه به این موضوع می‌توان گزینه‌های انشعاب برق ۱۰ آمپری را نیز کنار گذاشت. دیگر این که برای مصارف پرظرفیت، کلیدزنی سیستم برق نباید نامناسب باشد. با حذف‌کردن گزینه‌هایی که با این معیارها مطابقت ندارند، جدول (ب) به دست می‌آید.

جدول (الف): ویژگی‌های انواع پیکربندی مدارِ برق رک	جدول (ب): ویژگی‌های انواع پیکربندی مدارِ برق رک، مناسب برای مصارف پرظرفیت

پانویس

[1] این مطلب بخشی از کتاب «آئین‌نامهٔ مهندسی مرکزداده» و ترجمهٔ فارسی مقالهٔ زیر است:

APC White Paper 28: “Rack Powering Options for High Density in 230 V AC Countries” (Revision 1)

نویسنده نیل راسموسن (Neil Rasmussen) [آشنایی با نویسنده و مطالعه‌ی مقالات فارسی او]، مترجم نازلی مجیدی، بازنویسی و ویراستاری پرهام غدیری‌پور، به‌کوشش دکتر بابک نیکفام، تهیه‌شده در باشگاه مراکزداده

[2] APC White Paper 63: AC vs. DC for Data Centers and Network Rooms

[3] از نظر فنی، واژهٔ «شاخه‌مدار» برای بیان مفهوم «Branch Circuit» مناسب نیست. ولی با توجه به رواج استفاده، در این مقاله نیز به‌کار رفته است. (مترجم)

[4] توجه شود با اینکه مدارهای ۲۵ و ۳۲ آمپری نیز به رک‌ها متصل می‌شوند، تامین‌کننده هستند و شاخه‌مدار محسوب نمی‌شوند. زیرا همان‌طور که در ادامه بیان می‌شود، به کلیدهای برقِ اضافی نیاز دارند. دستگاه‌های معدودی در رک‌ها وجود دارند که می‌توانند مستقیم به شاخه‌مدار ۲۵ یا ۳۲ آمپری متصل بشوند. این دستگاه‌ها معمولا همان سرورهای خشابی و روترها و سرورهای خارج از رک یا دستگاه‌های ذخیره‌ساز هستند.

[5] APC White Paper 46: Cooling Strategies for Ultra-High Density Racks and Blade Servers

[6] APC White Paper 48: Comparing Availability of Various Rack Power Redundancy Configurations

[7] «استاندارد اتصالات برق برای لوازم خانگی یا مصارف مشابه» که «کمیتهٔ بین‌المللی الکتروتکنیک» (IEC) تدوین کرده است.

[8] APC White Paper 116: Standardization and Modularity in Data Center Physical Infrastructure

[9] این مقاله در همین مجموعه با یکی‌کردن مقالات ۲۶ و ۳۸ دربارهٔ هارمونیک‌ها ترجمه و ارائه شده است. متن انگلیسی در اینجا به مقالهٔ شمارهٔ ۲۶ اشاره می‌کند. (ویراستار):

APC White Paper 26: Hazards of Harmonics and Neutral Overloads

[10] APC White Paper 19: Raised Floors vs Hard Floors for Data Center Applications

[11] APC White Paper 43: Dynamic Power Variations in Data Centers and Network Rooms

[12] APC White Paper 37: Avoiding Costs from Oversizing Data Center and Network Room Infrastructure