Die Redundanz von Datenzentren gewährleistet einen unterbrechungsfreien Betrieb, indem wichtige Komponenten wie Netzteile, Server und Kühlsysteme doppelt angelegt sind. Konfigurationen wie N, N+1, 2N oder sogar 3N2 bieten unterschiedliche Redundanzgrade mit einem entsprechend optimierten Maß an Sicherheit und Stabilität. Durch Redundanz wird erreicht, dass Datenzentren zuverlässig funktionieren, da ihre Infrastruktur vor möglichen Ausfällen geschützt ist.
Aufrechterhaltung der Betriebszeit durch Redundanz
Im Bereich der elektrischen Infrastruktur ist die Redundanz von Datenzentren seit jeher die effektivste Methode zur Erhöhung der Stromverfügbarkeit und damit der Verfügbarkeit der Dienste. Untersuchungen zur Zuverlässigkeit sowie die Erfahrung zeigen, dass das Hinzufügen redundanter Komponenten ein System zuverlässiger macht.
Die Idee ist einfach: Wenn in einem redundanten System eine Komponente ausfällt, sorgt die andere dafür, dass das System weiterhin reibungslos funktioniert.
Bei der redundanten Gestaltung von Datenzentren werden kritische Komponenten dupliziert, um Betriebsunterbrechungen zu vermeiden. Dies geschieht auf verschiedene Weise:
- Hardware-Redundanz: Duplizierung von Servern, Festplatten und anderer Hardware.
- Strompfadredundanz: mehrere Stromkreise zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Stromversorgung.
- Netzwerkredundanz: mehrere Netzwerkverbindungen.
Diese Strategien gewährleisten eine hohe Verfügbarkeit der Dienste.
Das Uptime Institute teilt Datenzentren in vier Stufen ein (Tier I bis IV), die ein jeweils höheres Maß an Redundanz und Zuverlässigkeit bieten. Die verschiedenen Redundanzstufen
Redundanzstufen: Tier 1, Tier 2, Tier 3 und Tier 4
Die Redundanzniveaus von Datenzentren variieren je nach ihrer Tier-Einstufung.
Tier 1 ist die einfachste Stufe mit einem einfachen Strompfad und Kühlsystem. Es besteht keine Redundanz, was zu einer Ausfallzeit von etwa 28 bis 29 Stunden pro Jahr führt.
Tier 2 ist die Teilredundanz, die redundante Komponenten wie Notstromaggregate und Notkühlsysteme umfasst. Die Verfügbarkeit ist dadurch erhöht.
Tier 3 bietet vollständige Redundanz. Jede kritische Komponente, sei es die Stromversorgung oder Kühlung, hat eine N+1-Redundanz. Dies bedeutet, dass für jede wesentliche Komponente eine zusätzliche Komponente verfügbar ist. Diese Konfiguration umfasst eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit einer Verfügbarkeit von 99,982 %, was einer jährlichen Ausfallzeit von etwa 1,6 Stunden entspricht.
Tier 4-Datenzentren bieten eine Verfügbarkeit von 99,995 %, entsprechend einer jährlichen Ausfallzeit von etwa 26 Minuten. Diese Redundanzstufe gewährleistet eine außergewöhnliche Fehlertoleranz. Jede kritische Komponente ist vollständig redundant in einer 2N+1-Konfiguration angelegt.
Redundante Stromversorgungen in Datenzentren
Komponenten einer zuverlässigen Stromversorgung
Um eine zuverlässige Stromversorgung in einem Datenzentrum zu gewährleisten, sind mehrere Komponenten erforderlich.
Generatoren sind dabei wesentlich. Sie übernehmen die Versorgung im Falle eines Stromausfalls. Diese Generatoren werden häufig von Dieselmotoren angetrieben und müssen regelmäßig geprüft werden, um sicherzustellen, dass sie im Notfall auch funktionieren.
Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV), auch Wechselrichter genannt, spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung der Notstromversorgung.
Statische Umschaltsysteme (STS) sorgen für einen unterbrechungsfreien übergang von einer Stromquelle zur anderen. Sie schalten bei einem Ausfall der Hauptstromquelle sofort auf eine Ersatzstromquelle um.
Stromverteilungseinheiten (PDUs), die den Strom an die verschiedenen Anlagen des Datenzentrums verteilen.
USV: Ein Schlüsselelement der Stromredundanz
USV-Systeme (unterbrechungsfreie Stromversorgungen) springen ein, sobald der Netzstrom ausfällt und gewährleisten den unterbrechungsfreien Betrieb kritischer Anlagen.
N+1- und N+X-Konfigurationen werden häufig verwendet, um die Redundanz zu verbessern. In einer N+1-Konfiguration wird jeder USV-Gruppe eine zusätzliche USV hinzugefügt, bei einer N+X-Konfiguration werden mehrere redundante USV-Einheiten hinzugefügt.
USV-Systeme arbeiten in der Regel im Doppelwandlermodus, d. h. sie wandeln Wechselstrom in Gleichstrom um und umgekehrt und stabilisieren so die an die Server gelieferte Spannung, um die Lasten zu schützen.
Die Serie Delphys XL umfasst hochleistungsfähige USV-Lösungen, die speziell für die Sicherung kritischster Anwendungen entwickelt wurden. Sie haben folgende Eigenschaften:
- eine außergewöhnliche Eigensicherheit,
- ein einzigartiges Bausteinkonzept, das "Single Points of Failure" ausschließt,
- eine Lösung, die für alle Datenzentrumsarchitekturen geeignet ist, wobei jeder Power Brick unabhängig arbeitet und eine dezentrale Steuerung gewährleistet.
Diese USV-Serie verfügt über den innovativen Smart Conversion-Modus.
Der Smart Conversion-Modus nutzt einen komplexen Algorithmus
, der die Netzqualität ständig überwacht und in Echtzeit zwischen der jeweils optimalen Betriebsart Doppelwandlung (VFI) und Line Interactive umschaltet.
Im Falle einer Netzstörung schaltet die USV innerhalb von 0 ms gemäß den Anforderungen der Klasse 1 der Norm IEC 62040-3 in den Doppelwandlungsmodus um.
Dieser Modus reduziert die Verluste um den Faktor 5 und spart 350 MWh Energie pro Jahr, ohne die Kontinuität der Stromversorgung zu gefährden.
2N-, 3N2- und Catcher-Redundanz: Was ist das?
2N: Definition und Vorteile
2N-Redundanz bedeutet, dass in einem Datenzentrum alle kritischen Komponenten doppelt vorhanden sind. Diese Konfiguration stellt sicher, dass kein "Single Point of Failure" den Gesamtbetrieb stören kann.
Diese Architektur hat mehrere Vorteile: Erstens ist sie außergewöhnlich zuverlässig. Selbst bei einem Ausfall einer Komponente arbeitet das System ohne Unterbrechung weiter.
Damit diese Architektur jedoch hält, was sie verspricht, muss die gesamte elektrische Anlage (Generatoren, Wechselrichter, USV, Schalter usw.) redundant sein, was bedeutet, dass alle Geräte zweifach angeschafft werden müssen.
3N2: Definition und Vorteile
Verteilte Architekturen wie '4N3' oder '3N2' zielen darauf ab, die Leistungsredundanz zu optimieren, indem Komponenten von verschiedenen Systemen gemeinsam genutzt werden. In dieser Konfiguration sind von den insgesamt vier Systemen nur drei zur Versorgung der Last erforderlich. Das bedeutet, dass für jedes in Betrieb befindliche Einheitenpaar immer eine Ersatzeinheit vorhanden ist.
Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Implementierung von USV-Systemen ist optimiert und die Investition ist geringer. Leider um den Preis der Komplexität. Bei dieser Architektur müssen sämtliche USV-Systeme vorab installiert sein, was zu Einschränkungen bei der Verkabelung führt und die gewünschte Modularität von Datenzentren einschränkt.
Catcher: Definition und Vorteile
Die Catcher-Architektur schafft effektiv eine N+1- oder N+2-Architektur innerhalb der USV, wobei die Fehlertoleranz und die Möglichkeit der Wartung im laufenden Betrieb dank der Verwendung von statischen Umschaltsystemen (STS) zwischen der USV und der Last erhalten bleiben. Die STS-Einheiten haben in dieser Konfiguration folgende Funktionen:
- übertragung kritischer Lasten vom Haupt- oder aktiven System auf den Catcher,
- Trennen im Falle eines Kurzschlusses.
Das den STS-Einheiten nachgelagerte Stromverteilungssystem kann in ähnlicher Weise wie eine 2N-Architektur ausgelegt werden.
Mit dieser Konfiguration kann eine USV mit einer Last von 75 % oder mehr betrieben werden, während der Catcher unter normalen Bedingungen lastfrei bleibt.
Die Catcher-Architektur wird derzeit von großen und mittelgroßen Datenzentren, einschließlich Cloud-Hosting- und Colocation-Einrichtungen, als Alternative zur traditionellen 2N-Architektur eingesetzt. Dieser Ansatz bietet ein ähnliches Maß an Verfügbarkeit, ist aber effizienter und weniger kapitalintensiv.
Das Catcher-Modell zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, die Redundanz zu optimieren und gleichzeitig die Investitionskosten zu begrenzen. Im Gegensatz zur 2N- und 3N2-Konfiguration verfolgt das Catcher-Modell einen flexiblen Ansatz, der die Anpassung an die spezifischen Anforderungen von Datenzentren erleichtert. Diese Flexibilität ist besonders vorteilhaft bei Anlagenerweiterungen.
Die Catcher-Architektur hat mehrere Vorteile:
- Kostenkontrolle: Es werden weniger redundante Komponenten benötigt, was die Anschaffungskosten senkt.
- Optimale USV-Bemessung
- Vereinfachte Wartung Die Module können ohne Betriebsunterbrechung einzeln ausgetauscht werden.
Beispiel: Bei einer Catcher-Architektur erfordert ein 1-MW-Raum eine vorgeschaltete 1-MW-USV und eine STS von etwa 1600 Ampere. Im Falle eines USV-Ausfalls schaltet diese STS die Last auf eine Ersatz-USV oder einen Catcher um, der auch als redundantes Gerät für andere Räume dient.
Dieses Modell ermöglicht eine hohe Verfügbarkeit der Dienste bei gleichzeitiger Kostenkontrolle.
Aufgabe des statischen Umschaltsystems
Statische Umschaltsysteme (STS) schalten kritische Lasten unterbrechungsfrei von der ausgefallenen Stromquelle auf eine alternative Quelle um.
Im Gegensatz zu ATS verwenden STS Halbleiter, wie z. B. Thyristoren, um zwischen zwei Stromquellen umzuschalten. Die Umschaltung erfolgt praktisch verzögerungslos in nur wenigen Millisekunden. Diese Geschwindigkeit ist wichtig für kritische Anwendungen, die selbst extrem kurze Unterbrechungen der Stromversorgung nicht tolerieren. Daher eignet sich das STS besonders gut für Anwendungen, in denen die Kontinuität der Stromversorgung von größter Bedeutung ist, wie z. B. im Bank- und Finanzwesen, im Gesundheitswesen oder in Datenzentren.
STS können auch direkt in Racks von Datenzentren integriert werden. Sie sind eine kompakte und effiziente Lösung für das Energiemanagement. So kann die Zuverlässigkeit der Infrastruktur gewährleistet und gleichzeitig der verfügbare Platz optimiert werden.
"Die STS-Technologie ermöglicht ein hohes Maß an Energieverfügbarkeit bei gleichzeitiger Kostenkontrolle"
Xavier Mercier – Marketingleiter EMEA bei Socomec
STATYS – das statische Umschaltsystem von Socomec
In einem Umfeld, in dem die Kontinuität der Stromversorgung ein Schlüsselfaktor für die Erhaltung der Wettbewerbsfähigkeit ist, ist das statische Umschaltsystem STATYS von Socomec besonders relevant.
Auf der Grundlage von mehr als 35 Jahren Erfahrung und Millionen von Einsatzstunden verbessert Socomec ständig seine Produkte und Dienstleistungen. Die vierte Generation der STATYS-Produktreihe garantiert die unterbrechungsfreie Verfügbarkeit der Stromversorgung für Anwendungen von 32 bis 1800 Ampere.
Die Produktreihe wurde speziell für Umgebungen entwickelt, in denen das Stromnetz keine Unterbrechungen toleriert.
- Das statische Umschaltsystem STATYS garantiert maximale Ausfallsicherheit für eine vollständige Stromverfügbarkeit und erfüllt alle Integrationsanforderungen.
- Microcontroller-Redundanz, physisch getrennt für erhöhte Sicherheit.
- SCR-Treiber mit unabhängigen, redundanten Stromversorgungen.
- Redundante Kühlung mit überwachung von Lüfterausfällen,
Derzeit sind weltweit über 8000 Einheiten in Betrieb.
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