رده بندی مرکز داده از دیدگاه الکتریکی

مقدمه:

در این مقاله به معرفی رده‌های مراکزداده(دیتاسنتر، Data Center) از دیدگاه الکتریکی می‌پردازیم.که شامل 4رده می‌باشد:

• رده ی1 (الکتریکی)مرکزداده

تاسیسات رده یک، سطح حداقلی از توزیع برق را ارائه می‌کند که الزامات بار الکتریکی سیستم را با مقدار کمی افزونگی و یا بی‌هیچ افزونگی تامین کند.

سیستم‌های الکتریکی تک‌مسیر هستند و به همین دلیل خرابی یا تعمیر یک تابلوی برق یا تغذیه‌کننده می‌تواند موجب وقفه در عملکرد همه یا بخشی از عملیات مرکزداده شود. در این رده نیازی به هیچ گونه افزونگی در ورودی سرویس برق نیست.

ژنراتورها ممکن است به صورت منفرد یا موازی درحد تامین ظرفیت نصب شده باشند، اما هیچ گونه الزامات افزونگی وجود ندارد.

معمولاً یک یا چند سوییچ انتقال اتوماتیک جهت تشخیص قطع برق عادی، روشن کردن ژنراتور(ها) و انتقال بار به آنها استفاده می شود.

برای این منظور سوییچ‌های انتقال اتوماتیک نوع (isolation-bypass)ATSs یا فیوزهای انتقال اتوماتیک استفاده می شوند، ولی نیازی به استفاده از آنها نیست.

نصب شبیه سازهای بار دائمی جهت تستUPS و ژنراتور هم نیاز نیست. ولی تدارکات لازم برای اتصال شبیه سازهای بار قابل حمل موردنیاز است.

سیستم منبع تغذیه‌ی بدون وقفه(یو پی اس، UPS) می‌تواند به صورت یک دستگاه منفرد یا چند دستگاه موازی درحد تامین ظرفیت نصب گردد.

می‌توان تکنولوژی‌های UPS (یو پی اس)ایستا، چرخشی یا ترکیبی و همچنین طراحی Double conversion یا Line Interactive را به‌کار برد. سازگاری سیستم UPS (یو پی اس)با سیستم ژنراتور نیاز است.

سیستم UPS(یو پی اس) باید ویژگی bypass در زمان نگهداری داشته باشد تا سیستم‌ها در هنگام تعمیر یا نگهداریUPS (یو پی اس) به فعالیت خود ادامه دهند.

استفاده از تابلوهای برق و ترانسفورماتورهای مجزا، جهت توزیع برق به بارهای الکتریکی حساس، در مراکزداده (دیتا سنتر، Data Center)رده ی 1 قابل قبول است.

ترانسفورماتورها باید طوری طراحی شوند که بتوانند جوابگوی بار غیر خطی ورودی خود باشند. ترانسفورماتورهایی با قابلیت حذف جریان اعوجاجی نیز می توانند به جای ترانسفورماتورهای k-rated استفاده شوند.

ممکن است برای توزیع برق بین بارهای الکترونیکی حساس از PDU و یا ترانسفورماتور و تابلوهای برق جدا از هم استفاده شود.

هر روش سیم کشی که مطابق با قوانین باشد، می تواند به کار رود. نیازی به افزونگی در سیستم توزیع نیست. سیستم اتصال به زمین باید با حداقل الزامات قانونی سازگار و هماهنگ باشد.

رده ی2 (الکتریکی) مرکزداده

در نصب رده‌ی2 باید همه نیازهای رده‌ی1 برآورده شود. به علاوه، در نصب رده‌ی 2 باید الزامات اضافه‌ای که در این ضمیمه معین شده است را نیز برآورده کند.

تاسیسات رده2، N+1 ماژولUPS افزونه را فراهم می کند. یک سیستم ژنراتور که بتواند کلیه‌ی بار مرکز داده(دیتاسنتر، Data Center)را تامین کند موردنیاز است، اگرچه به مجموعه‌ی ژنراتور افزونه نیاز نیست.

افزونگی در سیستم توزیع برق یا ورودی سیستم برق نیز نیاز نخواهد بود.

باید تدارکات لازم برای امکان اتصال شبیه سازهای بار قابل حمل، جهت تست UPS (یو پی اس) و ژنراتور انجام شود.

واحدهای توزیع برق(PDU)باید برای توزیع برق بین بارهای الکترونیکی حساس استفاده شوند.

تابلوهای برق یا PDUهای جانبی ممکن است در جاهایی که مدارات انشعابی اضافی مورد نیاز است به کار گرفته شده و به وسیله PDU اصلی تغذیه شوند.

باید برای سرویس دادن به هریک از رک‌های تجهیزات کامپیوتری دو PDU افزونه که ترجیحاً هرکدام از یک سیستم UPS مجزا تغذیه می شوند، فراهم شود.

تجهیزات کامپیوتری دارای سوکت تک فاز و سه فاز باید به همراه یک سوییچ انتقال بدون تاخیر(Fast-trasfer)ATSبه صورت rackmount یا یک سوییچ ایستا(static) که به وسیله هرکدام از PDUها تغذیه می شوند، ارائه شوند.

برعکس، سوییچ های ایستای توزیع برق دو تغذیه‌ای، که از سیستم های UPS(یو پی اس) مجزایی تغذیه می شوند را می توان برای تجهیزات دارای سوکت تک فاز و سه فاز به کار برد، اگرچه مقدار افزونگی و انعطاف پذیری کمتری دارند.

باید برای متمایز کردن خطای توزیع به طور مثال A و B از یکدیگر از کدگذاری رنگی برای کابل‌های تغذیه و پلاک‌ها استفاده شود، برای مثلاً همه‌ی قسمت‌های مسیر A، سفید و همه ی قسمت های مسیر B آبی باشد.

یک مدار نباید به بیش از یک رک سرویس دهد تا در صورت خرابی مدار، روی بیش از یک رک تاثیر نگذارد.

برای تامین افزونگی، رک ها باید هرکدام دو مدار مختص به خود با مشخصات 15 آمپر/240ولت داشته باشند که از دو واحد توزیع برق(PDU) و یا تابلوهای برق مجزا تغذیه شوند.

در اکثر پیاده‌سازی‌ها،  پریزهای برق باید از نوع NEMA L5-20R باشند.

رک‌های با ظرفیت بالا ممکن است نیازمند آمپر بالاتری باشند و برخی از سرورهای تکنولوژی جدید، نیاز به یک یا تعداد بیشتری پریز 240 ولتی تک فاز یا 3فاز دارند که برای 50 آمپر یا بیشتر تعیین شده است.

هر پریز باید با شماره مدار و PDU که به آن سرویس می دهد، مشخص شود. منابع تغذیه اضافه برای تابلوی تغذیه ی سیستم مکانیکی توصیه می شود اما الزامی نیست.

سیستم اتصال به زمین ساختمان باید برای ایجاد امپدانس کمتر از 5 اهم تا زمین، طراحی و آزمایش شود.باید یک شبکه bonding معمولی فراهم شود.تعبیه ی یک سیستم قطع اضطراری برق (EPO) لازم است.

• رده ی3 (الکتریکی)مرکزداده

 در نصب رده3 باید همه‌ی نیازهای رده2 برآورده شود و علاوه بر آن در نصب رده3 باید همه نیازهایی که در این ضمیمه مشخص شده‌اند پوشش داده شود.

همه سیستم‌های تاسیسات رده3 باید با حداقل افزونگی N+1 در سطح کل سیستم، بستر و ماژول ارائه شود که شامل سیستم های(یو پی اس)UPS و ژنراتور، سیستم توزیع و همه ی تغذیه کننده‌های توزیع می‌شود.

هنگام طراحی سیستم الکتریکی باید پیکربندی سیستم‌های مکانیکی را مدنظر داشته باشید تا مطمئن شوید که افزونگی N+1 در ترکیب سیستم مکانیکی–الکتریکی تجهیز شده باشد.

این سطح از افزونگی یا از طریق مجهز کردن هر واحد تهویه مطبوع به دو منبع برق و یا از طریق تقسیم تجهیزات تهویه مطبوع بین چند منبع برق بدست می‌آید.

منابع تغذیه و تابلوهای توزیع برق دارای دو مسیر هستند که باعث می‌شود در صورت خرابی یا تعمیر کابل یا تابلوی برق وقفه‌ای در عملکرد سیستم به وجود نیاید.

افزونگی مناسب باید فراهم شده باشد تا بتوان عنصر مکانیکی یا الکتریکی را به طور مناسب مجزا کرد که تعمیرات اساسی آنها، روی کارایی سرویس هایی که با میزان سرمایش مرتبط هستند، تاثیر نگذارد.

با پیاده‌سازی یک پیکربندی افزونه‌ی توزیع شده، نقاط شکست(SPOF)از ورودی سرویس برق گرفته تا تجهیزات مکانیکی و تا PDU یا تجهیزات کامپیوتری حذف می شوند.

حداقل دو تغذیه کننده برق با ولتاژ متوسط یا بالا(بیشتر از 600ولت)باید برای سرویس‌دهی به مرکزداده فراهم شوند.

پیکربندی تغذیه‌کننده‌های برق باید با قابلیت انتخاب اولیه بین استفاده از فیوزهای انتقال اتوماتیک یا سوییچ‌های انتقال isolation/bypass اتوماتیک انجام شود.

متعاقباً یک پیکربندی main-tie-main خودکار نیز می‌تواند مورد استفاده قرارگیرد. Padmountها، استگاه‌های فرعی یا ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک هم می‌توانند استفاده شوند.

ترانسفورماتورها باید با افزونگی N+1 پیکربندی شوند و اندازه‌ی آنها باید براساس دسته بندی های فضای باز باشد.

یک سیستم ژنراتور پشتیبان (standby)برای فراهم کردن برق سیستم منبع تغذیه بدون وقفه و سیستم مکانیکی استفاده میشوند.

باید یک انبار سوخت به اندازه‌ای که بتواند حداقل 72ساعت عملکرد ژنراتور را در شرایط بارگیری مطابق طراحی تامین کند، در محل سایت فراهم شود.

سوییچ های انتقال isolation/bypass یا فیوزهای انتقال اتوماتیک لازم هستند تا بتوانند متوجه قطع برق شهر شوند و شروع کار ژنراتور را آغاز کنند و بار را به سیستم ژنراتور انتقال دهند.

باید سیستم‌های پمپاژ دوگانه با قابلیت کنترل دستی و خودکار در نظر گرفته شوند، به طوری که هر پمپ به وسیله منبع الکتریکی مجزا تغذیه شود.

جهت اطمینان ازینکه ناخالصی سیستم سوخت و سیستم های لوله‌کشی به صورت افزونه و مجزا تامین شوند.

برای هر موتور ژنراتور باید دو باتری و راه انداز(starter) افزونه فراهم کرد. در صورتی که از سیستم‌های موازی استفاده می شود، باید به سیستم های کنترل اضافه نیز مجهز شوند.

یک زیر ساخت اتصال به زمین و یک سیستم رعدگیر لازم است. در همه‌ی سطوح سیستم توزیع برق، باید برای بارهای الکترونیکی مهم و حساس، محافظ تغییر ولتاژ ناگهانی(TVSS)باید نصب شود.

لازم است یک سیستم کنترل و نظارت مرکزی برق و محیطی(PEMCS)برای نظارت همه تجهیزات الکتریکی مهم از قبیل تابلو برق‌های اصلی، سیستم‌های ژنراتور، سیستم‌های UPS، سوییچ‌های انتقال ایستای خودکار PDU ،ASTSها، سوییچ‌های انتقال خودکار، مراکز کنترل موتور، TVSSها و سیستم‌های مکانیکی، فراهم شود.

همچنین لازم است از یک سیستم کنترل منطق قابل برنامه‌ریزی مستقل که برای مدیریت سیستم‌های مکانیکی، بهینه سازی کارایی تجهیزات، استفاده نوبتی از آنها و نمایش دادن وضعیت خطر برنامه‌ریزی شود، به کار می رود.

یک سرور اضافی هم برای اطمینان ازینکه در صورت خرابی سرور اول عملیات کنترل و نظارت ادامه پیدا کند، لازم است.

• رده ی4 (الکتریکی)مرکزداده

در نصب رده4 باید تمام نیازهای رده3 برآورده شود و علاوه بر آن الزامات اضافه‌تری که در این ضمیمه مشخص شده است نیز باید تامین گردند.

در تاسیسات رده4 برای همه ماژول‌ها، سیستم‌ها و مسیرهای مرکزداده باید افزونگی(N+1)2 طراحی شود. همه تغذیه‌کننده‌ها و تجهیزات را باید بتوان برای تعمیر یا هنگام خرابی به طور دستی از مدار خارج نمود.

هر خرابی به طور اتوماتیک باعث می‌شود که نیروی برق موردنیاز بارهای حساس از سیستم خراب به سیستم جایگزین سوییچ شود بدون اینکه وقفه‌ای در برق مورد نیاز تجهیزات الکتریکی حساس ایجاد شود.

یک سیستم نظارت باتری برای اطمینان از عملکرد درست باتری لازم است که بتواند امپدانس و مقاومت هر سلول باتری و درجه حرارت هر باتری را به طور جداگانه کنترل کند و هنگام بروز مشکل برای باتری، هشدار دهد.

وروردی‌های سرویس برق باید مختص مرکزداده باشد و از سایر تاسیسات غیر حساس مجزا باشند. ساختمان باید حداقل دارای دو منبع تغذیه برق از پست‌های برق متفاوت باشد تا افزونگی تامین شود.