Rechenzentren sind das Rückgrat der modernen digitalen Infrastruktur und bieten sichere, leistungsstarke Umgebungen für kritische IT-Ausrüstung. Elektrische Verteilungssysteme in Rechenzentren spielen eine entscheidende Rolle dabei, sicherzustellen, dass Strom effizient, sicher und zuverlässig geliefert wird, um die anspruchsvollen Anforderungen des IT-Betriebs zu erfüllen. Diese Systeme, die auf den ersten Blick oft ähnlich erscheinen, unterscheiden sich erheblich in ihrem Design, ihrer Konfiguration und ihren Fähigkeiten, wobei jedes System auf spezifische betriebliche Bedürfnisse und Energieanforderungen zugeschnitten ist.
Das Verständnis der Terminologie und der Komponenten elektrischer Systeme in Rechenzentren ist für IT-Profis und Elektroingenieure von entscheidender Bedeutung. Begriffe wie Hochspannung, Mittelspannung, Niederspannung sowie Geräte wie Schaltanlagen, Schalttafeln, Verteilertafeln, Power Distribution Units (PDUs) und unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) können verwirrend sein.
Dieser Leitfaden untersucht diese Schlüsselkomponenten, ihre Funktionen, Platzierung und relevante Standards im Design elektrischer Systeme von Rechenzentren und bietet ein tieferes Verständnis dafür, wie Strom vom Stromnetz zu den IT-Belastungen innerhalb eines Rechenzentrums verteilt wird.
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Die Stromversorgungskette in Rechenzentren
Die meisten Rechenzentren beziehen ihren Strom hauptsächlich aus dem kommunalen Stromnetz. Dieses Netz liefert Energie, die vor Ort umgewandelt wird, um den Spannungs- und Strombedarf der IT-Systeme im Rechenzentrum zu decken. Neben dem kommunalen Netz integrieren viele Rechenzentren auch Backup-Generatoren, um die Kontinuität während Stromausfällen oder -unterbrechungen zu gewährleisten. Diese Generatoren können die primäre Stromquelle ergänzen oder als Sicherheitsvorkehrung im Falle eines Stromausfalls dienen.
Der Strom, der in ein Rechenzentrum geliefert wird, durchläuft mehrere Umwandlungs- und Verteilungsstufen. Nach der Einspeisung in die Anlage wird der Strom zu den Hauptverteilungstafeln (MDBs) geleitet, von wo aus er an verschiedene Systeme wie USV-Einheiten, Lastbänke und IT-Ausrüstung verteilt wird. Dieser Prozess stellt sicher, dass empfindliche Systeme vor Stromspitzen oder -unterbrechungen geschützt sind, wodurch eine hohe Betriebszeit gewährleistet und potenzielle Schäden an der Ausrüstung verhindert werden.
Ein Schlüsselelement in dieser Einrichtung ist das System der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV). USV-Systeme bieten eine temporäre Stromversorgung während Unterbrechungen, sodass ausreichend Zeit bleibt, bis Backup-Generatoren einspringen und einen reibungslosen Betrieb aufrechterhalten. Diese Systeme sind entscheidend zum Schutz der kritischen Infrastruktur und stellen sicher, dass selbst kurze Stromausfälle keine Auswirkungen auf die Funktionsweise des Rechenzentrums oder die Unternehmen haben, die auf seine Dienstleistungen angewiesen sind.
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Schlüsselkomponenten von elektrischen Verteilungssystemen in Rechenzentren
1. Mittelspannungs-Schaltanlagen und MV/LV-Transformatoren
Rolle in der Stromverteilung: Mittelspannungs-Schaltanlagen spielen eine entscheidende Rolle in Rechenzentren mit hoher Kapazität, insbesondere bei einer IT-Belastung von mehr als 1 MW. Sie markieren den Eintritt des Stroms aus dem Versorgungsnetz in das Gebäude und sind unerlässlich für die Steuerung und Verteilung der Elektrizität an die interne Infrastruktur des Rechenzentrums.
Wenn das Rechenzentrum einen Mittelspannungs-Generator verwendet, verbindet die Schaltanlage auch den Generator mit dem Stromnetz und sorgt dafür, dass Strom auch während eines Ausfalls verfügbar ist.
Schlüsselequipment: Die Mittelspannungs-Schaltanlage ist mit verschiedenen wichtigen Komponenten ausgestattet, wie Messgeräten, Schutzschaltern, Kontaktoren, Sicherungen, Überspannungsableitern, Spannungs-/Stromwandlern und Steuerrelais. Diese Elemente sind entscheidend zum Schutz der Architektur des Rechenzentrums, indem Fehler abgeschaltet, Abschnitte zur Wartung isoliert und ein sicherer und effizienter Stromfluss zu den Servern und anderen IT-Hardwarekomponenten gewährleistet wird.
Konfiguration: Die Schaltanlage besteht in der Regel aus mehreren Kuben, einschließlich einer Eingabeeinheit, einer Ausgabeeinheit, einer Spannungmessungseinheit und einem Busabschnitt. Jeder Kubus ist mit Sicherheit im Hinterkopf gestaltet und verfügt über einen einzigen Mittelspannungs-Schutzschalter, der hohe Stromflüsse bewältigt. Diese Konfiguration stellt sicher, dass der Strom im Rechenzentrum ordnungsgemäß verwaltet wird und die Funktionsweise von wichtigen Geräten ohne Überlastung oder Schäden unterstützt wird.
Diese Infrastruktur bildet das Rückgrat der Stromverteilung in Rechenzentren und unterstützt kritische Dienste wie USV-Systeme, Backup-Generatoren und Lastenmanagement, um sicherzustellen, dass Ihre Server und IT-Komponenten immer betriebsbereit und sicher sind. Für weitere Informationen darüber, wie wir Ihre Stromversorgungsanforderungen in Rechenzentren unterstützen können oder um unsere Dienstleistungen zu erkunden, kontaktieren Sie uns noch heute.
2. Niederspannungs-Schaltanlagen/Schalttafeln und Automatische Umschaltvorrichtungen (ATS)
Rolle in der Stromverteilung: Niederspannungs-Schaltanlagen sind in Rechenzentren mit geringeren Stromanforderungen (weniger als 1 MW) unerlässlich. Sie sind verantwortlich für die Steuerung des Stromflusses von der Sekundärseite des MV/LV-Transformators oder von Backup-Generatoren zu den kritischen Geschäftsgeräten im Rechenzentrum, um sicherzustellen, dass Strom zu Servern, Kühlsystemen und anderer wichtiger IT-Infrastruktur gelangt. Eine effiziente Stromverteilung ist entscheidend, um den Betrieb aufrechtzuerhalten und eine optimale Power Usage Effectiveness (PUE) zu erreichen, eine Kennzahl, die für die Energieeffizienz in Rechenzentren wichtig ist.
Schlüsselequipment: Niederspannungs-Schaltanlagen beinhalten verschiedene Komponenten wie Eingangsleitungen, Power Control Centers (PCC), Motor Control Centers (MCC), Sammelschienen, Schutzschalter, Messgeräte, Überspannungsableiter und Relais. Diese Geräte sind integraler Bestandteil der zuverlässigen und sicheren Stromverteilung innerhalb des Rechenzentrums.
Sie bieten auch Schutz gegen Fehler und Überstromsituationen, um Risiken zu minimieren, die den Betrieb stören könnten. Die ordnungsgemäße Funktion dieses Equipments unterstützt sowohl die Geschäftskontinuität als auch die Energieeffizienz und entspricht den Best Practices für das Energiemanagement.
Stromparameter: Die Strompotenzial- und Stromstärkenbewertungen von Niederspannungs-Schaltanlagen sind entscheidend für ihre Leistung. Typischerweise reichen die Potenzialbewertungen von Niederspannungs-Schaltanlagen von 690V, mit Blitzimpuls-Widerstandskraft bis zu 12kV. Die Strombewertungen sind auf die Anforderungen des Systems abgestimmt und entsprechen den lokalen Standards, um sicherzustellen, dass die Strominfrastruktur die betrieblichen Anforderungen des Rechenzentrums ohne Kompromisse bei der Zuverlässigkeit oder Sicherheit unterstützt.
3. Ununterbrochene Stromversorgungs-Systeme (USV)
Rolle im Stromschutz: USV-Einheiten sind zentral, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für kritische IT-Infrastrukturen während Stromausfällen sicherzustellen. Diese Lösungen sind darauf ausgelegt, plötzliche Stromspitzen zu bewältigen, kurzzeitige Ausfälle zu überbrücken und ausreichend Zeit zu bieten, damit Backup-Generatoren übernehmen können.
Typen von USV-Konfigurationen: Je nach Bedarf des Rechenzentrums können USV-Anordnungen in der Konfiguration variieren. Diese Anordnungen beinhalten in der Regel USV-Eingangs-/Ausgangsschalttafeln, USV-Verteilungsschalttafeln und statische Umschalter (STS) für Umgehungsfunktionen.
Zuverlässigkeitsüberlegungen: Die USV-Designkonfigurationen sind entscheidend, um sicherzustellen, dass die kritischen IT-Geräte betriebsbereit bleiben. Die Wahl der richtigen USV-Konfiguration ist eine wichtige Entscheidung im elektrotechnischen Designprozess.
4. Stromverteilungseinheiten (PDUs) und Remote Power Panels (RPPs)
Rolle in der Stromverteilung: PDUs und RPPs werden in Rechenzentren verwendet, um Strom von den vorgelagerten USV-Einheiten auf IT-Racks und andere kritische Lasten zu verteilen. Sie steuern, überwachen und schützen den Strom, der zu diesen Komponenten fließt.
Wichtige Ausstattungen: Eine typische PDU umfasst einen Hauptsicherungsschalter, Unterverteilungsschaltkästen, Leistungstransformatoren, Überspannungsableiter sowie Überwachungs- und Kommunikationsmodule. PDUs sind in der Regel für Leistungsanforderungen von 50 kW bis 500 kW ausgelegt.
Arten von PDUs: PDUs gibt es in verschiedenen Varianten, abhängig von den geografischen Anforderungen. In nordamerikanischen Rechenzentren beispielsweise kann eine PDU den Strom von 480 V auf 120/208 V umwandeln, während sie in Japan den Strom von 200 V auf 100 V reduziert.
5. Busway-Systeme
Rolle in der Stromverteilung: Busway-Assemblies bieten eine Alternative zu traditionellen PDUs und RPPs, indem sie eine modulare, flexible Stromverteilung ermöglichen. Sie bestehen aus einer Speiseeinheit, einem Strombus, Steckvorrichtungen (mit Überstromschutzvorrichtungen) und Verbindungen.
Vorteile: Busways können je nach Layout des Rechenzentrums entweder oberhalb oder unterhalb des Bodens montiert werden. Das System bietet Flexibilität für zukünftige Upgrades und Neukonfigurationen, während die Ausfallzeiten während der Wartung minimiert werden.
Anwendungsfall: Busways sind besonders nützlich in großen Rechenzentren, die modulare Stromverteilungslösungen erfordern.
Weitere Informationen: Alles, was Sie über Hyperscale-Infrastrukturen im Jahr 2025 wissen müssen - gbc engineers
6. Verteilungsschaltkästen
Rolle in der Stromverteilung: Verteilungsschaltkästen werden typischerweise in den mechanischen, elektrischen und IT-Bereichen eines Rechenzentrums eingesetzt. Sie verteilen Energie an Kühlanlagen, Beleuchtung, Sicherheitsinfrastruktur und andere wesentliche Komponenten.
Wichtige Ausstattungen: Verteilungsschaltkästen beherbergen die Hauptstromschienen und Anschlüsse, an denen Leistungsschalter, Neutralleiter und Erdungskabel installiert sind. Sie sind in der Regel an der Wand montiert und so konzipiert, dass sie leicht zugänglich und wartungsfreundlich sind.
7. Rack-Stromverteilungseinheiten (rPDUs)
Rolle in der Stromverteilung: Rack-PDUs, oft als Steckdosenleisten bezeichnet, werden in IT-Racks montiert und versorgen die IT-Ausrüstung in diesen Racks direkt mit Strom. Sie werden von vorgelagerten PDUs oder RPPs betrieben und können für die Einphasen- oder Dreiphasenstromverteilung konfiguriert werden.
Merkmale: rPDUs beinhalten häufig Funktionen wie Überspannungsschutz, Messung und Überwachung, die für die Nachverfolgung des Stromverbrauchs und die Gewährleistung einer effizienten und sicheren Stromversorgung der Racks unerlässlich sind.
Weitere Informationen: Was sind die wesentlichen Komponenten einer Rechenzentrumsanlage? Ein Leitfaden für 2025 - gbc engineers
Best Practices für das elektrische Design von Rechenzentren
Redundanz und Zuverlässigkeit: Einer der wichtigsten Aspekte im Design der Strominfrastruktur eines Rechenzentrums ist die Sicherstellung, dass die Infrastruktur fehlerresistent ist und den Betrieb auch während Stromausfällen aufrechterhalten kann. Der Einsatz redundanter USV-Systeme, doppelter Stromzuführungen aus dem Versorgungsnetz und Backup-Generatoren ist entscheidend, um diese Zuverlässigkeit zu erreichen.
Skalierbarkeit: Wenn Rechenzentren wachsen, steigen auch ihre Stromanforderungen. Es ist wichtig, die Strominfrastruktur mit Blick auf die Skalierbarkeit zu entwerfen, sodass Upgrades und Erweiterungen des Systems einfach möglich sind.
Energieeffizienz: Die Reduzierung des Energieverbrauchs ist ein zentrales Ziel im modernen Design von Rechenzentren. Der Einsatz energieeffizienter Transformatoren, USV-Einheiten und Komponenten der Strominfrastruktur kann die Betriebskosten erheblich senken und den ökologischen Fußabdruck des Rechenzentrums verringern.
Einhaltung von Standards: Die Einhaltung internationaler Standards wie IEC, ANSI, und des National Electrical Code (NEC) ist entscheidend, um Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistung zu gewährleisten. Das Stromdesign von Rechenzentren muss diese Benchmarks erfüllen, um die gesetzliche Konformität und Best Practices sicherzustellen.
Kontinuierliche Überwachung und Wartung: Regelmäßige Überwachung der Komponenten der Strominfrastruktur sowie präventive Wartungsmaßnahmen sind unerlässlich, um den kontinuierlichen Betrieb und die Zuverlässigkeit des Stromsystems im Rechenzentrum sicherzustellen.
Weitere Informationen: Was sind Data Center Solutions? Ein umfassender Überblick - gbc engineers
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Fazit
Das elektrische Design von Rechenzentren ist eine komplexe, aber entscheidende Aufgabe, die ein tiefes Verständnis für den Stromfluss, die Sicherheit und die Zuverlässigkeit erfordert. Durch die Integration des richtigen Mixes an Ausstattungen – wie Mittelspannungs-Schaltanlagen, USV-Systeme, PDUs und Backup-Generatoren – können Rechenzentren einen unterbrechungsfreien Service gewährleisten und kritische IT-Betriebe schützen.
Die Einbeziehung von Redundanz, Skalierbarkeit, Energieeffizienz und der Einhaltung von Industriestandards wird die Leistung und Langlebigkeit der elektrischen Infrastruktur des Rechenzentrums weiter verbessern und Unternehmen dabei helfen, die hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, die für moderne IT-Betriebe von grundlegender Bedeutung sind.
Durch den Fokus auf hohe Effizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit sorgt gbc engineers dafür, dass jedes Rechenzentrumsdesign speziell auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten ist, sei es für den Betrieb in der Cloud oder mit Hochleistungscomputersystemen.
Durch sorgfältige Planung und den Einsatz fortschrittlicher Stromverteilungslösungen können Unternehmen effiziente und skalierbare Rechenzentrumsbetriebe schaffen, die den Anforderungen moderner IT-Workloads gerecht werden.