Schienenverteiler-System LData

Effiziente und flexible Energieverteilung

28. Mai 2020, 07:00 Uhr   |  Carsten Schwarz/am

Effiziente und flexible Energieverteilung
© Siemens

LData basiert auf der Technik der bestehenden Systeme LD und BD2 aus dem Sivacon-8PS-Portfolio von Siemens.

Maximale Verfügbarkeit bleibt das oberste Ziel bei der technischen Ausstattung von Rechenzentren. Gleichzeitig rücken mit fortschreitender Digitalisierung der Gesellschaft zwei neue Anforderungen in den Fokus: die Übertragung immer größerer Strommengen einerseits und die Notwendigkeit des Energiesparens andererseits. Um diese Anforderungen in der elektrischen Energieverteilung umzusetzen, bietet Siemens Smart Infrastructure das speziell für Rechenzentren konzipierte Schienenverteiler-System LData an.

Bereits heute sind nach Schätzungen bis zu 50 Milliarden Geräte mit dem Internet der Dinge vernetzt. Stellt man sich diese Zahl als einen Stapel von Smartphones vor, würde dieser etwa bis zum Mond reichen. Um die damit verbundenen Datenmengen bewältigen zu können, entstehen immer leistungsfähigere Rechenzentren, die das Rückgrat der digitalen Gesellschaft bilden. Diese müssen in höchstem Maß verfügbar sein, um beispielsweise kritische Daten sowie geschäftskritische Anwendungen und Industrieprozesse zu schützen. Mit dem Datenvolumen steigt auch der Strombedarf der Rechenzentren. Laut einer Studie der Universität RWTH Aachen soll allein die Umstellung auf den Mobilfunkstandard 5G deren Strombedarf bis zum Jahr 2025 um bis zu 3,8 Terawattstunden (TWh) zusätzlich erhöhen. Dies entspräche etwa dem Stromverbrauch von 850.000 bis 1,25 Millionen Haushalten (bei einem durchschnittlichen Stromverbrauch von 3.000 kWh pro Haushalt). Aus diesem Grund müssen Rechenzentren gleichzeitig energieeffizient, leicht zu installieren und einfach erweiterbar sein. Ein Energieverteilungs-System, das direkt über den Rechner-Racks verläuft, kann dabei eine wesentliche Rolle übernehmen, indem es Effizienz, Verfügbarkeit und Anpassungsfähigkeit des Rechenzentrums verbessert.

Diesen Anspruch will das neue, speziell für Rechenzentren konzipierte Schienenverteiler-System LData von Siemens Smart Infrastructure erfüllen. Die Lösung ist für Stromstärken von 630 bis 2.500 Ampere ausgelegt. Aktuell sind noch Stromstärken von 800 Ampere in Rechenzentren üblich. Doch verlangen erste Planer und Betreiber inzwischen deutlich höhere Stromstärken im Bereich bis 2.000 Ampere. Diese Entwicklung wird weitergehen, da die Rechner immer leistungsfähiger werden.

Der Transport höherer Stromstärken bedeutet in der Regel jedoch höhere Verluste durch Wärmeentwicklung. Laut der Studie der RWTH Aachen wandeln Rechenzentren derzeit etwa 13 Milliarden Kilowattstunden Strom in Wärme um. Größere Stromschienen-Querschnitte verringern diesen Energieverlust bei der Übertragung. Der Energiebedarf sinkt, da sich die Verlustwärme ebenso reduziert wie der Aufwand für die Kühlung. Vor diesem Hintergrund lohnt sich die Entscheidung für größere Leiterquerschnitte bereits heute auch finanziell, da der vergleichsweise höheren Erstinvestition (Capex) nachhaltig geringere Betriebskosten (Opex) gegenüberstehen. Bei LData ist eine solche Überdimensionierung der Querschnitte ohne Risiko möglich.

Darüber hinaus ermögliche LData eine hohe Flexibilität. Anlagen sollen sich damit einfach skalieren lassen, sodass sie mit steigenden Datenmengen mitwachsen können. Der Anschluss zusätzlicher Server-Schränke erfolgt über die Abgangskästen des Schienenverteiler-Systems. Die Installation ist – vorbehaltlich nationaler Normen – auch unter Spannung möglich, also ohne Unterbrechung des Betriebs, und geschieht per Plug and Play. Dabei stehen zwei Arten von Abgangskästen zur Auswahl, in Kubus- und in L-Form. Bei der kubischen Bauform befindet sich der Abgangskasten unter dem System, wodurch mehr Platz im Kasten, zum Beispiel für Schutzgeräte, vorhanden ist. Die L-Form bietet mit einer geringeren Bauhöhe von 350 Millimetern eine Alternative für beschränkte Raumhöhen. Beide Arten von Abgangskästen sind  kompakt und erlauben eine gesteckte Verbindung an allen Stellen über die gesamte Schienenlänge. Die Abstände sind frei wählbar, wobei ein Richtwert von 60 Zentimeter dem üblichen Raster der Server-Schränke entspricht. Spezielle Abgangsstellen sind nicht mehr notwendig.

Schienenverteiler-Technik

LData basiert auf der Technik der bestehenden Systeme LD und BD2 aus dem Sivacon-8PS-Portfolio von Siemens. Zum einen lässt sich die Neuentwicklung damit gut mit vorhandenen Schienen kombinieren beziehungsweise zur Erweiterung von Bestandsanlagen nutzen. Zum anderen bietet auch das neue Schienenverteiler-System alle Vorteile dieser Technik, in der mehr als 50 Jahre Erfahrung stecken.
Hohes Energievolumen, zahlreiche Verbraucher, große Distanzen und hohe Flexibilität: Die Gründe bei der elektrischen Energieverteilung in industriellen Anlagen und Infrastrukturen, auf Schienenverteiler-Systeme anstatt auf herkömmliche Kabel zu setzen, sind vielfältig. Nicht umsonst gelten Schienenverteiler-Systeme zum Beispiel in der Automobilindustrie als die bessere Alternative.

Schienenverteiler sind nicht nur dadurch eine platzsparende Lösung, indem sie das klassische Kabel durch feste Stromschienen ersetzen, sondern auch durch die Verkleinerung der zentralen Verteiler. Die Anordnung der Schutzorgane in den Abgangskästen erfolgt bei Schienenverteilern dezentral und  verbrauchernah.
Daraus ergeben sich charakteristische Eigenschaften, die sich systematisch für die Elektroplanung nutzen lassen wie zum Beispiel eine hohe Flexibilität durch die linienförmig angeordneten Verbraucher, geringer Platzbedarf, hohe Sicherheit für Personen und Gebäude, elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) sowie eine einfache Planung und schnelle Montage.

Die Vorteile von Schienenverteiler-Systemen lassen sich jedoch nicht nur für die effiziente, sichere und flexible Übertragung von Strom nutzen, sondern auch von Daten aus kommunikationsfähigen Schutz-, Schalt- und Messgeräten. Die technische Voraussetzung dafür kann die Powerline-Technik schaffen, die auch für LData verfügbar ist. Dies ist ein Verfahren, mit dem sich bereits vorhandene Übertragungswege mehrfach nutzen lassen.

Eine zusätzliche Modulierung der Signale auf die Leitung geschieht  über eine oder mehrere Trägerfrequenzen. Durch die Mehrfachnutzung von vorhandenen Leitungen gilt dieser Übertragungsweg als sehr schnell und kostengünstig umzusetzen. Darüber hinaus gewährleistet das Verfahren, im Fall von Stromnetzen als „Powerline Communication“ (PLC) bezeichnet, eine hohe Resistenz gegenüber Störeinflüssen und damit einen sehr zuverlässigen Datenverkehr. Als Kommunikationsstandard für entsprechende Anwendungen hat sich G3-PLC (www.g3-plc.com) etabliert.
Durch die integrierte Powerline-Technik ist  LData in der Lage, Energiedaten aus kommunikationsfähigen Mess- und Schaltgeräten zur weiteren Verarbeitung und Auswertung via Standard-Kommunikationsprotokolle an übergreifende Energie-Management-Systeme sowie cloudbasierte Lösungen zu übertragen.

Die erfassten Daten gewährleisten eine hohe Energietransparenz und machen beispielsweise Einsparpotenziale sichtbar. Darüber hinaus können  sie eine vorausschauende Wartung ermöglichen, etwa durch Erfassung der Betriebsstunden der versorgten Rechner. Der Betrieb von Rechenzentren gestaltet sich dadurch effizienter und ausfallsicherer.

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