Sicherheit für hochverfügbare Rechenzentren

Hochverfügbarkeit in Rechenzentren heißt auch Schutz vor Überhitzung, Stromausfall, unberechtigtem Eindringen, Diebstahl, Vandalismus, Anschläge und Sabotage. Doch bei so manchem Datacenter liegt einiges im Argen.

In vielen Unternehmen hat das Datacenter keine redundante autarke Stromversorgung. Oft fehlt eine Netzersatzanlage, kurz „NEA“ oder „Diesel“ genannt. Fällt der Strom aus, ist auch der Betrieb des Datacenter unterbrochen. Diese Konstellation stellt bei den heutigen Ansprüchen an ein hochverfügbares Data Center eine unsichere Situation dar.

Was muss realisiert werden, um das Ziel der Hochverfügbarkeit zu erreichen?

Die Voraussetzung für das Betreiben eines Rechenzentrums ist eine eigene sichere Stromversorgung. Dabei beginnt die Bereitstellung der Stromversorgung beim Energieversorgungsunternehmen (EVU). Der Strom wird über Leitungen zu den Umspannwerken transportiert. Von dort aus erfolgt die Einspeisung in das Gebäude des Stromabnehmers.

Whitepaper Empfehlung

CIOBRIEFING 01/2020

Das autonome Rechenzentrum

Zwei Stromquellen sorgen für Hochverfügbarkeit

Der Strom sollte aus Sicherheitsgründen von zwei unterschiedlichen EVU über weit auseinander liegende Umspannwerke eingespeist werden. Die Stromeinspeisung erfolgt dabei über zwei differenzierte Stränge mit gleicher Leistungsaufnahme.

Damit ist eine vollständige Redundanz von den Kraftwerken bis zum Datacenter erreicht. Dies ist eine Voraussetzung für die Hochverfügbarkeit.

Fällt der Strom von einem Versorger aus, so übernimmt der zweite die volle Last.

Stromausfälle können verursacht werden durch:

• Stromausfall im Kraftwerk
• Unterbrechung der Logistik vom Kraftwerk zum Data Center
• Probleme in der Stromverteilung im Data Ccenter
• Ausfall eines Power Supply in den IT-Systemen
• Ausfall eines Systems innerhalb der technischen Infrastruktur, zum Beispiel durch die Klimaanlage.

Innerhalb des Data Centers wird eine duale Stromversorgung (A- und B-Versorgung) durchgängig bis zu den Stromabnehmern realisiert. Dazu gehören:

• Redundant ausgelegte Mittelspannungshauptverteiler (MSHV)
• Redundant ausgelegte Transformatoren
• Redundant ausgelegte modular aufgebaute Niederspannungshauptverteiler (NSHV)
• Je NSHV eine n+1-modular konzipierte Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) mit Power-Unterverteilung
• Redundante Kabelzuführungen von der USV-Unterverteilung zu den Stromabnehmern
• Netzersatzanlage NEA

Nieder- und Mittelspannung

Die Einspeisung kann direkt auf die Niederspannungshauptverteiler oder über die Mittelspannungshauptverteiler erfolgen. Im letzteren Fall müssen zwei eigene Transformatoren mit gleicher Leistung zur Umsetzung auf die NSHV für das interne Stromnetz installiert werden.

Um die Sicherheit zu erhöhen, ist die Einspeisung auf die Mittelspannung zu bevorzugen. Die Transformatoren schützen den Niederspannungsbereich vor äußeren Störungen bzw. Einflüssen durch andere Verbraucher im gleichen EVU-Netz.

Die Versorger im Data Center werden an redundante Unterverteiler angeschlossen, getrennt für die technische Infrastruktur und den hochverfügbaren Systemen. Je NSHV wird nachgelagert eine möglichst n+1-USV mit Batteriespeicher für die hochverfügbaren Systeme installiert.

Die Aufgaben der USV

Die USV hat die Aufgabe, mögliche kurze Stromausfälle zu überbrücken. Die Energieanbieter investieren nicht mehr genug in ihre Anlagen, dadurch haben sich Kurzausfälle, die meistens im Sekundenbereich liegen, in den letzten Jahren erhöht. Längere Stromausfälle über Stunden oder Tage kann die USV jedoch nicht überbrücken.

Bei totalem Stromausfall wird der Strom über den Batteriespeicher gehalten, bis die Netzersatzanlage (NEA) aktiv ist. Außerdem gleichen die USV-Anlagen Spannungsschwankungen, Überspannungen, Unterspannungen, Spannungseinbrüche Spannungsverzerrungen aus.

Diese Störungen können die IT-Umgebung schädigen oder gar zerstören; die Hochverfügbarkeit ist gefährdet. Für diese Filterfunktion ist eine herkömmliche Anlage, die nur die Stromausfälle überbrückt, nicht geeignet. Dazu eignet sich nur eine Voltage and Frequency Independent USV (VFI-USV). Die USV ist ausschließlich für Systeme vorzusehen, die für die Hochverfügbarkeit notwendig sind.

Dann kommt die NEA ins Spiel

Die USV versorgt nicht die Systeme der technischen Infrastruktur. Über die USV werden die Racks in den IT-Infrastrukturräumen redundant mit Strom versorgt. State of the Art ist die Installation von redundant ausgelegte Stromschienen, installiert über die Racks in den IT-Räumen. In diesem Fall sind die Stromkabel von den USV mit den Stromschienen verbunden.

Der Vorteil ist bei Neuinstallation eines IT-Racks, dass lediglich jeweils ein Stromkabel (Abgangskasten) von den Stromschienensteckern auf die Power Distribution Unit (PDU) im Rack gesteckt werden muss. Das umständliche Verlegen eines Kabels von der Unterverteilung zum Rack entfällt. Das spart Zeit und Geld.

Eine störungsfreie Versorgung mit elektrischer Energie ist nicht immer gewährleistet. Kurze Unterbrechungen oder lang anhaltende Stromausfälle müssen durch Netzersatzanlagen (NEA) überbrückt werden.

Die NEA hält im Notfall den Betrieb eines Datacenters mit der dazu gehörenden technischen Infrastruktur wie Kühlung, Sicherheitseinrichtungen aufrecht. Mindestens eine NEA mit der erforderlichen Leistung muss vorhanden sein. Die Dieselbevorratung sollte den Betrieb für 48 Stunden sicherstellen. Aus Redundanzgründen ist die Installation von zwei NEA mit gleicher Leistung empfehlenswert.