A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

Rechenzentrum in DC-Technik

Die Bachmann GmbH hat ihr Rechenzentrum komplett in DC-Technik ausgerüstet und dieses außergewöhnliche Projekt auch ansprechend in Szene gesetzt

Die Bachmann GmbH hat ihr Rechenzentrum komplett in DC-Technik ausgerüstet und dieses außergewöhnliche Projekt auch ansprechend in Szene gesetzt

01 T. Püschel vor dem Eingang zum Schaltraum – oben die optische Anzeige des Anlagenzustands

01 T. Püschel vor dem Eingang zum Schaltraum – oben die optische Anzeige des Anlagenzustands

02 Mit den Messtromwandlern und dem RCM lassen sich sicherheitsrelevante Stromkreise permanent auf Fehler-, Differenz- und Betriebsströme sowie vagabundierende Ströme überwachen

02 Mit den Messtromwandlern und dem RCM lassen sich sicherheitsrelevante Stromkreise permanent auf Fehler-, Differenz- und Betriebsströme sowie vagabundierende Ströme überwachen

03 T. Püschel mit Peter Eckert, Marktsegmentmanager Datacenter bei Bender, vor dem Schaltschrank mit dem Differenzstromüberwachungssystem

03 T. Püschel mit Peter Eckert, Marktsegmentmanager Datacenter bei Bender, vor dem Schaltschrank mit dem Differenzstromüberwachungssystem

04 Noch nicht auf dem Markt verfügbar: Die intelligente Blunet-Steckerleiste in DC-380-V-Technik

04 Noch nicht auf dem Markt verfügbar: Die intelligente Blunet-Steckerleiste in DC-380-V-Technik

Sicherlich haben sich schon viele Betreiber von Rechenzentren überlegt, wie sie diesen Stromfresser effizienter machen könnten. Einige Vorteile bietet die DC-Technik. Sie soll sowohl den Energie- und Platzbedarf als auch Installations- und Wartungskosten senken. Allerdings ist die Umsetzung nicht trivial. Diese Erfahrung musste auch Tilo Püschel, Business Development bei der Bachmann GmbH, machen. Dafür hat das Ergebnis schon weltweit für Aufsehen gesorgt.

Die Bachmann Group mit Hauptsitz in Stuttgart beschäftigt weltweit rund 800 Mitarbeiter und entwickelt, produziert und vertreibt innovative elektrotechnische Komponenten sowie Systeme wie intelligente Power Distribution Units, Tischanschlussfelder und elektrotechnische Baugruppen. Das Unternehmen legt Wert darauf, dass die Produkte, Services und Prozesse mit einem hohen Innovations- und Qualitätsanspruch so eng wie möglich an den sich stetig wandelnden Marktanforderungen ausgerichtet sind.
Um frühzeitig auf die sich wandelnden Anforderungen reagieren zu können, wurde 2015 die Bachmann Systems als Innovationsschmiede und Trendscout gegründet. Erfahrene Experten aus den Bereichen Elektro-, Netzwerk- und Medientechnik denken hier weit in die Zukunft und entwickeln maßgeschneiderte technische Innovationen. Dabei entstehen disruptive Produkte und Systeme für die Prozesse von morgen sowie innovative Gesamtlösungen für Häuser, Büros, Fabriken und Rechenzentren. „Als technologischer Vorreiter scheuen wir uns nicht, ungewöhnliche Wege zu beschreiten“, erzählt Dipl.-Ing. Tilo Püschel (Bild 1), Business Development der Bachmann GmbH. Das war auch der Fall, als ein neues Rechenzentrum gebaut werden sollte. Um die Möglichkeiten der regenerativen Energien effizient zu nutzen und Energie zu sparen, spielte das Unternehmen mit dem Gedanken, inwieweit man dafür auf Gleichspannung setzen könnte. Schließlich werden in Rechenzentren nur 50 % der eingespeisten Energie von den Geräten verbraucht. Der Rest ist erforderlich, um das Rechenzentrum zu betreiben – vor allem für die Kühlung. Trotzdem ist die Technologie im IT-Bereich so ausgereizt, dass sich da kaum noch etwas optimieren lässt – außer bei dem Stromfluss, wo die Wandlungsprozesse einige Verluste verursachen. Diese würden durch den Betrieb mit Gleichspannung wegfallen. Aufgrund seiner Erfahrung im IT- und DC-Bereich wurde T. Püschel mit der Betreuung und Umsetzung des Projekts betreut.
Wandlungsverluste auf ein Minimum reduziert
„Unser neues Rechenzentrum in Stuttgart wurde konsequent und durchgängig für den Einsatz von DC 380 V konzipiert. Damit erbringen wir einerseits den Beweis für die Vorteile von Gleichstrom im Rechenzentrum und andererseits für unsere professionelle Kompetenz für die Elektrifizierung mit Gleichstrom“, berichtet T. Püschel. Während viele Betreiber von Rechenzentren die regenerativ erzeugte Energie nur ins Netz einspeisen und sich so einen grünen Anstrich geben, hat Bachmann seine Photovoltaikanlage in sein Stromversorgungskonzept integriert.
In seinem Rechenzentrum versorgt Bachmann die Klimaanlagen, die Beleuchtung sowie sämtliche Server und Geräte mit DC 380 V. Zudem wird an der neuen 400-V-Ladestation das unternehmenseigene Elektromobil getankt. Als umweltfreundliche Stromquelle fungieren Photovoltaikmodule auf dem Dach. Denn erst durch die direkte Integration von regenerativen Energien ist die DC-380-V-Technik richtig effizient, da dann noch weniger Wandlungsverluste entstehen. Während die AC-Prozesskette mit Netzteil, Speicher und Wechselrichter in etwa einen Wirkungsgrad von 78 % hat, erreicht man in der DC-Kette mit Netzteil, Speicher sowie einem Maximum Power Tracker (MPPT) einen Wirkungsgrad von 89 % und ist trotzdem an das öffentliche Stromnetz angeschlossen.
Als Speicher nutzt Bachmann aktuell Lithium-Ionen-Batterien. Diese können das Rechenzentrum für 30 min mit Strom versorgen. „Mit einem großen Speicher hätte man die Versorgung zwar auf gut fünf Stunden ausweiten können, allerdings war die Technologie vor drei Jahren, als wir die Anlage aufgebaut haben, noch viel zu teuer. Die Investition in einen großen Stromspeicher von damals 40 000 € hätte sich nicht rentiert. Das Prinzip ist aber das gleiche“, unterstreicht der IT- und DC-Experte.
Hürden bei der Umsetzung überwunden
Bei dem Aufbau des Rechenzentrums in DC-Technik mussten T. Püschel und sein Team aber einige Hindernisse überwinden: „Es gibt zwar einige Projekte, um die Tauglichkeit von Gleichstromtechnik für industrielle Einsätze zu überprüfen, wie DC-Industrie, die DC-Normungs-Roadmap des VDE oder das System-Komitee „Low-Voltage DC“ – wo ich teilweise auch aktiv mitarbeite – aber bis jetzt noch keine Spezifikationen. Auch die VDE 0100 enthält keine Hinweise, Handlungsempfehlungen oder Vorgaben bezüglich DC 380 V. Die Selektivitätsberechnung musste ich manuell vornehmen, weil Softwaretools fehlen.“
Immerhin hat sich die Branche inzwischen nahezu einhellig entschieden DC 380 V statt 48 V zu verwenden. Da durch benötigt man viel weniger Kupfer, also Leitungen, was nicht nur die Kosten reduziert, sondern auch eine bessere Lüftung ermöglicht und die Betriebskosten senkt. Trotzdem musste der IT-Spezialist, sich die erforderlichen Komponenten aufwendig am Markt zusammensuchen. „Stecker, Schalter und Netzteile für DC 380 V waren für Industrieanwendungen nicht oder nur schwer verfügbar – mittlerweile gibt es immerhin drei verschiedene Steckertypen am Markt. Kabel mit 0,6 kV bzw. 1,0 kV gibt es zwar, aber niemand kann sagen, wie sie sich mit der Zeit verhalten. Es gibt einfach keine Erfahrungen zum Langzeitverhalten. Selbst das entsprechende IT-Equipment ist nur sehr limitiert verfügbar, da die Hersteller oftmals nur projektbezogen entwickeln oder produzieren.“
Sicherer Betrieb mit Gleichspannung
Inzwischen ist das Projekt erfolgreich abgeschlossen, läuft seit mehr als zwei Jahren störungsfrei und hat bereits weltweit für Aufsehen gesorgt. „Regelmäßig bekommen wir Besucher aus der ganzen Welt, denen wir unsere Technik erläutern – schließlich sieht man ein reines DC-Rechenzentrum nicht alle Tage“, berichtet T. Püschel stolz. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist die Mess- und Überwachungstechnik (Bild 2). Da es kein Mess- und Prüfequipment für DC 380 V gibt, musste geklärt werden, wie man den Anlagenzustand im laufenden Betrieb überwachen und monitoren kann. Unterstützung fand T. Püschel bei der Bender GmbH.
Gemeinsam wurde in dem TNS-Netz eine mehrkanalige Differenzstromüberwachung mit automatischer Abschaltung installiert. Peter Eckert (Bild 3), Marktsegmentmanager Datacenter bei Bender erläutert dazu: „Ein elektronisches Differenzstrom-Überwachungsgerät (Residual Current Monitor – RCM) wird in geerdeten Netzen (TN- und TT-Systeme) zur Überwachung von Fehler- oder Differenzströmen eingesetzt. Es misst die Summe der Ströme aller Leiter außer dem Schutzleiter mithilfe von allstromsensitiven Messstromwandlern. Der Betreiber wird durch die kontinuierliche Überwachung ständig über relevante Betriebszustände informiert. Er kann durch Einleitung von zielorientierten Instandhaltungsmaßnahmen den Wartungsaufwand reduzieren sowie eine automatische Abschaltung der Anlage vermeiden und dadurch erhebliche Kosten sparen.“
Bis zu einem Differenzstrom von 30 mA läuft die Anlage im grünen Bereich. Steigt der Differenzstrom an, wird eine Meldung abgegeben. Bei einem Differenzstrom über 100 mA schaltet das Überwachungssystem den jeweiligen Pfad allpolig ab. Zudem visualisieren zwei Signalleuchten über der Tür die Zustände der beiden USV, die durch Redundanz einen Ausfall des Rechenzentrums verhindern. Seitdem die Anlage in Betrieb gegangen ist, hat es in der Elektrotechnik keine Ausfälle gegeben.
In der Erfolgsspur
Bachmann ist überzeugt, dass sich die DC-380-V-Technik weiter am Markt etablieren wird. Dementsprechend entwickelt das Unternehmen verschiedene Produkte in diesem Bereich, wie zwei Stromverteilungseinheiten für unterschiedliche Steckervarianten – zum einen entsprechend Anderson Power Product (APP) und zum anderen nach IEC 62735-1. Eine dritte Variante mit einem Stecker nach dem chinesischen Hersteller Hongfeng soll demnächst auf den Markt kommen, sodass Bachmann alle relevanten Märkte abdeckt. „Unser Ziel ist es unsere Produktpalette sukzessive auch in DC-380-V-Technik anzubieten. Dementsprechend arbeiten wir daran auch die intelligenten Blunet-Steckerleisten (Bild 4) umzurüsten“, gibt T. Püschel einen Ausblick in die Zukunft.
Dass die DC-Technik auf dem Vormarsch ist, zeigt sich auch daran, dass immer mehr IT- und Telekommunikationsunternehmen dabei sind, ihre Anlagen umzustellen. So will der japanische Konzern Nippon Telegraph and Telphone (NTT), einer der größten Provider von Telekommunikationsservices weltweit, bis 2022 die Stromeinspeisung von allen Standorten und bis 2030 das gesamte IT-Equipment auf DC-Technik umstellen. Unter anderem haben Orange, China Mobile und Telekom ebenfalls Testprojekte aufgebaut. (no)

Autor:
Dipl.-Ing. (FH) Frank Nolte ist stellv. Chefredakteur beim VDE VERLAG

Differenzstrom-Überwachung für höhere Anlagenverfügbarkeit und weniger Kosten

In der Regel werden elektronische Differenzstrom-Überwachungsgeräte (Residual Current Monitor – RCM) dazu verwendet, dem Anwender noch weit vor dem Erreichen der Abschaltschwelle einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (Residual Current Protective Device – RCD) eine Meldung zu geben. Sie erkennen Verschlechterungen des Isolationsniveaus frühzeitig und sicher. Das erlaubt dem Betreiber auch, auf ein Abschalten der Anlage zur Messung des Isolationswiderstands zu verzichten und damit geplante Stillstände zu vermeiden.
Ein weiterer Vorteil der RCM-Technik ist, dass die Auswerteelektronik anlagenspezifische Einstellungen bezüglich Ansprech- und Zeitverhalten ermöglicht. RCMS-Systeme – wie jenes bei Bachmann – bestehen aus mehreren Einzelgeräten mit mehrkanaligen RCM und sind individuell auf die Anlage abstimmbar. So lassen sich systemspezifisch konzeptionierte Differenzstrom-Überwachungseinrichtungen realisieren. Solch ein mehrkanaliges Differenzstrom-Überwachungssystem kann pro Gerät bis zu zwölf Messstellen oder Messkanäle und im Verbund von mehreren Geräten bis zu 1 080 Kanäle überwachen.