Distribución de energía en vías y carriles para buses: ¿Energía en cualquier lugar?

La distribución masiva de energía en el centro de datos actual es un hecho; sin embargo, parece que se necesita más energía casi todos los meses. Los equipos de TI nuevos y en constante cambio, cada uno con diferentes requisitos de potencia, voltaje y receptáculo, parecen ser la norma y se han convertido en un desafío importante para la infraestructura eléctrica.

El método tradicional de una unidad de distribución de energía (PDU) fija montada en el piso o un panel de distribución montado en la pared cableado permanentemente a cada bastidor se ha visto asediado por la necesidad constante de circuitos adicionales. Y el laberinto de tuberías duras, Greenfield o látigos flexibles debajo del piso ha impedido el flujo de aire del piso elevado. Como resultado, la tendencia es intentar mover el cableado eléctrico hacia arriba y fuera del piso y pasarlo por encima, principalmente usando el mismo conducto o sistemas de látigo flexibles. Sin embargo, incluso esta alternativa se ve desafiada por las cargas de alta densidad en constante crecimiento y cambios.

Una alternativa más flexible ha comenzado a hacer avances en el centro de datos para enfrentar este desafío de distribución de energía: sistemas de distribución de energía de vías y vías de autobús.

Sistemas de vías para autobuses versus sistemas de vías para autobuses Las unidades de vías para autobuses se parecen a la iluminación de vías con esteroides, con una abertura continua en la parte inferior de la vía, mientras que los sistemas de vías para autobuses tienen puntos de inserción fijos para las tomas de los módulos de potencia ubicados en el costado a intervalos regulares (generalmente cada 1 o 2 pies). Ambos tipos representan un método flexible para distribuir rápidamente la energía donde y según sea necesario.

Si bien es relativamente nuevo en el centro de datos, el concepto de alimentación por bus se ha utilizado durante muchas décadas en fábricas industriales, donde proporcionaba un método sencillo para reconfigurar y agregar energía para nuevas máquinas según fuera necesario. La distribución de energía por bus ha comenzado a aparecer en el centro de datos recientemente. La idea se introdujo originalmente en el mercado de centros de datos (a nivel de bastidor) a finales de la década de 1990 con Starline Track Busway por parte de Universal Electric Corporation, que anteriormente también fabricaba vías para autobuses de tipo industrial. Durante la mayor parte de la última década, ha estado solo en el mercado, avanzando lentamente y ganando aceptación en el mercado para este tipo de sistema de distribución de energía de centro de datos.

Según Joel Ross, presidente de Universal Electric Corporation, "los sistemas Busway están ganando una mayor aceptación y popularidad en el mercado de centros de datos, reemplazando los tradicionales látigos de cables debajo de pisos elevados".

Ross ve el mercado de colocación como un candidato perfecto para los productos de vías de autobús, especialmente porque atienden a muchos clientes diferentes con requisitos de energía en constante cambio. "La industria de los centros de datos se está dando cuenta de que la confiabilidad de los electroductos, el valor agregado de sus características únicas y su gran volumen de instalaciones constituyen un argumento convincente como tecnología de mejores prácticas en el diseño de centros de datos".

Por supuesto, cuando hay aceptación en el mercado para un producto, surge la competencia. Este año, varios de los principales proveedores de equipos para centros de datos (Eaton, Emerson, PDI y Siemens) también han introducido sus propios productos de tipo bus dirigidos específicamente a aplicaciones de centros de datos. Estas nuevas unidades son algo diferentes de los grandes sistemas tradicionales de electroductos o "conductos de bus" industriales y comerciales, que normalmente se utilizan para la alimentación principal de energía, y que también son fabricados por la mayoría de estos mismos proveedores.

Según Steven E. Kuehn de Siemens, el busway XJ-L de la empresa existe desde hace tiempo, pero recién ahora se está adoptando para el centro de datos a nivel de rack.

"Hemos estado produciendo soluciones de electroductos Siemens desde 1960", dijo Kuehn. "A lo largo de los años, hemos perfeccionado esta oferta para diferentes aplicaciones. Actualmente tenemos más de un millón de pies en servicio".

Dijo que Siemens ha aprendido algunas cosas sobre cómo ofrecer energía de tipo bus a los centros de datos, incluida la demanda de tomas de energía con instalación simple y alimentadores de circuitos múltiples. "Hemos descubierto que esto es imprescindible para los diseñadores de sistemas de centros de datos: insisten en tener suficiente flexibilidad para poder medir y monitorear cargas en diferentes intervalos. Todo esto es necesario para que los ingenieros de TI puedan extraer datos operativos de más puntos. "

Ahora veamos lo que ofrecen estos productos. Todos están diseñados para proporcionar energía trifásica a lo largo de la vía/autobús (la energía monofásica también está disponible a través de la configuración del circuito de la caja de derivación). La longitud típica de la sección de vía es de 10 pies (algunos proveedores ofrecen longitudes de 3 a 12 pies) y se puede extender hasta 100 pies simplemente agregando secciones usando una caja de empalme de extremos, conectores en ángulo recto o en "T". La toma de fuerza a cada bastidor se obtiene mediante el uso de una caja de derivación de energía enchufable o deslizable. Las cajas de derivación de energía están disponibles en diferentes configuraciones y capacidades, que van desde 120 V/20 A monofásico hasta 208 V/100 A trifásico (o 415/240 V). La caja de derivación generalmente contiene disyuntores y tomacorrientes (o un cable o cables cortos con receptáculo).

El autobús: ¿Cuánta potencia se puede entregar? Los sistemas de bus vienen en diferentes clasificaciones de amperaje, que van desde 60 a 600 A, y la mayoría de los proveedores los ofrecen en tres clasificaciones estándar de 100, 225 y 400 A.

Con densidades de energía en aumento, como gabinetes que albergan hasta cuatro servidores blade (o hasta 40 servidores 1U), estos sistemas necesitan suministrar una cantidad significativa de energía a cada bastidor. Por ejemplo, con cuatro servidores Blade (cada uno de los cuales requiere de 4 a 8 kVA), cada gabinete podría requerir de 16 a 32 kVA. Entonces, ¿cómo abordan estos sistemas estos desafíos?

Capacidad de entrega de energía del bus Máxima potencia trifásica disponible* a diferentes voltajes/corrientes

*Ejemplo para energía trifásica asumiendo fases balanceadas y 200% neutro. (No se reduce la potencia; el ejemplo supone que el electroducto está siendo alimentado por un disyuntor con una capacidad nominal del 100%). Nota: Las cargas monofásicas reducirán esto ya que las fases no estarán completamente equilibradas.

Número de gabinetes admitidos Potencia por gabinete: Número aproximado de gabinetes admitidos a varios kVA

Como se puede ver en el cuadro anterior, los gabinetes de mayor densidad requieren clasificaciones de bus más grandes para soportar más de unos pocos gabinetes. Si utiliza alimentación de 208/120 V, considere planificar sistemas de alta densidad de 400 A (o más), que ofrecen la mayor capacidad de energía y flexibilidad para el crecimiento futuro.

Todos los productos trifásicos tienen una potencia nominal de al menos 480 V (algunos a 600 V), pero en el centro de datos el voltaje de distribución típico al rack en el mercado estadounidense y norteamericano es 208/120 V. En Europa, el voltaje común El voltaje de distribución es de 415/240 V. Además, todos los productos del proveedor se pueden especificar con barras neutras con clasificación del 200%, una necesidad virtual en un centro de datos.

La mayoría de los fabricantes ofrecen electroductos de hasta 400 A. Algunos ofrecen (o planean ofrecer) unidades con capacidad nominal de 600 A o posiblemente 800 A en el futuro. Consulte con cada proveedor para asegurarse de que el sistema que está considerando utilice los mismos módulos de tomas de energía en toda la línea de productos; de lo contrario, puede quedarse con tomas de energía que no se adaptarán a los sistemas de bus de mayor potencia en el futuro.

Si bien este artículo trata sobre la distribución de energía tipo busway, el cuadro anterior también muestra claramente la ventaja de considerar el uso de energía de 415/240 V en un centro de datos de EE. UU., especialmente si se contemplan equipos de alta densidad como servidores blade, ya que puede entregar el doble de potencia que un electroducto del mismo tamaño. Curiosamente, casi todos los proveedores entrevistados indicaron que tenían algunas consultas de clientes o instalaciones reales de sistemas de 415 V en los EE. UU. (Para obtener más información sobre este tema, consulte este consejo sobre cómo elegir un voltaje de distribución de energía para su centro de datos.

El módulo de derivación de energía Cada fabricante tiene sus propios módulos de derivación de energía. Estos varían en tamaño y forma, así como en la ampacidad total y la cantidad de circuitos o receptáculos que pueden admitir. En algunos casos, esto puede limitar severamente la cantidad práctica de energía que se puede entregar a las regletas de enchufes a nivel de rack, un problema potencial para los gabinetes de alta densidad. Por ejemplo, cada servidor Blade tiene de dos a tres fuentes de alimentación, cada una de las cuales requiere un circuito de 208-240 V/20 A (no redundante). Por supuesto, debe duplicar esa cantidad para obtener una redundancia de energía AB completa. Esto supone un gran número de circuitos por grifo y por armario. Algunos fabricantes ofrecen tomas de corriente que pueden acomodar hasta 12 disyuntores para poder suministrar hasta cuatro circuitos trifásicos de 208 V, seis circuitos monofásicos de 208 V o doce circuitos de 120 V, mientras que otros están limitados a un solo trifásico. disyuntor de fase o tres circuitos monofásicos.

Ejemplo: Entrega de energía para soportar una regleta trifásica a nivel de rack

Como se puede ver en el cuadro anterior, deberá considerar cuidadosamente cuántos circuitos, así como el tipo de conector, necesitará cada toma de alimentación para soportar adecuadamente suficientes regletas de enchufes en rack para las cargas de energía de TI más altas. Además, es casi imposible tener fases completamente equilibradas al conectar cargas monofásicas, como la mayoría de los equipos de TI, por lo que la potencia utilizable real será menor. Si bien las tomas de corriente de algunos fabricantes ofrecen clasificaciones de hasta 100 A por toma, es posible que solo ofrezcan un receptáculo y un disyuntor de salida grande. Es posible que desee considerar tomas de corriente que puedan admitir múltiples configuraciones de disyuntores, como (2) x trifásicos o 6 (o más) disyuntores monofásicos. Verifique que el proveedor que está considerando ofrezca la cantidad y el tipo de receptáculos o cables de acometida para sus requisitos particulares.

Beneficios potenciales de la energía del bus. Eficiencia de enfriamiento mejorada. Además de la flexibilidad de la distribución de energía, una razón para considerar el cambio a un sistema de distribución tipo bus aéreo es la mejora de la refrigeración. A medida que aumentan las densidades de energía, se necesitan más cables de alimentación. Si la energía adicional se ejecuta debajo de un piso elevado, impide aún más el flujo de aire, lo que hace aún más difícil brindar una refrigeración adecuada, especialmente a gabinetes de alta densidad. Pasar a la distribución aérea de energía ayuda a aliviar este problema. Además, dado que el conducto de bus normalmente estaría ubicado encima de los gabinetes, bloquea parcialmente el flujo de aire superior delantero-posterior, lo que ayuda a limitar la mezcla cruzada superior del flujo de aire del pasillo caliente/pasillo frío al crear una barrera continua.

Mejora de la eficiencia eléctrica. Algunos proveedores afirman que sus sistemas de bus ofrecen una mejor eficiencia energética que los látigos de energía individuales, ya que un conductor de bus de gran valor ofrece una menor pérdida de voltaje en un largo recorrido. En teoría, esto puede resultar algo cierto, pero la única forma justa de comparar esta afirmación es con un diseño real basado en la longitud. Es importante evaluar la especificación de caída de voltaje de cada proveedor por una longitud determinada (que se basa en el tamaño de sus barras colectoras) para comparar las ganancias o pérdidas de eficiencia energética.

Posibles desventajas de la distribución de energía por bus Fiabilidad y disponibilidad. Una preocupación es que un cortocircuito o una sobrecarga provocarían la pérdida de una pista completa que alimenta una fila de gabinetes. Si bien es poco probable que esto suceda en un sistema administrado adecuadamente, este factor no debe pasarse por alto en un sistema no redundante. En un sistema AB totalmente redundante, esto no debería ser una preocupación tan importante.

Problemas de espacio físico y espacio libre superior. Si está planificando la redundancia AB, es importante la capacidad de compensar físicamente los puntos de derivación del bus y/o los propios módulos de derivación para dejar suficiente espacio para los módulos de derivación de energía redundantes. Algunos sistemas están bien diseñados y le permiten apilar o escalonar el bus para permitir rutas de energía AB redundantes, mientras que otros tienen algunas restricciones o limitaciones físicas. También debe tener en cuenta los requisitos totales de espacio superior del sistema que está considerando.

Algunos sistemas de rieles de bus abiertos están diseñados para colgar únicamente del techo, mientras que otros sistemas de rieles de bus también pueden sostenerse mediante soportes montados en la parte superior de los gabinetes. Se pueden utilizar otros sistemas ya sea por encima o por debajo del suelo. Entonces, si planea diseñar o actualizar su sistema de distribución de energía utilizando un sistema tipo bus, asegúrese de revisar las consideraciones de instalación física, no solo las clasificaciones de energía.

Ninguno de los productos es intercambiable, lo que significa que debe comprometerse con el sistema propietario del proveedor. Dado que algunos de estos productos recién se encuentran en su primera generación (otros son solo adaptaciones de los electroductos industriales existentes del proveedor), verifique que el sistema que está considerando le permita usar la misma derivación de energía en electroductos de diferentes tamaños/ampacidad para evitar la obsolescencia temprana.

Consideración de seguridad: Normas aplicables Todos los sistemas están diseñados para tener tomas de corriente insertadas en un electroducto o vía. UL 857 parece ser uno de los principales estándares estadounidenses para productos tipo bus que permiten la inserción o extracción de una derivación de energía en un sistema de bus activo sin equipo de protección especial. Si bien todos los sistemas afirman cumplir con la clasificación IEC IP2X de "seguridad para los dedos", cada uno tiene un diseño único. En la mayoría de los casos, probablemente los electricistas seguirán siendo quienes inserten las cajas de derivación; sin embargo, es posible que los no electricistas simplemente conecten los grifos.

Algunos sistemas tienen una pista abierta continua que puede incomodar a algunos usuarios, especialmente al intentar insertar o quitar una toma de corriente en una pista en vivo. Otros sistemas de vías de bus tienen aberturas a intervalos regulares, las cuales tienen cubiertas de seguridad que primero deben retirarse para insertar la caja de tomas de corriente. El sistema Bus Pow-R-Flex de Eaton cuenta con una "obturadora de seguridad" única, una cubierta de acceso deslizante que se entrelaza automáticamente y que solo se abre cuando se inserta la toma de corriente, lo que mantiene los conductores activos completamente cubiertos.

"El electroducto Pow-R-Flex es una de las innovaciones más importantes en la distribución de energía de los centros de datos", dijo Mark Mull, gerente de línea global de productos de electroductos en Eaton Corporation. Dijo que Pow-R-Flex de Eaton tiene la marca UL según UL 857 e IEC 60439-2, y ofrece ampacidad para clasificaciones de cortocircuito de 600 A, 600 V, así como enchufes de bus equipados con receptáculos o cables de acometida y receptáculos de hasta 600 V.

Cameron Nowak, gerente de productos de distribución y acondicionamiento de energía de Emerson Liebert, dijo que el electroducto Liebert MB se puede usar tanto bajo el piso como sobre el techo para los clientes que aún prefieren mantener la energía fuera de la vista. "Liebert considera el bus como una pieza de un centro de datos completo y ofrece una fácil integración con otros componentes del centro de datos", como PDU, bastidores y regletas de enchufes montados en el suelo. Además, dijo que MB Modular Busway es el "producto más nuevo de Liebert diseñado para optimizar la distribución de energía a nivel de rack y completar la distribución de energía desde el UPS al servidor".

Monitoreo y gestión de energía Cada proveedor ofrece su propio sistema opcional para proporcionar monitoreo y gestión de energía. Algunos están completamente integrados en la toma de corriente, mientras que otros dependen de PDU externas a nivel de bastidor.

Un sistema de Power Distribution Inc. (PDI) ofrece una característica especial: un segmento dentro de su sistema de bus PowerWave puede contener una ruta de comunicación integrada que elimina la necesidad de cableado de señal separado para cada toma de corriente, según David Mulholland, vicepresidente de marketing de PDI.

Mulholland describe el sistema de bus Powerwave como "el primer sistema de bus aéreo especialmente diseñado para centros de datos". Agrega que "el producto de PDI incluye comunicación de monitoreo de energía incorporada a través de su sistema patentado de monitoreo de circuitos derivados".

El resultado final Si hay una constante en el centro de datos, es el cambio. Los equipos informáticos evolucionan y se reemplazan constantemente. Además, a todos los operadores de centros de datos y departamentos de TI se les pide que hagan más con menos. Si está evaluando la infraestructura eléctrica de su centro de datos, se debe considerar seriamente los sistemas de distribución de energía tipo bus. Si bien la distribución de energía tradicional no desaparecerá repentinamente, los sistemas de distribución flexible comenzarán a aparecer con más fuerza, especialmente en nuevas instalaciones y actualizaciones. En cualquier caso, todos los principales proveedores parecen estar lanzando productos, y eso significa que el diseñador del centro de datos tiene una mayor variedad de opciones entre las que elegir.

ACERCA DEL AUTOR: Julius Neudorfer ha sido CTO y director fundador de NAAT desde sus inicios en 1987. Ha diseñado y gestionado proyectos de sistemas de datos y comunicaciones tanto para clientes comerciales como para clientes gubernamentales.

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