سیستم الکتریکال

نحوه توزیع انرژی الکتریکی در مراکز داده بر پایه استاندارد TIA942
تأمین برق مصرفی از مهم‌ترین دغدغه‌های طراحان و مدیران ارشد مراکز داده است. چه بسا برخی از مراکز داده به فکر ایجاد نیروگاهی هرچند کوچک، برای افزایش قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری بیشتر برای تأمین برق مصرفی خود باشند. در حال حاضر، از یک طرف سازندگان تجهیزات سخت‌افزاری به دنبال ساختن تجهیزاتی هستند که برق مصرفی کمتری نیاز داشته باشند و از یک طرف، طراحان به دنبال ارائه راهکارهایی هستند که نیاز به سخت‌افزار و مصرف برق را کمتر کنند. هم‌اکنون، طراحان با استفاده از استانداردهای موجود نظیر TIA942 و ۰۰۲ BICSI، زیر ساخت مراکز را به گونه‌ای طراحی می‌کنند که بیشترین کارایی را با کمترین زمان غیرفعال (DownTime) داشته باشند.
سیستم تأمین انرژی الکتریکی در یک مرکز داده
یک سامانه الکتریکی مناسب که برای مرکز داده طراحی شده باشد، باید این ویژگی‌ها را شامل شود:
• نیاز سخت‌افزارها و تجهیزات مرکز داده را تأمین کند.
• دارای افزونگی (Redundancy) کافی و مناسب باشد.
• با استانداردهای ایمنی ملی و منطقه مدنظر مطابقت‌های لازم را داشته باشد.
به طور کلی، نیازهای یک مرکز داده کامپیوتری عبارتند از:
• برق Rackها و تجهیزات مخابراتی و شبکه‌ای
• برق سامانه سیستم سرمایشی (HVAC)
• برق سیستم روشنایی اداری و اتاق کامپیوتر (Lighting)
• سامانه نظارتی و مراقبتی (CCTV)
• تجهیزات کنترل دسترسی (Access)
• تجهیزات کنترل، اعلان و اطفای حریق
تعریف اجزای مختلف سیستم توزیع مرکز داده
UTILITY
این مورد نشان‌دهنده برق شهر است که مستقیماً از نیروگاه یا از یک پست برق محلی تأمین می‌شود. تعداد این منابع الکتریسیته به رده (Tier) مرکز داده بستگی دارد. باید توجه کرد که اندازه ترانسفورماتور اصلی در پست ورودی به مرکز باید بتواند کل نیاز مرکز را برآورده کند.
Emergency Power Source
برای تأمین نیروی الکتریسیته مناسب و پایدار در زمان قطعی برق شهر، به منابع اضطراری پایدار و در دسترس نیاز است که دیزل ژنراتورهای سنکرون یکی از همین منابع است. این ژنراتورها به صورت نصب دائم و ثابت در نزدیکی بار یا به صورت پرتابل هستند. دیزل ژنراتور باید قابلیت تحمل هارمونیکی را که یوپی‌اس تولید می‌کند، داشته باشد و اندازه آن با توجه به نیاز بار متصل به یوپی‌اس، تجهیزات سرمایشی، سیستم‌های مصرفی فرعی و برق روشنایی مشخص شود. مخزن سوخت دیزل ژنراتور باید برای استفاده حداقل چهار ساعت تا حداکثر ۶۰ روز در نظر گرفته شده باشد و می‌توان آن را درون زمین مستقر کرد.
Change over Panel یا ATS
از آنجا که به هنگام قطع برق شهر و راه‌اندازی دیزل ژنراتور، خطای انسانی در کلیدزنی به طور دستی می‌تواند منجر به خسارت‌های جبران‌ناپذیر به تجهیزات شود و تداوم برق‌رسانی به این مراکز را از بین ببرد، بنابراین عمل کلیدزنی باید حتماً توسط سیستم کنترل خودکار انجام شود تا به جز در موارد خاص، نیازی به حضور اپراتور برای کلیدزنی نباشد. به همین منظور از تابلوهای مخصوص این کار استفاده می‌شود که ATS Panel یا Automatic Transfer Switch نامیده می‌شوند و دارای دو عملکرد عمده هستند:
الف) کنترل و نظارت بر فاکتورهای تغذیه بار مصرفی از برق شبکه شهری یا ژنراتور و تغییر وضعیت کلیدهای موتوردار برق شهر و ژنراتور در زمان خاموشی با توجه به سناریوهای لازم‌الاجرا
ب) نظارت بر عوامل الکتریکی و مکانیکی دیزل ژنراتور
UPS
یکی از دستگاه های اتاق سرور UPS است. UPS یک منبع تغذیه بدون وقفه (Uninterruptible power Supply) است که پشتیبانی از باطری را در صورت قطع برق برای دیتاسنتر فراهم می‌کند. این دستگاه که در اتاق های سرور به کار گرفته می شود موجب عملکرد نرمال سرورها حین قطع و وصل شدن جریان خواهد شد.
یوپی‌اس و سیستم ژنراتور باید برای کارکرد موازی، همخوانی‌های لازم را با یکدیگر داشته باشند. بازدهی انرژی تجهیزات یوپی‌اس از اهمیت بالایی برخوردار است؛ زیرا می‌تواند در مراکز مهم و بزرگ از ۵۰ تا ۶۰ درصد برق مصرفی در یک دیتاسنتر را به خود اختصاص دهد.
برق امر حیاتی برای یک اتاق سرور محسوب می شود که نبود آن حتی موجب حذف حافظه بخشی از داده ها می شود که در نهایت ضررهایی را برای شرکت یا سازمان موردنظر به دنبال دارد. بنابراین نباید در هنگام ایجاد اتاق سرور از استفاده دستگاه UPS صرف نظر کرد.
در مراکز داده اگر قدرت سایزشده یوپی‌اس تا صد کیلو ولت آمپر باشد، می‌توان یوپی‌اس را در اتاق کامپیوتر نصب و از آن بهره‌برداری کرد؛ اما اگر میزان اندازه یوپی‌اس بیشتر از صد کیلو ولت آمپر باشد، باید محل مناسبی را به عنوان اتاق یوپی‌اس در خارج از اتاق کامپیوتر انتخاب کرد. دما و رطوبت لازم برای اتاق یوپی‌اس به ترتیب باید صفر تا ۴۰ درجه و ۱۰ تا ۹۰ درصد باشد.
Battery Room
در طراحی این مبحث بهتر است اتاق باطری در پایین‌ترین طبقه و روی زمین اصلی ساخته شود، زیرا باطری‌هایی که در اتاق باطری نصب و بهره‌برداری می‌شوند، وزن زیادی دارند که در نهایت بار زیادی را به زیر ساخت کف اتاق وارد می‌کنند. دمای اتاق باطری باید بین ۲۰ تا ۲۵ درجه باشد تا با افزایش دما عمر مفید باطری‌ها کاهش نیابد. معمولاً در مرکز داده برای باطری‌ها از این تکنولوژی‌ها استفاده می‌شود:
۱٫ باطری‌های VRLA که مخفف Valve-regulated Lead-Acid است.
۲٫ باطری‌های FLA که مخفف Flooded Lead-Acid است.
۳٫ باطری‌های Ni-Cd که مخفف Nickel – Cadmium است.
Lighting
روشنایی در اتاق کامپیوتر یک مرکز داده، دارای اهمیت زیادی است. میزان شدت روشنایی باید ۵۰۰ لوکس (واحد استاندارد برای سنجش شدت روشنایی) در صفحه افقی و ۲۰۰ لوکس در صفحه عمودی باشد. همچنین این عامل برای راهروهای خارج از اتاق کامپیوتر و کریدورها ۲۰۰ لوکس و برای مناطق دیگر ۱۵۰ لوکس است. برای اندازه‌گیری این عامل، باید لوکس‌متر در میان راهروهای سرد یا گرم و در فاصله یک‌متری از کف کاذب تمام‌شده قرار داشته باشد. تجهیزات روشنایی نباید از همان برقی که تجهیزات IT در اتاق کامپیوتر و از سیستم یوپی‌اس اصلی استفاده می‌کنند، تغذیه شوند، بلکه تغذیه آن باید از تابلو برق‌های توزیع فرعی و سیستم برق اضطراری (ژنراتور) باشد. در ضمن در طراحی روشنایی، باید روشنایی اضطراری با تغذیه باطری نیز در نظر گرفته شود تا در هنگام قطع برق مشکلی در روند کار مرکز داده و کارکنان پشتیبانی ایجاد نشود.
PDPM
واحد توزیع ماژولار توان الکتریکی (Modular Power Disribution Unit) وظیفه دریافت توان الکتریکی از تابلو برق اصلی و توزیع یکپارچه آن به تمامی PDUهای موجود در یک ردیف یا راهرو از رک‌های مرکز داده را به عهده دارد. PDPM ها را می‌توان در ابتدا یا در میان راهرو مستقر کرد. این وسیله قابلیت تغذیه تک‌فاز یا سه‌فاز مصرف‌کننده را دارد؛ همچنین به اپراتور امکان حفاظت الکتریکی هریک از PDUها را می‌دهد. می‌توان اطلاعات الکتریکال لازم را هم به صورت محلی و هم به صورت دسترسی از طریق شبکه از راه دور به کمک نرم‌افزارهای مانیتورینگ استخراج کرد.
PDU
PDU، سرنام Power Distribution unit است که توان الکتریکی را توزیع می‌کند و در طرفین رک، جلوی آن یا پشت رک نصب می‌شود. PDU که برای دیتاسنتر به کار گرفته می‌شود، یا به صورت معمولی است یا از نوع smart؛ به گونه‌ای که قابلیت وصل شدن به شبکه و برنامه‌ریزی را دارد و از ابزار اندازه‌گیری کمیت‌های الکتریکی برخوردار است.
همچنین دارای کلیدهای جداکننده و محدودکننده جریان در لحظه اضافه جریان برای جلوگیری از آسیب رسیدن به تجهیزات متصل‌شده و سیستم حفاظت در مقابل افزایش ولتاژهای گذرا (TVSS) است.
بررسی بازدهی مصرف برق در یک دیتاسنتر
دو روش برای اندازه‌گیری بازدهی مصرف برق دیتاسنتر مطرح شده است:
• DCIE
این روش یکی از معیارهای بازدهی زیرساخت یک مرکز داده است که با عنوان Datacenter Infrastructure Efficiency نیز شناخته می‌شود.DCIE برق مصرف‌شده توسط تجهیزات IT یک دیتاسنتر را به صورت درصدی از کل برق ورودی به آن نشان می‌دهد. یک DCIE 60درصدی به معنای آن است که ۶۰ درصد از کل برق مصرفی دیتاسنتر در اختیار تجهیزات IT قرار گرفته و بقیه آن توسط سیستم خنک‌کننده و تغذیه عمومی برق مصرف شده است. در واقع هر چه مقدار DCIE بزرگ‌تر باشد، بهتر است. باید توجه کرد که این عنوان بر مبنای درصد بیان می‌شود .

• PUE
PUE، سرنام Power Usage Effectiveness ، نسبت مقدار کلی برق ورودی به یک دیتاسنتر به برق مورد استفاده تجهیزات IT در آن است. یک PUE معادل دو، به معنای آن است که نیمی از برق مورد استفاده یک دیتاسنتر به تجهیزات IT اختصاص یافته و زیرساخت سیستم‌های خنک‌کننده و توزیع فرعی برق نیز نیم دیگری از آن را مصرف کرده‌اند. طراحان مراکز داده یک PUE کمتر از دو را توصیه می‌کنند. در حقیقت هرچه PUE به یک نزدیک‌تر باشد، بهتر است.

نحوه نظارت و کنترل
برای نظارت سیستم‌های الکتریکال در یک دیتاسنتر، ابزار و پروتکل‌های مختلف وجود دارد. از رایج‌ترین پروتکل‌های استفاده‌شده، می‌توان به پروتکل‌های RS485 ، RS232 و SNMP اشاره کرد. پروتکل SNMP یکی از ساده‌ترین روش‌ها برای انتقال داده به‌منظور پایش اطلاعات است، زیرا می‌توان دستگاه مدنظر را تحت وب و از راه دور تنها با تنظیم یک IP برای تجهیز مربوطه کنترل کرد. در بعضی از مواقع با تنظیم یک IP برای تجهیز مدنظر و اضافه کردن آن در نرم‌افزار monitoring یا BMS و تنظیم IP مربوطه در نرم‌افزار، می‌توان کنترل تجهیز و اطلاعات مربوط به آن را انجام داد. در بعضی مواقع تجهیزات یا دستگاه‌های الکتریکی، نرم‌افزار منحصربه‌فرد دارند که می‌توان با اتصال کابل شبکه، آن‌ها را به صورت منفرد یا با یکپارچه‌سازی، در نرم‌افزار مانیتورینگ اضافه کرده و بر روی عملکرد و اطلاعات آن‌ها نظارت و کنترل لازم را اعمال کرد.