Energieverteilung im Rechenzentrum

Energieverteilung im
Rechenzentrum
von Manuel Lotz / Matthias Ribbe White Paper 09
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Inhalt
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Rittal White Paper – Energieverteilung im Rechenzentrum 2
1 Einleitung.................................................................................................................3
2 Standardsteckdosenleisten....................................................................................3
2.1 Intelligente Standard-Steckdosenleisten..................................................................... 4
3 Modulare Steckdosenleisten..................................................................................5
3.1 Trägerschienen für modulare Steckdosenleisten........................................................ 5
3.2 Steckermodule ........................................................................................................... 7
4 Intelligente Stromverteilungssysteme...................................................................8
4.1 Netzwerkfähige Trägerschienen................................................................................. 8
4.2 Intelligente Steckermodule ......................................................................................... 9
5 Zubehör für modulare Stromverteilungssysteme ................................................9
6 Zusammenfassung ...............................................................................................10

1 Einleitung
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Die Anforderungen an die Energieversorgung sind in jedem Rechenzentrum je nach
Ausstattung verschieden. Die Grundversorgung ist aber heutzutage in jedem
Rechenzentrum gleich. Das heißt, dass viele Rechenzentren mit einer Netzversorgung
vom Energieversorger, einer oder mehren Unterbrechungsfreien Stromversorgungen
(USV) und einem Generator ausgestattet sind.
In den einzelnen Serverracks sieht es da schon anders aus. Viele Hersteller vertreiben
Standardsteckdosenleisten mit Schuko-, Kaltgeräte- oder Warmgerätesteckplätzen.
Variable Steckdosenleisten gibt es kaum am Markt. In diesem White-Paper wird auf die
verschiedenen Typen von Steckdosenleisten am Markt eingegangen.
2 Standardsteckdosenleisten
Bei der Installation der Stromverteilung im Rack ist der Anwender meist auf sich selbst
gestellt und kann zwischen verschiedenen Steckdosenleisten auswählen. Da die
heutigen Geräte in einem Serverrack verschiedene Anschlussleitungen besitzen, muss
der Anwender flexibel in bezug auf die bereitgestellten Anschlüsse sein.
Die heute gebräuchlichsten Anschlussleitungen sind:
C13 / C14
230 V / 10 A
3 polig
C19 / C20
230 V / 16 A
3 polig
Abb. 1 Übersicht der gängigen Steckverbinder im Rechenzentrum
Schukostecker sind im europäischen Raum sehr verbreitet. C14, auch
Schuko
230 V / 16 A
3 polig
Kaltgerätestecker genannt, sind hauptsächlich an Server und Switchen zu finden.
Ein C20 oder Warmgerätestecker ist sehr oft an leistungsfähigen Servern und Switchen
vorhanden.
Das kann mit den Standardsteckdosenleisten kaum realisiert werden, oder es wird für
jeden Steckertyp eine Steckdosenleiste verbaut. Hier besteht jedoch das Risiko, dass
durch fehlerhaftes Kabelmanagement die optimale Luftführung nicht mehr
gewährleistet ist. Wird die Luft aus den Geräten im Serverrack nicht optimal abgeführt,
kann es zu einem Hitzestau kommen und die Geräte werden in Mitleidenschaft

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Rittal White Paper – Energieverteilung im Rechenzentrum 4
Abb. 2 Steckdosenleiste
(Quelle: Rittal GmbH & Co. KG)
gezogen. Bei länderspezifischen
Anschlussleitungen müsste der Anwender
sogar eine zusätzliche Steckdosenleiste
installieren.
Das heutige IT-Equipment besitzt zudem
oftmals 2 Netzteile. Hier muss eine
redundante Stromversorgung im Serverrack
vorhanden sein. Das würde für die
verschiedenen Steckdosenleiste heißen, dass
diese in doppelter Anzahl in das Rack installiert werden müssten. Bei 600 mm breiten
und 1000 mm tiefen Racks ist so eine Installation unmöglich. Hier sollte der Anwender
zu einem modularen Steckdosensystem greifen.
2.1 Intelligente Standard-Steckdosenleisten
Viele Hersteller vertreiben auch intelligente Steckdosenleisten. Mit diesen Systemen
Abb. 3 Intelligente Steckdosenleiste
(Quelle: Rittal GmbH & Co. KG)
können die einzelnen Steckplätze auf der
Leiste einzeln geschaltet bzw. administriert
werden. Einige Hersteller solcher intelligenten
Steckdosenleisten installieren bereits ab Werk
Messinstrumente, die Strom, Verbrauch und
Spannung, sowie die momentane
Leistungsaufnahme der angeschlossenen
Verbraucher messen können. Diese Messwerte
können dann lokal über ein vorhandenes
Display und über Netzwerk abgerufen oder
gespeichert werden. Spannungsausfälle oder –
schwankungen sowie Überlast können per
SNMP (Simple-Network-Management-
Protocol), als Alarmmeldung oder per Email
und SMS an die Gebäudeleittechnik oder den
Administrator gemeldet werden.

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3 Modulare Steckdosenleisten
Die flexibelste Möglichkeit um auf sich verändernde Anforderungen im Rechenzentrum
vorbereitet zu sein, sind modulare Steckdosenleisten. Solche modularen Systeme
bestehen aus einer im Schrank installierten Trägerschiene, die direkt an die
Versorgungsleitung, oder, falls vorhanden, mit dem USV-System verbunden ist. Auf
diese Trägerschiene können unterschiedliche Steckermodule aufgesteckt werden, je
nach dem im Rack vorhandenen Equipment und den erforderlichen Anschlussbuchsen.
Abb.4 Modulare Steckdosenleiste
(Quelle: Rittal GmbH & Co. KG)
Solche Module sind mit den gängigen C13
und C19 Buchsen erhältlich aber auch mit
vielen verschiedenen länderspezifischen
Anschlussbuchsen.
Nach dem Einbau und Anschluss der
Trägerschiene im Schrank, können diese
Module auch durch Nichtelektriker oder
Administratoren im laufenden Betrieb
nachgerüstet oder ausgetauscht werden.
Dadurch ergibt sich eine hohe Flexibilität
bezüglich verschiedener Steckverbinder
oder steigender Lasten im Rack. Auch sinkt
die Reaktionszeit, in der man auf neue
Anforderungen reagieren kann, da die
Änderungen vom Administrator selbst
während dem Betrieb vorgenommen werden
können. Wächst der Bedarf an Steckplätzen, kann einfach ein zusätzliches Modul auf
die Trägerschiene aufgesteckt werden. Das Mischen von Modulen mit verschiedenen
Anschlussbuchsen ist ebenfalls möglich.
3.1 Trägerschienen für modulare Steckdosenleisten
Die verwendeten Trägerschienen bestehen in der Regel aus einen U-Profil aus
Aluminium oder Kunststoff in dem sich die gesamte Verkabelung befindet. Sie sind
komplett berührungsgeschützt aufgebaut und können vertikal, seitlich der 19“-Ebene,
am Schrankrahmen befestigt werden. Es gehen also keine HEs für den Einbau von IT -
Equipment verloren. Nach der Montage kann die Schiene fast auf der ganzen Länge

Abb.5 Prinzip der redundanten
Versorgung
1phasig 16A
230V+N+PE
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Rittal White Paper – Energieverteilung im Rechenzentrum 6
1phasig 32A
230V+N+PE
mit Steckermodulen bestückt werden. Für
die unterschiedlichen Höhen von IT-Racks
sind Schienen in verschiedenen Längen
erhältlich. Je nach Länge können die
Schienen mit mehr oder weniger Modulen
bestückt werden.
Die Einspeisung der Trägerschiene kann
entweder 3phasig (z.B. 3 x 16 A) oder
1phasig (z.B. 1 x 32 A) geschehen, je nach
der im Rack benötigten Leistung. Im IT
Bereich sind am häufigsten 3phasige
Versorgungen vorzufinden, da diese
flexibler eingesetzt werden können. Des
weiteren bieten 3phasige Einspeisungen
Vorteile in bezug auf die Selektivität bei der
Absicherung der einzelnen Phasen.
Moderne Trägerschienensysteme bieten
darüber hinaus die Möglichkeit, 2
Einspeisungen an einer einzelnen Schiene
zu nutzen und können somit von 2
unabhängigen Quellen gespeist werden.
Damit ist das Erreichen einer Redundanz
auch bei nur einer im Schrank verbauten
Schiene realisierbar.
3phasig 16A
400V+N+PE
Abb. 6 Übersicht der gängigen Einspeisungen der Trägerschiene
3phasig 32A
400V+N+PE

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Die Steckrichtung in der die Module auf die Schiene aufgesteckt werden entscheidet
dabei von welcher der beiden Einspeisung das Modul gespeist wird. Zieht man das
Modul aus der Schiene und steckt es um 180° gedreht wieder ein, wird es von der
jeweils anderen Einspeisung versorgt. Das Prinzip dieses Systems mit Einspeisung A
und B ist in Abb.5 auf Seite 6 zu sehen. Für höheren Leistungsbedarf im Rack sind
auch Ausführungen der Trägerschiene mit bis zu vier 3phasigen Einspeisungen (4 x 3 x
16 A) erhältlich. Diese Schienen sind dann mit bis zu 192A belastbar. Abgesehen von
der Einspeisung sind sie identisch mit den Standardträgerschienen. Allerdings müssen
für diese Schienen spezielle Steckermodule verwendet werden.
3.2 Steckermodule
Modulare Steckermodule sind in sich abgeschlossene Systeme. Sie sind, genau wie die
Trägerschienen, berührungsgeschützt aufgebaut. Das erlaubt auch Nichtelektrikern die
Abb.7 Steckermodule in verschiedenen Ausführungen
(Quelle: Rittal GmbH & Co. KG)
Abb. 8 Module mit LED
(Quelle: Rittal GmbH & Co. KG)
Arbeit mit diesen
Modulen. Die Module
werden mittels eines Plug
& Play Systems einfach
auf die Schiene
aufgerastet. Dies
reduziert die Montagezeit
im Rechenzentrum und
damit auch die Kosten.
Es werden so gut wie alle
gängigen Varianten von Anschlusssteckern
bereitgestellt. Dazu gehören länderspezifische
Anschlüsse, genauso wie spezielle IEC oder
NEMA Steckverbindungen. Die meisten dieser
Module haben einen integrierten, thermischen
Überlastschutz, d.h. bei Überlastung eines Moduls
wird nur die Sicherung des betroffenen Moduls
auslösen, die anderen Module der Schiene bleiben
davon unbeeinflusst. Sollte dennoch ein Modul defekt sein, kann es innerhalb kürzester
Zeit durch einsetzen eines neuen Moduls in die Schiene ersetzt werden. Die MTTR
(Mean Time To Repair), die Zeit zwischen Ausfall des Moduls und Einsatz eines

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Neuen, sinkt auf ein Minimum. Neuere Steckermodule besitzen zusätzlich 2 integrierte,
3-farbige LEDs, die einen Hinweis auf die aktuelle Auslastung des Moduls geben. Ein
Beispiel ist in Abb. 8 zu sehen. Sie können zwischen den Farben Grün, Gelb und Rot
wechseln. So kann man auf einen Blick sehen, ob das Modul ausgelastet ist oder ob
weitere Verbraucher angesteckt werden können.
4 Intelligente Stromverteilungssysteme
Im modernen Rechenzentrum ist es wichtig eine Übersicht über den aktuellen
Stromverbrauch, sowohl der einzelnen Verbraucher, als auch des gesamten
Rechenzentrums zu haben. Die Möglichkeit der Fernüberwachung gewinnt im Zuge der
immer kostenintensiver werdenden Betriebskosten eines Rechenzentrums an
Bedeutung. SNMP-fähige Trägerschienen und Steckermodule bieten diese und einige
andere zusätzliche Features zu den oben genannten Vorteilen von modularen
Stromverteilungssystemen. Durch den Einsatz solcher Systeme wird die Überwachung
und Steuerung im RZ erheblich vereinfacht und gleichzeitig intensiviert. Es gibt
verschiedene Möglichkeiten ein intelligentes, netzwerkfähiges Stromverteilungssystem
zu realisieren.
4.1 Netzwerkfähige Trägerschienen
Eine Möglichkeit der Überwachung sind netzwerkfähige Trägerschienen mit integrierten
Messsystemen, die alle relevanten Werte der Schiene überwachen und protokollieren
können. Diese Messschienen können komplett über das Netzwerk überwacht und
Abb. 9 LC-Display bei netzwerkfähiger
Trägerschiene mit Messsystem
(Quelle: Rittal GmbH & Co. KG)
konfiguriert werden. Es lassen sich
Grenzwerte für Strom, Spannung und
Leistung pro Phase der Einspeisung setzen.
Werden diese überschritten gibt das System
Alarm oder sendet Meldungen per Email
oder SMS an beliebige Empfänger. Lokal ist
an der Schiene ein LC-Display vorhanden,
das die Daten ebenfalls anzeigt und über
das Einstellungen geändert werden können.
Alarme werden auch lokal durch ein
blinkendes LC-Display angezeigt.

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4.2 Intelligente Steckermodule
Netzwerkfähige Steckermodule mit integrierter Intelligenz sind ebenfalls eine
Möglichkeit ein Rechenzentrum bereit für die Fernüberwachung und Steuerung zu
machen. Bei diesen Systemen ist die Intelligenz unabhängig von der verwendeten
Trägerschiene. So können auf einer normalen Schiene auch intelligente oder aktive
Module mit passiven Steckermodulen gemischt werden, wenn z.B. nur einen Teil des
vorhandenen Equipment überwacht und gesteuert werden soll. Auf diesen aktiven
Modulen sind alle Steckplätze einzeln schaltbar, d.h. die angeschlossenen Verbraucher
können einzeln angesteuert werden. Genau wie bei der netzwerkfähigen Trägerschiene
können auch bei den aktiven Steckermodulen Grenzwerte für Alarmmeldungen oder
Warnungen gesetzt und Email oder SMS Nachrichten versendet werden. LED
Segmentanzeigen geben lokal die aktuellen Stromwerte des Moduls aus. Einige
Abb. 10 Intelligentes und netzwerkfähiges
Steckermodul
(Quelle: Rittal GmbH & Co. KG)
Hersteller bieten diese Module auch
in 1 HE Ausführungen, für die
Montage in der 19“-Ebene an. Dies
ist vor allem dann interessant, wenn
seitlich des 19“-Rahmens kein Platz
mehr zur Verfügung steht oder
wenn nur einige dieser steuerbaren
Steckplätze im Schrank benötigt
werden. Bei Nutzung mehrerer
aktiver Module in einem Schrank
besteht die Möglichkeit bis zu 4
baugleiche aktive Module zu
kaskadieren.
5 Zubehör für modulare Stromverteilungssysteme
Zusätzlich zu den verschiedenen Steckermodulen ist eine Vielzahl von Zubehör für die
modularen Steckdosenleistensysteme vorhanden.
So gibt es einen nachrüstbaren Überspannungsschutz, der bei Bedarf der Schiene
vorgeschaltet werden kann. Über ein spezielles Modul ist es möglich eine
Standardträgerschiene ohne integrierte Messvorrichtung nachträglich mit diesen
Funktionen auszustatten. Dabei wird das Messmodul eingangsseitig vor die Schiene
geschaltet und ebenfalls im Schrank verbaut. Weiteres praktisches Zubehör sind

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spezielle Kabel zum Anschluss von Servern oder anderen Geräten an die
Steckermodule. Zur Vermeidung von Überlängen und den daraus resultierenden
Behinderungen des Luftstromes und von Verwirbelungen im Schrank, sind diese Kabel
relativ kurz gehalten. Sie sind ab einer Länge von 50cm erhältlich. Dies wirkt der
Entstehung von sogenannten Hot Spots im Schrank entgegen, die sich negativ auf die
Performance und Haltbarkeit der im Schrank verbauten Geräte auswirken können. Es
sind weitere Produkte, wie z.B. ein Lichtmodul zur Verwendung als tragbares
Leuchtmittel, das sich während es in der Trägerschiene eingesteckt ist auflädt,
verfügbar, durch die ein solch modulares System genau auf die Bedürfnisse des
jeweiligen Schrankes angepasst werden kann.
6 Zusammenfassung
Stromverteilungssysteme sind in jedem heutigen Rechenzentrum zwangsläufig
vorhanden. Im Zuge der immer weiter steigenden Energiekosten und Leistungsdichten
werden diese Systeme auch in Zukunft immer wichtiger. Normale Steckerleisten
erreichen aufgrund von unterschiedlichen Anschlusssteckern am IT- Equipment und
der wachsenden Forderung nach Fernüberwachungsmöglichkeiten relativ schnell ihre
Grenzen. Durch den Einsatz von modularen und netzwerkfähigen
Stromverteilungssystemen erreicht man eine deutlich höhere Flexibilität und
Skalierbarkeit. Trägerschienen mit integrierter Messvorrichtung erlauben die genaue
Überwachung des Stromverbrauchs. Intelligente Steckermodule, die das schalten jedes
einzelnen Ports erlauben, bieten umfassende Möglichkeiten zur Fernüberwachung des
gesamten Rechenzentrums. Mit intelligenten, modularen Stromverteilungssystemen
lässt sich die Stromverteilung nicht nur genau auf die geforderten Bedingungen
anpassen, sondern mit ihrer Hilfe kann auch der Energieverbrauch reduziert werden.
Dies trägt zur Reduzierung der Unterhaltskosten des RZs bei. Durch die Möglichkeit
zwei unabhängige Einspeisungen in einer Schiene zu realisieren, entfällt die
Notwendigkeit in jedem Schrank zwei Verteilerschienen zu verbauen um Redundanz
bei den Einspeisungen zu erreichen. Das wiederum spart Kosten bei der Anschaffung
eines IT- Schrankes.
All das sind Punkte die die Überlegenheit moderner, modularer
Stromverteilungssysteme gegenüber normalen, nicht-modularen Systemen deutlich
zeigen. Vorteile die im Rechenzentrum von morgen die Kosten deutlich reduzieren
können.