Continuità elettrica in un Data Center: Connubio tra sicurezza e contenimento dei costi di esercizio

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1 Continuità elettrica in un Data Center: Connubio tra sicurezza e contenimento dei costi di esercizio Bolzano - Tecno Community Day - 26 Febbraio 2009 Alessandro Nalbone

2 Continuità elettrica in un Data Center Aspetti fondamentali da prendere in considerazione per garantire la continuità dei carichi critici, quali i Data Centre: Topologia dei Data Centre: La classificazione Tier Ricorrere ai Commutatori Statici nelle configurazioni di Tier IV ottenendo elevati valori di affidabilità Ridondanza ed Efficienza degli UPS Storage energetico eco-sostenibile Come migliorare il valore di MTTR 2

3 Il Gruppo Chloride NON ESISTE UN SISTEMA CHE NON SI GUASTA MAI! Se qualcosa può andar male, lo farà... LEGGE DI MURPHY Cosa si può realisticamente fare? Prevedere Progettare in qualità Controllare / Monitorare Assistere il cliente Migliorare lo stato di salute dell impianto 3

4 Classificazione Tier dei Data Center

5 STANDARD: TIA-942 TIA Telecommunication Industry Association TIA-942 Nuovi Standards che regolarizzano la configurazione di un Data Centre. I livelli di ridondanza del sistema sono stati convenzionalmente definiti dalla T.I.A. (Telecomunications Industry Association) per i data center (TIA 942). L Uptime Institute sponsorizza da oltre 10 anni la ricerca e lo studio pratico delle architetture dei Data Centre, nonché delle loro prestazioni. 5

6 Classificazione Tier Da I a IV Il sistema di classificazione Tier prende in considerazione il fatto che 16 sottosistemi contribuiscono al valore finale di disponibilità prevedibile per l alimentazione elettrica: o Tier I = 99.67% site = % power-system o Tier II = 99.75% site = % power-system o Tier III = 99.98% site = % power-system o Tier IV = 99.99% site = % power-system Ogni sistema deve soddisfare i requisiti Tier: Number of delivery paths Redundancy Concurrently maintainable Compartmentalisation Fault Tolerance TIER I TIER II TIER III TIER IV Only 1 Only 1 1 Active 1 Passive 2 Active N N+1 N+1 2 N No No Yes Yes No No No Yes No No No Yes 6

7 Premesse Le classificazioni Tier hanno lo scopo di fornire un termine di paragone in quanto a funzionalità, capacità e costo, prendendo in esame una struttura esemplare Il Tier di un data centre è calcolato come il più basso di tutto il sistema. Ad esempio: Tier IV (del sistema di potenza) + Tier II (del sistema di condizionamento) + Tier III (per tutto il resto) = Tier II (NEL COMPLESSO) Il calcolo dell MTBF del sistema non corrisponde a un particolare valore di Tier del sistema stesso 7

8 Tier I Bus singolo per carichi a singola alimentazione Non presenta ridondanza per i componenti di potenza né per i percorsi di distribuzione Sebbene sia indicato un parallelo di N elementi, è consigliato evitare molteplicità degli elementi per non diminuire la disponibilità complessiva. N=1 è la miglior soluzione Il programma di manutenzione generalmente comporta l alimentazione dei carichi attraverso la linea che non coinvolge gli UPS 8

9 Tier II Percorso single-bus sia per carichi a singola che a doppia alimentazione Ridondanze dei gruppi elettrogeni, ma non dell alimentazione primaria Ridondanza N+1 per gli UPS I carichi dual-corded (previsti in minoranza) sono alimentati da PDU A e B, mentre i carichi a singola alimentazione sono alimentati attraverso commutatori statici 9

10 Tier III Data centre dual-bus di poenza sia per carichi ad alimentazione singola che doppia Ridondanza N+1 per l alimentazione primaria e per i generatori. Ridondanza N+1 è indicata per gli UPS per avere elevati valori di manutenibilità I carichi dual-corded (previsti in minoranza) sono alimentati da PDU A e B, mentre i carichi a singola alimentazione sono alimentati attraverso commutatori statici 10

11 Tier IV 2xN Generator Systems 2xN Transformers N N 11

12 CROSS: Il commutatore statico per elevati valori di affidabilità Il commutatore statico (CROSS) fornisce ridondanza verso i carichi e minimizza gli effetti dei guasti nel sistema di distribuzione Più vicino ai carichi installo i CROSS, più affidabile è il mio sistema Parallel system UPS B BUS B Parallel system UPS A BUS A 12

13 Data Center TIER lii e IV Server a singola alimentazione Non tutti i carichi sono a doppia alimentazione La commutazione della potenza da una sorgente all altra avviene tramite i CROSS Aumento delle possibilità di manutenzione dell impianto Il classico Tier IV con l aggiunta di CROSS per carichi a singola alimentazione Necessitano dell aggiunta di un unità di sincronizzazione (MBSM) per la sincronizzazione delle sorgenti PDU nel Data Centre A è alimentato dall UPS-A (carichi dual-cord, ossia predisposti ad accettare due alimentazioni distinte) B è alimentato dall UPS-B (carichi dual-cord ) A/B con CROSS è alimentato dagli UPS-A e B (carichi single-cord) 13

14 Tier IV + CROSS 2xN Generator Systems 2xN Transformers N N 14

15 Ridondanza ed Efficienza degli UPS

16 La funzione primaria dell UPS EROGARE ENERGIA IN CASO DI MANCANZA RETE CARICO DC/AC BATTERIE 16

17 L evoluzione tecnologica In uno scenario come quello attuale, quali sono le peculiarità che deve possedere un UPS? Ottimizzazione delle prestazioni di ingresso (THD I % e PF in ingresso) Aumento del rendimento AC/AC (rendimento complessivo in funzionamento a doppia conversione) Ottimizzazione delle prestazioni di uscita (possibilità di alimentare correttamente ogni tipo di carico, sia di tipo induttivo che capacitivo) 17

18 Raddrizzatore dodecafase: THDi < 5% U30 V30 W30 THD I < 5% U V W 18

19 Raddrizzatore a IGBT: THDi < 3% U V W THD I < 3% 19

20 Prestazioni di ingresso: L evoluzione PF = INPUT P P ATTIVA APPARENTE IERI OGGI UPS senza Power Factor Control (PFC) in ingresso UPS dotati di Power Factor Control (PFC) in ingresso PF INPUT 0,83 PF INPUT = 0,9 0,99 20

21 Vantaggi di questa tecnologia L inquinamento armonico è estremamente ridotto ridotto Non Non sono sono necessari filtraggi a monte monte dell UPS L UPS L UPS assorbe virtualmente solo solo potenza attiva attiva Non Non è necessario alcun alcun rifasamento Valore Valore RMS RMS di di corrente circolante sui sui cavi cavi di di input input ridotto ridotto Non Non sono sono necessari sovradimensionamenti (cavi, (cavi, interruttori,..)..) Piena Piena compatibilità con con un un Gruppo Elettrogeno Non Non sono sono necessari sovradimensionamenti dell alternatore 21

22 Le esigenze di tipo economico e di carattere ambientale NON DEVONO ESSERE PERSEGUITE A SCAPITO DI FUNZIONALITA, AFFIDABILITA, MANUTENIBILITA E SICUREZZA DEGLI IMPIANTI IL CONNUBIO PUO ESSERE OTTENUTO MIGLIORANDO L EFFICIENZA DEL SISTEMA E UTILIZZANDO TECNOLOGIE GREEN 22

23 Le esigenze di affidabilità ed efficienza Come ottenere AFFIDABILITA ed EFFICIENZA PARALLELO RIDONDANTE La manutenzione o rottura di un UPS non provoca la perdita del carico MODALITÀ INTERATTIVO DIGITALE (Efficienza >97% ) L UPS opera dalla linea diretta oppure condizionata a seconda dell analisi recente effettuata sulla rete. 23

24 Configurazione di parallelo: Affidabilità INGRESSO BYPASS UPS A BYPASS S.S USCITA UPS A AC/DC/DC MAIN INPUT UPS A UPS A DC/AC CARICO INGRESSO BYPASS UPS B BYPASS S.S AC/DC/DC MAIN INPUT UPS B UPS B DC/AC USCITA UPS B 24

25 Modalità Interattivo digitale: Efficienza Intelligent Double Conversion Ottimizza il modo di funzionamento Modalità Doppia Conversione Modalità Interattivo Digitale = = Disponibile su tutta la gamma NET da 10 a 800 kva 25

26 Efficienza in Doppia Conversione Efficienza 80-NET Top 94,0% 93,5% 93,0% 92,5% 92,0% 91,5% 91,0% 90,5% 90,0% 25% 50% Percentuale di carico 75% 100% 26

27 Risparmio energetico R = C kwh P kw 1 η1 1 η 2 Una differenza di rendimento di 1 punto percentuale implica un risparmio compreso tra 10 e 11 per ogni kw alimentato Una differenza di rendimento di 2 punti percentuali implica un risparmio compreso tra 20 e 22 per ogni kw alimentato * Costo del KWh: 0,10 27

28 Risparmio energetico: η 2 η 1 = 1% Risparmio Annuo Carico alimentato (kw) 28

29 Risparmio energetico: η 2 η 1 = 2% Risparmio Annuo Carico alimentato (kw) 29

30 Prestazioni d ingresso La realizzazione dello stadio di ingresso (convertitore AC/DC) determina: Distorsione armonica totale in corrente in ingresso Ottimizzazione delle prestazioni di ingresso (THDI % e PF in ingresso) = = Fattore di potenza in ingresso Aumento del rendimento AC/AC (rendimento complessivo in funzionamento a doppia conversione) 30

31 Prestazioni d uscita Il tipico UPS nel mercato propone un diagramma circolare ASIMMETRICO 0.9 capacitivo induttivo Compatibile dunque solo con carichi da 0.8 induttivo a 0.9 capacitivo Posso lavorare con qualunque valore di PF induttivo o capacitivo senza declassamento in potenza? NO! Gli UPS Chloride presentano un diagramma circolare SIMMETRICO capace di lavorare con PF 0.9 capacitivo 0.9 induttivo Compatibili dunque con ogni tipo di carico e in linea con le evoluzioni del fattore di potenza dei carichi IT Posso lavorare con qualunque valore di PF induttivo o capacitivo senza declassamento in potenza? SI! Declassamento in potenza 31

32 UPS PER ESIGENZE INDUSTRIALI Efficienza Autonomie limitate Ambiente Sicurezza ed affidabilità Prestazioni 32

33 Chloride Green Solutions: Efficienza Efficienza: Chloride è stata la prima azienda produttrice di UPS ad aver siglato il Codice di Condotta Europeo che impegna a migliorare l efficienza ed il risparmio energetico. 33

34 Soluzioni di Storage Energetico Eco-sostenibile IMMEDIATAMENTE DISPONIBILE A LUNGA DURATA E CON UN TRANSITORIO BATTERIE FLYWHEELS FUEL CELLS GRUPPI ELETTROGENI Ingombri ridotti Risposta dinamica eccellente Bassa manutenzione Long design life: 20 anni Impatto minimo sull ambiente L acqua è l unico prodotto di reazione Autonomia pressochè illimitata Valida alternativa al gruppo elettrogeno 34

35 Le Soluzioni Green di Chloride: Volani e Celle a Combustibile POWER SUPPLY LOAD POWER SUPPLY LOAD ENERGIA VERSO IL VOLANO POTENZA ALL UPS CO 2 ENERGIA METANOLO ACQUA H 2 CALORE ACQUA REFORMER FUEL CELL 35

36 ConfigurazionI Tipiche Soluzione per le microinterruzioni Soluzione ponte al gruppo diesel Battery Hardening 36

37 Come migliorare l MTTR

38 Come diminuire l MTTR Servizio di service preparato e di immediata reperibilità Parti di ricambio subito disponibili in loco Telesorveglianza. Sistema atto a minimizzare i tempi di identificazione di un guasto in campo: Il tecnico conosce già il tipo di guasto e la sua posizione nel sistema ancor prima di arrivare sul posto Servizio raccomandabile per le configurazioni dei data centres TIER I e TIER II Praticamente vitale per le configurazioni TIER III e TIER IV 38

39 Case history di un Data Centre di medie dimensioni Date Time Events / Actions 04/07/ :44:23 a.m. Input Fuse Blown due to mains overvoltage 04/07/ :44:23 a.m. Load supplied by battery. 04/07/ :44:33 a.m. UPS call for alarm condition 04/07/ :45:16 a.m. Service centre acknoledge the call. 04/07/ :48:00 a.m. Service centre call the service engineer. 04/07/ :52:00 a.m. Service centre call the customer. 04/07/ :21.03 a.m. Battery automomy ends, load supplied by automatic bypass 04/07/ :32:00 a.m. Service engineer arrived on site 04/07/ :38:22 a.m. Load supplied by manual bypass 04/07/ a.m. Fuse replaced and load supplied by inverter 04/07/ a.m. UPS in normal status. Grazie al servizio di diagnostica remota, il problema è stato risolto in 2 ore e 11 minuti dal guasto! La stazione LIFE ha guidato il tecnico all individuazione del guasto, evitando di perdere tempo, nonché la perdita del carico. Il tecnico era a conoscenza del problema ancor prima di arrivare in campo! 39

40 Servizio post-vendita Call Center 24/7/365 LIFE.net visite di Assistenza in 1 anno, di cui preventive Interventi tecnici in loco entro 2, 4 e 8 ore dalla chiamata 75 addetti al servizio assistenza di cui 53 tecnici sul campo UPS con contratto di manutenzione 40

41 Contenimento e ottimizzazione delle risorse Ottimizzare i livelli di ridondanza del sistema al fine di non aumentare senza un preciso criterio il numero di apparecchiature del sistema elettrico e conseguentemente perdite elettriche Compito del progettista è individuare caso per caso la soluzione che ottimizza le diverse esigenze Migliorare le prestazioni della manutenzione si può (Telesorveglianza e programma di service eccellente) Le soluzioni GREEN per l immagazzinamento di energia in maniera ecologica ci sono 41

42 Grazie! Ing. Alessandro Nalbone Chloride Support & Consulting

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