Makalah kali ini ditujukan untuk menjelaskan komponen sistem kelistrikan data center beserta diagramnya. Hal ini merupakan aspek utama dalam merancang sistem distribusi listrik data center yang efisien. Sistem dsitribusi listrik di data cener terus berkembang dari waktu ke waktu. Fokus kali ini untuk mendapatkan pemahaman mengenai definisi dan perbedaan komponen kelistrikan data center. Bagaimanapun praktiknya, tetap akan dibedakan antara arus searah (DC) dengan arus bolak-balik (AC). Disini kita fokus secara umum, sehingga perlu dipertimbangkan sendiri pemisahan arus DC dan AC.
Kategori dan Definisi Komponen Sistem Distribusi Listrik Data Center
Berikut kategori dan komponen akan dijelaskan pada masing-masing bagian dari makalah ini. Setiap bagian kategori / komponen akan berisi gambaran dari bagian tersebut, informasi umum tentang efisiensi, kemudian hal yang lebih rinci lagi (termasuk metrik efisiensi tertentu).
Sistem Kelistrikan End-to-End
Sistem daya listrik end-toend mencakup semua komponen yang merupakan bagian dari jalur distribusi listrik data center, yaitu jalan untuk memindahkan listrik dari fasilitas utilitas bangunan ke alokasi khusus untuk infrastruktur IT.
UPS
Uninteruptible Pwer Supply (UPS) mengkonversi kebutuhan listrik dadakan secara cepat dan berdurasi singkat. Bertujuan untuk mendukung kebutuhan listrik pada infrastruktur IT kritis sehingga dapat tetap berjalan tanpa gangguan. UPS berisi sistem penyimpanan energi, seperti baterai powerbank, yang memasok listrik ketika listrik tidak tersedia dari sumber utama kelistrikan. Diskusi ini mencakup konversi ganda UPS arus AC, baris interakif UPS AC, pengoperasian UPS AC dalam mode ekonomis, dan UPS arus DC.
Perhatikan bahwa meskipun data center umumnya memiliki beberapa UPS, mereka dimodelkan sebagai blok tunggal. DC UPS juga dimodelkan sebagai satu blok, meskipun mereka mungkin benar-benar terdiri dari beberapa modul rectifier dan baterai secara terpisah. Apabila diperlukan, isolasi ditunjukkan dalam diagram blok. Tegangan-mengkonversi AC UPS mungkin sebagai alternatif dapat menggabungkan autotransformer yang memotong atau jalur output. Untuk detail lebih lanjut tentang jenis UPS, lihat IEC 62040-31.
Transformer
Transformator isolasi adalah perangkat elektromagnetik dengan beberapa gulungan per fase yang mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC yang lain dan sekaligus memberikan isolasi galvanik dengan transmisi energi antara gulungan melalui kopling induktif magnetik (induksi). Ukuran gulungan trafo dan jenis dipilih untuk:
- Memberikan tingkat transformasi tegangan yang diperlukan dan juga dapat memberikan manfaat sekunder termasuk kinerja keamanan grounding yang lebih baik
- Isolasi AC-DC (baterai)
- Pembatalan harmonis melalui pergeseran fase
Pengurangan tegangan transient melalui grounding.
Autotransformer memilki kesamaan dalam material dan fungsi. Namun secara fisik lebih kecil dan lebhi murah dari transformator isolasi. Ini merubah tegangan, tetapi tidak memiliki karakteristik kualitas daya ynag lebih, seperti isolasi galvanik dan pembatalan harmonis, yang ditemukan di transformer isolasi tersebut.
PDU
Unit Distribusi Listrik (PDU, Power Distribution Units) adalah kabinet distribusi listrik, berdiri bebas atau rak-mount. Fungsi utamanya adalah untuk memberikan titik yang diperlukan untuk distribusi listrik. Pemutus rumah sirkuit PDU yang digunakan untuk membuat beberapa sirkuit cabang dari sirkuit pengumpan tunggal. Juga dapat berisi transformer, papan panel listrik, perangkat perlindungan arus, dan pemantauan daya / kontrol. PDU ini sangat berguna pada tiap data center, baik data center perusahaan, fasilitas colocation server di Indonesia, maupun pada disaster recovery center.
ICTE PSU
Sebuah unit catu daya khas (PSU, Power Suply Unit) untuk Teknologi Informasi dan Peralatan Komunikasi (ICT Eequipment) dirancang untuk mengkonversi (memperbaiki) tegangan alternating current (AC) dari pasokan listrik ke beberapa tegangan langsung (DC). Baik positif maupun negatif, biasanya + 12V, 12V, + 5V, + 5V standby dan + 3.3V. Modus peralihan pasokan listrik (SMP, Switch Mode Power Supplies) merupakan bentuk dominan. Beberapa model PSU tersedia dengan DC input.
Karena hasil output tegangan beragam jenisnya pada bermacam-macam persyaratan menarik saat ini, sebagian besar pasokan listrik komputer modern sebenarnya terdiri dari beberapa modus pengalihan pasokan listrik. Masing-masing menghasilkan hanya satu komponen tegangan dan masing-masing output dapat bervariasi berdasarkan kebutuhan daya tiap komponen. Semua dihubungkan bersama untuk dapat dimatikan secara terkelompok saat terjadi kondisi kegagalan.
Generator set
Sebuah generator terdiri dari mesin (dalam ukuran daya kilo Watt) yang memutar alternator (dalam ukuran daya kVA) untuk menghasilkan listrik AC. Beberapa generator set dapat dihubungkan untuk bekerja bersama-sama (secara paralel) untuk menyediakan daya yang dibutuhkan terhadap beban yang terhubung.
Generator mungkin portabel atau terinstal tetap dan tersedia dalam berbagai ukuran mulai dari beberapa kW atau kVA ke beberapa MW atau MVA. Generator dapat dihubungkan ke sistem kelistrikan data center baik menggunakan switch transfer paralel switchgear, atau keduanya, tergantung pada kebutuhan dan desain instalasi.
Persyaratan Komponen Listrik
Sistem Distribusi Listrik End-to-End
Pembentukan desain sistem listrik spesifik dan terrinci adalah titik awal untuk membahas dampak komponen listrik data center terhadap keseluruhan efisiensi data center. Spesifikasi harus dapat menjadi solusi seperti pada keterbatasan kapasitas, kendala ruang, dan distribusi daya hulu serta hilir. Kapasitas sumber daya Data center (saat ini) dan konfigurasi (tegangan), serta persyaratan beban komputasi yang diharapkan (server, storage, jaringan, dll), harus didefinisikan dengan baik dan dipahami.
Diagram di bawah ini adalah untuk sistem AC. Sistem DC tidak ditampilkan dalam diagram, tetapi serupa. Biasanya perbedaannya terletak pada penghilangan inverter. Bypass statis dan bypass pemeliharaan juga akan dihapus dari diagram dan diganti dengan penyearah tambahan.
Gambaran umum yang dapat menjelaskan sistem distribusi listrik data center adalah diagram sistem listrik, sering disebut sebagai diagram satu garis dalam sistem AC tiga fase atau sistem DC. Lihat Gambar dibawah ini sebagai contoh sederhana. Kisaran input dan output tegangan juga tersedia, termasuk tegangan menengah.
Setiap bagian dari peralatan listrik adalah sebuah blok bangunan fundamental dalam desain sistem daya yang lebih besar. Data center tergantung pada kinerja dan fitur tersebut. Ini adalah susunan blok ke sistem fungsional yang paling penting untuk tujuan kinerja data center dan persyaratan dari badan-badan tertentu seperti uptime institute.
Diagram sistem kelistrikan dapat digunakan untuk menunjukkan seluruh sistem listrik dari ujung ke ujung yang dapat dilihat gambaran keseluruhannya pada satu lembar ringkas. Pada salah satu ujung adalah sumber daya yang masuk. Di ujung lain adalah beban.
Diagram ini secara dasar kelistrikan, dapat memberikan informasi tentang sistem dan fungsi subsistem serta lokasi. Rincian fungsional disebut dalam diagram sistem kelistrikan yang mencakup sistem redundansi, jenis elemen penyimpanan energi, generator cadangan darurat, perangkat bypass pemeliharaan, perangkat perlindungan (pemutus sirkuit, panel pemutus, dan sekering), dan titik metering.
Sebuah diagram sistem kelistrikan juga dapat mencakup pemantauan dan pengukuran perangkat yang sangat penting untuk efisiensi data center. Diagram perlu didefinisikan dengan baik dan dipahami. Hal ini berlaku sama untuk data center yang baru akan dibuat ataupun yang sudah ada. Manajemen gedung atau aplikasi perangkat lunak sistem manajemen lainnya mengandung sebesar apa diagram sistem tenaga dengan pendinginan dan menghitung layout yang ada.
Ketersediaan dan Efisiensi
Untuk beban yang paling penting, ketersediaan operasional adalah tujuan utama untuk infrastruktur fisik. Semua desain sistem listrik data center didasarkan pada asumsi yang mendasari bahwa gangguan listrik seperti transien, fluktuasi tegangan, pemadaman, kelainan kualitas daya lainnya tidak dapat dihindari, baik yang berasal dari utilitas listrik atau dari dalam fasilitas. Kondisi ini dapat merusak peralatan dan / atau mengganggu operasi. Oleh karena itu peralatan untuk mengurangi gangguan tersebut dibangun ke dalam setiap desain.
Penambahan perangkat ini meningkatkan konsumsi listrik sehinga mengurangi faktor efisiensi. Sistem tata letak komponen listrik dan tingkat redundansi dapat mempengaruhi pengurangan dalam sumber daya listrik. Redundansi built-in diperlukan untuk mencapai ketersediaan maksimum.
Untuk mencapai tingkat yang lebih besar dari redundansi, lebih banyak komponen yang digunakan untuk memberikan jumlah yang sama dari daya cadangan. Komponen tambahan, bahkan ketika beroperasi dalam mode standby, mengkonsumsi energi dan otomatis mengurangi efisiensi data center secara keseluruhan.
Dalam perancangan data center harus menyadari trade-off antara redundansi / ketersediaan dan efisiensi.Juga harus mempertimbangkan solusi di mana sistem daya dapat dikonfigurasi ulang untuk memberikan tenaga yang dibutuhkan dan redundansi dalam waktu yang dibutuhkan, dan harus mengoperasikan peralatan siaga. Berikut beberapa konfigurasi umum.
Sistem A-B ( “Dual Bus”)
Arsitektur sistem listrik ini dikonfigurasi dengan dua sisi, A dan B, masing-masing beroperasi pada beban kurang dari 50 persen. Masing-masing pihak dapat mencakup beberapa UPS. Kedua sisi dapat menangani 100 persen dari beban sistem. Jika salah satu sisi memiliki masalah, beban terhubung atau beralih ke sisi operasional lainnya. Ikatan dari kedua belah pihak membutuhkan kombinasi perangkat dan sinkronisasi semua komponen hilir untuk peralihan UPS. Switch dapat berada di hulu UPS untuk tujuan pemeliharaan isolasi.
Gambar dibawah menunjukkan contoh sistem redundansi AC, dirancang untuk memungkinkan sistem tingkat ketersediaan tinggi bahkan selama pemeliharaan atau kegagalan komponen. Redundansi Ekstra pada wilayah strategis di dalam sistem listrik dapat memberikan ketersediaan yang lebih tinggi.
Titik pengikatan dapat dari jenis terus menerus atau sesaat dimana pendekatan sesaat merupakan pendekatan yang lebih khas. Sistem A-B dapat diimplementasikan baik dengan modul pemutusan pusat atau sistem distribusi bypass. Modul bypass terpusat menggunakan pasokan listrik terputus tanpa fungsi pemutusan internal. Distribusu bypass memiliki bypass terintegrasi dengan UPS paralel (individual). Distribusi bypass masih kurang umum pada instalasi data center saat ini, tetapi mulai semakin banyak digunakan. Perhatikan bahwa meskipun penjelasain ini menggambarkan sistem listrik dual jalur, lebih dari dua jalur diperbolehkan.
Sistem Redundant terisolasi
Juga dikenal sebagai sistem penangkap, konfigurasi ini dapat mencakup sejumlah UPS dan termasuk stand-by UPS untuk cadangan UPS utama. Redundansi disediakan berdasarkan transfer ke sisi tangkapan.
Salah satu metode adalah dengan menggunakan stand-by UPS untuk daya bypass statis pada setiap UPS yang terhubung, seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah. Cara lain adalah dengan menempatkan static switch transfer antara output dari masing-masing UPS dan beban, sehingga dapat memberikan informasi titik kegagalan. Stand-by UPS harus mampu seketika mengambil beban sistem satu atau lebih UPS yang down, yang dapat mengakibatkan langkah beban potensial dari nol menjadi lebih 100 persen dari kapasitas. Dalam skenario kedua, stand-by UPS berjalan dalam posisi idle, ini memakan energi tetapi menyediakan perlindungan yang dibutuhkan terhadap hal tidak terduga.
Perkembangan Sistem Kelistrikan Data Center
Di luar sistem yang dijelaskan di atas, teknologi lainnya muncul dan dapat memberikan solusi utama di masa depan. Jenis sistem, yang paling kondusif untuk teknologi cloud, redundansi bergerak dari garis distribusi daya dan ke daerah lain, seperti perangkat lunak atau data center cadangan.Keandalan mungkin akan terpengaruh dari sudut pandang sistem kelistrikan tetapi ditujukan ke tempat lain dalam gambaran data center untuk perusahan yang lebih besar.
Fungsi backup baterai dapat dipindahkan dari lokasi UPS pusat dalam setiap server. waktu backup dapat dikurangi menjadi kurang dari 5 menit. Hal ini dapat mengurangi overhead untuk UPS yang sudah full, tapi bisa menyebabkan masalah ketika berhadapan dengan baterai yang perlu diganti sebelum akhir hidup sebuah server.
Kombinasi antara keduanya tersedia: pada tingkat power supply, input AC utama bisa datang langsung dari utilitas ( “efisiensi masukan”), dengan input kedua PSU dari cadangan baterai DC (yang “ketersediaan masukan”), di mana baterai ditempatkan dekat unit ITE.
Teknologi penyimpanan energi baru, baterai asam timbal adalah yang paling umum saat ini, tapi baterai kimia lainnya (seperti lithium-ion) mungkin dapat membuat lebih efisien, keandalan, atau penyimpanan ekonomis. Teknologi lainnya seperti superkapasitor (atau ultracapacitors) atau flywheel bisa membantu dalam pergantian baterai secara serempak.
Akurasi dalam pengukuran
Saat ini, setiap tingkat akurasi dapat diukur. Namun, untuk mengukur dengan akurasi yang tinggi cukup mahal. Komponen meteran built-in biasanya tidak cukup akurat untuk pengukuran PUE (sekitar 95 hingga 98 persen akurat), tetapi tersedia baut secara eksternal pada jenis meteran ini yang dapat dilampirkan untuk mendapatkan tingkat akurasi yang diinginkan. Namun, karena biaya, akurasi metering bukanlah praktek umum pada komponen di fasilitas instalasi data center.
Akurasi dalam pengukuran bervariasi sesuai penggunan. Jika pengukuran yang digunakan untuk melacak perubahan pada kinerja dalam fasilitas, yang dibangun dalam meteran umumnya cukup akurat. Jika sertifikasi diperlukan, meteran tambahan yang lebih akurat harus dipasang pada titik-titik yang tepat di jalur listrik.
