Sichere Daten in Rechenzentren durch 24/7 elektrischer Überwachungslösungen

Elektrische Überwachungslösungen für Rechenzentren: 24/7 Verfügbarkeit mit konstanter Stromversorgung und Fehlerstromüberwachung

Elektrische Überwachungslösungen für Rechenzentren

Verfügbarkeit in Rechenzentren

Die Zuverlässigkeit der in Rechenzentren gespeicherten Daten hängt von vielen unterschiedlichen Bedingungen ab. So z. B. von der Energieversorgung und Betriebssicherheit der Stromversorgung. Diese Bedingungen müssen zur Erreichung der Stufen Tier 1 - 4 ständig überwacht werden. Dabei ist es ratsam, Parameter der Netzqualität, der Energie und der Fehlerstromerkennung gemeinsam zu überwachen.

Das Problem

Verschiedene Studien haben gezeigt, dass Probleme mit der Netzqualität Kosten verursachen, die jedes Jahr in die Milliarden gehen. Schon im Jahr 2007 schätzte die Umfrage Pan-European LPQI Power Quality Survey, dass sich der Schaden jährlich auf umgerechnet 150 Milliarden Dollar beläuft. In der Zwischenzeit sind die damit für jeden einhergehenden Herausforderungen ständig gestiegen.
Und das gilt besonders für Rechenzentren.

Die Anforderung

Bei der Planung der Energieversorgung eines Rechenzentrums sind viele Anforderungen zu
berücksichtigen:

• Sicherer Standort hinsichtlich Energieversorgung und Umweltbedingungen
• Hohe Energieeffizienz zur Minimierung der Betriebskosten
• Maximale Verfügbarkeit durch Redundanzen (USV, Generatoren)
• Hohe Sicherheit (Brandschutz, Zugang, Abwehr von Cyberattacken)
• Systemstabilität und Zuverlässigkeit der verwendeten Geräte
• Möglichkeit für spätere Expansion
• Kompatibilität mit der Norm z.B. nach DIN EN 50600 etc.

Mögliche Lösungen:

• Investitionssicherung durch Netzqualität (PQ)
• Anlagenschutz durch Differenzstron-Überwachung (RCM)
• Gewinnmaximierung durch Entkarbonisierung

Investitonssicherung durch Netzqualität (PQ)

Abbildung 1: Netzqualität vereinfacht (Quelle: Camille Bauer Metrawatt AG)

Die Kopfschmerzen werden hierdurch verursacht:

• Eine beachtliche Steigerung der Störquellen im elektrischen Netz, z.B. LEDs, Computer, Frequenzumformer usw.
• Eine dezentrale Einspeisung, die das Netz instabil macht
• USV unter geringer Last («pfeifen» der USV)
• Oberwellen

Mögliche Auswirkungen der Fehlfunktionen:

• Moderne Anlagen reagieren oftmals empfindlich (z. B. Störung, Ausfall, Defekt usw.)
• Die verwendeten Messgeräte erkennen die Störungen nicht schnell genug

Korrektur und Prävention:

• Bestimmung der aktuellen Situation durch Messungen
• Erkennen der Änderungen im Laufe der Zeit
• Bestimmung der Störquellen bevor ein Schaden auftritt
• Einrichtung eines Frühwarnsystems
• Durchführung korrigierender Massnahmen
• Überwachung der Wirkung der Massnahmen

Das Ziel: Vermeidung von Ausfallzeiten, teuren Produktionsverlusten und unnötigen Redundanzen.

Es ist wichtig, Fehlfunktionen zu vermeiden

Die Verwendung investitionslastiger Redundanzen sollte diese Fehlfunktionen in Rechenzentren eigentlich vermeiden, aber durch die von anderen Verbrauchern verursachten widrigen Bedingungen und unsymmetrischen Lasten werden die Grenzwerte ständig überschritten. Deshalb wird die permanente Überwachung der Netzqualität immer entscheidender. Je nach Grösse eines Rechenzentrums kann es angebracht sein, die Einspeisung des Energieversorgers (Point of Common Coupling - PCC), alle geschützten Versorgungsbereiche oder die Einspeisung der Notstromsysteme zu überwachen.

Anlagenschutz durch Differenzstrom-Überwachung (RCM)

Abbildung 2: Differenzstrom-Überwachung (Quelle: Camille Bauer Metrawatt AG)

Das Risiko

• Differenzströme (Residual Current Monitoring - RCM) in Niederspannungsnetzen (z.B. Rechenzentren), die nicht oder zu spät erkannt werden, stellen ein wesentliches Sicherheitsrisiko dar.
• Fehlerströme und Verfall der Isolation werden durch defekte / schlechte Komponenten hervorgerufen (z.B. Schaltnetzteile, LEDs, Serversysteme, PV usw.)
• Im Rechenzentrum sollte / darf bei einem Fehler nicht abgeschaltet werden!
• Überhitzte Kabelisolierung verursacht ein Brandrisiko!

Der Vorteil

• Zeitaufwendige manuelle Überprüfungen werden nicht mehr benötigt (Abschaltthema)
• Kontinuierliche Überwachung anstatt Status-Quo
• Rechtliche Sicherheit hinsichtlich Gesetz, Wirtschaftsprüfern (Vermögensschutz) und Versicherungsgesellschaften

Das Ziel: Schadensvermeidung an Mensch und Equipment

GEWINNMAXIMIERUNG DURCH ENTKARBONISIERUNG

Worum es hier geht

Die Energie-Effizienz (Power Usage Effectiveness - PUE) ist eine zum Industriestandard gewordene technische Kennzahl für die Energie-Effizient eines Rechenzentrums. Der PUE-Wert bestimmt das Verhältnis zwischen der gesamten verbrauchten elektrischen Energie (gesamter Energieverbrauch) und der für die IT-Infrastruktur (Server, Speicherung, Schalter usw.) verbrauchten elektrischen Energie. Dies bedeutet, dass der PUE-Wert die Effizienz des Energieverbrauchs innerhalb eines gewissen Zeitraums bestimmt.

Wenn der PUE-Wert das Verhältnis zwischen den gesamten Energieausgaben eines Rechenzentrums und dem Energieverbrauch der Computer-Infrastruktur angibt, dann fliesst die gesamte Energie in einen theoretischen PUE Wert von 1 ein. In der Praxis werden Werte bis 1,2 als sehr effizient angesehen. Das bedeutet, dass 20 Prozent der Energie ineffizient verbraucht werden.

Neben der Energie-Effizienz (PUE) gewinnen weitere Normen immer mehr an Bedeutung, beispielsweise EN DIN 50600 und TIA-942. Die EU fördert nun auch aktiv Europas Übergang zu einer kohlenstoffarmen Gesellschaft und ändert die Richtlinien, um die notwendigen privaten und öffentlichen Investitionen in saubere Energie zu ermöglichen. Sogar beim Weltwirtschaftsforum 2020 wurde ein Schweizer Effizienz-Label für Rechenzentren mit dem Ziel angekündigt, die Rechenzentren in der Schweiz zu dekarbonisieren und den gesamten Energieverbrauch drastisch zu senken.

Abbildung 3: Rechenzentrum (Quelle: Camille Bauer Metrawatt AG)

Die Lösung

Überwachung der folgenden Werte in beispielsweise dem Hauptverteiler, Unterverteiler usw. bis zum Server-Rack:

• Langzeit-Energieverbrauch
• Durchschnittswerte der Wirkleistung, Blindleistung und Scheinleistung
• Lastprofil
• Trend des Energieverbrauchs
• Genaue metrologisch zertifizierte Energiewerte und Netzqualitätsüberwachung zur Energieeinsparung

Letztendlich geht es bei dieser Überwachung darum, die Effizienz des Energieverbrauchs zu steigern.

Das Ziel: Ihr Rechenzentrum wird "grüner".