Cum se utilizează distribuția inteligentă a energiei electrice pentru maximizarea disponibilității rețelei

Preocupările legate de creșterea costurilor energetice îi determină pe operatorii de centre de date și alte instalații de rețea să regândească modul în care sunt structurate instalațiile, inclusiv să schimbe așteptările privind modul în care unitățile inteligente de distribuție a energiei electrice (iPDU) pot contribui la operațiuni mai ecologice, mai fiabile și mai puțin costisitoare, toate acestea ajutând la îmbunătățirea disponibilității rețelei. În plus, o varietate din ce în ce mai mare a tipurilor de centre de date necesită abordări diferite atunci când se specifică și se integrează iPDU-uri, de la centre de date mari care susțin cloud computing până la centre de date mult mai mici, la marginea plăcii, dispersate în fabrici, depozite etc., alte facilități. Centrele mari de date sunt operate cu iPDU-uri în coridoare fierbinți cu temperaturi de 60 °C pentru a reduce nevoile de răcire și consumul de energie. Prin comparație, centrele de date periferice funcționează la temperaturi maxime de 40 °C, în conformitate cu mediul instalației în care sunt amplasate.

Specificațiile și caracteristicile de funcționare ale iPDU-urilor trebuie să fie adaptate la mediul în care acestea sunt implementate. Se așteaptă din ce în ce mai mult ca iPDU-urile să accepte monitorizarea și controlul energiei de la distanță pentru a optimiza disponibilitatea în toate cazurile.

Acest articol compară și contrastează mediile de operare și așteptările pentru iPDU-uri în mediile cloud față de mediile de edge computing, inclusiv hardware și software, împreună cu recomandări de implementare; apoi prezintă iPDU-uri potrivite pentru centrele de date cloud și edge de la Panduit și Orion Fans.

Trei dintre caracteristicile mediilor cloud și edge care au impact asupra selecției iPDU sunt diferențele dintre mediile termice, diferențele dintre arhitecturile de comunicații în rețea și diferențele dintre densitățile echipamentelor. Probabil că cea mai dificilă diferență între mediile de tip cloud și edge este așteptarea ca acestea să funcționeze la temperaturi de până la 40 °C pentru majoritatea instalațiilor periferice, în comparație cu funcționarea la 60 °C în centrele de date cloud (Figura 1). În mediile cloud, culoarele calde și reci minimizează nevoile de răcire și reduc costurile de energie, un cost operațional major în centrele de date mari. iPDU-urile se găsesc în mod obișnuit în culoarul cald și trebuie să aibă o temperatură nominală de 60 °C.

Figura 1: iPDU-urile din centrele de date în cloud trebuie să funcționeze la 60 °C, astfel încât să poată fi instalate în culoarele calde. (Sursa imaginii: Panduit)

În plus, atunci când se utilizează culoarele calde și reci, Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) solicită trei senzori de temperatură și un senzor de umiditate (numit „3T + H”) în partea frontală a dulapului din culoarul rece și doar un senzor de temperatură în partea din spate a dulapului din culoarul cald. Prin urmare, iPDU-urile care acceptă mai multe intrări de senzori pot elimina necesitatea unui dispozitiv intermediar 1RU pentru senzori și pot fi un aspect important în centrele de date în cloud.

În timp ce atât instalațiile periferice, cât și cele cloud pun preț pe o disponibilitate ridicată, aceasta este relativ mai importantă în mediile cloud. Modulul controlerului de pe iPDU trebuie să ofere posibilitatea de înlocuire la cald pentru unitățile instalate în centrele de date cloud. Posibilitatea de a schimba modulul de controler la cald minimizează timpul de nefuncționare, un aspect esențial în cloud. În plus, Gigabit (Gb) Ethernet este adoptat pe scară mai largă în cloud decât alte viteze de conectivitate, iar iPDU-urile din cloud beneficiază de compatibilitatea pentru conectivitatea Gb Ethernet, care nu este la fel de apreciată în instalațiile periferice. În plus, instalațiile de tip cloud necesită, în general, iPDU-uri care acceptă niveluri mai ridicate de securitate și software mai complex de monitorizare și gestionare a energiei.

În centrele de date cloud se găsesc rackuri cu o densitate mai mare decât în cele periferice, ceea ce face ca densitatea de putere să fie un factor important în selectarea iPDU pentru instalațiile cloud. iPDU-urile din centrele de date în cloud beneficiază de densități mai mari de prize, dar trebuie să ofere totuși un nivel ridicat de control și monitorizare inteligentă a energiei pentru a susține densități mai mari de putere.

Atât în instalațiile cloud, cât și în cele edge, deconectările accidentale ale cablurilor de alimentare reprezintă o cauză principală a întreruperii activității echipamentelor. Cea mai frecventă cauză a deconectărilor accidentale în iPDU-uri este efectul vibrațiilor și al gravitației în timp, care trage de cablurile de alimentare; nu este o „eroare a utilizatorului”. Proiectarea iPDU-urilor care minimizează efectul vibrațiilor și al gravitației asupra cablurilor de alimentare, reducând astfel la minimum deconectările accidentale, poate fi importantă în instalațiile edge și este necesară în instalațiile cloud.

iPDU-uri clasificate pentru 60 °C la sarcină maximă

Inginerii centrelor de date pot apela la PDU-urile inteligente G5 (iPDU Gen 5) de la Panduit pentru a răspunde nevoilor de distribuție a energiei, disponibilitate, securitate și monitorizare a instalațiilor cloud. iPDU-urile Gen 5 au o temperatură de funcționare de 60 °C la sarcină maximă. De asemenea, acestea au intrări ale senzorilor pentru respectarea cerinței ASHRAE pentru 3T + H pe culoarul rece și un senzor de temperatură pe culoarul cald fără un aparat intermediar 1RU. Senzorii digitali cu autoidentificare pot fi conectați direct la iPDU, accelerând astfel implementarea.

Controlerul de rețea inteligent (iNC) din iPDU-urile Gen 5 poate fi înlocuit la cald pentru a asigura un timp de funcționare maxim (Figura 2). Acesta include un afișaj OLED de mare vizibilitate, control de resetare/revenire la valorile implicite din fabrică, butoane de selectare a meniului, un led de stare, un conector USB pentru actualizări de firmware și de configurare și/sau conectare automată opțională a luminii de rack, port Ethernet 1 Gb pentru conexiuni de rețea, porturi de ieșire PDU și intrare PDU/seriale pentru conectarea în cascadă a mai multor iNC-uri și două porturi pentru senzori care pot accepta individual până la 4 senzori, pentru un total de 8 senzori, utilizând portul opțional de extindere a senzorilor.

Figura 2: sistemul iNC din iPDU-urile Gen 5 poate fi înlocuit la cald pentru a asigura un timp de funcționare maxim și acceptă o gamă largă de funcții de monitorizare și control. (Sursa imaginii: Panduit)

Până la patru iPDU-uri pot fi conectate în cascadă și legate la două conexiuni de rețea securizate diferite pentru:

• Monitorizarea consumului de energie și urmărirea datelor într-o rețea de instalații și;
• Gestionarea și monitorizarea a până la patru iPDU-uri de rack, utilizând o singură adresă IP (Figura 3).

Fiecare iPDU din conectarea în cascadă poate fi conectat la maximum opt senzori, pentru un total de 32 de senzori pe o singură conexiune. În plus, este disponibilă o configurație redundantă de acces la rețea folosind două iPDU-uri.

Figura 3: până la 4 iPDU-uri Gen 5 pot fi conectate în cascadă prin intermediul unei singure adrese IP. (Sursa imaginii: Panduit)

În centrele de date mari, este necesară monitorizarea și identificarea ineficiențelor pentru a îmbunătăți eficiența operațională, a reduce costurile și a minimiza amprenta asupra mediului. iPDU-urile Gen 5 acceptă un software de măsurare a energiei cuprinzător și precis pentru utilizarea eficientă a resurselor energetice, pentru a lua decizii de planificare a capacității în cunoștință de cauză, a îmbunătăți timpul de funcționare și a măsura eficiența utilizării energiei (PUE). Aceste iPDU-uri oferă măsurarea, monitorizarea și controlul energiei, fiind necesare pentru a susține îmbunătățirile continue în utilizarea energiei, inclusiv:

• Măsurarea și monitorizarea energiei la nivel de PDU
  • Contorizarea energiei în wați-oră (kWh)
  • Măsurători de putere (W)
  • Măsurători de putere la nivelul fazei de intrare, inclusiv V, A, VA, kWh și factor de putere (pf)
  • Măsurători de curent la nivelul disjunctorului
  • Capabilități de contorizare la nivel de facturare
  • Memorie integrată pentru înregistrarea/vizualizarea/raportarea datelor istorice
  • Praguri de alarmă și notificări personalizabile
• Controale de nivel la ieșire
  • Pornirea și oprirea de la distanță prin priză individuală
  • Întârzierea timpului de pornire definită de utilizator pentru a secvenția echipamentele și a evita suprasarcinile de curent de anclanșare
  • Roluri și niveluri de securitate pentru acces care pot fi atribuite utilizatorilor
• Contorizarea energiei la nivel de priză
  • Contorizarea energiei în wați-oră (kWh)
  • Măsurători de putere, inclusiv V, A, VA, W și pf
  • Date pentru calculele PUE de nivelul 3 pentru Green Grid

iPDU-urile Gen 5 oferă densități mari de putere, dispun de până la 48 de prize și au ca dotare standard un cablu de alimentare de intrare de 10 picioare (trei metri). Acestea sunt disponibile într-o gamă de configurații de montare, inclusiv pe verticală (0U) sau pe orizontală (1U sau 2U). De exemplu, modelul P36D08M are o putere nominală de 30 A pe fază, are un factor de formă 0U FULL, o fișă de intrare L15-30P, 3 disjunctoare, poate gestiona 8,6 kW și are 36 de prize (30 C13 și 6 C19).

Proiectanții care utilizează iPDU-uri Gen 5 pot alege între două soluții diferite pentru problema deconectărilor accidentale. Ieșirile standard C13 și C19 au o fantă încastrată integrată lângă ele, concepută pentru a accepta un colier de cablu neconductor, eliminând în mod eficient efectele vibrațiilor și ale gravitației. Deși aceste prize sunt mai puțin costisitoare, există un cost de manoperă generat de utilizarea colierului de cabluri și nu fixează cablul de alimentare pe partea echipamentului. iPDU-urile Gen 5 sunt disponibile cu cabluri de blocare care se fixează bine, pentru o soluție mai completă. În plus, capătul pentru echipamente are un mecanism de blocare universal care se blochează pe echipamentul IT, asigurând o fixare permanentă a cablului la ambele capete. În funcție de necesitățile de instalare, proiectanții pot utiliza iPDU Gen 5, care combină prizele cu fantele colierelor de cabluri și prizele cu blocare (Figura 4). În plus, centrele de date în cloud au un număr mare de cabluri de alimentare care alimentează părțile A și B în partea din spate a dulapului, ceea ce poate complica gestionarea cablurilor. PDU-urile Gen 5 oferă coliere de cabluri colorate, benzi de marcare color și cabluri de alimentare colorate (cu și fără blocare) pentru a simplifica identificarea și gestionarea cablurilor din partea A și B.

Figura 4: iPDU-urile Gen 5 oferă posibilitatea de a alege între coliere de cablu sau prize cu blocare pentru a rezolva problemele legate de deconectările accidentale. (Sursa imaginii: Panduit)

Mânerul de securitate opțional Panduit Smart Zone G5 poate fi utilizat cu iPDU Gen 5 pentru a asigura controlul accesului pentru până la 200 de utilizatori. Mânerul include un led de stare care indică starea de securitate a mânerului și un led de semnalizare care indică starea de funcționare a dulapului. De asemenea, dispune de un senzor de umiditate integrat și de senzori dedicați pentru temperatură și alarmă pentru ușă, simplificând astfel instalarea senzorilor și respectând standardele ASHRAE (Figura 5). Mânerul de securitate G5 include mecanisme de înlocuire cilindrice și chei, precum și patru moduri de a controla accesul la dulap:

• Cititoarele de carduri cu frecvență dublă pot fi utilizate atât cu carduri de frecvență joasă, cât și cu carduri de frecvență înaltă.
• Accesul poate fi controlat de la distanță prin intermediul interfeței web din iPDU Gen 5.
• Modelul ACF06 include o tastatură opțională care permite accesul la dulap prin intermediul unui cod PIN securizat.
• Modelul ACF06 poate implementa autentificarea dublă atunci când este necesară atât utilizarea fără contact a cardului, cât și a unei tastaturi.

Figura 5: mânerul de securitate opțional Smart Zone G5 are un senzor de umiditate integrat și leduri de stare și poate fi configurat cu sau fără o tastatură integrată pentru controlul accesului. (Sursa imaginii: Panduit)

iPDU-uri pentru instalații periferice

Pentru centrele de date periferice și alte aplicații care pot utiliza iPDU-uri clasificate pentru o funcționare maximă de 40 °C, Orion Fans oferă seria Smart Switched PDU care dispune de prize ce pot fi pornite secvențial, controlate și monitorizate de la distanță. PDU-urile Smart Switched monitorizează individual fiecare priză și, în cazul în care se depășește un prag definit de utilizator, trimite un avertisment prin e-mail, o blocare sau o alarmă sonoră. Alte caracteristici includ:

• Controlul și monitorizarea puterii la nivel de priză pentru echipamentele montate în rack
• Funcționare de la 0 la 40 °C
• Monitorizarea energiei electrice prin contor, web sau prin protocolul simplu de gestionare a rețelei (SNMP)
• protocoale de comunicare http, https, SNMP, DHCP și UDP
• Contor de curent digital, RMS real pe PDU
• Software-ul inclus în pachet oferă control și analize pentru îmbunătățirea eficienței energetice, reducerea costurilor de operare și minimizarea timpului de nefuncționare

De exemplu, modelul OSP-V-16-23-23-16-N1 include 14 prize IEC320 C13 și 2 prize IEC320 C19, o intrare IEC320 C20 și un cablu de alimentare de 3 metri lungime inclus între IEC320 C19 și C20, precum și un disjunctor de 16 A. Alternativ, OSP-H-16-23-23-08-N1 are 8 prize IEC320 C13, o intrare IEC320 C20, un cablu de alimentare IEC320 C19 - C20 de 3 metri lungime și un disjunctor de 16 A cu un contor de curent de 20 A cu trei cifre și o rezoluție de 0,1 A (Figura 6).

Figura 6: iPDU OSP-H-16-23-23-08-N1 are 8 prize IEC320 C13 și un contor de curent cu trei cifre cu o rezoluție de 0,1 A. (Sursa imaginii: Orion Fans)

Rezumat

Centrele de date de tip cloud și edge au cerințe diferite în ceea ce privește iPDU-urile, inclusiv cerințe diferite privind temperatura de funcționare, așteptări diferite în ceea ce privește fiabilitatea și disponibilitatea și cerințe diferite în ceea ce privește securitatea, controlul energiei și monitorizarea. Inginerii de rețea pot alege între iPDU-urile care se potrivesc cerințelor specifice ale instalațiilor edge și cloud pentru a susține soluții mai ecologice cu un echilibru optim între costuri și performanță.