AVR i svi, svi, svi: automatski prijenos rezervi u datacentru

U prethodnom postu o PDU razgovarali smo o tome da su na nekim stalcima instalirani AVR - automatski preklopnik napajanja. No, u stvarnosti, u data centrima, AVR se postavlja ne samo u stalcima, već i na cijelom putu električne energije. Na različitim mestima rešavaju se različiti problemi:

• u glavnim distribucijskim razvodnim kutijama (GRAK) AVR prebacuje opterećenje između napajanja iz grada i rezervnog snabdevanja iz dizel-generatora (DGU); 
• u izvorima neprekidnog napajanja (UPS) AVR prebacuje opterećenje sa glavnog napajanja na zaobilaženje (o tome malo kasnije); 
• u stalcima AVR prebacuje opterećenje sa jednog ulaza na drugi u slučaju problema sa jednim od ulaza. 

AVR u standardnoj shemi napajanja data centara DataLine.

O tome koji se AVR koriste i gde, danas ćemo govoriti. 

Postoje dva osnovna tipa AVR-a: ATS (automatski preklopnik) i STS (statički preklopnik). Oni se razlikuju po principima rada i komponentama i koriste se za različite zadatke. Ukratko, STS je „pametniji“ ATS. Brže prebacuje opterećenje i češće se koristi za velika opterećenja/struje. Fleksibilniji je u postavkama, ali je „kamen u cipeli“ za mrežu: može odbiti rad ako su 2 ulaza napajana iz različitih izvora, na primer: iz transformatora i DGU.  

AVR u GRAK-u

 
Glavni AVR data centra pre dvadeset godina izgledao je kao složen sistem kontakata i releja.

AVR modela ranih 2000-ih.

Sada je AVR kompaktna višenamenska jedinica.

Sistem AVR u GRAK-u upravlja automatskim osiguračima i daje komande za pokretanje i zaustavljanje DGU-a. Pri opterećenju većem od 2 MW na nivou GRAK-a nije razborito juriti za brzinom. Čak i ako se brzo prebacite, proći će vreme dok se DGU ne pokrene. U ovom sistemu koriste se „sporiji“ ATS i postavljaju se odgode (podešavanja). Funkcioniše ovako: kada napajanje data centra iz transformatora nestane, AVR naređuje uređajima: „Transformator, isključi se. Sada čekamo 10 sekundi (podešavanje), DGU, uključi se, čekamo još 10 sekundi. 

AVR u UPS-u  

Na primeru UPS-a videćemo kako radi drugi tip AVR-a - STS ili statički preklopnik.

U UPS-u takođe se menja naizmenična struja u jednosmernu na ispravljaču. Zatim se na inverteru ponovo pretvara u naizmeničnu struju, ali sa stabilnim parametrima. To eliminiše smetnje i poboljšava kvalitet energije. Pri isključenju glavnog izvora napajanja UPS prelazi na baterije i napaja podatkovni centar dok se pokreću dizel-generatori. 

Ali što ako neki od elemenata otkaže: ispravljač, inverter ili baterije? U tom slučaju, svaki UPS ima mehanizam za obilaženje, ili bypass. S njim uređaj nastavlja rad zaobilazeći osnovne elemente, direktno od ulaznog napona. Bypass se također koristi kada je potrebno isključiti UPS i poslati ga na servis. 

STS u UPS-u je potreban za siguran prijelaz na bypass ulaz. Ukratko, STS kontrolira parametre mreže na ulazu i izlazu, čeka kada se podudaraju i prebacuje se pod sigurnim uvjetima. 

AVR u ormaru 

Dakle, ormaru su privedena dva ulaza napajanja. Ako vaša oprema ima dva napajanja, možete je slobodno povezati na različite PDU-ove, a gubitak jednog ulaza vam nije strašan. A što ako vaš server ima samo jedan izvor napajanja? 
U ormaru se AVR koristi kako bi profit od dva ulaza bio iskorišten. U slučaju problema s jednim od ulaza, AVR prebacuje opterećenje na drugi ulaz.

Odricanje od odgovornosti: Ako možete, izbjegavajte opremu s jednim izvorom napajanja kako ne biste stvorili točku kvara u sustavu. Dalje ćemo pokazati koje su nedostatke takve sheme povezivanja. 

Zadatak AVR-a u ormaru je prebaciti opremu na radni ulaz tako brzo da u njenom radu ne bude zastoja. Potrebnu brzinu otkrili su empirijski: ne više od 20 ms. Pogledajmo kako su to otkrili.

Poremećaji u radu serverske opreme događaju se zbog padova napona (zbog radova na trafostanicama, priključivanja snažnih opterećenja ili kvarova). Da ilustrujemo kako oprema podnosi različit amplitudu i trajanje promjena napona, razvijene su krivulje sigurnog rada električne opreme CBEMA (Computer and Business Equipment Manufacturers Association). Sada su poznate kao krivulje ITIC (Information Technology Industry Council), a njihovi varijante uključene su u standarde IEEE 446 ANSI (to je analog naših GOST-ova).

Provjerimo graf. Naš cilj je da uređaji rade u "zelenoj zoni". Na ITIC krivulji vidimo da je oprema spremna "trpjeti" pad maksimalno 20 ms. Stoga se orijentiramo da AVR u ormaru reagira unutar 20 ms, a još bolje — brže.   

Izvor: meandr.ru.

Uređaj AVRTipični AVR (ATS) u našem data centru zauzima 1 jedinicu i podnosi opterećenje od 16 A. 

Na ekranu možemo vidjeti s kojeg ulaza dobija napajanje AVR i koliko priključeni uređaji troše u amperima. Pomoću posebnog dugmeta biramo hoćemo li dati prioritet prvom ili drugom ulazu. S desne strane su priključci za povezivanje s AVR-om: 

• Ethernet port — za povezivanje monitoringa;
• Serijski port — povežite se putem laptopa i provjerite u logovima što se događa; 
• USB — umetnite USB stick i ažurirajte firmware. 

Portovi su zamjenjivi: sve ove operacije možemo izvršiti ako imamo pristup barem jednom od njih. 

Na stražnjoj strani nalaze se utikači za povezivanje glavnog i rezervnog ulaza te utična grupa za povezivanje IT opreme.

Detaljne specifikacije AVR-a možemo provjeriti putem web sučelja. Tamo se postavlja osjetljivost prebacivanja i vidljivi su logovi. 

Web sučelje AVR-a.

Instalacija i povezivanje AVR-aAVR je najbolje instalirati na srednju visinu u sklopu. Ako unaprijed ne znamo konfiguraciju racka, oprema s jednim napajanjem može dosegnuti vodovima i donji i gornji dio.  

Međutim, postoji nekoliko nijansi: dubina standardnog racka mnogo je veća od dubine AVR-a. Preporučujemo da ga instalirate što bliže hladnom hodniku iz dva razloga:

1. Pristup prednjoj ploči. Ako instaliramo AVR bliže vrućem hodniku, vidjet ćemo indikaciju, ali nećemo moći pristupiti portovima. To znači da nećemo moći pogledati logove ili ponovno pokrenuti uređaj.

   
   
   
   Negdje unutra, AVR trepće — ne možemo doseći port.

2. Hlađenje. AVR se preporučuje koristiti pri temperaturi ne višoj od 45°C. Pri tome nema vlastitih ventilatora za hlađenje, to je jednostavno metalna naprava s elektroničkim dijelovima. Održavaju potrebnu temperaturu na dva načina: 

• zraka koji pušu na njega izvana; 
• učvršćenjima koja odvode suvišnu toplinu.

Ako instalirate AVR sa strane vrućeg hodnika i dodatno ga zatrpate serverima, dobit ćete peć. U najboljem slučaju, AVR će izgorjeti i izgubiti vezu s vanjskim svijetom, a u najgorem slučaju — početi će nasumično prebacivati opterećenje ili ga isključiti.

AVR se suočava s vrućim hodnikom.

Bila je takva situacija. Inženjer tijekom obilaska čuo je neobične klikove.
U dubinama vrućeg hodnika ispod hrpe poslužitelja pronađen je AVR koji se stalno prebacivao s glavnog napajanja na rezervno. 

AVR je zamijenjen. Logovi su pokazali da se cijelu tjedan prebacivao svake sekunde — ukupno više od pola milijuna prebacivanja. Evo kako to je bilo

Koji su još AVR-ovi u ormaru?

Ulazni ATS za ormar. U našem Data centru takav AVR je jedini izvor raspodjele napajanja u ormaru: djeluje kao AVR+PDU. Zauzima nekoliko jedinica, podnosi opterećenje od 32 A, spaja se industrijskim konektorima i može napajati do 6 kW opreme. Može se koristiti kada nije moguće instalirati standardne PDU, a jednoblock oprema u ormaru ne opslužuje kritična opterećenja. 

Rack STS. STS u ormaru koristi se za opremu koja je osjetljiva na promjene napona. Ovaj AVR se prebacuje brže od ATS-a. 
 

Ovaj konkretni STS zauzima 6 jedinica i ima malo "vintage" sučelje.

Mini-AVR. Ima i takvih malenih, ali kod nas u Data centru takvo nešto ne postoji. Ovo je mini-AVR za jedan poslužitelj. 

Ovaj AVR se spaja izravno u napajanje poslužitelja.

Kako tražimo idealan AVR

Testiramo mnogo različitih AVR-ova i provjeravamo kako se ponašaju u uvjetima visokih temperatura.

Evo kako se mučimo s AVR-om da bismo to provjerili: 

• vežemo ga s registratorom kvalitete mreže, poslužiteljem i još nekoliko uređaja za opterećenje;
• izoliramo ormar čepovima ili filmom kako bismo postigli visoku temperaturu;
• zagrijavamo do 50°C;
• dovodimo do isključenja po 20 puta;
• gledamo je li došlo do prekida napajanja, kako se osjeća poslužitelj;
• ako AVR prođe test — zagrijavamo do 70°C.

Fotografija termovizijom s jednog od ispitivanja.

Analizator mreže bilježi napona tijekom vremena. Na zapisu vidimo koliko je dugo trajalo prebacivanje: u tom trenutku sinusoida je prekinuta.

Usput, uzimamo AVR na test: provjerit ćemo vašu opremu na izdržljivost i reći ćemo vam što se dogodilo 😉 

AVR u ormaru: skrivena prijetnja

Glavni problem s AVR-om u ormaru je taj što on samo prebacuje opterećenje s glavnog na rezervni ulaz, ali ne štiti od kratkog spoja ili preopterećenja. Ako dođe do kratkog spoja na napajanju, zaštita će aktivirati automatski prekidač na višem nivou: na PDU-u ili u razvodnoj ploči. Kao rezultat toga, jedan ulaz se isključuje, AVR to prepoznaje i prebacuje se na drugi ulaz. Ako kratki spoj i dalje ostaje, aktiviraće se automatski prekidač drugog ulaza. Na kraju, zbog problema na jednoj opremi može se isključiti cijeli ormar.

Dakle, još jednom ponavljam: tisuću puta razmislite prije nego što instalirate AVR u ormar i koristite opremu s jednim napajanjem.

Izvor: habr.com