اخبار مرکزداده مطالب ویژه مقالات

گزینه‌های تامین برق در رک های پرظرفیت

Very large amount of color coded cables on back of row of network servers

بروز رسانی تجهیزات فاوا(IT) در مراکز داده و اتاق شبکه، معمولا هر 2 یا 3 سال یک بار صورت می‌گیرد. با تغییر کردن تجهیزات، الزامات برق، افزونگی مورد نیاز و الزامات اتصال‌ها نیز اغلب تغییر خواهد کرد. از آن جا که رک‌ها تبدیل به وسیله‌ای استاندارد در جای دهی سیستم‌های ارتباطی و کامپیوتری شده‌اند، سیستم توزیع و تامین برق در رک نیز باید با این تغییرات پیش آمده در الزامات، سازگار شود.

در نتیجه‌ی توان مصرفی بالای آخرین نسل‌ از تجهیزات کامپیوتری، پیش‌بینی‌های توان مصرفی در رک‌های مراکز داده نیز، به شدت افزایش یافته است. تجهیزات آماده‌ی فاوا مانند سرورهای 1U و یا تیغه‌ای، می‌توانند تا 20kW و یا حتی در رک کاملا پیکربندی شده تا بیشتر از آن نیز، برق مصرف کنند. چنین ظرفیتی را نمی‌توان در فضاهای معمولی مرکز داده که در آن، هر رک متوسط با مدارهای جریان برق با 10A آمپر با ولتاژ 230v تغذیه می‌شود، پشتیبانی کرد. برای پشتیبانی مصرف 20kW  در تجهیزات الکتریکی دو مسیره، به ازای هر رک به بیست عدد از چنین مدارهایی نیاز خواهد بود.

الزامات برق تجهیزات مدرن کامپیوتری به عنوان تابعی از زمان و حجم بار رایانش، تغییر می‌کند. تا سال 2000، این تغییرات تقریبا در تمام سیستم‌های ارتباطی و کامپیوتری، ناچیز و قابل اهمال بوده است. اگرچه، در طول همین سال، اجرای تکنولوژی‌های مدیریت برق در پردازنده‌ها و سرورها آغاز شد، اما امروزه تعداد تجهیزات کامپیوتری که برای پاسخگویی به مصارف رایانشی، تغییرات توان محسوسی را تجربه می‌کنند، در حال افزایش است. این تغییرات ممکن است تا 200% توان نرمال مصرف تجهیزات نیز برسد. در طراحی سیستم توزیع برق در رک، این تغییرات باید مورد توجه قرار گرفته و به درستی درک شده باشند.

در این مقاله، تمرکز اصلی بر توزیع برق AC در رک، قرار داده شده است. همان طور که در گزارش “AC vs. DC در مراکز داده و اتاق‌های شبکه”[1] نیز توضیح داده شده، توزیع برق DC نقش بسیار کم رنگی در مراکز داده‌ی پرظرفیت مدرن داشته است.

مباحث این مقاله به سیستم‌های توزیع برق با ولتاژ 230V و اتصال‌های استاندارد محدود می‌شود. استراتژی مناسب در توزیع برق در رک، از سیستم‌های توزیع 120V که غالبا در آمریکای شمالی مشاهده شده، بسیار متفاوت است.

روش‌های قدیمی در تامین برق رک

امروزه متداول‌ترین روش همان طراحی، مهندسی و نصب راه‌کارهای توزیع برق مخصوص یک رک، است. در صورت تغییر الزامات آن رک، باید مجددا راه‌کار دیگری جهت تامین برق مورد نیاز طراحی، مهندسی و نصب گردد. با این که این روش می‌تواند هر مقدار توان مورد نیاز و منحصر به فردی را تامین کند، اما از طرفی نیازمند برنامه‌ریزی، مهندسی و کابل‌کشی مجدد قابل توجهی خواهد بود. معمولا رک‌ها توسط پنل مشترکی از توزیع برق در مرکز داده تغذیه می‌شوند.

در بسیاری از موارد، نمی‌توان به راحتی اتصال برق این پنل را قطع کرده تا سیستم توزیع برق رک را با تغییرات انطباق(یا همان نصب کلید برقی دیگر) بخشید. چنین شرایطی را تحت عنوان “hot work” می‌شناسند که نه تنها خطرات ایمنی بسیار بالایی ایجاد کرده، بلکه به سطح بالایی از ریسک بروز خرابی در مدار تحت عملیات و/یا شل شدن یا خرابی کابل‌های مدار کناری منجر می‌شود. چنین خطاهایی به توقف ناخواسته‌ی کار می‌انجامد.

در حالت ایده‌آل، سیستم برق رک را می‌توان با مقدار تقاضای هر ترکیب امکان‌پذیری از تجهیزات سازگار ساخته و به اقداماتی که می‌تواند خطراتی در ایمنی ایجاد کرده و یا بر دسترسی سیستم تاثیر منفی گذارد، نیازی نخواهد بود.

الزامات برق رک

در این قسمت خلاصه‌ای از ابعاد مختلفی الزامات برق رک آورده شده است. ماهیت این الزامات توضیح داده شده و روش‌های منطقی طراحی نیز به اختصار توصیف شده است.

الزامات ولتاژ

در بیشتر نقاط جهان، برق تامین شده برای مراکز داده ولتاژ معادل 230V دارد. این ولتاژ توزیع برق را نسبت به توزیع برق مراکز داده در آمریکای شمالی آسان‌تر می‌سازد. با انتخاب ولتاژ 230V به عنوان ولتاژی استاندارد در مراکز داده، می‌توان از سازگاری در بیش از 97% تجهیزات شامل حیاتی‌ترین آن ها، اطمینان حاصل کرد. برای بعضی از تجهیزات، باید ولتاژ را توسط کلید از 120V به 230V تغییر داد، در کار با برق 230V، خطا یا عدم موفقیت در تغییر ولتاژ تجهیزات با چنین قابلیتی، می‌تواند به خرابی‌های سلسله‌وار بیانجامد. در حدود 3% از تجهیزاتی که تنها با ولتاژ 120V کار می‌کنند را می‌توان از مرکز داده حذف کرد چرا که تقریبا در تمام موارد این دستگاه‌ها همان تجهیزات جانبی کوچکی هستند که جایگزین‌های قابل قبول و مطمئنی با عملکرد با ولتاژ 230V دارند.

برق رک‌ها تک فاز بوده و تنها معدودی از تجهیزات فاوای نصب شده در رک به برق سه فاز (که برخی از برندهای سرورهای تیغه‌ای مثال بارزی از این تجهیزات به شمار می‌روند)، نیاز دارند. گاهی مواقع یک رک OEM از پیش پیکربندی شده به PDU متصل می‌شود که برق سه فاز را دریافت کرده و سه مدار با برق تک فاز را به هر یک از مصارف تک فاز IT می‌رساند. باید توجه داشت که این مصارف IT در واقع تک فاز هستند. با وجود عدم استفاده از برق سه فاز، اما یکی از نکات مفید حاصل شده که در ادامه نیز توضیح داده خواهد شد حاکی از آنست که در رک‌ها، باید برق سه فاز توزیع شود.

الزامات توان

توان مصرفی رک‌ها می‌تواند بسته به تجهیزات نصب شده، بسیار متفاوت باشد. در شرایط خاص با مصرف بسیار کم، ممکن است رک، تنها پنل توزیع کابل شبکه یا معدودی سویچ‌های شبکه‌های به هم پیوسته با توان کم‌تر از 100W داشته باشد. از سوی دیگر در شرایط با مصرف بسیار بالا، ممکن است رک کاملا با سرورهای پرظرفیت پر شده و توان کلی آن 20kW یا بیشتر باشد.

سیستم برق رک، علاوه بر تامین برق کلی مورد نیاز در رک، همچنین باید بتواند برق لازم هر دستگاه را نیز تامین کند. ممکن است با اتصال کابل‌ها و مدارهای متعدد به یک رک، این طور به نظر برسد که برق کلی مورد نیاز تامین شده اما، ممکن است برق مورد نیاز در یک دستگاه با مصرف بسیار بالا از ظرفیت هر مدار فراتر رود و درنتیجه مدار قادر به تامین برق مورد نیاز نباشد.

به عنوان مثال، هیچ تعدادی از مدارهای انشعابی با جریان 10A در یک رک، که در آن یکی از تجهیزات جریانی معادل 16A نیاز داشته، جهت تامین برق مورد نیاز کافی نخواهد بود. در مثالی دیگر، شاسی سرور تیغه‌ای با رابط 16 آمپری را در نظر بگیرید که ممکن است از ابتدا، تنها با تعداد کمی سرور تیغه‌ای تجهیز شده و از 5A جریان مدار 16A استفاده می‌کند. برخی از مشتریان ممکن است تصور کنند می‌توان با چند شاسی blade را به یک مدار 16A متصل ساخت ولی زمانی که سرورها را در شاسی ها نصب کنند، با مصرف بیش از حد مجاز در مدار مواجه خواهند شد. در چنین مواردی توصیه می‌شود که تنها یک دستگاه مصرف کننده‌ی برق به هر مدار تامین کننده متصل شود.

مقدار طراحی مناسب برای متوسط توان رک یکی از موضوعاتی است که بحث و جدال بسیاری در مورد آن وجود دارد. یکی از پژوهش‌های اشنایدر الکتریک در زمینه‌ی الگوی مصرف سال 2004 در شرکت‌های مراکز داده، اتاق‌های شبکه و مراکز مخابراتی، توزیع توان مصرفی رک را مطابق شکل 1 برآورد کرده است. این نمودار فراوانی رک‌هایی که برای سطوح مختلف مصرف برق پیکربندی شده‌اند، را نشان می‌دهد. این روند تکرار با افزایش سطح مصرف، کاهش می‌یابد. مشاهده می‌شود که 95% رک‌ها توانی کمتر از 6.5W دارند.

همچنین مقدار مصرف سال 2008 نیز(بر اساس تکنولوژی/تمایل مشتریان) در شکل 1 نمایش داده شده است. این نمودار حاکی از آنست که متوسط توان رک در طول زمان در حال افزایش است. امروزه می‌توان تجهیزات فاوا را به نحوی پیکربندی کرد که اگر تماما در یک رک نصب شده باشند، از توان مورد نیاز رک 20kW نیز فراتر رود. در عین حال که چنین کاری امکان‌پذیر است، اما در میان نصب‌های واقعی تجهیزات به ندرت مشاهده شده است. داده‌های جمع‌آوری شده بیانگر آنست که متوسط توان مصرفی رک‌ها به شکل قابل توجهی افزایش خواهد یافت. اگرچه توان مصرفی بیش از 6kW همچنان محدود به بخش کوچکی از تجهیزات باقی خواهد ماند.

شکل 1: فراوانی مقدار مصرف برق هر رک
شکل 1: فراوانی مقدار مصرف برق هر رک

با تحلیلی بر داده‌های اصلی توزیع توان رک، یافته‌های زیر حاصل شد:

  • مصارف بسیار کم اکثرا در رک‌های دارای پنل کابل شبکه، سویچ و hub مشاهده می‌شوند.
  • مصارف قرار گرفته در بازه‌ی 1kW در رک‌های معدودی مشاهده می‌شوند.
  • مصارف در بازه‌ی 2-3 kW اغلب در رک‌هایی مشاهده شده که در آن تجهیزات معمولی نصب شده اما فضای زیادی خالی باقی مانده باشد.
  • قسمتی از مصارف در بازه‌ی 5kW، توسط سرورهای 1U مصرف شده و یا شامل ترکیبی از تکنولوژی‌های مختلف است.
  • مصارف در بازه‌ی 7kW به بالا، هرچند که نادر بوده ولی مطابق اظهارات مشتریان، با افزایش‌های اخیر در ظرفیت که ناشی از پیشرفت‌های تکنولوژی در سرورهاست، در آینده متداول‌تر خواهد شد.

مقدار میانگین برق مصرفی رک‌ها در شرکت های کامپیوتری، در حدود 1.7kW می‌باشد. هرچند که در بعضی سازمان‌ها، مقدار متوسط مصرف رک‌ها، متغیر است. این سازمان‌ها در تعیین تعداد تجهیزات نصب شده در هر رک، روش‌های مختلف و متفاوتی را در پیش گرفته‌اند. بعضی از آنان، فضای زیادی را داخل رک خالی و بلااستفاده گذاشته در حالی که بعضی دیگر ممکن است تجهیزات را تا حد ممکن در هر رک جای داده و از تمام فضا استفاده کنند. در نتیجه، میانگین برق مصرفی رک از سرتاسر بازار همواره نمی‌تواند ابزار مناسبی در پیش‌بینی متوسط مصرف برق رک در همه‌ی سازمان‌ها باشد.

حد فاصل مدار بین آخرین کلید قطع اضافه جریان تا نقطه‌ی مصرف را “شاخه مدار”[2] یا “branch circuit” می‌گویند. در واقع در بیشتر کشورهای دارای برق 230V، تمامی شاخه مدارهای داخل رک برای جریان 16A طراحی شده‌اند.[3]

جدول 1: حدود توان در شاخه مدار

ولتاژ

بیشترین ظرفیت شاخه مدار

بیشترین ظرفیت kW در هر شاخه مدار

توان کلی رک برای شاخه مدار 1/2/3/4

230V

16A

3.7 kW

3.7/7.4/11/14.7

 

بیشترین توان ممکن برای رک به تعداد و نوع شاخه مدار داخل رک بستگی دارد. مشخصا بیشتر از تنها یک مدار لازم بوده تا از توان مصرفی فعلی و آتی تکنولوژی فاوا پشتیبانی کند.

با ترکیب داده‌های جدول 1 و شکل 2، نتایج زیر حاصل می‌شوند:

  • یک شاخه مدار 230V می‌تواند برق مورد نیاز متداول‌ترین رک‌های امروزی را تامین کند اما در آینده، این امر دیگر امکان‌پذیر نخواهد بود.
  • دو شاخه مدار 230V می‌توانند برق مورد نیاز تقریبا 98% از رک‌های امروزی را تامین کنند اما این امر تنها برای 90% رک‌ها در آینده امکان‌پذیر است.
  • سه شاخه مدار 230V می‌توانند تقریبا برق تمام رک‌های امروزی را تامین کنند و حتی در آینده نیز، قادر به تامین 98% از کل رک‌ها خواهد بود.

باید توجه داشت که نا‌توانی در تامین تعداد کافی شاخه مدار در رک، از عملکرد سیستم جلوگیری نمی‌کند. اگر رک دارای ظرفیت ناکافی توزیع برق باشد، برق مصرف شده در رک را می‌توان با کاستن از تعداد تجهیزات آن و انتقال آن تجهیزات به رکی دیگر، کاهش داد. هرچند که در نتیجه‌ی چنین اقدامی، کاهش استفاده‌ی مفید از فضای رک خواهد بود. این مساله برای یک رک معمولی مشکل بزرگی محسوب نمی‌شود. هزینه‌ها و منافع حاصل از گسترده ساختن مصارف در مرکز داده در گزارش “استراتژی‌های سرمایش رک‌های فوق پرظرفیت و سرورهای تیغه‌ای”[4] مطرح شده است.

سیستم برق انطباق‌پذیر در رک بدون نیاز به طراحی مجدد سیستم، قادر خواهد بود برق کافی مورد نیاز را برای پشتیبانی از بیشترین مصرف پیش‌بینی شده در هر یک از رک‌ها و در هر زمان، تامین کند. تامین دو شاخه‌ مدار 230V در هر رک می‌تواند معیار سنجشی عملی در طراحی به شمار رفته که امکان اضافه کردن مدارهای اضافی را در صورت نیاز، به آسانی فراهم می‌کند.

الزامات افزونگی

با ایجاد افزونگی و/یا تحمل خطا در سیستم برق، می‌توان بر میزان دسترسی سیستم کامپیوتری افزود. در فضاهایی با دسترسی بالا، روش مرسوم در ایجاد افزونگی همان تامین دو مسیر مستقل برق برای هر قطعه از تجهیزات کامپیوتری بوده؛ که تجهیزات نیز به نوبت، برق مورد نیاز خود را از دو ورودی برق مستقل و موازی دریافت کرده که به گونه‌ای طراحی شده‌اند تا تنها با یکی از این دو مسیر برق، نیز تجهیزات به عملکرد خود ادامه دهند. چنین سیستمی مزایای کلیدی زیر را به دنبال خواهد داشت:

  • اگر منبع برق از کار بیفتد، سیستم همچنان به کار خود ادامه خواهد داد.
  • اگر یکی از ورودی‌های برق به دلیل عملکرد نادرست تجهیزات از کار بیفتد، سیستم همچنان به کار خود ادامه خواهد داد.
  • اگر یکی از منابع تغذیه به دلیل خطای کاربر از کار بیفتد، سیستم همچنان به کار خود ادامه خواهد داد.
  • اگر منبع برق به شکلی از کار بیفتد که عملکرد منبع تغذیه یا کلید قدرت را مختل کند، تجهیزاتی که به این کلید متصلند تحت تاثیر قرار نخواهند گرفت.
  • اگر نیاز باشد یکی از ورودی‌های برق، برای تعمیر و نگهداری یا ارتقا خاموش شود، سیستم همچنان به کار خود ادامه خواهد داد.

برای اثربخشی این روش، به الزامات زیر نیاز خواهد بود:

  1. تجهیزات محافظت شده باید از ورودی‌های برق دو مسیره پشتیبانی کرده و با وجود اشکال و خرابی در یکی از آن دو، بتوانند به عملکرد خود ادامه دهند.
  2. بارگذاری کلید قدرت توسط هر مسیر برق تحت شرایط نرمال، باید کمتر از 50% از ظرفیت کلید قدرت بوده تا در نتیجه، افزایش بار ناشی از خرابی یکی از مسیرها، موجب نشود تا کلید، مدار را قطع کند. چنین حالتی از قطع مسیر جایگزین در اثر اضافه بار نیز جلوگیری خواهد کرد.

دستیابی به این دو مورد الزامات مطرح شده می‌تواند بسیار دشوار باشد. در بعضی از تجهیزات کامپیوتری تنها یک کابل برق موجود می‌باشد. از طرف دیگر، تجهیزات دیگری نیز تولید شده که سه رشته کابل و دوشاخه داشته که دو رشته از آن‌ برای عملکرد مناسب لازم است. این نوع از تجهیزات نمی‌توانند بدون یکی از ورودی های برق، به کار خود ادامه دهند. در چنین شرایطی می‌توان از یک کلید انتقال خودکار (ATS) استفاده کرد تا دو ورودی را، به یک خروجی برق تبدیل کند. چنین ATS را می‌توان یا به طور مرکزی یا به روش توزیع شده با نصب ATS در رک به همراه سایر تجهیزات حفاظت، پیاده‌سازی کرد. برای دریافت اطلاعات بیشتر به گزارش “مقایسه‌ی دسترسی در پیکربندی‌های مختلف برای افزونگی برق در رک”[5] مراجعه کنید.

سیستم برق رک قابل انطباق می‌تواند از محیط تک مسیره یا دو مسیره با تجهیزات تک، دو یا هیبرید پشتیبانی کند. علاوه بر آن، به نظارتی مستمر نیاز بوده تا از بارگذاری تمامی مدارهای کمتر از 50% ظرفیتشان و جلوگیری از قطع مدار در اثر از کار افتادن یکی از مسیرهای برق اطمینان حاصل شود.

الزامات محافظت در برابر اضافه بار

یکی از مفاهیم توزیع برق که همواره سوتفاهمات بسیاری در مورد آن وجود داشته، محافظت از شاخه مدار در برابر اضافه بار است. به هر شاخه مدار در رک باید یک کلید قدرت مستقل اختصاص داده شده و هر رک معمولی نیز به شاخه مدارهای متعددی نیاز خواهد داشت. روش‌های رایج توزیع برق رک در شکل 2 نمایش داده شده که بیانگر پیکربندی‌های مختلف در شاخه مدارهاست. در شکل 2a، یک شاخه مدار منفرد برق رک را تامین کرده است. در سیستم 10 آمپری، این چیدمان به حداکثر ظرفیت 2.3kW در ولتاژ 230V محدود شده است. جهت دستیابی به توان بالاتر در رک، به کلید قدرت و رسانای بزرگتر یا چند شاخه مدار نیاز خواهد بود. و گزینه در تامین چند شاخه مدار برای هر رک، وجود داشته که در شکل 2b و 3c نشان داده شده‌اند.

 

شکل 2: نمایش روش‌های تامین شاخه مدار در رک، نشان دهنده‌ی راه‌های جایگزین در تامین چند شاخه مدار در رک شکل 2a: یک شاخه مدار در رک شکل 2b: مدارهای چندگانه: ایجاد شاخه مدارهای مورد نیاز در PDU 2c: مدارهای چندگانه: ایجاد شاخه مدارهای مورد نیاز داخل رک
شکل 2: نمایش روش‌های تامین شاخه مدار در رک، نشان دهنده‌ی راه‌های جایگزین در تامین چند شاخه مدار در رک
شکل 2a: یک شاخه مدار در رک
شکل 2b: مدارهای چندگانه: ایجاد شاخه مدارهای مورد نیاز در PDU
2c: مدارهای چندگانه: ایجاد شاخه مدارهای مورد نیاز داخل رک

 

 

دو چیدمان آورده شده در شکل 2b و 2c، قادرند با کابل‌کشی و چیدمان شاخه مدارهای متفاوت، توان مشابهی را تامین کنند. باید توجه داشت که در شکل 2b، انشعاب برق یا همان “whip”، شاخه مدارهای متعددی را در بر می‌گیرند. این جایگزین‌های پیشنهادی مزایا و معایب قابل توجهی دارند که در جدول 2، خلاصه شده است.

 جدول 2: مقایسه‌ی دو گزینه‌ی تامین شاخه مدارهای متعدد برای رک

 

تعداد منبع تغذیه

مکان کلید قدرت

مزایا

معایب

ایجاد شاخه مدارهای مورد نیاز در PDU

یک کلید برای هر شاخه مدار مورد نیاز

تنها PDU

مجموع کمتری از کلید،

بدون مشکلات مرتبط با تنظیمات کلیدزنی،

قابلیت استفاده تمام ظرفیت ازهر مدار،

ورودی ویژه برای هر رک

مکان‌های بیشتری برای جایگذاری شاخه مدارها در PDU مورد نیاز است.

ایجاد شاخه مدارهای مورد نیاز داخل رک

تعداد کمتری ورودی به ازای هر ولت در رکها نیاز خواهد بود.

کلید های قدرت ورودی در PDU و کلید های قطع شاخه مدارها در داخل رک قرار می‌گیرند

تعداد کمتر ورودی برای رک

تعداد کمتر کلید قدرت در PDU

کلیدهای قطع مدار بیشتر برای نظارت بر اضافه بار

تنظیمات کلیدزنی اشتباه

ممکن است نتوان از تمام ظرفیت مدارها استفاده کرد.

با کلیدهای قطع بیشتر در حالت سری، قابلیت اطمینان کاهش می‌یابد.

برای تنظیمات کلیدزنی ممکن است به کابل‌کشی مجزا نیاز داشته باشد.

کاهش اندک در بهره‌وری الکتریکی به دلیل هدررفت در کلیدهای اضافی مدار

 

با نگاهی بر جدول 2 به نظر می‌رسد که با اجتناب از نیاز به ایجاد شاخه مدارها در رک، مزایای چشمگیری حاصل خواهد شد.

بیشتر کاربرانی که مدارهایی با جریان 25A و یا بیشتر به رک متصل کرده‌اند، نمی‌دانند که این مدارها همان مدارهای توزیع برق بوده اند و شاخه مدار محسوب نمی‌شوند. زمانی که از انشعابات برق دارای جریان 25A یا بیشتر استفاده شود، شاخه مدارهای معمولی با جریان 16A که برای تغذیه پریزها لازم هستند، باید با کلیدهای قدرت با ظرفیت مشخص داخل رک اجرا شوند.

با سیستم برق انطباق پذیر در رک می‌توان نیاز به کابل‌کشی، کلیدهای سری قدرت و هماهنگی های کلیدزنی را برطرف کرده که روش بهتری در تامین چند شاخه مدار برای هر رک به شمار می‌رود. در حالت ایده‌آل می‌توان به منظور ساده ساختن کابل‌کشی رک‌ها، مدارهای چندگانه را با به کارگیری یک کابل چند رشته در رک ایجاد کرد.

الزامات پریز

در حدود 99.99% از تجهیزات برق AC که در رک به کار رفته، از طریق کابل و دوشاخه استاندارد به منبع برق متصل شده و تنها درصد ناچیزی از تجهیزات باید به محل اتصال پیچ شوند. علاوه بر آن، 99% از تجهیزات فاوا در مراکز داده یک دوشاخه‌ی قابل جداسازی دارند بدان معنا که می‌توان نوع اتصال را تغییر داد. تامین کنندگان OEM در زمان ساخت سیستم‌های کامل رک، از این قابلیت بهره برده و اغلب نیز، در تمامی تجهیزات داخل رک از دوشاخه‌ی مدل IEC 60320 (پیشتر IEC-320) به همراه رابط‌های مدل IEC 60320 استفاده می‌کنند. در نتیجه، می‌توان از یک پیکربندی در سرتاسر جهان استفاده کرد. مشخصات و فراوانی تقریبی استفاده از پریز نوع IEC در جهان، در جدول 3 آورده شده است:

جدول 3: فراوانی رابط IEC استفاده شده در تجهیزات فاوا

فراوانی

نوع پریز

توضیح

محل استفاده

80%

IEC 60320(IEC-320 قبلی)

(Male)C-14  

(Female)C-13

ولتاژ 230V و آمپر 10A (تک فاز)

سرورهای کوچک، هاب، سویچ‌های اداری، مانیتورها، بلوک‌های برق، سرورهای بزرگ، روترها، بعضی از سرورهای تیغه‌ای، سرورهای بزرگ اداری

16%

IEC 60320(IEC-320 قبلی)

C-20 (Male)

C-19 (Female

ولتاژ 230V و آمپر 10A (تک فاز)

سرورهای بزرگ، روترها، بعضی از سرورهای تیغه‌ای، سرورهای بزرگ، تجهیزات ذخیره‌ساز

1%

IEC 60320(IEC-320 قبلی)

ولتاژ 230V با جریان‌های مختلف(برق تک فاز و سه فاز)

سرورهای بزرگ، روترهای بزرگ مخابراتی، تجهیزات ذخیره‌ساز

3%

دیگر مدل‌های IEC

ولتاژ 230V با جریان‌های مختلف(برق تک فاز)

سرورهای کوچک، هاب‌ها، سویچ‌های اداری، مانیتورها، بلوک‌های برق

 

با وجودی که نوع پریزها در کشورهای مختلف، متفاوت است ولی بر خلاف آمریکای شمالی، بیشتر کشورها از ولتاژ یکسانی استفاده کرده و در نتیجه بیشتر دوشاخه‌ها برای ولتاژ 230V و جریان 16A طراحی می‌شوند. این بدان معناست که یک نوع یکسان از پریز برای بیشتر تجهیزات الکتریکی از هاب کوچک گرفته تا سرورهای بزرگ مناسب است. متاسفانه، بسیاری از کارکنان IT، به جای استفاده از پریزهای IEC برای تامین برق تجهیزات خود، از پریزهای مختص همان کشور (مانندSchuko  یا  UK) استفاده کرده و تمام مزایای ممکن حاصل از استانداردسازی را از دست می‌دهند.

یکی از دلایل این کار نیز آنست که بعضی از تامین‌کنندگان تجهیزات در دو انتهای رابط بین IEC به IEC، دوشاخه‌ی برق را اضافه نمی‌کنند. حتی در مواقعی که این دوشاخه وجود داشته نیز، اکثرا از رابط جدا شده و به جای آن، از همان دوشاخه‌های متداول در همان کشور استفاده شده است. در حقیقت درک موجود از مزایای استانداردسازی به قدری ضعیف بوده که وقتی تنها دوشاخه‌ی IEC به  IEC تامین شده باشد، برخی از کارکنان فاوا از تامین‌کننده، دوشاخه‌ی مختص کشور خود را درخواست می‌کنند.

با استانداردسازی انواع پریزهای IEC، PDUها و UPSها، مدیران IT قادر خواهند بود تا با دسترسی به طرحی قابل پیش‌بینی در تامین برق که در آن تقریبا تمام تجهیزات رک از طریق دوشاخه‌ی C19 یا C13 پشتیبانی می‌شوند، بروزرسانی تجهیزات فاوا را تسهیل سازند. زمانی که چندین مرکز داده واقع در چند کشور مختلف، به طور هماهنگ مدیریت شوند، چنین مزیتی حتی ارزشمندتر از پیش نیز خواهد بود.

به طور مثال، با خرید PDU مختص هر کشور، به تامین‌کنندگان مختلفی نیاز بوده که این خود بر پیچیدگی مدیریت مرکز داده، می‌افزاید. زمان انتظار لازم برای به کار اندازی PDU با ترکیب‌هایی منحصر به فرد از دوشاخه‌، به اتلاف زمان و هزینه‌ی اضافی منجر خواهد شد. از منظر مدیریت و فهرست موجودی، با ارائه‌ی ترکیب‌های مختلف از انواع پریزها، رسیدگی به آن ها به سرعت از کنترل خارج خواهد شد. برای دریافت اطلاعات بیشتر در زمینه‌ی مزایای استانداردسازی، به گزارش “استاندارسازی و ماژولاریتی در زیرساخت‌های فیزیکی مراکز داده”[6] مراجعه شود.

تعداد دوشاخه‌هایی که در یک رک مورد نیاز بوده، بسته به تجهیزات نصب شده به شدت متغیر خواهد بود. ممکن است یک رک تنها شامل مصرف حداقلی بوده و یا بالعکس، ممکن است با (42) سرور سنتی هر یک دارای دو کابل برق برای تامین تمام 84 دوشاخه و پریز مورد نیاز باشد.

سیستم برق توسعه‌پذیر رک قادر خواهد بود تا توزیع برق متناسب با انواع مختلف پریزهای ممکن و دو ورودی برق برای حداکثر 42 پریز، را تامین کند. برای دستیابی به چنین شرایطی، به تعداد بالا و طبقه بندی این پریز ها در هر رک نیاز بوده، یا باید تعدادی جای خالی پریز که به آسانی قابل‌تغییر باشد، برای پاسخگویی به الزامات متغیر فراهم کرد.

الزامات برای هارمونیک‌ها

پیش از این، تجهیزات کامپیوتری همواره جریان‌های هارمونیکی بر خطوط توزیع برق AC تولید می‌کنند که این امر، سیستم‌های برق را نیازمند بکارگیری ویژگی‌های تخصصی چون کابل‌های خنثی با ابعاد بیش از حد نیاز و ترانسفورمرهای K-rated می‌سازد. در طول دهه‌ی 90 میلادی، قوانینی برای طراحی تجهیزات کامپیوتری تصویب شد که با کنارگذاشتن تدریجی تجهیزات قدیمی‌تر همراه شده و در نهایت، تا سال 2000، این مشکلات به کلی حذف شد. اکنون کابل‌کشی و ترانسفورماتورهای مقاوم در برابر هارمونیک در فضای برق رک‌ها نیاز نمی‌باشد. برای دریافت اطلاعات بیشتر در این زمنیه، به گزارش “خطرات ناشی از جریان‌های هارمونیک و اضافه‌بار در مدار نول”[7] مراجعه شود.

الزامات افت کارکرد (Derating)

بر خلاف آمریکای شمالی، سایرِ انواع مدارهای بین‌المللی به افت کارکرد نیاز ندارند. در نتیجه، کاربر می‌تواند از تمام جریان یا ظرفیت برق ممکن در سیستم استفاده کند. در تمام ظرفیت‌های توانِ معماری‌های توزیع برقی که در این مقاله توضیح داده شده است، مقادیر متناسب با ظرفیت کامل محسوب شده است.

الزامات کابل‌کشی

کابل‌هایی که برق رک‌ها را تامین می‌کنند، جزیی حیاتی از سیستم برق رک به شمار می‌روند. امروزه یکی از اقدامات متداول، بکارگیری کابل‌کشی برق در زیر کف است. روش کابل‌کشی برق زیر کف، موانعی در برابر انطباق‌پذیری داشته که در گزارش “بررسی مجدد و سازگاری کف کاذب در کاربردهای مراکز داده”[8] توضیح داده شده است.

در یک سیستم انطباق‌پذیر برق، کابل‌های هر رک، تمامی شاخه‌ مدارهایی مورد نیاز رک را تامین می کنند. در کابل‌کشی رک، به هیچ تغییری که ناشی از تغییر در تجهیزات باشد، نیاز نخواهد بود. همچنین برای رک‌های اضافی آتی نیز، تامین ورودی‌های برق آسان و ایمن خواهد بود.

الزامات کنترل جریان

سیستم‌های برق رک، در معرض تغییرات مداوم در بار که منتج از نصب و حذف تجهیزات و تغییرات دینامیکی برق در تجهیزات نصب شده، هستند. در چنین شرایطی، به نظارت جریان برق در شاخه مدارها نیاز بوده تا از خطرات و خرابی ناشی از اضافه بار، جلوگیری شود. این موضوع در گزارش “تغییرات دینامیکی برق در مراکز داده یا اتاق‌های شبکه”[9] به تفصیل بیان شده است.

الزامات سازگاری

به دلیل تعداد زیاد مدارهای برق در یک مرکز داده‌ی معمولی، به حداقل رساندن تنوع روش‌های توزیع برق (ظرفیت شاخه مدارها، تعداد فاز در هر انشعاب، انواع کلید قدرت، موقعیت مکانی و غیره)، بسیار سودمند خواهد بود. در حالت ایده‌آل، یک نوع یکسان از ورودی برق برای هر رک تامین شده تا انعطاف‌پذیری به حداکثر رسیده و خطای انسانی کاهش یابد.

خطای انسانی، یکی از تهدیدهای همیشگی مرکز داده محسوب شده و دلیل بسیاری از خرابی‌هاست. استانداردسازی مدار معمولی توزیع برق، که 97% مواقع نیاز مرکز داده را برطرف کرده، تنها یکی از روش‌های کاهش خطای انسانی است. با انشعاب‌های ‌استاندارد برق ، از سردرگمی کاربران کاسته شده، قطعات به حداقل رسیده و منحنی یادگیری نیز شتاب یافته که تمام این موارد، در نهایت به کاهش ریسک خطاهای هزینه‌بر می‌انجامد. 

انتخاب سیستم توزیع برق مناسب

با وجود الزامات متعدد، ترکیب‌های مختلفی از مدارهای وجود داشته که برای تامین برق رک به کار رفته و هر یک، ظرفیت کلی متفاوتی ایجاد کرده و از نظر عوامل کلیدی با بقیه، متفاوت است. حداقل 22 روش عملی متفاوت در تامین برق رک در بازه‌ی 2.3kW تا 44kW به ازای هر رک، وجود دارد. جزییات این گزینه‌ها در پیوست الف آورده شده است.

با بررسی سیستماتیک این گزینه‌ها، می‌توان دریافت که این گزینه‌ها از نظر هزینه و مزایا یکسان نیستند و بعضی از گزینه‌ها، به وضوح بهترند. در مقایسه‌ی تحلیل‌های پیوست الف با الزامات مطرح شده در قسمت قبلی، تصور می‌شود که چهار روش برتر و پایه در توزیع برق رک میان PDU ها و رک‌ها  وجود داشته که با ترکیب‌های مختلفی در هر رک به کار رفته تا توان مصرفی مطلوب مورد نظر را فراهم کند. این چهار روش عبارتند از:

  • انشعاب‌های برق‌ با جریان 16A و ولتاژ 230V
  • انشعاب‌های برق‌ با جریان 32A و ولتاژ 230V
  • انشعاب‌های برق‌ سه فاز با جریان 16A و ولتاژ 230V/400V
  • انشعاب‌های برق‌ سه فاز با جریان 32A و ولتاژ 230V/400V

در شکل 3، این چهار روش همراه پیکربندی شاخه مدارها نمایش داده شده‌اند. خصوصیات و مزایای این چهار روش از انواع توزیع برق نیز در جدول 4 آورده شده است. در این جدول، خانه‌های سایه زده شده بیانگر بهترین عملکرد برای آن خصوصیت است. اعداد حاکی از مزایای روشن توزیع برق سه فاز در رک هستند.

در تحلیل‌های این مقاله پیشنهاد شده که انشعاب ‌های توزیع برقی که شامل جریان تک فاز یا سه فاز 25A هستند، به جز در حالت اختصاصی بودن انشعاب برق، در حالات دیگر مطلوب نخواهد بود. متداول‌ترین جریان در شاخه مدارهای منتهی به رک 16A بوده و معمولا انشعاب برق با جریان 25A بهینه نبوده و دو مشکل زیر را پدید خواهد آمد:

  1. تنظیمات کلیدزنی در شاخه مدار با جریان 16A و کلید قدرت با جریان 25A دشوار بوده و در نتیجه، احتمال قطع سری مدار افزایش خواهد یافت.
  2. برای استفاده از تمام ظرفیت ورودی تک فاز 25 آمپری، به دو شاخه مدار با جریان 16A نیاز است و اگر یکی از آن دو، با تمام ظرفیت به کار گرفته شود، می‌توان دیگری را تنها با نیمی از ظرفیت استفاده کرد. چنین روشی به استفاده‌ی ناکارآمد از شاخه مدار انجامیده و علاوه بر آن، کلید اصلی قدرت ممکن است پیش از قطع شاخه مدار، باز شود.

چنانچه توسط یک یا چند انشعاب برق 16A یا سه فاز 16A، ظرفیتی بیش از آن چه گفته شد، فراهم شود، انشعاب برق سه فاز 32A بر انشعاب برق سه فاز 25A ارجحیت خواهد یافت.

 

شکل 3: نمایش چهار روش ارجح در توزیع برق رک 3a: انشعاب برق 16A و 230V 3b: انشعاب برق 32A و 230V 3c: انشعاب برق سه فاز 16A و 230V 3d: انشعاب برق سه فاز 25A و 230V
شکل 3: نمایش چهار روش ارجح در توزیع برق رک
3a: انشعاب برق 16A و 230V
3b: انشعاب برق 32A و 230V
3c: انشعاب برق سه فاز 16A و 230V
3d: انشعاب برق سه فاز 25A و 230V

جدول 4: خصوصیات چهار نوع برتر روش‌های توزیع برق رک

خصوصیات

230V 16A

230V 32A

230/400V 16A سه فاز

230/400V 32A سه فاز

نظرات

سطح kW به دست آمده از انشعاب برق 1،2،3 و 4

3.7

7.4

11

14.7

7.4

14.7

22.1

29.4

11

44.2

66.2

88.3

22.1

44.2

66.2

88.3

 

kW در هر انشعاب برق

3.7

7.4

11

22.1

 

kW در هر تابلو PDU  

3.7

7.4

3.7

7.4

 

بیشترین مقدار kW هر تجهیز فاوا

3.7

7.4

3.7

7.4

در حال حاضر، تقریبا هیچ یک از تجهیزات رک فاوایی تولید نشده که به بیش از 7.4kW برق در هر پریز نیاز داشته ولی می‌توان این شرایط را تغییر داد.

تعداد دستگاه‌های فاوای 1kW در هر انشعاب برق

3

7

11

22

توجه شود که یک ورودی برق اختصاصی تنها از یک دستگاه پشتیبانی می‌کند.

تعداد کلیدهای قدرت سری شده با مصرف کننده

1

2

1

2

 

تنظیمات کلیدزنی اشتباه

E

G

E

G

طراحی‌های 32A به شاخه‌ مدارهای اضافی در رک نیازمند است.

هزینه‌ی هر کیلو وات در ظرفیت 2kW در رک

270$

320$

515$

645$

شامل کلید قدرت اصلی، انشعاب برق و PDU رک

 

هزینه‌ی هر کیلو وات در ظرفیت 10kW در رک

81$

64$

52$

64$

شامل کلید قدرت اصلی، انشعاب برق و PDU رک

نکته: خانه‌های سایه دار بیانگر بهترین عملکرد برای آن خصوصیت است.

نکته: هزینه های انشعاب‌ برق شامل هیچ یک از هزینه های نصب نمی‌شود.

تنظیمات کلیدزنی اشتباه: عالی=E خوب=G ضعیف=P

از این روش‌ها می‌توان به دفعات برای دستیابی به ظرفیت‌های برق بالاتر در رک استفاده کرد. در شکل 4، تعداد انشعاب برق‌هایی نشان داده شده که برای افزایش ظرفیت کلی برق رک، مورد نیاز است. چهار منحنی روی نمودار بیانگر تعداد انشعاب‌های برق‌ در انواع مختلف توزیع برق است. مدار توزیع برق سه فاز با جریان 25A و ولتاژ 230V، روش مناسبی نیست ولی به عنوان روشی مرجع، در نمودار لحاظ شده است. باید توجه شود که همان طور که انتظار می‌رود، تعداد انشعاب‌های برق مورد نیاز، متناسب با ظرفیت برق رک، به طور خطی افزایش می‌یابد.  برای ظرفیت‌های برق بالاتر از 11kW در رک، برای سیستم‌های 230V با 16A یا 32A، تک فاز، تعداد این انشعاب‌های برق بیشتر خواهد شد.

توجه شود که در سیستم برق دو مسیره‌ی 2N، تعداد انشعاب‌های برق نشان داده شده در شکل 4، باید دو برابر شود.

شکل 4: تعداد انشعاب‌ها یا ورودی های برق مورد نیاز در رک به عنوان تابعی از ظرفیت برق رک
شکل 4: تعداد انشعاب‌ها یا ورودی های برق مورد نیاز در رک به عنوان تابعی از ظرفیت برق رک

انشعاب‌های برق اختصاصی

روش دیگر توزیع برق، انشعاب‌های برق احتصاصی است. هرچند که تنها وقتی تجهیزات مصرف‌کننده‌ در رک، تعداد کمی دوشاخه‌ی برق با مصرف بسیار بالا داشته، و به خصوص اگر این تجهیزات، نوع دوشاخه یا پیکربندی برق نامتداولی داشته باشند، این انشعاب‌های اختصاصی روش برتری محسوب می‌شوند. در واقع، روند مشخص کوچک سازی تجهیزات فاوا، به دو پیامد مهم زیر منجر می شود:

  • جریان و مقدار برق مصرفی افزایش‌یافته در هر یک دوشاخه‌ی تجهیزات فاوا در حال نزدیک شدن به محدوده‌ی 16 آمپری خود است. در نتیجه، rPDU های دارای چندین خروجی با یک خروجی قابل استفاده در هر فاز جایگزین شده است.
  • افزایش کابل‌کشی شبکه در پشت رک، فضای کمتری برای پریز های برق داخل رک باقی می گذارد.

این پیامدها، کارکنان عملیات فاوا را وا داشته تا در مصارف پرظرفیت، از پریز های برق داخل رک اجتناب کرده و به جای آن، از انشعاب‌های برق سه فاز اختصاصی استفاده کرده که فضای بیشتری برای کابل‌کشی شبکه باقی می‌گذارد. سرورهای تیغه‌ای مشخص و دستگاه‌های ذخیره‌ساز SAN، گزینه‌های پیشنهادی این روش محسوب می‌شوند. یک زیرسیستم بزرگ‌تر برق سرور تیغه‌ای دارای پریز برق سه فاز IEC 60309، مثالی از این سرورها به شمار می‌رود.

مزیت این انشعاب برق اختصاصی آنست که هرگز به شاخه مدار اضافی در رک نیاز نداشته که این، به افزایش قابلیت اطمینان و صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌انجامد. ایراد عمده‌ی آن نیز، عدم انعطاف‌پذیری متناسب با تغییرات آتی تجهیزات است. در جدول 5، انشعاب برق‌های اختصاصی با انشعاب‌های استاندارد 32A و 230V مقایسه شده است.

جدول 5: مقایسه‌ی دو گزینه در تامین ظرفیت بسیار بالای برق

 

تعداد انشعاب های برق

روش تغییر

مزایا

معایب

انشعاب‌ی برق استاندارد 32A و 230V

در هر 22kW یک انشعاب

آسان: با اتصال به پریزهای دارای خروجی های متفاوت در رک

خروجی‌های مختلفی برای تجهیزات کوچک یا بدون برنامه‌ریزی پیشین، فراهم شده

محدود به 22kW

انشعاب برق اختصاصی

یک انشعاب در هر کابل و دو شاخه در رک یا یک انشعاب‌ی سه فاز برای هر سه دوشاخه‌ی برق رک

دشوار: قطع برق و اجرای کابل‌کشی جدید برای PDU

بدون مشکلات ناشی از تنظیمات اشتباه کلیدزنی

بدون ریسک قطعی توسط کلید قدرت، با توجه به ارتباط 1 به 1 بین دوشاخه و کلید قدرت

توانایی کار با هر نوع کم‌یابی از پریز با هزینه کم

نیاز به برنامه‌ریزی پیشین و اطلاع از هر دوشاخه‌ی موجود در رک

بدون نیاز به اتصال خاص برای تجهیزات فاوای کوچک و فرعی

ورودی‌های برق hardwired

 

در کل، تنها وقتی باید از انشعاب برق‌های اختصاصی استفاده کرد که نتوان الزامات توان یا پیکربندی پریزها را توسط مدار استاندارد سه فاز IEC با ولتاژ  230V و جریان 32A تامین کرد یا زمانی‌ که هزینه اهمیت بیشتری از توانایی پیکربندی مجدد بعدی رک داشته باشد.

استراتژی انتخاب روش توزیع برق

با تحلیل پیش رو، می‌توان موارد زیر را در مورد روش مناسب در چیدمان شاخه مدارها نتیجه گرفت:

  1. برای تامین متوسط ظرفیت متداول در رک‌ها تا ظرفیت تقریبی 4kW در رک، از انشعاب برق تک فاز با جریان 16A و ولتاژ 230V استفاده شده و این شرایط به طور پیش فرض در هر رک تامین شود.
  2. برای تامین برق رک‌های پرظرفیت تا توان تقریبی 11kW در رک، از یک انشعاب برق سه فاز با جریان 16A و ولتاژ 230V استفاده شود.
  3. در بکارگیری سرور 1U پرظرفیت یا سرور تیغه‌ای، از یک یا دو انشعاب برق سه فاز با جریان 16A و ولتاژ 230V استفاده شود.
  4. برای مصارف خاص فوق پرظرفیتی که جریان ورودی مورد نیاز در هر کابل و دوشاخه تا بیش از 20A می‌رسد، از دو یا چند انشعاب برق سه فاز 230V با جریان 32A استفاده شود.

معماری برق انطباق‌پذیر در رک

درک روز‌افزون از مشکلات مطرح شده در این مقاله، موجب شده تا طراحان و اپراتورهای مراکز داده و اتاق‌های شبکه، از راه‌کارهای مبتکرانه‌ی خود بهره برده تا نیاز به سیستم‌های برق انطباق‌پذیر را در رک‌ها برآورده سازند. اما با این حال، روشی که از منظر تامین‌کنندگان تجهیزات نیز یکپارچه و مقرون به صرفه‌ باشد، هنوز فراهم نشده است. یک روش کاملا یکپارچه باید شامل سیستم ماژولار بوده که تمام شبکه و اجزا توزیع برق را دربرگیرد؛ این وظایف از نقطه اتصال به برق شهری AC آغاز شده و از تمام UPSها و پنل‌های برق عبور کرده و تمام مسیر برق را تا جزییات تنظیمات کلیدها و پریزهای رک شامل می شود.

اولین سیستم انطباق پذیر و یکپارچه‌ی برق رک در سال 2001 معرفی شد که در شکل 5 نمایش داده شده است. سیستم نوآورانه InfraStruXure ™ شامل اجزایی است که برای برآورده ساختن الزامات سیستم انطباق‌پذیر برق در رک طراحی شده است. این سیستم شامل انشعاب‌های چندگانه ی توزیع برق پیش‌ساخته، کلیدهای چندکاربردی و با پیکربندی‌های مختلف پریز، تنظیمات کلیدزنی و رله های مدار قدرت از پیش طراحی شده، ورودی برق یک و دومسیره قابل پیکربندی در سطح رک یا ردیف، منطقه های DC و نصب سریع بدون نیاز به سینی کشی می‌باشد. این سیستم یکپارچه را می‌توان با قطعات و اجزای از پیش آماده شده در انبار، پیکربندی کرد.

شکل 5: مثالی از سیستم انطباق‌پذیر برق رک
شکل 5: مثالی از سیستم انطباق‌پذیر برق رک

علاوه بر توانایی سیستم انطباق‌پذیر برق رک در مواجهه سریع و مقرون به صرفه با تغییر، مزایای دیگری نیز در زمینه‌ی زمان چرخه و هزینه وجود داشته که به نصب اولیه سیستم مرتبط بوده و به ساده‌سازی چشمگیر فعالیت‌های مهندسی و نصب مرتبط با طراحی مرکز داده منجر می‌شود. علاوه بر آن، انطباق پذیری سیستم برق رک موجب شده تا برآوردهای سیستم درست و متناسب با الزامات مصرف واقعی بوده و با افزایش نیاز، توسعه یابد. با برآورد درست می‌توان تا بیش از  50% هزینه‌ی چرخه عمر مرکز داده یا اتاق شبکه، صرفه جویی کرده و این مزایای اقتصادی، در گزارش “اجتناب از هزینه‌های ناشی از برآوردهای نادرست در زیرساخت‌های مرکز داده یا اتاق شبکه”[10] به تفصیل بررسی شده است.

نتیجه‌گیری

مصرف برق در هر رک در مرکز داده یا اتاق شبکه به طور قابل توجهی متفاوت بوده و تصور می‌شود که این مقدار مصرف، در طی چند سال دیگر، افزایش یابد. در طول چرخه‌ی عمر مرکز داده قطعات تجهیزات داخل رک 5 بار یا حتی بیشتر، تعویض می‌شوند. با چنین شرایطی، به سیستم توزیع برقی در رک نیاز بوده که بتواند با این الزامات متغیر، سازگار مانده و به عملکرد خود ادامه دهد. الزامات کلیدی در یک سیستم توزیع برق موثر در رک توضیح داده شده و معماری کاربردی برای برق رک ارائه شده است که توان برآورده ساختن نیازهای سیستم انطباق‌پذیر برق در رک را داشته باشد.

در این روش پیشنهادی، چهار روش اصلی برای توزیع برق و همچنین، استراتژی برای انتخاب بهترین روش از میان آن‌ها در یک نمونه نصب مورد نظر، ارائه شده و به شکلی استاندارد در آمده است. با اجرای این روش، یک سیستم توزیع برق به دست آمده که خطای انسانی را کاهش داده، قابل سازگاری با الزامات متغیر بوده، نیاز به برنامه‌ریزی پیشین را به حداقل رسانده و در نهایت، الزامات تجهیزات پرظرفیت فاوا را نیز برآورده می‌سازد.

 

 

 

پیوست الف:

تحلیلی دقیق از مجموعه فراگیری از گزینه‌های تامین برق در رک

در جدول A1، لیستی از انواع مختلف مدارهای اجرایی تامین برق رک، شامل مدارهای چندگانه، آورده شده است. موارد
آمده در جدول، به ترتیب افزایش ظرفیت برق رک مرتب شده‌اند.

جدول A1: خصوصیات پیکربندی‌های مدار برق رک

Kw کلی

نوع مدار

تعداد انشعاب

انشعاب/kW

تعداد قطب‌ها

قطب/kW

حداکثر kW هر مصرف‌کننده

تعداد کلید قدرت

تنظیمات کلیدزنی

2.3

230V 10A

1

2.3

1

2.3

2.3

1

E

3.7

230V 16A

1

3.68

1

3.7

3.68

1

E

4.6

230V 10A

2

2.3

2

2.3

2.3

2

E

5.8

230V 25A

1

5.75

1

5.8

5.75

3

P

6.9

230V 10A

3

2.3

3

2.3

2.3

3

E

6.9

230V/400V 10A 3ph

1

6.9

3

2.3

2.3

3

E

7.4

230V 32A

1

7.36

1

7.4

7.36

3

G

7.4

230V 16A

2

3.68

2

3.7

3.68

2

E

11.0

230V/400V 16A 3ph

1

11

3

3.7

3.68

3

E

11.0

230V 16A

3

3.68

3

3.7

3.68

3

E

11.5

230V 25A

2

5.75

2

5.8

5.75

6

P

13.8

230V/400V 10A 3ph

2

6.9

6

2.3

2.3

6

E

14.7

230V 32A

2

7.36

2

7.4

7.36

6

G

17.3

230V/400V 25A 3ph

1

17.3

3

5.8

5.75

9

P

17.3

230V 25A

3

5.75

3

5.8

5.75

9

P

20.7

230V/400V 10A 3ph

3

6.9

9

2.3

2.3

9

E

22.1

230V/400V 32A 3ph

1

22.1

3

7.4

7.36

9

G

22.1

230V/400V 16A 3ph

2

11

6

3.7

3.68

6

E

22.1

230V 32A

3

7.36

3

7.4

7.36

9

G

33.1

230V/400V 16A 3PH

3

11

9

3.7

3.68

9

E

34.5

230V/400V 25A 3PH

2

17.3

6

5.8

5.75

18

P

44.2

230V/400V 32A 3PH

2

22.1

6

7.4

7.36

18

G

تنظیمات کلیدزنی اشتباه: E=عالی  G=خوب  P=ضعیف

گزینه‌های آمده در جدول فوق، محدود به 3 انشعاب برق هستند و تنها شامل مدارهای چندگانه‌ای است که پیکربندی تمام انشعاب‌ها در آن، یکسان است. انشعاب‌های اختصاصی ممکن است ترکیبی از انشعاب‌های لیست بالا در هر رک، باشند.

در عین جامع بودن این لیست، اگر هدف تامین برق در رک‌های پرظرفیت باشد، بعضی از ترکیبات مشخصی از آن را می‌توان حذف کرد. سیستم برق در مصارف پرظرفیت باید بتواند برق مورد نیاز هر مصرف تا حداقل 3 کیلو واتی را نیز تامین کرده چرا که بسیاری از مصارف پرظرفیت، به توانی تا حد 3Kw نیاز دارند. در بسیاری از کشورها با برق 230V، تقریبا تمامی شاخه‌ مدارهایی که رک‌های را تغذیه می‌کنند، برای تجهیزات با جریان 16A در نظر گرفته شده است. با توجه به این موضوع، می‌توان گزینه‌های انشعاب برق 10A را حذف کرد. علاوه بر آن، سیستم برق برای مصارف پرظرفیت نباید دارای نسبت کلیدزنی نامناسبی باشد. با حذف گزینه‌هایی که با این معیارها مطابقت ندارند، این لیست به لیست جدول A2 تغییر می‌یابد.

جدول A2: خصوصیات پیکربندی‌های مدار برق رک مناسب برای مصارف پرظرفیت

Kw کلی

نوع مدار

تعداد انشعاب

انشعاب/kW

تعداد قطب‌ها

قطب/kW

حداکثر kW هر مصرف‌کننده

تعداد کلید قدرت

تنظیمات کلیدزنی

3.7

230V 16A

1

3.68

1

3.7

3.68

1

E

7.4

230V 32A

1

7.36

1

7.4

7.36

3

G

7.4

230V 16A

2

3.68

2

3.7

3.68

2

E

11.0

230V/400V 16A 3ph

1

11

3

3.7

3.68

3

E

11.0

230V 16A

3

3.68

3

3.7

3.68

3

E

14.7

230V 32A

2

7.36

2

7.4

7.36

6

G

22.1

230V/400V 32A 3ph

1

22.1

3

7.4

7.36

9

G

22.1

230V/400V 16A 3ph

2

11

6

3.7

3.68

6

E

22.1

230V 32A

3

7.36

3

7.4

7.36

9

G

33.1

230V/400V 16A 3PH

3

11

9

3.7

3.68

9

E

44.2

230V/400V 32A 3PH

2

22.1

6

7.4

7.36

18

G

تنظیمات کلیدزنی اشتباه: E=عالی  G=خوب  P=ضعیف

 

[1] –  White Paper 63, AC vs. DC for Data Centers and Network Rooms

[2] – انتخاب عبارت “شاخه مدار” برای مفهوم فوق، از نظر فنی مطلوب نمی باشد اما با توجه به تواتر استفاده، انتخاب شده است. (م)

[3] – توجه شود که مدارهای 25A و 32A نیز به رک‌ها فرستاده می‌شوند اما این مدارها، تامین‌کننده هستند و شاخه مدار محسوب نمی‌شوند چرا که همان طور که در ادامه توضیح داده خواهد شد، به کلیدهای برق اضافی نیاز دارند. تنها دستگاه‌ای معدودی در رک هستند که می‌توانند مستقیما به شاخه مدار 25A و یا 32A متصل شوند که این دستگاه‌ها، معمولا همان سرورهای تیغه‌ای، روترها و یا سرورهای خارج از رک یا دستگاه‌های ذخیره‌ساز هستند.

[4] – White Paper 46, Cooling Strategies for Ultra-High Density Racks and Blade Servers

[5] – White Paper 48, Comparing Availability of Various Rack Power Redundancy Configurations

[6] – White Paper 116, Standardization and Modularity in Data Center Physical Infrastructure

[7] –  White Paper 26, Hazards of Harmonics and Neutral Overloads

[8] – White Paper 19, Re-examining the Suitability of the Raised Floor for Data Center Applications

[9] – White Paper 43, Dynamic Power Variations in Data Centers and Network Rooms

[10] – White Paper 37, Avoiding Costs from Oversizing Data Center and Network Room Infrastructure

درج دیدگاه

برای درج دیدگاه کلیک کنید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سوال امنیتی *