Energietechnik Transparente Stromversorgung in Rechenzentren

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Hochverfügbarkeit ist bei der Energieversorgung von Rechenzentren Pflicht. Dafür ist der gesamte Strang von der Einspeisung bis zu den Racks redundant ausgelegt. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Überwachung.

Soll die Stromversorgung in einem Rechenzentrum ordentlich überwacht werden, gehören neben Sicherheitsaspekten auch Energiemanagement und Kostenstellenabrechnung dazu. Besonders anspruchsvoll sind Standorte, die Co-Location (siehe Kasten) anbieten. Mit der richtigen Kombination aus Messtechnik und Software kann der Betreiber alles im Blick behalten.

Die Datacenter One GmbH betreibt Rechenzentren in Stuttgart, Leverkusen und Hilden. Darüber hinaus plant und baut das Unternehmen schlüsselfertige Rechenzentren innerhalb von sechs bis neun Monaten, ab 500 Quadratmetern Mietfläche auch am Wunschstandort.

Co-Location-Angebote bieten den Kunden maximale Freiheiten: Sie profitieren von der Infrastruktur, wie der Energieversorgung, erhalten aber einen geschlossenen Raum, in dem sie eigenes Equipment installieren. Die Kapazitäten sind im laufenden Betrieb skalierbar. Über einen „Colo-Connect-Service“ bei Datacenter One lassen sich mehrere Rechenzentren koppeln und die Verbindung zu einem Firmensitz sicherstellen.

Leistungen vertraglich in Service Level Agreements regeln

Die jeweiligen Leistungen sind vertraglich in Service Level Agreements (SLAs), deutsch Dienstleistungs-Güte-Vereinbarung) geregelt. Dazu gehören auch genaue Angaben über Netzspannung und Frequenz. Bei Datacenter One beispielsweise muss im Streitfall das Unternehmen deren Einhaltung nachweisen.

Am Standort Hilden ist hierfür Projektmanager Christian Werner verantwortlich, der bei Datacenter One Neubauten und Ausbauten betreut (siehe: Abbildung 1). Er kennt die Besonderheiten des Co-Location-Geschäfts genau: „Wir sichern in den SLAs eine bestimmte Netzqualität mit definierten Toleranzgrenzen zu. Wenn wir das nicht einhalten, kann uns der Kunde in Regress nehmen.“

Rechenzentren – die Königsdisziplin der Messtechnik

Hochverfügbarkeit, Energiemanagement, Kostenstellenabrechnung: In jedem Bereich eines Rechenzentrums muss gemessen werden. Werner nutzt hierfür die Geräte des Messtechnikspezialisten Janitza, auf die er durch einen Kunden aufmerksam wurde. Inzwischen gehören diese zum Standard bei Datacenter One. Sie überwachen vor allem das Rückgrat der Stromversorgung, die beiden unabhängigen Strompfade.

Der Aufbau ist gemäß DIN EN 50600 Level 3 von der TÜViT (TÜV Informationstechnik GmbH) zertifiziert. Außerdem genügt der Standort der ISO 27001, einer Norm, die das Informationssicherheits-Managementsystem beschreibt. Gerald Fritzen, bei Janitza der Spezialist für Rechenzentren, beschreibt die Messtechnik: „Wir haben eine umfassende Überwachung, beginnend bei den Primär- und Sekundärversorgungen, das heißt: den Transformatoren und Generatoren. Das geht bis zu den Sekundärverteilern für die Racks. Unser Messkonzept erfasst sämtliche Granularitätsstufen von I bis III.“

In jeder NSHV, den Niederspannungs-Hauptverteilungen, überwacht ein Klasse-A-Messgerät die Netzqualität direkt an der Einspeisung. So lassen sich sämtliche Spannungsanomalien, wie kurzzeitige Transienten oder Oberschwingungen, gerichtsfest erfassen und gemäß den verschiedenen Netzqualitätsstandards der DIN EN 61000-2-4 Klasse 1 bis Klasse 3 auswerten.

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Im Bereich der NSHV gilt die Klasse 2 für allgemeine Anwendungen. Für die USV, die unterbrechungsfreie Stromversorgung, sind die schärferen Grenzwerte der Klasse 1 zu erfüllen. Die Qualitätsmessungen dort erfolgen mit besonders hochwertigen Spannungsqualitätsanalysatoren UMG 512 .

Fritzen resümiert: „Man kann jederzeit sehen, wie hoch die Stromkreise ausgelastet sind. Damit verfügen wir auch über eine Redundanzüberwachung. Im Normalbetrieb sind beide Systeme aktiv. Da bei einem Ausfall von Pfad A das B-System übernehmen muss, dürfen beide nicht mehr als 40 Prozent ausgelastet sein.“

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Unverzichtbar: messen von Differenzströmen

Zu den unverzichtbaren Standards gehört bei Rechenzentren auch die Überwachung von Differenzströmen. Auf keinen Fall darf ein schleichend auftretender Isolationsfehler zur Störung führen. Deshalb sind bei Datacenter One die Verteilungen als TN-S-System mit einem zentralen Erdungspunkt ZEP aufgebaut. Über diesen lassen sich Fehlerströme im gesamten System identifizieren.

Diese RCM-Überwachung erfolgt ebenfalls mit den Janitza-Geräten. „Der ZEP ist vorbildlich. Wir sind weit unter den 0,2 Prozent Außenleiterstrom im Vergleich zum Gesamtstrom“, lobt Fritzen die Qualität der Anlage und weist noch auf einen weiterer Vorzug hin: „Durch die kontinuierliche RCM-Überwachung entfällt bei der vierjährlichen DGUV-Überprüfung die Isolationsmessung.“ Diese wäre für ein Rechenzentrum auch kaum machbar, da hierfür die jeweiligen Stromverteilungen abgeschaltet werden müssten.

In der Hauptverteilung der USV wird ebenfalls der Gesamtfehlerstrom gemessen. Da dort Stromschienen mit sehr großen Querschnitten verbaut sind, werden als Wandler sogenannnte Rogowski-Spulen verwendet. Diese lassen sich sehr flexibel und ohne Unterbrechung des Stromkreises um einen Leiter legen und eignen sich für sehr große Querschnitte. Die RCM-Überwachung erfolgt bis zu den Sekundärverteilern, was eine schnelle Identifizierung von Fehlern möglich macht.

Pflicht und Kür: das messtechnische Erfassen der Peripherie

Die Rechenzentren von Datacenter One weisen mit einem PUE-Wert von weniger als 1,3 eine hohe Energie-Effizienz auf. Die Kennzahl PUE (Power Usage Effectiveness) ist das Verhältnis der insgesamt in einem Rechenzentrum verbrauchten Energie zur Energieaufnahme der IT-Infrastruktur. Je näher der Wert an 1,0 liegt, desto Energie-effizienter arbeitet das Rechenzentrum.

Seit 2021 ist das Unternehmen Teil des Climate Neutral Data Centre Pact (nachhaltiges Bewirtschaften der Rechenzentren; Klimapakt der europäischen Datacenter-Betreiber “, um so den nachhaltigen Rechenzentrumsbetrieb voranzutreiben. Hierfür und natürlich für den störungsfreien Betrieb des Gebäudes lässt Projektmanager Werner auch die Energieversorgung der weniger kritischen Bereiche überwachen. Dazu gehören die Klimatisierung, die Beleuchtung und die Büroräume – eine typische Aufgabe für die kostengünstigen und platzsparenden Messgeräte vom „Typ UMG 20CM“.

Zusätzliche „UMG 103-CBM“ Universalmessgeräte für die Hutschiene dienen der präzisen Ermittlung des PUE-Wertes. Sie messen die Verbräuche in den Unterverteilungen für Licht und Kraft. Diese Verteiler weisen noch eine Besonderheit auf, die nicht verpflichtend, aber sehr nützlich ist: einen STS-Schalter (Stativ Transfer Switch). Fällt ein Versorgungspfad weg, wechselt er automatisch zur anderen Versorgung. Dies passiert so schnell, dass man die Unterbrechung kaum bemerkt. Damit sind bei einem Stromausfall nicht nur die kritischen Bereiche geschützt; selbst der Alltag in den Büros kann weiterlaufen.

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Die Dieselgeneratoren

Abschließend seien noch die Messungen an den beiden Dieselgeneratoren erwähnt: Theoretisch können sie Strom ins Netz einspeisen. Damit unterliegt die Anlage den gleichen Regeln, die auch für dezentrale Erzeuger wie PV- oder Windkraftanlagen gelten. Messgeräte in diesem Bereich müssen die Richtlinie MID (Measuring Instruments Directive) erfüllen, die im März 2004 vom Europäischen Parlament herausgegeben wurde.

Fritzen erläutert: „Für die Generatoren nutzen wir unsere Messgeräte UMG 96-PA-MID. So können wir jederzeit MID-konform nachweisen, wie viel Energie möglicherweise exportiert wurde. Das ist natürlich nicht der Sinn der Anlage, aber wir sind mit dem Gerät auf der sicheren Seite, falls der Energieversorger einen Nachweis fordert.“

* Diplom-Physiker Martin Witzsch ist freier Journalist. Diesen Artikel hat er im Auftrag der Janitza Electronics GmbH erstellt.

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