Stromversorgung im Rechenzentrum

Die Stromversorgung eines Rechenzentrums ist eine Kette aus wenigen Gliedern, die jedes für sich unspektakulär sind. Interessant wird sie durch eine Eigenart: Sie ist zweimal vorhanden, von der Übergabe bis unmittelbar vor den Server.

Diese Doppelung erklärt die meisten baulichen Entscheidungen im Haus — und sie ist der Grund, warum die Begriffe Anschlussleistung, Redundanz und Verfügbarkeit so leicht durcheinandergeraten.

Die Glieder der Kette

Mittelspannungsnetz. Rechenzentren beziehen in aller Regel Mittelspannung, in Deutschland meist 10 oder 20 kV. Niederspannung reicht nur für sehr kleine Standorte; die Anschlussleistung ist bei größeren Häusern der eigentliche Engpass und oft der Grund für die Standortwahl.

Übergabestation. Hier endet das Netz des Netzbetreibers und beginnt die Kundenanlage. Die Station enthält die Messung und die Schaltanlage; die Grenze verläuft an einer definierten Übergabestelle, nicht am Zaun.

Transformator. Er setzt die Mittelspannung auf 400 V herunter. Transformatoren haben Leerlaufverluste, laufen also auch ohne Last warm — bei schwacher Auslastung ein spürbarer Posten in der PUE.

Netz- und Generatorumschaltung. Die Stelle, an der die Netzersatzanlage einspeist. Sie ist verriegelt: Netz und Generator dürfen nie gleichzeitig auf dieselbe Schiene arbeiten, weil sonst Strom ins Netz zurückfließen könnte — eine Gefahr für jeden, der dort im Vertrauen auf ein abgeschaltetes Netz arbeitet.

Hauptverteilung, USV, Unterverteilung. Die USV sitzt zwischen den Verteilungsebenen und überbrückt die Zeit bis zur Übernahme durch den Generator. Die Unterverteilung staffelt die Last auf Räume oder Reihen.

Rack-PDU. Die Power Distribution Unit im Rack ist das letzte Glied vor dem Gerät — im Kern eine Steckdosenleiste, meist mit Messung je Anschluss.

Zwei Pfade, ein gemeinsamer Punkt

Die Kette existiert zweimal, üblicherweise als Pfad A und Pfad B. Beide laufen baulich getrennt bis ins Rack; erst das Gerät selbst führt sie zusammen, weil es zwei Netzteile hat und an jedem Pfad eines hängt.

Der entscheidende und am häufigsten missverstandene Punkt: Jeder Pfad muss die volle Last tragen können, nicht die halbe. Sonst wäre der Ausfall eines Pfades kein überstandenes Ereignis, sondern ein halber Stromausfall. Das halbiert die nutzbare Leistung je Pfad — ein Haus mit zwei 2-MW-Pfaden versorgt nicht 4 MW, sondern 2.

Wie diese Auslegung benannt wird — N, N+1, 2N — erklärt der Abschnitt zur Redundanz im Artikel USV; welche Verfügbarkeit daraus folgt, die Verfügbarkeitsklassen.

Wo die Trennung in Wirklichkeit endet

Zwei Pfade auf dem Schaltbild sind noch keine zwei Pfade im Gebäude. Die Frage ist immer, wo sie sich doch wieder treffen:

• Bei der Einspeisung. Zwei Übergabestationen am selben Umspannwerk oder am selben Abgang sind eine Einspeisung mit zwei Kabeln.
• In der Trasse. Zwei Wege durch denselben Kabelkanal trennt ein Bagger zuverlässig gleichzeitig.
• Im Brandabschnitt. Liegen beide Stränge in derselben Abschnittsfläche, erledigt ein Ereignis beide.
• Am Gerät. Ein Server mit nur einem Netzteil hängt an genau einem Pfad, unabhängig davon, wie aufwendig das Haus gebaut ist.

Bemerkenswert ist, was die Zertifizierung dazu sagt — nämlich weniger, als viele erwarten. Das Uptime Institute verlangt für seine Stufen keine redundante Netzeinspeisung; die Zahl der Netzanschlüsse beeinflusst die Einstufung nicht. Begründet wird das damit, dass die verlässliche Energiequelle eines Rechenzentrums die Generatoranlage sei und das öffentliche Netz eine wirtschaftliche Alternative dazu. Wer mit „zwei Einspeisungen" wirbt, beschreibt also eine Auslegungsentscheidung, keine Anforderung.

Was sich von außen erkennen lässt

Die Auslegung eines Hauses ist selten veröffentlicht, aber teilweise ableitbar. Notstromaggregate sind im Marktstammdatenregister eintragungspflichtig und dort mit Leistung, Brennstoff und Netzanschlusspunkt sichtbar.

Daraus ergeben sich zwei brauchbare Schlüsse. Erstens lässt die Zuordnung der Aggregate auf getrennte Netzanschlusspunkte erkennen, ob ein Standort als A/B aufgebaut ist. Zweitens begrenzt die Generatorleistung die Last: Wenn jeder Pfad die volle Last tragen muss, kann die Last nicht größer sein als der kleinere der beiden Pfade.

Zwei Einschränkungen gehören dazu. Die Angabe betrifft die Erzeugerseite — der Strombezug des Rechenzentrums steht nicht im Register, weil Verbraucher in der Mittelspannung nicht meldepflichtig sind. Und sie sagt nichts darüber, ob die beiden Anschlüsse an verschiedenen Umspannwerken hängen; das ist genau die Frage, die das Register offenlässt.

Abgrenzung

Stromverbrauch von Rechenzentren behandelt, wie viel Energie tatsächlich fließt. Dieser Artikel behandelt, auf welchem Weg sie ankommt. Die beiden Größen hängen loser zusammen, als es scheint: Der Median der Auslastung gegenüber der gemeldeten Anschlussleistung liegt bei rund dreißig Prozent.

Georedundanz ist die Antwort auf den Ausfall des gesamten Standorts. Zwei Strompfade helfen gegen ein defektes Kabel, nicht gegen ein Hochwasser.

Kühlung hängt an derselben Versorgung und wird häufig übersehen. Eine USV, die nur die IT stützt, hält die Rechner am Leben, während die Raumtemperatur steigt — bei hoher Leistungsdichte eine Frage von Minuten.

Normen

• EN 50600-2-2 – Einrichtungen und Infrastrukturen von Rechenzentren: Stromversorgung
• EN 62040-3 – Unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme: Leistungs- und Prüfanforderungen