AVR och allt, allt, allt: automatisk reservingång i datacentret

I det förra inlägget om PDU diskuterade vi att vissa skåp är utrustade med AVR – automatisk återkoppling. Men i verkligheten installeras AVR inte bara i skåp, utan också längs hela vägen för elektricitet. I olika delar löser de olika uppgifter:

• i huvudfördelningsskåp (HFS) byter AVR belastningen mellan matning från staden och reservkraft från dieselgeneratorer (DG); 
• i avbrottsfri kraftförsörjning (UPS) byter AVR belastningen från huvudmatningen till bypass (mer om detta nedan); 
• i skåpen byter AVR belastningen från en ingång till en annan vid problem med en av ingångarna. 

AVR i den standardiserade energiförsörjningsschemat för datacenter från DataLine.

Idag ska vi diskutera vilka AVR som används och var. 

Det finns två huvudtyper av AVR: ATS (automatic transfer switch) och STS (static transfer switch). De skiljer sig åt i sina arbetsprinciper och komponenter och används för olika uppgifter. Kort sagt, STS är en "smartare" version av ATS. Den växlar belastningen snabbare och används oftare för högre belastningar/strömmar. Den är mer flexibel i sina inställningar, men kan vara "kräsen" med nätverket: den kan vägra att fungera om två ingångar får ström från olika källor, till exempel: från en transformator och DG.  

AVR i HFS

 
Den huvudsakliga AVR i datacentret såg för tjugo år sedan ut som ett komplext system av kontaktorer och reläer.

AVR-modellen från början av 2000-talet.

Idag är AVR en kompakt multifunktionell enhet.

AVR-systemet i HFS styr matningsautomater och ger kommandon för att starta och stoppa DG. Vid belastningar över 2 MW är det inte ändamålsenligt att jaga efter hastighet. Även om det växlar snabbt tar det tid för DG att starta. I detta system används mer "långsamma" ATS och fördröjningar (inställningar) ställs in. Det fungerar så här: när strömmen till datacentret från transformatorerna försvinner, beordrar AVR enheterna: "Transformator, stäng av. Nu väntar vi i 10 sekunder (inställning), DG, starta, vänta ytterligare 10 sekunder." 

AVR i UPS  

Låt oss titta på hur den andra typen av AVR — STS eller static transfer switch — fungerar genom exemplet med UPS.

I UPS omvandlas växelström till likström i likriktaren. Sedan omvandlas den på inverteraren tillbaka till växelström, men med stabila parametrar. Detta eliminerar störningar och förbättrar energikvaliteten. Vid bortkoppling av huvudströmkällan UPS växlar till batterier och försörjer datacentret medan generatorn sätts i drift. 

Men vad händer om någon av komponenterna går sönder: likriktaren, växlaren eller batterierna? För detta ändamål har varje UPS en bypass-mekanism. Med den fortsätter enheten att fungera så att den omgår de huvudsakliga elementen, direkt från ingångsspänningen. Bypass används också när UPS:en behöver stängas av för reparation. 

STS i UPS:en behövs för att säkert växla till bypass-ingången. Kort sagt, STS övervakar nätverksparametrarna vid ingång och utgång, väntar tills de matchar och växlar under säkra förhållanden. 

AVR i skåpet 

Så, två elmatningsingångar har kopplats till skåpet. Om din utrustning har två strömförsörjningar kan du enkelt koppla den till olika PDU:er, och att den ena ingången går förlorad är inget att vara rädd för. Men vad om din server har en enda strömförsörjning? 
I skåpet används AVR för att säkerställa att vinsten från de två ingångarna inte går förlorad. Vid problem med en av ingångarna växlar AVR belastningen till den andra ingången.

Disclaimer: Om möjligt, undvik utrustning med en enda strömförsörjning för att inte skapa en potentiell felpunkt i systemet. Nedan visar vi vilka nackdelar en sådan kopplingsscheman har. 

Uppgiften för AVR i skåpet är att växla utrustningen till den aktiva ingången så snabbt att det inte uppstår något avbrott i driften. Den hastighet som krävs har fastställts genom prövning: högst 20 ms. Låt oss se hur detta upptäcktes.

Störningar i serverutrustning inträffar på grund av spänningsfall (på grund av arbeten vid transformatorstationer, koppling av kraftfulla belastningar eller olyckor). För att illustrera hur utrustningen klarar olika amplituder och varaktigheter av spänningsvariationer utvecklades CBEMA-kurvorna (Computer and Business Equipment Manufacturers Association). Nu är de kända som ITIC-kurvor (Information Technology Industry Council), och deras varianter ingår i standarderna IEEE 446 ANSI (detta motsvarar våra GOST-standarder).

Låt oss kolla grafen. Vårt mål är att se till att enheterna fungerar i den "gröna zonen". På ITIC-kurvan ser vi att utrustningen klarar av ett fall i högst 20 ms. Därför siktar vi på att AVR i skåpet arbetar inom 20 ms, ännu snabbare om möjligt.   

Källa: meandr.ru.

AVR-enhetTypisk AVR (ATS) i vårt datacenter tar upp 1 enhet och klarar av en belastning på 16 A. 

På displayen ser vi från vilken ingång AVR får ström och hur mycket de anslutna enheterna förbrukar i ampere. Med en separat knapp väljer vi att ge prioritet till den första eller andra ingången. Till höger finns portarna för anslutning till AVR: 

• Ethernet-port — för att ansluta övervakning;
• Seriell port — för att ansluta via laptop och titta i loggarna vad som händer; 
• USB — sätt in ett USB-minne och uppdatera firmware. 

Portarna är utbytbara: alla dessa operationer kan utföras om vi har tillgång till minst en av dem. 

På baksidan finns stickkontakterna för anslutning av huvud- och reservingångar samt ett uttagsområde för anslutning av IT-utrustning.

Vi ser detaljerade specifikationer för AVR genom webgränssnittet. Där kan känsligheten för omkoppling ställas in och loggar kan ses. 

Webgränssnitt för AVR.

Installation och anslutning av AVR. Det är bäst att installera AVR på mitten av rackhöjden. Om vi inte vet rackkonfigurationen i förväg kan utrustningen med en strömförsörjning nå både den nedre och den övre delen med kablar.  

Men här finns det nyanser: djupet på ett standardrack är mycket större än djupet på AVR. Vi rekommenderar att installera det så nära det kalla korridoren som möjligt av två skäl:

1. Tillgång till framsidan. Om vi installerar AVR närmare det varma korridoren ser vi indikatorerna, men kan inte koppla upp oss till det via portarna. Det betyder att vi inte kan se loggar eller starta om enheten.

   
   
   
   Där inne blinkar AVR — det går inte längre att nå porten.

2. Kylning. AVR rekommenderas att användas vid en temperatur som inte överstiger 45 °C. Den har inga egna fläktar för kylning, det är helt enkelt en metallisk enhet med elektronisk utrustning. Den håller rätt temperatur på två sätt: 

• luftflöden som blåser på den från utsidan; 
• fästen som avleder överflödig värme.

Om AVR installeras på sidan av det varma korridoren och dessutom trycks in bland servrarna får vi en ugn. I bästa fall brinner hjärnorna i AVR och den tappar kontakten med omvärlden, i värsta fall börjar den växla lasten på ett kaotiskt sätt eller släpper den.

AVR utsätts för värmen från det varma korridoren.

Det har hänt. En ingenjör hörde ovanliga klickljud under inspektionen.
I det heta korridoren under en hög med servrar upptäcktes en AVR som ständigt växlade mellan huvudingången och reservingången. 

AVRen har bytts ut. Loggarna visade att den växlade varje sekund i en hel vecka — totalt mer än en halv miljon växlingar. Så här är det var

Vilka andra AVR finns i skåpet?

Ingångs-ATS för skåpet. I vårt datacenter fungerar denna AVR som den enda källan för kraftdistribution i skåpet: den fungerar som AVR+PDU. Den tar upp flera enheter, klarar en belastning på 32 A, ansluts med industriella kontakter och kan driva upp till 6 kW utrustning. Den kan användas när det inte är möjligt att installera standard-PDU, och när rackmonterad utrustning inte hanterar kritiska laster. 

Rackmonterad STS. STS i skåpet används för utrustning som är känslig för spänningssvängningar. Den här AVR växlar snabbare än ATS. 
 

Denna specifika STS tar 6 enheter och har ett något "vintage" gränssnitt.

Mini-AVR. Det finns sådana små, men vi har inte sådana i vårt datacenter. Detta är en mini-AVR för en server. 

Denna AVR ansluts direkt till serverns nätaggregat.

Hur vi letar efter den perfekta AVR

Vi testar många olika AVR och kontrollerar hur de fungerar i hög temperatur.

Så här testar vi AVR för att kontrollera det: 

• vi kopplar en nätverkskvalitetsregistrator, en server och flera andra enheter för belastning;
• vi isolerar skåpet med pluggar eller film för att uppnå hög temperatur;
• vi värmer upp till 50°C;
• vi kopplar bort ingångarna 20 gånger i tur och ordning;
• vi kollar om det har funnits strömavbrott, hur servern mår;
• om AVR klarar testet — värmer vi upp till 70°C.

Bild med värmekamera från ett av proven.

Nätverksanalysator registrerar spänningen över tid. I inspelningen ser vi hur länge växlingen varade: vid det tillfället avbröts sinuskurvan.

Förresten, vi tar en AVR på test: vi kommer att kontrollera din enhet för hållbarhet och berätta vad som hände 😉 

AVR i skåpet: en dold fara

Det största problemet med AVR i skåpet är att den endast kan växla belastningen från huvudingången till reservingången, men den skyddar inte mot kortslutning eller överbelastning. Om det uppstår en kortslutning i strömförsörjningen kommer en överströmsbrytare på en högre nivå att lösa ut: på PDU eller i distributionsskåpet. Som ett resultat stängs en ingång av, vilket AVR registrerar och växlar till den andra ingången. Om kortslutningen kvarstår kommer andra ingångens överströmsbrytare att lösa ut. I slutändan kan hela skåpet bli utan ström på grund av ett problem med en enda utrustning.

Så jag upprepar: tänk tusen gånger innan du installerar AVR i skåpet och använder utrustning med en enda strömförsörjning.

Källa: habr.com