No Downtime Costs Stellschrauben zum Minimieren der Datacenter-Ausfälle und Erhöhen der Verfügbarkeit

Ein Gastbeitrag von Fabian Müller*

Mit zunehmender Komplexität und steigender Nachfrage erhöht sich in Rechenzentren das Risiko von Ausfallzeiten und den damit verbundenen Verdienstverlusten. Mit adäquater Technik aber für eine maximale Stromverfügbarkeit lassen sich kostspielige Ausfälle vermeiden.

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Vom Erkennen von Isolationsfehlern über das Wechseln von Spannungsquellen bis hin zum Doppelwandler-Modus - es gibt in einem Rechenzentrum viele Möglichkeiten, die Verfügbarkeit zu erhöhen.
Vom Erkennen von Isolationsfehlern über das Wechseln von Spannungsquellen bis hin zum Doppelwandler-Modus - es gibt in einem Rechenzentrum viele Möglichkeiten, die Verfügbarkeit zu erhöhen.
(Bild: Socomec GmbH)

Fallen Rechenzentren aus, kommen auf die Betreiber hohe Kosten zu. Und die werden immer teurer: Laut einer Studie des auf digitale Infrastrukturen spezialisierten Uptime Institute geht die Häufigkeit der Ausfälle zwar leicht zurück, die Kosten pro Ausfall sind jedoch so hoch wie nie: Im Jahr 2021 führten sechs von zehn Ausfälle zu Verlusten von über 100.000 Dollar.

Sechs Rechenzentren verloren jeweils mehr als 25 Millionen Dollar durch schwere Systemausfälle . Probleme mit der Stromversorgung sind die Hauptursache für Ausfälle. Betreiber sollten daher Lösungen einsetzen, die eine maximale Stromverfügbarkeit garantieren.

Das Überwachen elektrischer Anlagen

Störungen in der Stromversorgung, zum Beispiel durch Fehlerströme in den IT-Schränken, können kritische Stromausfälle oder vollständige Black-Outs verursachen. Betreiber sind daher gut beraten, wenn sie die elektrische Anlage ihres Rechenzentrums überwachen, um einen kontinuierlichen Betrieb gewährleisten zu können.

No Downtime Costs: Mit einem durchdachten Konzept zur Stromversorgung lassen sich Ausfallzeiten vermeiden.
No Downtime Costs: Mit einem durchdachten Konzept zur Stromversorgung lassen sich Ausfallzeiten vermeiden.
(Bild: Socomec GmbH)

Wie in der Norm DIN EN 50600-2-2 empfohlen, können Rechenzentren ihre elektrische Anlage mit einem Fehlerstrom-Überwachungsgerät (RCM, Residual Current Monitor) beobachten. Es erkennt Isolierungsfehler bevor der RCD-Schalter auslöst und gibt eine präventive Warnmeldung ab. Betriebsunterbrechungen lassen sich mit ihm frühzeitig erkennen und schwerwiegende Ausfälle oder gar Brände im Datacenter verhindern.

Wird ein Stromkreis durch ein Differenzstrom-Überwachungsgerät nach DIN EN 62020 (VDE 0663) ständig geschützt, kann man zudem auf die Messung des Isolationswiderstands verzichten. Erst mit einer solchen Lösung ist ein 24/7-Dauerbetrieb sicher zu realisieren.

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Das frühzeitige Erkennen von Isolationsfehlern

Mit dem Modul „Diris Digiware R-60“ hat Socomec ein RCM-System entwickelt, das Last- und Differenzströme gleichzeitig überwacht. Änderungen des Fehlerstroms zeichnet das Gerät sekundengenau auf. Dank der RCM-Alarmfunktion erkennt es Fehlerströme frühzeitig und warnt mit einem lokalen LED-Alarm, über eine Remote-Benachrichtigung und per E-Mail.

Auch bei einem Defekt des Fehlerstrom-Schutzschalters informiert die Technik zuverlässig. Ableitströme erkennt das Modul frühzeitig, bevor sie zur Gefahr für Mitarbeiter oder die elektrische Anlage werden. Kombiniert man es mit der „Virtual Monitoring“-Technologie von Socomec, lässt sich zudem anzeigen, ob der Schutzschalter durch Überlast oder einen hohen Fehlerstrom ausgelöst wurde.

Ein R-60-Modul kann bis zu sechs Stromkreise überwachen. Dank des modularen Konzepts kann es um weitere Module erweitert werden, um beispielsweise zusätzlich zum Netzeingang mehrere Ausgangsstromkreise zu beobachten. Dabei lassen sich laut Anbieter die Module „schnell und einfah in das bestehende Diris-Digiware-System integrieren.

Auf Ersatzstromquellen umschalten

Um kritische Geräte zu versorgen, sind die elektrischen Anlagen auf eine spezielle Steuerung der Lastumschaltung und auf mehrere Sicherungsschichten angewiesen. Fällt dennoch eine Spannungsquelle aus, gilt es die Stromversorgung schnellstmöglich wiederherzustellen, indem auf eine Ersatzstromquelle gewechselt wird. Daher sollten Betreiber bei der Planung eines Rechenzentrums auf Redundanz achten und die elektrische Anlage mehrfach absichern.

Der zunehmende Strom- und Kühlbedarf verstärkt den Bedarf an automatischen Lastumschaltern. Sie schalten die Last auf eine Alternativquelle um, sobald die Primärquelle außerhalb der Toleranz liegt. Vorgeschaltete automatische Lastumschalter (ATSE) müssen eine Redundanz zwischen den Transformatoren für die Hauptstromversorgung und den Notstromaggregaten gewährleisten. Sehr schnelle statische Transfersysteme (STS) ermöglichen es, dass Sammelschienen oder Stromverteilereinheiten (PDU) jederzeit versorgt werden.

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Technik zum Wechseln der Spannungsquelle

Umschalter ermöglichen eine effiziente Überwachung elektrischer Anlagen und eine Lastumschaltung zwischen zwei Stromversorgungsquellen. Mit der ATSE-Produktreihe „Atys“ für Stromstärken von 30 bis 6.300 Ampere bietet Socomec nach eigenen Angaben eine der umfangreichsten Produktpaletten auf dem Markt.

Während „Atys p“ von 125 bis 3.200 Ampere erhältlich ist, bietet Socomec den Schalter „Atys p M“ von 40 bis 160 Ampere an. Bei den Geräten der Produktreihe handelt es sich um drei- oder vierpolige automatische Lastumschalter mit einer Schaltstellungsanzeige.

Die STS-Produktreihe „Statys“ bietet eine schnelle und reibungslose Umschaltung bei Bemessungen von 16 A bis 1.800 Ampere. Dank ihrer redundanten Auslegung und Flexibilität arbeiten die Schaltsysteme sehr zuverlässig. Sie lassen sich an unterschiedliche Anwendungsfälle anpassen.

Eine doppelte Quellenredundanz wählt zur Lastversorgung die Quelle, die am sichersten Strom liefert. Bei der Übertragung der Last kommt es zu keiner Unterbrechung der Versorgung. Ihre kompakte Ausführung reduziert den Platzbedarf um bis zu 40 Prozent.

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Stromversorgung mithilfe von USV-Anlagen

Die wichtigste Maßnahme für eine sichere Stromversorgung bildet der Einsatz von Anlagen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV). Doppelwandler-USVs bieten einen zusätzlichen Schutz vor Spannungsstößen, Blitzeinwirkungen, Frequenzschwankungen und Spannungsoberschwingungen.

Sie wandeln die Spannung doppelt, das heißt: Zuerst wird die einströmende Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt und bei Bedarf in die Batterie eingespeist. Anschließend wird die Gleichspannung über einen Wechselrichter wieder in eine Wechselspannung umgewandelt. Durch eine kontinuierliche doppelte Wandlung des zur Verfügung stehenden Stroms und eine dazugehörige Batterie garantieren USV-Geräte eine sichere Energieversorgung der IT-Komponenten.

Mit einem durchdachten Anlagenkonzept lassen sich bereits bei der USV-Planung die Kosten für Ausfallzeiten reduzieren, denn die Ausfallrate moderner modularer Anlagen gilt als extrem niedrig. Dank des modularen Aufbaus können einzelne Module und Anlagenteile separiert werden, um Fehler zu isolieren.

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Die Herausforderung liegt in der Zuverlässigkeit jedes Moduls, so dass das Ausfallrisiko mit der Zahl der Module in einer Anlage steigt. Betreibern von Rechenzentren sei geraten, ihre USV-Anlagen anhand der Gesamtanzahl der benötigten Module und der Modulgröße auszuwählen.

Die Rate interner Ausfälle von USV-Systemen verläuft proportional zur Anzahl der Leistungsmodule und umgekehrt proportional zur mittleren Zeit zwischen Ausfällen (MTBF: mean time between failures). Da sich die Zahl der Leistungsmodule nach der Leistung und Redundanz des Systems richtet, empfiehlt es sich in Rechenzentren ausschließlich Leistungsmodule mit einem sehr hohen MTBF-Wert, also einer sehr niedrigen Ausfallrate, zu verwenden.

Der MTBF-Wert wird nach einem strengen statistischen Verfahren berechnet. Zusätzlich muss sich die USV in einer Reihe von Tests in ihrer Belastbarkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit unter Beweis stellen. Betreiber von Rechenzentren sollten bei der Auswahl ihrer USV auf eine MTBF-Zertifizierung von einem unabhängigen Labor achten. Hersteller stellen zudem oft echte Daten aus der Praxis bereit, um die berechnete MTBF zu bestätigen.

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* Über den Autor

Fabian Müller ist seit Anfang 2020 bei der Socomec GmbH als Specification Engineer in der Betreuung von Ingenieurbüros bundesweit tätig.
Fabian Müller ist seit Anfang 2020 bei der Socomec GmbH als Specification Engineer in der Betreuung von Ingenieurbüros bundesweit tätig.
( Bild: Fabian Müller )

Mit seinen mehr als 15 Jahren Erfahrung im Bereich Datacenter und IT unterstützt Fabian Müller Socomec-Projekte aktiv bereits in der Entstehungsphase.

Gegründet wurde die Company im Jahr 1922 und ist heute eine internationale Gruppe mit über 3.600 Mitarbeitern und 28 Tochtergesellschaften weltweit, mit der Kultur und den Werten eines Unternehmens in Familienbesitz. Die Produkte dienen der Sicherheit, Kontrolle, Verfügbarkeit, Kontinuität, Qualität und dem Wirkungsgrad von Niederspannungsanlagen.

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