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MANFRED FAHR, RALPH SCHMIDHAUSER, JOHN RABER –
Rechenzentren gehören zu den am wenigsten sichtbaren und gleichzeitig wichtigsten Teilen unserer modernen Infrastruktur. Die dort gespeicherten Informationen – Bank-daten, Patientenakten, Unternehmensdaten, Rentenunter-lagen, Steuer erklärungen, die Schätze sozialer Medien (auf Facebook werden täglich über 300 Millionen neue Fotos hochgeladen) und eine Fülle weiterer Daten – sind, in unterschied lichem Maße, für das moderne Leben wichtig. Die Gesellschaft ist mittlerweile so abhängig von Rechen-
zentren, dass eine 100%ige Verfügbarkeit zu einem wesent-lichen Aspekt ihres Betriebs geworden ist. Doch trotz aller Vorkehrungen beim Design und Betrieb von Rechen zentren kann es immer wieder zu längeren Ausfällen der externen Stromversorgung kommen. Solche Blackouts führen zu Datenverlust, Nichtverfügbarkeit wichtiger Dienste, Risiken für die Hardware und manchmal auch zu finanziellen Einbußen in Millionenhöhe. Aus diesem Grund spielen zuverlässige Notstromsysteme für die Rechenzentrums-branche zunehmend eine missionskritische Rolle.
Notstrom-Versorgungssysteme von ABB für Rechenzentren
Zuverlässige Reserven
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SkalierbarkeitBei der Auslegung moderner Reserve-stromsysteme ist Skalierbarkeit ein abso-lutes Muss. Die Steuerungs- und Versor-gungssysteme müssen nahtlos mit einem steigenden Energiebedarf mitwachsen und an veränderte Bedürfnisse und Prio-ritäten der Kunden angepasst werden können. Dies muss jedoch ohne Beein-trächtigung der Qualität oder Zuverläs-sigkeit und ohne Systemabschaltungen möglich sein.
Oftmals sehen die Geschäftsmodelle von Rechenzentren im Laufe der Zeit eine schrittweise Erweiterung vor. Ein moder-nes Notstromsystem muss so ausgelegt sein, dass es vom Erstbetrieb bis zur letz-ten Ausbaustufe die volle Funktionalität bietet. Dies erfordert eine sorgfältige Pla-
nung des Versorgungskonzepts, der Kom-munikationsstruktur, der Steuerungssyste-me und der Gebäudeinfrastruktur. Stan- dardisierte Komponenten, die aufwärts und abwärts kompatibel sind und eine langfristige Verfügbarkeit bieten, ermög-lichen Änderungen und Erweiterungen über viele Jahre hinweg, ohne dass ganze Systeme ausgetauscht werden müssen.
rungssystemen sind jedoch häufig zu stark vereinfacht und mangelhaft ausge-führt. Dies führt zu internen und „hausge-machten“ Bedrohungen, die unterschätzt oder gar völlig übersehen werden. Nicht standardisierte Steuerungssysteme und unpassende oder minderwertige System-komponenten können zu kritischen Ausfallpunkten (Single Points of Failure) führen, wodurch sich das Ausfallrisiko ausgerechnet dann erhöht, wenn eine zu-verlässige Stromversorgung am meisten gebraucht wird. Auch mangelhafte Instal-lationspraktiken können teuer werden. So wurde kürzlich ein globaler internetbasier-ter Anbieter zu einer Strafe von über einer halben Million US-Dollar verurteilt, weil er im US-Bundesstaat Virginia Dieselgenera-toren installiert und wiederholt betrieben hatte, ohne die erforderlichen Umwelt-genehmigungen ein- geholt zu haben [1]. Unsachgemäß ins-tallierte Notstrom-aggregate werden generell zu einem Problem.
Kurz gesagt hängen die Leistungsfähig-keit, Funktionalität und Zuverlässigkeit je-des Notstromsystems stark von den Fähig-keiten des Steuerungssystems, der Qualität aller Systemkomponenten und der Profes-sionalität der Installation ab. Darüber hin-aus müssen bei der Entwicklung erstklassi-ger Notstromkonzepte alle Anforderungen und Vorzüge berücksichtigt werden, nicht nur die technischen Merkmale ➔ 1.
Äußere Bedrohungen für das Stromnetz lassen sich nur schwer oder unmöglich kont-rollieren. Jedes Jahr verur-
sachen Stürme und Unwetter – wie der jüngste Supersturm Sandy in den USA – erhebliche Stromausfälle, die viele Not-stromsysteme über ihre Leistungsgren-zen hinaus belasten. Baubedingte Vorfälle sind eine weitere häufige Ursache für Stromausfälle. Doch auch ohne solche Ereignisse haben Energieversorger häufig mit alternden, zunehmend dezentralisier-ten und unberechenbaren Stromnetzen zu kämpfen. Für Rechenzentren sind äußerst zuverlässige Notstrom-Versor-gungssysteme daher unverzichtbar.
Qualität ist oberstes GebotDie meisten Rechenzentren nutzen unter-brechungsfreie Stromversorgungen (USVs) in Kombination mit Notstrom-Diesel-generatoren (Notstromaggregaten) zum Schutz gegen Unterbrechungen oder den vollständigen Ausfall der Stromversor-gung. Das Design und die Installation von Notstromaggregaten und deren Steue-
1 Notstromaggregate von ABB bieten eine zuverlässige Reservestromversorgung für Rechenzentren.
TitelbildRechenzentren, die eine 100%ige Verfügbarkeit anstreben, benötigen für den Fall, dass die externe Stromversorgung für längere Zeit ausfällt, ein äußerst zuverlässiges Notstromsystem. Welche Eigenschaften muss ein solches System besitzen?
Das Herzstück des ABB- Notstromkonzepts bildet die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS).
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sorgungsgruppen zu steuern und mit anderen Steuerungssystemen, einzelnen Verbrauchern, USVs, Schaltanlagen und Prozessleitsystemen zu kommunizieren. Die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit eines Stromversorgungssystems hängen in hohem Maße von der Qualität und den Fähigkeiten des Steuerungssystems und seinen Komponenten ab bzw. werden dadurch begrenzt.
Die SPS ist ein wichtiger Bestandteil jedes kritischen Stromversorgungskon-zepts und stellt einen einzelnen Ausfall-punkt dar, dessen Versagen katastro- phale Folgen haben kann. Um dieses Risiko zu mindern, basieren die Steue-rungssysteme von ABB auf standardi-sierten Komponenten und sind mit allen anderen relevanten ABB-Produkten kompatibel. So können jederzeit ohne Unterbrechung konzeptionelle Änderun-gen, Funktionalitätsupgrades und Kapa-zitätserweiterungen vorgenommen wer-den, ohne die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit des Systems zu beein-trächtigen.
Zuverlässigkeit und VerfügbarkeitABB entwickelt und liefert nicht nur voll-ständig integrierte Produkte für die Not- und Reservestromversorgung, sondern auch komplette schlüsselfertige Syste-me. Die Tatsache, dass Planung, Engi-neering und Installation des gesamten Systems einschließlich der Hilfseinrich-tungen in einer Hand liegen, ermöglicht eine nahtlose Integration, erleichtert zu-künftige Erweiterungen und vereinfacht den Service und die Instandhaltung, während die verringerte Zahl an Schnitt-stellen für eine hohe Zuverlässigkeit
ABB-Systemkonzepte sind darauf aus-gelegt, schrittweise Erweiterungen oder Änderungen ohne Systemabschaltungen zu unterstützen. Außerdem ermöglichen sie das unabhängige Testen neuer Er-weiterungsstufen, ohne den laufenden Rechenzentrumsbetrieb zu gefährden.
KritikalitätKonzepte und Philosophien zur Kritikali-tät der Stromversorgung unterscheiden sich von Branche zu Branche erheblich, und in vielen Fällen haben Kunden ganz individuelle Vorstellungen. Darüber hin-aus können Verbraucher nicht mehr ein-fach danach eingeteilt werden, ob sie nur durch eine USV unterstützt werden, ein Notstromsystem benötigen oder nur vom Stromnetz gespeist werden. Stattdessen muss unterschieden werden, ob die Ver-braucher mittelfristige, kurze oder über-haupt keine Unterbrechungen der Versor-gung tolerieren. Dies hat Auswirkungen auf das Konzept des Notstromsystems sowie die Auswahl und Dimensionierung der Systemkomponenten. Die Zuverläs-sigkeit kann weiter erhöht werden, indem die Zahl der weniger kritischen Verbrau-cher reduziert und nur die wichtigsten Server versorgt werden.
Steuerung der NotstromversorgungDas Angebot von ABB im Bereich der Notstromversorgung umfasst neue Anla-gen sowie die Modernisierung kompletter Steuerungssysteme für Notstromversor-gungsgruppen und Hauptverteilungssys-teme. Das Herzstück des ABB-Notstrom-konzepts bildet die speicherprogram- mierbare Steuerung (SPS) ➔ 2–4. Die SPS hat die Aufgabe, die Dieselmotoren und Generatoren der einzelnen Notstromver-
2 Die ABB-Steuerschränke bilden das Herzstück des Notstromversorgungskonzepts.
Die Leistungsfähig-keit, Funktionalität und Zuverlässigkeit jedes Notstrom-systems hängen stark von den Fähigkeiten des Steuerungssys-tems, der Qualität aller Systemkom-ponenten und der Professionalität der Installation ab.
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Die modernsten Stromversorgungstech-nologien für Rechenzentren basieren auf Gleichstrom (DC). Einer der führenden Dienstleister für Informations- und Kom-munikationstechnik (IKR) in der Schweiz, green.ch, hat ABB mit der Entwicklung und Installation eines fortschrittlichen DC-Stromverteilungssystems für ein neu-es, modernes Rechenzentrum beauftragt (siehe auch Seite 16–21 in diesem Heft). Gleichstromtechnik reduziert die Um-wandlungsverluste und ist bei der Strom-verteilung in Rechenzentren um 10 bis 20 % energieeffizienter als herkömmliche Wechselstromtechnik (AC). DC-Systeme sind zudem weniger komplex und benöti-gen weniger Platz, was die Ausrüstungs-, Installations-, Immobilien- und Wartungs-kosten senkt und Einsparungen bei den Gesamtanlagenkosten von bis zu 30 % ermöglicht. Im Rechenzentrum von green.ch kommen Notstromaggregate von ABB zum Einsatz ➔ 5.
Die fortschrittliche SPS AC500 im Herzen des Leitsystems vom Typ ABB Master dient als Schnittstelle zum Infrastruktur-Management-System für Rechenzentren (DCIM) Decathlon von ABB. Integrierte Kommunikationsringe auf Lichtwellen-leiterbasis ermöglichen eine kontinuier-liche Kommunikation des Controllers für
sorgt. Durch die Bündelung von elektri-schen Systemkomponenten wie Nieder- und Mittelspannungs-Schaltanlagen, Trans- formatoren und Steuerungssystemen mit Hilfssystemen wie Kraftstoffsysteme, Auspuffanlagen, Belüftung und Kühlung in einem einzigen Auftrag braucht sich der Kunden keine Gedanken um Liefe-rung, Integration, Inbetriebnahme, War-tung und Service zu machen.
Hochwertige standardisierte Produkte verkürzen außerdem die Servicezeiten bei der Wartung oder bei Störungen. Die Komponenten können schnell und ein-fach ersetzt werden, der Service wird vereinfacht, und einige Module können sogar bei laufendem Betrieb getauscht werden.
Fortschrittliche TechnikABB kann bei der Entwicklung von Not-stromkonzepten auf eine breite Palette von Technologien zurückgreifen. Ein äußerst leistungsfähiges und skalier-bares Steuerungssystem ermöglicht den Einsatz von Technologien wie rotieren-den Diesel-USV-Anlagen oder sogar die Integration von Druckluft-Energie-speicherlösungen.
3 Steuerschränke können bei einem Ausbau des Rechenzentrums einfach erweitert werden. Für Rechenzentren sind äußerst zuver-lässige Notstrom-Versorgungssyste-me unverzichtbar.
Zuverlässige Reserven
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Analysen und dreiachsige Rütteltisch-prüfungen geprüft und zertifiziert werden.
Der IBC ist in Nordamerika weit verbrei-tet, und ABB hat bereits viele der darin enthaltenen Standards in ihren Produkten ungesetzt.
Alle stationären industriellen gas- (IGLC) und dieselbetriebenen (IDLC) Stromag-gregate mit Flüssigkeitskühlung von ABB erfüllen die IBC-Anforderungen zur Wind-lastbeständigkeit. Diese variieren je nach Expositionskategorie und Belegung. So verlangt ein lebenswichtiges Gebäude wie ein Krankenhaus einen höheren Sicher-heitsfaktor als eine Fertigungsanlage oder ein Einkaufszentrum. Zur Bestim-mung der Windwiderstandsfähigkeit der Aggregate in verschiedenen Situationen wurde eine mathematische Modellierung verschiedener Szenarien und der damit verbundenen Belastungen durchgeführt.
Die Generatoren von ABB entsprechen außerdem dem Sicherheitsstandard UL 2200 des Underwriters Laboratory (UL). UL 2200 ist die am weitesten verbreitete Sicherheitszertifizierung in den USA. Wird das Aggregat mit 600 V oder weniger be-trieben und ist es für die Installation und Verwendung an normalen Standorten ge-
die Notstromversorgung mit den vor- und nachgelagerten Systemen und Kompo-nenten. Der Kunde kann die Notstrom-systeme lokal überwachen, analysieren und steuern und bei Bedarf die Versor-gungssicherheit und den Betrieb aus der Ferne optimieren.
Dienste zur Fernüberwachung und -be-nachrichtigung wurden entwickelt, um kritische Informationen auf tragbare Geräte wie Mobiltelefone weiterzuleiten. Dies ermöglicht eine sofortige Reaktion auf Bedrohungen und erleichtert die Pla-nung präventiver Maßnahmen, um eine 100%ige Verfügbarkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus kann der Stromversorger per Fernzugriff auf das System zugreifen und in Spitzenlastzeiten zusätzlichen Strom hinzukaufen.
Hochwertige DieselmotorenABB nutzt ausschließlich hochwertige Dieselmotoren von angesehenen OEM-Herstellern (Original Equipment Manufac-turer), um die strengsten Umweltauflagen erfüllen oder gar übertreffen zu können. Durch geeignete Auspuffanlagen können die Emissionen und Geräuschpegel der Motoren weiter reduziert werden.
Die Notstromaggregate von ABB entspre-chen den im International Building Code (IBC) festgelegten Vorschriften zur struk-turellen Integrität. Der IBC ist eine umfas-sende Sammlung von baulichen Anforde-rungen, die dabei helfen, Verletzungen und Schäden bei Erdbeben und ähnlichen Ereignissen zu verhindern. Der IBC und andere Bauvorschriften verlangen, dass missionskritische Systeme bei einer Kata-strophe den gleichen Kräften standhalten wie die Gebäude, in denen sie sich be-finden. Um die Standards zur Erdbeben-festigkeit gemäß IBC zu erfüllen, muss eine solche Anlage durch seismische
Hochwertige standardisierte Produkte verkürzen die Servicezeiten bei der Wartung oder bei Störungen. Die Kom-ponenten können schnell und einfach ersetzt werden, der Service wird verein- facht, und einige Module können sogar bei laufendem Betrieb getauscht werden.
4 Das Innere eines Steuerschranks
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mäß dem National Electric Code NFPA-70 vorgesehen, kann es nach UL 2200 ausgeführt werden. Das bedeutet, dass die Einheit rigorosen Prüfungen unterzo-gen wurde, um sicherzustellen, dass sie eine längere Betriebszeit (Uptime) auf-weist, höhere Sicherheitsstandards erfüllt und eine geringere Ausfallwahrschein-lichkeit besitzt als eine entsprechende nicht zertifizierte Einheit.
GeschäftsmodelleDa Notstromsysteme für Rechenzentren bedeutende Investitionen darstellen, kann eine flexible Bereitstellung und Finanzie-rung fast ebenso wichtig sein wie die technischen Spezifikationen. Leasing- und Full-Service-Modelle ermöglichen z. B. eine genaue Planung der Betriebs-ausgaben und die Vermeidung unerwar-teter Kosten, während gleichzeitig ein
Höchstmaß an Zuverlässigkeit gewähr-leistet ist. Andere Finanzierungsmodelle beinhalten Upgrades, Erweiterungen und neue Technologieplattformen. Mietmodel-le vermeiden hohe Investitionsausgaben, unterstützen eine schnelle Projektaus-führung, bieten Flexibilität für zukünftiges Wachstum und ermöglichen eine klare und einfache Kontrolle der Finanzen.
Die technischen und finanziellen Konzep-te lassen auch Übergangslösungen zu. So kann zusätzlicher Bedarf einfach durch die Bereitstellung temporärer Versorgungseinheiten gedeckt werden, während Versorgungslücken bei Erweite-rungsarbeiten bequem durch containeri-sierte Systeme überbrückt werden kön-nen, ohne dass riskante und kostspielige Abschaltungen oder Beeinträchtigungen der Verfügbarkeit in Kauf genommen werden müssen.
Mit steigender Anzahl und Größe von Rechenzentren werden auch immer fort-schrittlichere und leistungsfähigere Not-stromsysteme erforderlich. ABB wird diese Technologie weiterentwickeln, um sicherzustellen, dass Rechenzentren auch künftig die an sie gestellten Anforde-rungen erfüllen und ihren Kunden eine 100 %ige Verfügbarkeit bieten können.
Manfred Fahr
Ralph Schmidhauser
ABB Low Voltage Products
Lenzburg, Schweiz
John Raber
Baldor Electric Company,
ein Unternehmen des ABB-Konzerns
Oshkosh, WI, USA
Literaturhinweis[1] New York Times (2012): „Power, Pollution and
the Internet“. http://www.nytimes.com/2012/09/23/technology/data-centers-waste-vast-amountsof-energy-belying-industry-image.html?pagewanted=all&_r=0 (abgerufen am 1. August 2013)
5 Stromaggregate und Hauptsteuerschränke (im Hintergrund), wie sie an green.ch geliefert wurden
Bei der Auslegung moderner Reserve-stromsysteme ist Skalierbarkeit ein absolutes Muss.
Zuverlässige Reserven
