PDU – Power Distribution Unit

Abkürzung: PDU

Eine PDU ist die Stromverteilung im Serverschrank: Sie nimmt eine Zuleitung auf und verteilt sie auf viele Steckplätze. In dieser Rolle ist sie der letzte Punkt, an dem Strom gemessen, geschaltet und abgesichert werden kann, bevor er im Gerät verschwindet.

Vier Ausbaustufen

Die Bauformen unterscheiden sich nicht in der Verteilung, sondern darin, was sie darüber hinaus können. Die Begriffe sind herstellerübergreifend gebräuchlich:

Basic. Reine Verteilung ohne Elektronik. Günstig, wartungsfrei, und ohne jede Information darüber, was hinter ihr passiert.

Metered. Messung am Eingang, meist mit Anzeige am Gerät und Abfrage über das Netz. Liefert Strom und Leistung je Zuleitung und je Phase — damit lässt sich die Auslastung eines Schranks beurteilen, nicht aber die eines einzelnen Geräts.

Metered per Outlet. Messung je Steckplatz. Das ist die Stufe, ab der sich Verbrauch einem Gerät oder einem Kunden zuordnen lässt.

Switched/Managed. Jeder Steckplatz lässt sich einzeln ein- und ausschalten. Gedacht für den Neustart eines nicht mehr erreichbaren Geräts und für das Abschalten ungenutzter Steckplätze. Üblicherweise mit Messung je Steckplatz kombiniert.

Baulich stehen nebeneinander die vertikale Ausführung, die ohne Höheneinheiten seitlich im Schrank montiert wird, und die horizontale im 19-Zoll-Rahmen, die eine oder zwei Höheneinheiten belegt.

Einphasig und dreiphasig

Ein einphasiger Anschluss führt eine Außenleiter-Neutralleiter-Spannung von 230 Volt, üblich mit 16 oder 32 Ampere Nennstrom. Ein dreiphasiger Anschluss führt drei Außenleiter mit 400 Volt untereinander und erlaubt bei gleichem Nennstrom die dreifache Leistung in einem Schrank.

Beim dreiphasigen Anschluss kommt eine Anforderung hinzu, die in der Praxis oft übersehen wird: Die Steckplätze sind in Gruppen auf die drei Phasen verteilt, und die Last muss gleichmäßig darauf verteilt werden. Hängen alle Server an einer Phase, löst deren Schutzschalter aus, während die anderen zwei im Leerlauf stehen. Diese Schieflast ist einer der häufigsten Gründe für eine Abschaltung, die wie ein Defekt aussieht und keiner ist.

Steckplätze

Im Rechenzentrum sind die Kaltgerätesteckverbinder nach IEC 60320 der Normalfall, nicht der Haushaltsstecker:

Beide gibt es in verriegelnden Ausführungen. Das ist keine Spielerei: Eine Kaltgeräteleitung, die sich bei Arbeiten im Schrank löst, schaltet ein Gerät im laufenden Betrieb ab — in Schränken mit dichter Verkabelung der wahrscheinlichste Weg zu einem ungeplanten Ausfall.

Absicherung und Auslegung

Jede Abgangsgruppe ist eigen abgesichert. Entscheidend ist dabei die Selektivität: Der Schutzschalter in der PDU muss vor dem vorgelagerten in der Verteilung ansprechen, sonst nimmt ein einzelnes defektes Netzteil den ganzen Schrank mit.

Für die Dauerlast gilt eine Abstandsregel, üblich sind 80 Prozent des Nennstroms. Ein 32-Ampere-Anschluss wird also auf etwa 25 Ampere Dauerlast geplant. Der Abstand deckt die Einschaltströme ab: Serverschaltnetzteile ziehen beim Anlauf ein Mehrfaches ihres Betriebsstroms, und wenn nach einem Stromausfall alle Geräte eines Schranks gleichzeitig anlaufen, addiert sich das. Eine Anlage, die im Betrieb unauffällig läuft, kann genau beim Wiederanlauf auslösen.

A/B-Versorgung

In zweifach versorgten Räumen stehen zwei PDUs im Schrank, die aus getrennten Strängen gespeist werden — eigene USV, eigene Verteilung, möglichst eigener Weg bis zum Schrank. Geräte mit zwei Netzteilen hängen mit je einem Netzteil an jeder Seite.

Daraus folgt eine Auslegungsregel, die der Grund für scheinbar schlecht ausgelastete Anlagen ist: Jeder Strang muss im Störungsfall die gesamte Last allein tragen können. Im Normalbetrieb liegt die Auslastung beider Stränge deshalb bei höchstens 40 bis 50 Prozent. Wer sie bis 80 Prozent füllt, hat die Redundanz rechnerisch aufgegeben, ohne es zu merken — bis ein Strang ausfällt und der andere beim Übernehmen auslöst.

Geräte mit nur einem Netzteil brauchen in solchen Räumen einen Umschalter, der zwischen beiden Seiten wechselt.

Messung als Grundlage der Kennzahlen

Die PDU ist der praktisch günstigste Messpunkt für die IT-Leistung. Das macht sie zur Grundlage der PUE-Erfassung: Wird am Ausgang der PDU gemessen, sind die Verluste von Transformatoren und USV bereits im Zähler und nicht im Nenner — die Kennzahl fällt ehrlicher aus als eine Messung weiter vorn in der Kette.

Zusätzlich liefert eine Messung je Steckplatz die Verbrauchswerte für die Abrechnung nach Schrank oder Kunde und zeigt die Verteilung über die Phasen. Für die Abrechnung ist dabei die Messgenauigkeit zu beachten; übliche Geräte liegen im Bereich von einem Prozent, was für die Betriebsführung reicht, für eine eichrechtlich belastbare Abrechnung aber nicht genügt.

Angebunden werden die Geräte über SNMP, Modbus oder eine Weboberfläche, meist mit Schwellwertalarmen und oft mit Anschlüssen für Temperatur- und Feuchtesensoren im Schrank.

Stolperfallen

Nennstrom ist nicht Dauerlast. Die Differenz ist kein Sicherheitszuschlag, den man sich sparen kann, sondern die Reserve für den Wiederanlauf.

Schieflast bleibt unbemerkt, bis sie auslöst. Ohne Messung je Phase fällt eine ungleiche Verteilung erst im Störungsfall auf.

C13 und C19 werden verwechselt. Ein Gerät mit C20-Eingang braucht einen C19-Steckplatz; Adapterlösungen führen den höheren Strom über einen zu klein bemessenen Weg.

Die intelligente PDU ist ein Netzgerät. Sie hat eine Verwaltungsschnittstelle, eine Firmware und damit eine Angriffsfläche — mit der Besonderheit, dass ein Zugriff darauf bei der geschalteten Ausführung das Abschalten von Servern erlaubt. Sie gehört ins Verwaltungsnetz, nicht in dasselbe Netz wie die versorgten Geräte.

Beim Fernschalten zählt die Beschriftung. Ein falsch dokumentierter Steckplatz führt dazu, dass der Neustart das falsche Gerät trifft. Die Zuordnung Steckplatz zu Gerät ist Teil der Dokumentation, nicht Gedächtnissache.

Abgrenzung

Die USV überbrückt den Ausfall und sitzt vor der PDU. Die PDU selbst speichert keine Energie und überbrückt nichts.

Die Netzersatzanlage übernimmt die Versorgung bei längerem Ausfall, ebenfalls vor der PDU.

Ein Umschalter (STS oder ATS) wechselt zwischen zwei Versorgungen und wird für einfach versorgte Geräte in zweifach versorgten Räumen gebraucht.

Eine Stromschiene ersetzt die feste Zuleitung zum Schrank und erlaubt, Abgänge im Betrieb umzusetzen; die PDU im Schrank bleibt daneben bestehen.

Der PUE ist die Kennzahl, zu deren Ermittlung die Messwerte der PDU beitragen.

Quellen

• IEC 60320: Appliance couplers for household and similar general purposes
• IEC 60309: Plugs, socket-outlets and couplers for industrial purposes
• DIN EN 50600: Informationstechnik — Einrichtungen und Infrastrukturen von Rechenzentren
• ISO/IEC 30134-2: Power usage effectiveness (PUE)