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Actualización de los sistemas de potencia del centro de datos
Chad Dozier
consultor de desarrollo de mercado de la
División de potencia eléctrica
INTRODUCCIÓN
Una empresa Fortune 500 con un centro de datos obsoleto estaba experimentando desafíos en la fiabilidad de la energía en su instalación. Había una necesidad obvia de energía de emergencia fiable debido a cortes de energía esporádicos en la red, y el centro de datos había experimentado fallas en su sistema de potencia de respaldo al cambiar de una fuente a otra. Las preocupaciones adicionales incluyeron nuevos requisitos reglamentarios que se establecieron después de que se construyó el centro de datos y los altos niveles de consumo de energía, que estaban significativamente por encima de lo que se pretendía cuando se construyó originalmente el centro de datos. Construido en la década de 1970, el centro de datos era responsable de administrar el 60 % de los datos de esta organización global. Si el centro de datos tuviera una pérdida total de energía, podría costarle a la empresa hasta $4 millones por hora.
El centro de datos también tenía varias vulnerabilidades. Utilizaba tecnología obsoleta de fuente de alimentación ininterrumpida (UPS), así como configuraciones y procedimientos obsoletos. Había experimentado fallas en el equipo de conmutación al transferir cargas de la energía de emergencia a la energía de la red pública. El centro de datos usaba equipos de conmutación manuales para transferir cargas, lo que requería mucha mano de obra e introducía la posibilidad de error humano: se necesitarían de cuatro a cinco personas para completar el proceso de conmutación y requería un alto nivel de concentración y coordinación.
ANATOMÍA DE UN CENTRO DE DATOS
A mediados de la década de 1970, la empresa Fortune 500 diseñó un nuevo edificio de centro de datos desde cero que se puso en servicio en 1978. El centro de datos requería 100.000 ' cuadrados de espacio y estaba respaldado por cuatro grupos electrógenos diésel Cat® D399. Ambos lados del sistema UPS se alimentaban desde este único banco de grupos electrógenos. A principios de la década de 1980, se agregó un quinto grupo electrógeno, un Cat D399, y a fines de la década de 1980 se agregó un segundo grupo de grupos electrógenos, tres Cat 3516, que no se vincularon de inmediato al sistema UPS. Cada banco ahora tenía una capacidad nominal de aproximadamente 4.500 Kw. Los grupos electrógenos se configuraron en dos salas separadas: cinco grupos electrógenos en el Lado A y tres grupos electrógenos en el Lado B. El sistema de soporte del centro de datos crítico (sistemas de agua helada, las MCU (Modular Cooling Units, unidades de enfriamiento modulares) y los sistemas de monitoreo de edificios se dividieron entre los dos bancos de generadores. En caso de un corte de energía, la infraestructura crítica del edificio podría mantenerse para que las operaciones del centro de datos continúen sin interrupción.
El sistema UPS original se reemplazó en 1995 cuando se trasladó un nuevo sistema UPS de otra instalación donde se había detenido la construcción. Aunque el nuevo sistema nunca había estado en funcionamiento, tenía aproximadamente dos años cuando se instaló. Cada lado del UPS constaba de un armario del sistema y tres módulos de alimentación redundantes. Solo se reemplazó el UPS y no se cambió ninguno de los equipos de conmutación ni la fuente única de energía de emergencia. Este UPS se denominó UPS 1 (lado A) y UPS 2 (lado B) y se dimensionó para admitir de forma redundante toda la carga del centro de datos.
Para 2008, el sistema UPS existente estaba alcanzando su capacidad máxima y se agregaron un segundo sistema UPS, ATS y todos los equipos de conmutación asociados para satisfacer la mayor demanda. El nuevo sistema UPS dividió el lado A y el lado B entre los bancos diésel separados y se denominó A1.UPS y B1.UPS. Esto estableció una redundancia de Sistema + Sistema desde la fuente de energía de emergencia hasta la carga de TI, pero el equipo de conmutación carecía de automatización. Cambiar la carga del UPS a un lado para el mantenimiento del sistema requería realizar un procedimiento manual complejo y contar con personal muy capacitado.
El sistema UPS original todavía tenía el lado A y el lado B conectados al mismo banco de generadores y requería un proceso de mucha mano de obra para cambiar manualmente. El equipo de conmutación se distribuyó en tres pisos y requería contar con técnicos ubicados en cada piso para administrar el proceso. UPS 1 y UPS 2 tenían numerosos puntos únicos de falla y se habían vuelto difíciles de mantener. Estas unidades heredadas también compartían el mismo espacio físico y presentaban un único punto de falla que podría eliminar tanto los sistemas UPS como el 40 % de las cargas del centro de datos. Por lo tanto, UPS 1 y UPS 2 representaban una vulnerabilidad oculta dentro de la infraestructura del centro de datos.
CATERPILLAR CONOCE LOS CENTROS DE DATOS
Cuando se construyó originalmente el centro de datos, la empresa Fortune 500 optó por utilizar grupos electrógenos Cat y equipos de energía auxiliares, y volvió a recurrir a Caterpillar para reestructurar el sistema de potencia. El equipo de Cat pudo aprovechar su vasta experiencia en generación de energía de las muchas industrias y regiones globales a las que sirven para desarrollar una solución personalizada que abordaría las necesidades únicas de potencia de respaldo de la instalación. Por ejemplo, el equipo de Cat podría implementar una solución, o un elemento de una solución, que Caterpillar había diseñado previamente para trabajar en las industrias marina, minera o de construcción. Los ingenieros de Caterpillar trabajaron en colaboración con los ingenieros del centro de datos y juntos desarrollaron una solución que usaría los grupos electrógenos existentes con la instalación de nuevos sistemas UPS de doble conversión Cat, nuevos equipos de conmutación Cat y nuevos interruptores de transferencia automática (ATS) Cat, todos estos cumplen con las últimas regulaciones. Esta decisión redujo sustancialmente el costo del proyecto en aproximadamente un tercio: un proyecto que originalmente se estimó en $15 millones se completó por $5,5 millones.
El equipo de Cat también ayudó a diagramar el diseño físico del nuevo equipo de manera que simplificó las operaciones y aumentó la eficiencia. En el centro de datos original, el equipo estaba distribuido en tres pisos: los sistemas UPS estaban en el tercer piso, los grupos electrógenos diésel estaban en el primer piso y las subestaciones y los ATS estaban en el segundo piso. Los nuevos sistemas UPS Cat y el equipo de conmutación Cat no solo eran más eficientes y fiables, sino que también eran más compactos que los sistemas heredados, al mismo tiempo que mantenían el mismo nivel alto de funcionalidad. Las baterías de los sistemas UPS Cat heredados eran mucho más grandes que las de los nuevos, y el espacio físico necesario para el ATS heredado era una función del tamaño del equipo de conmutación antiguo. Después de completar el proyecto, cada lado del UPS, del ATS y del equipo de conmutación asociado se ubicaron dentro de la misma sala, compartimentados al igual que cada banco de baterías.
El nuevo equipo para ambos sistemas redundantes se instaló en el mismo espacio que anteriormente contenía solo las baterías para el UPS 1 y el UPS 2. Todo el equipo ahora estaba alojado exclusivamente en un piso en dos habitaciones adyacentes y requería 20.000 ' cuadrados de espacio, solo una quinta parte de la huella original. Esta nueva configuración abrió una cantidad significativa de espacio en el centro de datos para que pudiera seguir creciendo al ritmo de los negocios.
Figura 1
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Figura 5
Figura 6
Figura 7
SOLUCIÓN
Uno de los principales objetivos del proyecto era unir los dos bancos de grupos electrógenos, el Lado A y el Lado B, para agregar otra capa de redundancia para proteger el centro de datos. Dado que el Lado A y el Lado B funcionan a media carga, si un banco de grupos electrógenos falla (Lado A), su carga podría transferirse sin problemas al otro banco (Lado B). El equipo de Cat se basó en su experiencia en la industria minera y recomendó automatizar todos los controles a través de una pantalla táctil o, si fuera necesario, el sistema aún podría operarse manualmente. La pantalla táctil eliminaría la necesidad de múltiples computadoras personales y requeriría mucho menos espacio. Además, agilizaría significativamente las acciones del operador, que necesitaría interactuar solo con una única pantalla de información táctil. También simplificaría el proceso de cambio y requeriría menos horas de mano de obra.
Un desafío significativo a lo largo del proceso de cambio fue mantener un tiempo de actividad del 100 % para las operaciones críticas del centro de datos mientras se instalaba el nuevo equipo, se unían los dos grupos de grupos electrógenos y se retiraba el equipo obsoleto. El equipo de Cat logró esto mediante la creación de una situación de potencia de respaldo, donde un banco de grupos electrógenos (Lado A) sirvió como respaldo mientras se instalaba y se ponía en marcha el nuevo equipo para el otro banco (Lado B). No se desconectó ningún equipo hasta que su reemplazo estuvo en pleno funcionamiento. La única vez que la redundancia total no estuvo disponible fue cuando el bus de salida físico se cambió del UPS heredado al nuevo UPS. Todo el proceso llevó de seis a ocho horas de trabajo continuo para cada lado.
Dados los grupos electrógenos más antiguos del centro de datos y la necesidad actual de mantener la energía crítica para un sistema que gestiona una mayor cantidad de datos que la que se encargó originalmente, se eligieron dos sistemas UPS Cat de doble conversión para reemplazar los dos sistemas UPS heredados. Este tipo de sistema UPS contiene un amplio tiempo de respaldo de batería para que el grupo electrógeno se configure y funcione en caso de una emergencia.
Para comenzar el proceso, se instaló, se puso en marcha y se probó la carga del nuevo sistema UPS Cat de doble conversión para el banco de grupos electrógenos Lado B (UPS B2), mientras se mantenía la operación del sistema UPS heredado (UPS 2 anterior) (consulte la Figura 1). El lado redundante del sistema todavía estaba siendo alimentado por el antiguo UPS 1 (banco generador del lado A). En este momento, el centro de datos tenía dos fuentes de alimentación redundantes.
A continuación, se conectó y se encendió el nuevo sistema UPS Cat de doble conversión (UPS B2) (consulte la Figura 2).
Una vez que estuvo en pleno funcionamiento, el sistema antiguo UPS 2 se desconectó y se quitaron sus muchas filas de baterías (consulte la Figura 3).
Cuando se completó este paso, se incorporó el segundo sistema UPS de doble conversión para alimentar el banco del grupo electrógeno del Lado A durante su proceso de puesta en servicio (consulte la Figura 4).
Para mantener una fuente constante de energía, la carga de energía completa se distribuyó al banco del grupo electrógeno del Lado A mientras se realizaba el cambio en el Lado B (consulte la Figura 5). Este paso facilitó la puesta en servicio del Lado A2, que debía ocurrir antes de que los Lados A y B pudieran unirse.
La vinculación de los dos sistemas con los controles permite administrar cualquier banco de grupos electrógenos, el Lado A o el Lado B, desde la misma pantalla táctil, aunque ambos funcionen de manera independiente. Este punto de comando compartido permite que los dos nuevos sistemas UPS de doble conversión Cat se "comuniquen" entre sí y respondan rápidamente a una falla de energía cambiando las cargas al grupo electrógeno adecuado. No importa dónde ocurra la falla, en la red o en los grupos electrógenos, el centro de datos ahora siempre tendrá potencia de respaldo con esta medida adicional de redundancia (consulte la Figura 6).
El cambio del lado A del banco del grupo electrógeno al lado B ahora está completamente automatizado y se puede administrar simplemente a través de una interfaz de pantalla táctil (consulte la Figura 7).
Esto brinda mayores niveles de eficiencia en las operaciones del centro de datos, reduce significativamente la cantidad de personal necesario para implementar el proceso de conmutación y conduce a una mayor fiabilidad, especialmente cuando se realiza el mantenimiento de rutina en el equipo. También ofrece escalabilidad en términos de gestión de cantidades cada vez mayores de datos para respaldar a esta empresa Fortune 500 en términos de su futuro crecimiento digital y los tipos de servicios que puede ofrecer a sus distribuidores y clientes.
ELECCIÓN DE UN SOCIO
El equipo de Cat aporta un elemento inigualable para proporcionar soluciones a sus clientes: su perspectiva única, que se basa en una profunda experiencia en la generación de energía en una amplia gama de industrias y regiones de todo el mundo, así como en una detallada experiencia de dominio en su industria para ayudarlo a resolver los desafíos únicos a los que se enfrenta. Dentro de esta base de conocimientos hay un miembro del equipo de Cat que conoce los detalles íntimos de su negocio específico y todo el sistema de generación de energía en el que se basa, y puede trabajar en colaboración con usted para crear la mejor solución posible para optimizar las operaciones comerciales.
Diciembre de 2013