Fehlertolerante Stromversorgung
Zuverlässig durch Isolé-Terre-Systeme
Micro- und Edge-Datacenter sind kleine Rechnerräume, die den geltenden Gesetzen, Richtlinien, Regeln und Normen für Rechenzentren und der allgemeinen elektrischen Sicherheit entsprechen müssen. Dazu gehören zum Beispiel die Normen DIN VDE 0100 410 und EN 50600, der BSI-IT-Grundschutz sowie VDS- und DGUV-Richtlinien. Wesentliche Punkte sind dabei die elektrische Sicherheit für Personen und Anlagen neben der Sicherstellung einer EMV-tauglichen Stromversorgung.
Für den ordnungsgemäßen Betrieb von EDV-Systemen - gleichgültig welcher Größe - gilt als Mindestvoraussetzung, dass das Stromversorgungsnetz "geerdet" aufgebaut sein muss (TN-S-System). Die Richtlinie VDI 3551 "Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) in der Technischen Gebäudeausrüstung" von 01-2011 unterstützt zudem verbindlich die Forderungen nach einem TN-S-System mit automatischer Überwachung.
Ein Stromausfall treibt einem Verantwortlichen in der IT gewöhnlich nicht den Schweiß auf die Stirn. Unterbrechungsfreie Stromversorgung und redundante Netzteile in den Servern sind in der Regel so ausgelegt, dass Unterbrechungen keine Rolle spielen sollten. Was aber, wenn die Strominfrastruktur (Kabel, Stromschiene, Kontaktstellen, Verteilungen etc.) einen Fehler aufweist, etwa Beschädigung durch Nager, Alterserscheinung oder Veränderungen der EMV-Umgebung? Dies kann einen großen wirtschaftlichen Schaden anrichten und mitunter eine lange Fehlerdiagnose nach sich ziehen. Wer sich dabei nur auf seine USV und redundante Netzteile verlässt, wird damit im Katastrophenfall nicht weit kommen. Ausgefeilte Überwachungs- und Warnfunktionen in physischen Systemen wie USV- und Klimaanlagen sowie Feuerlöschsysteme sind inzwischen zwar die Regel, aber Aspekte wie Zustand der elektrischen Leitungen, von Antrieben und Motoren sowie die Qualität der Installation und Erdungssysteme unterliegen nur selten einer systemgestützten Überwachung.
Gewöhnlich kommen in vielen Anlagen RCDs (Fehlerstromschutzschalter) des Typs A zum Einsatz. Außerdem stellt die wiederkehrende Prüfung, die in bestimmten Zeitabständen vorgeschrieben ist, nur eine Momentaufnahme dar. Für EDV-Anwendungen muss ein allstromsensitiver RCD des Typs B verwendet werden. Ein solcher RCD ist jedoch in der Anschaffung nicht nur teurer als sein Standard-Typ-A-Pendant, er schaltet bei Erreichen der Schaltschwelle meist auch ohne Vorwarnung und Meldung die komplette Stromversorgung ab. Zudem muss ein Betreiber ihn regelmäßig durch Auslösen prüfen. Zur wiederkehrenden Prüfung muss der komplette zu messende Stromversorgungspfad stromlos geschaltet werden. Dies zieht jedoch wiederum einen enormen organisatorischen und technischen Aufwand sowie eine umfangreiche Dokumentation nach sich.
Die Elektrotechnik unterscheidet TN-Netze, TT-Netze und IT-Netze. Dabei steht T für Terre (Erde), N für "Neutral", I für Isolation, außerdem S für séparé (getrennt) und C für combiné (kombiniert). TN-S bedeutet also, dass im gesamten Netz Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) als zwei getrennte Leitungen geführt sind.
Bei der elektrischen Stromversorgung dieser dezentralen Systeme ist sicherzustellen, dass Personen und EDV-Systeme vor den Gefahren des elektrischen Stroms geschützt sind und die Systemverfügbarkeit sichergestellt ist. Da an den jeweiligen Standorten aber nur selten Elektro-Fachpersonal zur Verfügung steht, sollen die Risiken und der Aufwand für die Aufrechterhaltung der informationstechnischen Anlagen soweit wie möglich minimiert sein. Zusammen mit dem Personen- und Brandschutz ist die Ausfallsicherheit also der wichtigste Faktor für die Wahl einer geeigneten Energieversorgung.
Hochverfügbarkeit
Ein Problem stellt zudem oft die vorhandene Stromversorgung an den Standorten dar. Nicht immer sind vor Ort die gewünschten Verhältnisse und Bedingungen gegeben, um eine hochverfügbare Stromversorgung zu gewährleisten. Ein redundanter Stromhausanschluss, große USV-Systeme, Netzersatzanlagen oder ein getrenntes A/B-Schienensystem sind in solchen Installationen häufig nicht vorhanden. Die Hochverfügbarkeitsanforderung zieht bestimmte Voraussetzungen für das Stromnetz nach sich.
Die Forderung nach einem EMV-freundlichen TN-S-Netz ist in diesem Umfeld vielen Nutzern bekannt. Auch ein Betrieb ohne Fehlerstrom-Schutzschalter (RCD) setzt ein TN-S-System voraus. Was aber, wenn die Gebäudeinstallation dies nicht ermöglicht oder es einfach wirtschaftlich nicht so einfach zu erstellen ist? Was, wenn vor Ort ein TN-C-S- oder ein TT-Netz installiert ist? Bei der Planung einer Anlage stellt neben dem TN-S-System auch das TT-System eine Alternative dar. Eine weitere mögliche Netzform (neben geerdeten Netzen) ist das ungeerdete System - also das IT-System (Isolé Terre, nicht zu verwechseln mit IT = Informationstechnik), bei dem im Gegensatz zu den anderen Varianten ein erster Isolationsfehler nicht zur Abschaltung des Systems führt.
Maximale Verfügbarkeit ist ungeerdet
Bislang kommt das IT-System vor allem in sicherheitskritischen Anwendungen wie etwa auf Intensivstationen oder in der Bahn-Signaltechnik zum Einsatz, wo ein Ausfall der Stromversorgung fatale Folgen hätte. Außerhalb dieser Spezialbereiche ist diese Netzform in der Praxis noch relativ wenig verbreitet, obwohl sie zahlreiche Vorteile nicht nur in puncto Sicherheit, sondern auch ein hohes Maß an Verfügbarkeit bietet.
Ein durchgängiges Konzept mit einer ungeerdeten Stromversorgung hat für den Betreiber eine Reihe von Vorteilen. Dazu gehört in erster Linie der Weiterbetrieb der Anlage, denn beim Auftreten eines ersten niederohmigen Isolationsfehlers kann die Anlage problemlos weiter laufen. Ein weiterer Vorteil ist der Brandschutz: Isolationsfehler sind die häufigste Brandursache überhaupt. IT-Systeme reduzieren die Brandgefahr durch Isolationsfehler auf ein Minimum. Ein Faktor, den auch die Versicherungen durch niedrigere Versicherungsprämien honorieren.
Der dritte Punkt betrifft die Fehlersuche im Betrieb: Eine schnelle Isolationsfehlersuche ist mit einer Einrichtung zur Isolationsfehlersuche ohne Betriebsunterbrechung möglich. Hinzu kommt der geringere Prüfaufwand: Da mit Isolationsüberwachungsgeräten die Isolationswiderstandmessung (RISO-Messung) bei wiederkehrenden Prüfungen entfällt, lassen sich Kosten und Zeit sparen. Eine Betriebsunterbrechung ist nicht erforderlich.
Auch die Personensicherheit liegt höher, denn Anlagenbetreiber, die IT-Systeme einsetzen, bieten ihren Mitarbeitern, Besuchern und Kunden den größtmöglichen Schutz. Durch die geringen Fehlerströme gibt es keine Gefahr durch elektrischen Schlag.
Pluspunkt Standardkomponente
Ein weiteres Plus ist die Verwendung von Standardkomponenten. Der Betreiber kann seine Systeme wie Server, Storage, Router, USV, die am 230-V-Netz (400 V) arbeiten, ebenso wie bisher verwenden. Es sind keine speziellen Endgeräte notwendig. Aufgrund der vielen wirtschaftlichen und technischen Vorteile rechnet sich ein ungeerdetes System mit einer leistungsfähigen Isolationsüberwachung in komplexeren Anlagen folglich nahezu immer.
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