TI y distribución de energía para centros de datos: una guía práctica desde MV hasta Rack

Los centros de datos a menudo se describen en términos de racks, refrigeración y conectividad, pero la base es una ruta eléctrica cuidadosamente diseñada. Cada servidor, matriz de almacenamiento y conmutador de red depende de energía que ha sido transformada, conmutada, protegida, medida y distribuida muchas veces antes de llegar al rack. Cuando los equipos nos preguntan sobre TI y distribución de energía para centros de datos, la conversación generalmente comienza con una pregunta simple: ¿de dónde viene la energía y qué sucede a lo largo del camino? Esta guía recorre ese camino en términos prácticos, desde la conexión de media tensión hasta la PDU en rack.

El camino de la energía desde la red hasta el rack

A alto nivel, el sistema eléctrico de un centro de datos tiene dos funciones: suministrar energía limpia y continua a los equipos de TI y eliminar el calor que producen los equipos. La siguiente tabla ofrece una vista simplificada del recorrido desde la empresa de servicios públicos hasta la carga de TI.

No todas las instalaciones utilizan todos los escenarios de la misma manera. Un campus de colocación grande puede tener una subestación de servicios públicos dedicada, múltiples alimentaciones de MT y una amplia distribución de BT. Un sitio de borde o una sala de datos de una pequeña empresa puede utilizar una subestación prefabricada, un UPS compacto y PDU de rack simples. Los principios siguen siendo similares: mantener el camino visible, evitar puntos únicos de falla y hacer que cada etapa sea fácil de monitorear y mantener.

Distribución de Media Tensión y Selección de Transformadores

El voltaje medio es donde el sitio se conecta a la empresa de servicios públicos y donde se toman las primeras decisiones importantes de diseño. La aparamenta de MT proporciona conmutación, aislamiento, protección y medición. En los centros de datos, es común ver alimentaciones duales, disposiciones principal-conexión-principal y relés de protección coordinados con la empresa de servicios públicos y los transformadores posteriores. Las unidades principales en anillo se utilizan a menudo en redes de distribución y subestaciones prefabricadas porque permiten una alimentación y un aislamiento flexibles sin una gran sala de distribución.

El transformador es el caballo de batalla silencioso en el camino de la energía del centro de datos. Reduce el voltaje medio al nivel de bajo voltaje utilizado por los sistemas UPS, PDU y equipos mecánicos. La elección entre transformadores secos y sumergidos en aceite generalmente se reduce a la ubicación, la seguridad contra incendios, el mantenimiento y el tamaño. Los transformadores de tipo seco son comunes en interiores porque evitan líquidos inflamables y simplifican la protección contra incendios. Los transformadores de tipo seco moldeados con resina epoxi son particularmente familiares en salas eléctricas donde la limpieza y el mantenimiento reducido son prioridades. Los transformadores sumergidos en aceite siguen siendo una buena opción para patios al aire libre y bloques de energía más grandes donde se comprende bien su eficiencia y comportamiento térmico.

Transformador de tipo seco fundido en resina epoxi para distribución de energía en interiores Transformador resistente al fuego y sin aceite con fundición de resina a presión al vacío, adecuado para reducir el voltaje medio para sistemas UPS, PDU y equipos mecánicos. Ver producto →

La selección del transformador también debe considerar el contenido armónico. Las fuentes de alimentación de servidores, los rectificadores UPS y los variadores de velocidad pueden producir corrientes no lineales. Si el perfil armónico es significativo, el transformador puede necesitar una clasificación de factor K, una reducción adicional o un diseño que maneje mayores pérdidas por corrientes parásitas. La eficiencia también importa, porque las pérdidas del transformador ocurren continuamente. Una unidad con bajas pérdidas sin carga y con carga puede reducir los costos operativos a lo largo de su vida útil, pero el equilibrio adecuado depende del perfil de carga y de la tarifa energética local.

En el lado de conmutación de MT, el equipo debe coincidir con el voltaje del sitio, el nivel de falla y la filosofía de operación. Para la distribución de 24 kV, la aparamenta blindada removible con gabinete metálico es un formato práctico porque proporciona un aislamiento claro y un enclavamiento de seguridad familiar. La configuración exacta del relé, las relaciones del transformador de corriente y las medidas de mitigación de arco eléctrico deben coordinarse con el estudio de protección general.

Celda de distribución removible blindada de 24 kV para distribución de MT Celda interior de 24 kV con enclavamientos mecánicos de cinco prevenciones y disyuntores de vacío, adecuados para recibir y distribuir energía en el voltaje del sitio y el nivel de falla. Ver producto →

Distribución de bajo voltaje, UPS y rack de TI

Una vez que la energía sale del transformador, el sistema de distribución de bajo voltaje toma el control. La aparamenta de baja tensión divide la energía en entrada de UPS, cargas mecánicas y otros servicios del edificio. Los interruptores de transferencia automática o los esquemas principal-principal permiten obtener energía de diferentes transformadores o alimentaciones de servicios públicos. El objetivo no es simplemente tener dos fuentes, sino tener una disposición de conmutación y protección que pueda probarse y mantenerse sin reducir la carga de TI.

Los sistemas UPS acondicionan la energía y brindan servicio en caso de cortes breves y retrasos en el arranque del generador. En un centro de datos típico, la salida del UPS alimenta unidades de distribución de energía, paneles de energía remotos o sistemas de electroductos. Busway ofrece flexibilidad en salas de alta densidad porque se pueden agregar o mover grifos a medida que cambian los diseños de los racks. A nivel de rack, las PDU para rack proporcionan la conexión final y, a menudo, incluyen medición, monitoreo remoto y control a nivel de tomacorriente. Aquí es donde se encuentran los mundos de TI y de las instalaciones, y donde un etiquetado claro y datos de capacidad precisos ahorran tiempo durante la instalación y la gestión de cambios.

La redundancia generalmente se describe en términos de rutas de energía N 1, 2N o A B. La elección correcta depende de la criticidad de la carga, el espacio disponible y el presupuesto operativo. Una arquitectura de bastidor B, con servidores de doble cable conectados a rutas de alimentación separadas, es común en instalaciones empresariales y de colocación. Es igualmente importante considerar la carga mecánica. Las unidades de refrigeración, bombas y ventiladores pueden consumir una gran parte de la energía del sitio y su diseño eléctrico afecta la efectividad general del uso de energía de la instalación.

Diseño para la redundancia, la eficiencia y el crecimiento

Los diseños eléctricos de los centros de datos se juzgan en función de la disponibilidad y la eficiencia, y esos dos objetivos pueden ir en direcciones diferentes. Más redundancia normalmente significa más equipo, más pérdidas y más costo de capital. Un diseño práctico hace explícito el nivel de redundancia y luego optimiza el resto del sistema a su alrededor. Los sistemas UPS modulares, los electroductos escalables y la capacidad adicional de los transformadores pueden reducir el riesgo de construcción excesiva y, al mismo tiempo, mantener espacio para el crecimiento.

La calidad de la energía merece una atención temprana. La distorsión armónica puede provocar calentamiento del transformador, sobrecarga del neutro y disparos molestos. Los reactores de núcleo de hierro de tipo seco se utilizan a menudo en bancos de condensadores y circuitos de filtrado para limitar la irrupción y proteger contra la resonancia armónica. En instalaciones con altas concentraciones de cargas no lineales, un estudio armónico es una mejor inversión que una solución de última etapa. Lo mismo ocurre con la conexión a tierra y la unión. Un sistema de conexión a tierra limpio respalda el funcionamiento confiable de equipos de TI sensibles y ayuda a proteger a las personas durante el mantenimiento.

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El monitoreo y la medición deben diseñarse como parte de la ruta de energía, no agregarse después. La medición en la conexión de servicios públicos, alimentadores de MT, secundarios de transformadores, salidas de UPS y PDU de rack brinda a los equipos de operaciones los datos que necesitan para realizar un seguimiento de la capacidad, las pérdidas y la eficiencia. Cuando estos datos se organizan en torno al mismo diagrama unifilar utilizado por el equipo de diseño, la resolución de problemas se vuelve mucho más rápida. Más detallado soluciones de distribución de energía se puede adaptar a las limitaciones de voltaje, topología y espacio del proyecto.

La puesta en servicio es la prueba final del diseño. Los relés de protección deben compararse con el estudio de coordinación, los transformadores deben probarse e inspeccionarse y la secuencia de transferencia entre fuentes debe probarse en condiciones realistas. Las imágenes térmicas después de aplicar la carga pueden revelar conexiones sueltas antes de que se conviertan en fallas.

Notas prácticas de selección para equipos de proyecto

Según nuestra experiencia como fabricante de transformadores y aparamenta, los proyectos más exitosos son aquellos en los que los equipos eléctrico y de TI comparan las suposiciones desde el principio. Algunas comprobaciones prácticas ayudan:

• Defina la carga de TI en kW y kVA, incluido el crecimiento esperado y la densidad máxima de rack.
• Acuerde la topología de redundancia antes de fijar los tamaños de los equipos.
• Confirme los requisitos de voltaje del sitio, nivel de falla y interfaz de servicios públicos.
• Compare los tipos de transformadores por ubicación, seguridad contra incendios, pérdidas, ruido y acceso para mantenimiento.
• Revise el perfil armónico y decida si se necesitan reactores, filtros o transformadores con clasificación K.
• Verifique el tamaño y los requisitos de enfriamiento del tablero, UPS y electroducto.
• Planifique puntos de medición, etiquetado y monitoreo a lo largo de todo el recorrido eléctrico.
• Incluir pruebas de puesta en servicio y repuestos en el cronograma del proyecto.

También ayuda involucrar al proveedor del equipo mientras el diagrama unifilar sigue siendo flexible. Pequeños cambios en la impedancia del transformador, la configuración del tablero o el enrutamiento de los ductos de barras pueden marcar una gran diferencia en la longitud del cable, el nivel de falla y la capacidad de mantenimiento futura. Si está analizando estas opciones, nuestra preguntas frecuentes sobre selección cubren muchos de los detalles que surgen en las primeras discusiones del proyecto.

Mantener la ruta de energía clara y confiable

La distribución de energía y TI para los centros de datos no es una decisión de producto único. Es una cadena de equipos y prácticas operativas que deben trabajar juntas. La conexión de servicios públicos, la aparamenta de MT, el transformador, la distribución de BT, el UPS, la PDU y la PDU en rack desempeñan un papel importante a la hora de mantener los servidores en línea. Los mejores diseños mantienen esa cadena visible, la prueban en condiciones realistas y dejan suficiente flexibilidad para la próxima generación de equipos de TI.

Ya sea que esté planificando una nueva instalación o ampliando una sala existente, el punto de partida más útil es un diagrama unifilar claro y una discusión honesta sobre la redundancia, la eficiencia y el crecimiento. Ahí es donde comienza una buena distribución de energía y es donde resulta mucho más fácil elegir el equipo correcto.