Progetto di progettazione elettrica del datacenter di Sun a Santa Clara, in California

Atelier di progettazione - QUINCINETTO - Politecnico di Torino (Dicembre 2018).

Anonim

Tour di progettazione elettrica di un datacenter

Questo articolo tecnico offre una panoramica dall'alto verso il basso del centro dati di Santa Microsystems, California, dal punto di vista della progettazione elettrica. Il tour di progettazione elettrica di Sun del datacenter di Santa Clara viene eseguito attraverso una serie di diagrammi a linea singola.

Progettazione elettrica del Datacenter di Sun a Santa Clara, California (foto credit: glumac.com)

Questi diagrammi illustrano i vari componenti e il modo in cui sono collegati senza il dettaglio di mostrare ogni filo per ciascuna fase - da qui il termine diagramma a linea singola (SLD).

Iniziamo con i seguenti argomenti //

  1. Cantiere elettrico
  2. Generatori di backup
  3. UPS a batteria
  4. Pod Power Distribution
  5. Misurazione e gestione energetica

1. Cantiere elettrico

Il progetto Sun's Santa Clara è uno dei più grandi sforzi di consolidamento dei datacenter nella loro storia recente. Ha permesso loro di costruire un nuovo capannone di servizio elettrico per fornire energia a nuovi centri dati ed edifici.

Questo impianto elettrico riceve due alimentazioni da 12 kV da Silicon Valley Power, ognuna delle quali ci consente di ottenere 4, 5 MVA di potenza continua. Per garantire che Sun abbia il potere di crescere nel tempo, hanno negoziato con l'utility locale per fornire fino a 24 MW di energia aggiuntiva al piazzale tramite ulteriori alimentatori da 4, 5 MVA .

Una serie di quadri di media tensione consente di incorporare le alimentazioni aggiuntive nel piazzale elettrico senza interrompere il servizio esistente. Il quadro di media tensione alimenta tre gruppi simili di quadri da 480 V tramite trasformatori step-down, uno dei quali è illustrato nella Figura 1.

Figura 1 - Ciascuno dei tre gruppi di quadri da 480 V può supportare un raddoppio della potenza aggiungendo un secondo trasformatore e aprendo un interruttore automatico (fare clic per espandere il diagramma unifilare)

Il quadro fornisce energia a 480 V agli edifici per uffici e ai centri dati nel campus di Santa Clara. I quadri includono interruttori per gli spazi esistenti e per future espansioni, con condotti già installati negli spazi futuri.

Sun supporta l'espansione a questo livello della gerarchia di distribuzione supportando ciascuno dei tre gruppi di quadri con un singolo trasformatore. Ogni serie di quadri è configurata con due metà collegate a un interruttore automatico attualmente chiuso.

Quando arriva il momento di raddoppiare l'alimentazione, un secondo trasformatore verrà collegato a un nuovo alimentatore di alimentazione, e verrà aperto il tie breaker. Ora ogni metà del quadro ha una capacità operativa continua di 3 MW.

Prospettiva visiva di Datacenter

Una foto del cortile degli interruttori di Santa Clara offre una prospettiva visiva (Figura 2 sotto).

In primo piano possiamo vedere tre file di quadri simili . Da destra a sinistra è la commutazione a 12kV a monte del trasformatore. Il prossimo è il trasformatore, seguito dal quadro 480V. Notare lo spazio vuoto alla fine di due delle righe per ospitare un trasformatore aggiuntivo e quadri. Uno è già stato installato.

Dietro il quadro elettrico da 480 V si trovano i quadri di media tensione da 12 kV che ospitano gli alimentatori esistenti e futuri. Nella foto sono visibili anche due generatori di riserva diesel.

Figura 2 - Una vista del piazzale elettrico di Santa Clara mostra i trasformatori da 12 kV a 480 V ei quadri in primo piano (fare clic per ingrandire l'immagine)

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2. Generatori di backup

Poiché la maggior parte dei datacenter di Sun è dedicata a sforzi di ricerca e sviluppo, i pod in essi contenuti sono progettati per le specifiche Tier 1-2 . Per il 20 percento del carico, Sun distribuisce UPS per supportare operazioni più critiche.

Con l'aumentare dei rischi operativi, Sun distribuisce i generatori dietro l'UPS per fornire alimentazione continua.

La figura 3 mostra una parte del diagramma a linea singola che mostra la configurazione del generatore di backup . Attualmente sono installati due generatori di backup, con spazio, conduit e posizioni dell'interruttore per un terzo. Questo fornisce 2 MVA di potenza oggi, con 3 MVA quando è installato il terzo generatore.

I generatori forniscono energia a un insieme di quadri di parallelo che combina le uscite del generatore. Un banco di carico da 1000 kW viene installato per fornire un carico completo durante il test dei generatori. Un controllo regolare del carico al 100% dei generatori è importante per assicurarsi che i generatori funzionino correttamente e siano sempre pronti ad accettare il carico.

Figura 3 - Il piazzale elettrico di Santa Clara di Sun comprende tre generatori che forniscono alimentazione di riserva a UPS (fare clic per espandere il diagramma a linea singola)

I quadri in parallelo attualmente alimentano un UPS da 800 kVA con disposizioni per la crescita futura .

In caso di guasto, l'alimentazione viene commutata tramite interruttori di trasferimento automatici (ATS). Due interruttori automatici di trasferimento (ATS) commutano l'alimentazione per l'UPS dalla rete di alimentazione alla potenza del generatore in caso di interruzione di corrente. Un terzo ATS fornisce energia per mantenere in funzione il sistema di raffreddamento.

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3. UPS basato su batteria

Il sito Sun di Santa Clara è attrezzato per ospitare un quarto UPS per portare il totale a 3, 2 MVA . Il sito utilizza tre UPS da 800 kVA in grado di fornire fino a 2, 4 MVA di potenza ininterrotta. Sun ha scelto le unità Symmetra MW APC per il sito di Santa Clara per la loro modularità ed efficienza.

L'UPS APC è unico in quanto consente al sistema UPS di crescere con incrementi di 200 kW .

Nel sito di Santa Clara, due dei tre UPS sono dimensionati con frame da 800 kW con solo 400 kW di moduli di alimentazione installati, dimensionando correttamente l'UPS per il giorno di Sun di cui si ha bisogno. Con l'aumento dei carichi, Sun aggiungerà ulteriori moduli di alimentazione che faranno crescere l'UPS fino alla sua capacità totale di 800 kW con una costruzione minima nella stanza dell'UPS per adeguare la capacità della batteria alla capacità dell'UPS.

Figura 4 - Un UPS da 800 kVA fornisce alimentazione a tre trasformatori, ciascuno dei quali fornisce una potenza di interruzione da 208 / 120V a un insieme di busways (fare clic per espandere il diagramma a linea singola)

L'UPS illustrato in Figura 4 prende la sua potenza in ingresso dall'interruttore di trasferimento automatico illustrato nella Figura 15. La sua uscita alimenta un pannello di distribuzione che si collega a tre trasformatori che abbassa la potenza 480 / 277V alla potenza 208 / 120V che alimenta le sbarre .

Un trasformatore è illustrato nella Figura 4. Fornisce alimentazione a un pannello di distribuzione che alimenta un set di busways da 225 A e 400 A all'interno degli spazi del datacenter.

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4. Distribuzione dell'alimentazione del pod

Per la maggior parte dei pod che richiedono solo il servizio di livello 1, un singolo feed da 480 V proveniente dal quadro supporta più trasformatori che portano la tensione a 208/120 V fornita ai pod. L'esempio mostrato in Figura 5 illustra coppie di busway ponticellate insieme.

Figura 5 - L'alimentazione è distribuita a carichi non critici tramite trasformatori che alimentano la potenza 208 / 120V verso le linee aeree sopraelevate (fare clic per espandere il diagramma unifilare)

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5. Misurazione e gestione energetica

Uno degli aspetti più importanti della progettazione elettrica del datacenter è un sistema integrato di misurazione e gestione dell'energia . Questi sistemi sono fondamentali perché forniscono la capacità di valutare la potenza utilizzata nel datacenter, gli eventi di qualità o di disturbo della potenza, l'efficienza del data center e l'impatto di eventuali misure di risparmio energetico sull'efficienza complessiva.

Come sappiamo, l'efficacia dell'uso dell'energia (PUE) è il rapporto tra la potenza totale dell'impianto e il carico delle apparecchiature IT .

Per ottenere questo rapporto e per poter osservare il consumo energetico dei vari sottosistemi del datacenter, è necessario posizionare adeguate capacità di misurazione in posizioni strategiche a cascata attraverso il sistema elettrico.

Posizioni di misurazione

Nei datacenter di Santa Clara di Sun, è in atto la misurazione e la gestione dell'alimentazione nei seguenti percorsi:

  • Il quadro di comando
  • Tutti i principali quadri
  • Tutti UPS, ATS e generatori
  • Ogni busway sopraelevato
  • Ogni rack è dotato di un'unità di distribuzione dell'alimentazione (rPDU) montata su rack che monitora il consumo energetico complessivo e fornisce anche il controllo on / off remoto per uscita. Questi rPDU possono essere monitorati sulla rete, fornendo dati a grana fine sui carichi delle apparecchiature IT.

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Riferimento // Progettazione elettrica di datacenter efficienti dal punto di vista energetico: Michael Ryan, Brett Rucker, Dean Nelson, Petr Vlasaty, Ramesh KV, Serena DeVito e Brian Day Sun Global Lab e Datacenter Design Services

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