Rack-Systeme mit USVs absichern
Sicherheit im Regal
Serverschränke im 19-Zoll-Format sind mittlerweile selbst in kleinen Firmen ein gewohntes Bild. Für die Betriebsbereitschaft des darin installierten Equipments auch bei Netzstörungen und Stromausfällen sorgt in den meisten Fällen eine USV. Doch nicht jedes Gerät ist gleich gut für den Einsatz im Rack geeignet. Mit etwas Know-how lässt sich schon bei der Auswahl Ärger vermeiden.
Speicherplatz und Rechenleistung kann man nie genug haben, lautet ein altes Axiom der
Computerbranche. Gleichgültig wie leistungsfähig Computer und Netzwerke auch werden, der Bedarf
wächst stetig, neue Anwendungen und Dienste lasten die Ressourcen schnell wieder aus. Der Trend
spiegelt sich in immer mehr und schnelleren Servern wider. Unternehmen bleibt nichts anderes übrig,
als ihre Serverräume und Rechenzentren optimal auszulasten. In der Regel heißt das, Equipment im
19-Zoll-Schrankformat einzusetzen. Die standardisierten Abmessungen sorgen für schnellen und Platz
sparenden Einbau von Servern, Switches, Routern und anderen Geräten. Administratoren sind
begeistert: Alles ist aufgeräumt und hinter stabilen Türen sicher weggesperrt. Die Kabelwege lassen
sich durch eingebaute Führungen sauber trennen und kurz halten. So stapelt sich auf einer
Grundfläche von weniger als einem Quadratmeter schnell die gesamte Netzwerkinfrastruktur einer
kleinen Firma oder über 80 Prozessoren für eine Serverfarm. Dass ein Ausfall des Systems fatale
Folgen hätte, ist klar. Gegen Störungen in der Stromversorgung und komplette Netzspannungsausfälle
werden deshalb unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USVs) im Rack integriert. Eine USV für
Rack-Systeme hat zunächst die gleichen Aufgaben wie das Pendant für Stand-alone-Server. Doch durch
die besonderen Anforderungen in puncto Platzbedarf, Kühlung und Bauform gibt es Geräte, die für
ihre Aufgabe im 19-Zoll-Schrank besser geeignet sind als andere.
Wohin mit der Wärme?
Eine USV im 19-Zoll-Format muss sehr kompakt gebaut sein, da meist nur ein oder zwei
Höheneinheiten zur Verfügung stehen. Die Höhe ist damit auf maximal neun Zentimeter begrenzt. Dies
führt zu besonderen Anforderungen an die Akkumulatoren, die einen Großteil des Gehäusevolumens in
Anspruch nehmen und entsprechend schmal ausfallen müssen. Hersteller mit Erfahrung im Bereich USV
wählen die verbauten Komponenten sorgfältig aus und haben dabei die spätere Verwendung als
Rack-System im Hinterkopf. Damit ist die Hitzebeständigkeit der Bauteile höher, außerdem setzt man
Akkus mit der flachsten Bauform ein.
Ebenso wichtig: Die Laderegelung der Akkus erfolgt streng in Abhängigkeit der vom Hersteller
spezifizierten Typkurve. Höhere Temperaturen, wie sie in einer Rack-USV häufig vorkommen, haben
immer eine geringere Ladespannung zur Folge. Dadurch sind die Akkus langsamer nachgeladen, ihre
Lebensdauer profitiert jedoch immens von der exakten Anpassung der Spannung.
Bei den heute eingesetzten Servern und ihren Netzteilen muss die Mindestleistung einer USV bei
1500 VA liegen. Der Einsatz schwächerer Geräte ist nur in Ausnahmefällen sinnvoll. Ist der Platz
ein entscheidendes Kriterium und eine Höheneinheit das Maximum, kommt eigentlich nur das
Line-Interactive-Prinzip in Frage. Die Elektronik fällt bei Line-Interactive-Systemen kleiner aus
als bei einem Online-Gerät mit vergleichbarer Leistung. Zudem liegt der Wirkungsgrad höher, was
sich in geringerer Verlustleistung und damit niedrigerer Wärmeentwicklung widerspiegelt. Gute
Argumente also, die für ein Line-Interactive-Gerät sprechen.
Mittlerweile hat die Entwicklung auch dafür gesorgt, dass solche USVs über zusätzliche
Batterie-Packs hohe Autonomiezeiten erreichen. Dies geht allerdings wieder auf Kosten des
Platzbedarfs. Es gilt allerdings zu bedenken: Heute sind oft auch Voice-over-IP-Komponenten in
einem Rack verbaut. Die entsprechenden Telefondienste müssen auch bei Stromausfällen von einigen
Stunden verfügbar sein.
Kommt doch nur eine Online-USV in Frage, ist es wichtig, die entstehenden Abwärmewerte korrekt
zu kalkulieren. Durch die aufwändigere Elektronik im Inneren der USV und den ständigen Betrieb des
Inverters sind kaum Wirkungsgrade von über 90 Prozent erzielbar. Geht man noch vom schlimmsten Fall
des Betriebs aus, nämlich dann, wenn die USV im Batteriebetrieb alle Lasten startet, verdoppelt
sich die die Stromaufnahme der USV im Vergleich zum Normalbetrieb. Dann zahlt es sich doppelt aus,
wenn die Lasten automatisch nacheinander gestartet werden, um den Spitzenstrom zu begrenzen.
In großen Unternehmen werden 19-Zoll-Racks oft bis zur maximalen Ausbaustufe benutzt. In einem
solchen Fall kommen bis zu 30 kW Verlustleistung in Form von Wärme zusammen. Dann hilft nur noch
ein Gesamtkonzept, dass Rack-System, Kühlung und Stromversorgung als Ganzes betrachtet und Verluste
durch mangelnde Abstimmung der Komponenten ausschließt.
Jedem Hersteller ist offenbar klar, dass der kompakte Aufbau einer Rack-USV prinzipbedingt zu
Abstrichen bei der Verlustwärme und der maximalen Leistung und Überbrückungszeit führt. Wenn der
Platz begrenzt ist, liegt es nahe, andere Wege zu finden, um diese Nachteile zu kontern. Eine
Möglichkeit bietet die Frequenz, mit der die Konverter der USV arbeiten. Je höher die Frequenz
liegt, desto weniger Verluste entstehen bei der Konversion. Die Wärmeentwicklung sinkt, die maximal
verfügbare Leistung der USV nimmt zu. Doch höhere Frequenzen haben auch einen Nachteil: Die
Störabstrahlung nimmt zu, und im gleichen Maß steigt die Empfindlichkeit gegenüber anderen
Signalquellen. Schnell kratzt eine USV dann an den EMV-Grenzwerten.
Gerade wenn Telekommunikationsequipment mit Strom versorgt werden soll, geben deren Hersteller
strenge EMV-Grenzen vor. Auch Geräte der Medizintechnik reagieren empfindlich auf Abstrahlungen und
setzen den USV-Herstellern mit dem Abstrahl-Level B enge Grenzen, was die Frequenzen der Konverter
angeht. Potenzielle Käufer aus dem medizinischen Umfeld oder mit Einsatzbereichen in der
Telekommunikation sollten deshalb ein besonderes Augenmerk auf die EMV-Angaben der USV richten.
Besonders wenn das Rack mit kleinen und flachen Servern gefüllt ist, kommt schnell ein
beachtlicher Verkabelungsaufwand zustande. Käufer einer Rack-USV sollten darauf achten, dass der
Hersteller die Lastanschlüsse der USV wählbar anbietet. Benötigt werden entweder
Schutzkontaktsteckdosen oder Kaltgerätebuchsen. Auch eine Mischung aus beiden Formaten ist denkbar,
da Kaltgerätebuchsen weit weniger Platz benötigen als Schuko-Steckdosen und darum im Rack
sinnvoller sind. Eine Arretierung gegen unabsichtliches Ziehen hilft, manuell herbeigeführte
Stromausfälle zu verhindern. Schienen und ein Bündelsystem sorgen für leichte Zuordnung danach,
welcher Server an welcher Steckdose hängt. Eine Besonderheit stellt der medizinische Bereich dar.
Hier lautet die Anforderung, dass die Steckdosen im normalen Betrieb nicht frei zugänglich sind, um
Störungen durch nicht-medizinische Geräte zu vermeiden.
Die USV soll, einmal in Betrieb genommen, laufen und für den Administrator unsichtbar sein. Dass
man eine Statusanzeige für die schnelle Diagnose von vorn erkennen kann, gehört dennoch zu den
Anforderungen an eine gute Rack-USV. Im Notfall oder für Wartungszwecke sollte auch die Umschaltung
auf Bypass vorn am Gerät möglich sein. Dies gilt auch für den Tausch der Akkus. Weil moderne
Blei-Gel-Akkus eine Lebensdauer von mehreren Jahren haben, ist die Anforderung nicht lebenswichtig.
Doch wenn es soweit ist, geht der Wechsel in jedem Fall schneller und mit erheblich weniger Aufwand
vonstatten, wenn der Administrator die Akkus im laufenden Betrieb und ohne Ausbau der USV von vorne
vornehmen kann.
Die Kontrolle über die Stromversorgung ist ein mächtiges Instrument in einem Serverraum oder
einem Rechenzentrum. Im Notfall kann damit ein hängen gebliebener Server neu gestartet werden oder
ein System, bei dem man ganz aktuell einen Hacker-Angriff befürchtet, schnell heruntergefahren
werden. Die USV sollte den Administrator dabei mit einzeln schaltbaren Ausgängen und einer
übersichtlichen Managementsoftware unterstützen. Im Idealfall ist die USV in das firmenweite
Managementsystem wie etwa HP Openview oder CA Unicenter eingebunden, sodass die Kontrolle der
Ausgänge über das SNMP-Protokoll aus der Anwendung heraus erfolgt. Für Notfälle oder wenn der Admin
unterwegs ist, ist ein eingebauter Webserver in der USV hilfreich, der über einen Standard-Browser
angesteuert und bedient wird. Dass beide Wege durch Kennwörter und Benutzerrechte abgesichert sein
müssen, ist selbstverständlich.
Hochwertige USVs bieten meist Einsteckschächte für Sensoren an, die dem Administrator weitere
Informationen über den Standort der USV und ihre Umgebung liefern. Feuchte und Temperatur sind
wichtige Daten, auch externe Schalteingänge für den Türkontakt oder einen Brandmelder können
eingebunden werden.
Eins plus eins macht eins
Große USV-Anlagen verfügen meist über eine Form der Redundanz. Entweder ein Reservemodul springt
im Fehlerfall für die komplette USV ein, oder die Last wird beim Ausfall eines Geräts auf die
verbleibenden USVs verteilt.
Für eine Rack-USV ist schon auf Platzgründen keine Redundanz auf diesem Weg machbar. Hersteller
wie MGE umgehen die Beschränkung jedoch mit einem statischen Transferschalter (STS). Dieses
Zusatzgerät erlaubt die Speisung der Last durch zwei separate Quellen. In der Regel ist dies einmal
die USV sowie ein zweiter, von ihr unabhängiger Weg.
Es kann sich dabei einfach um die Netzspannung oder eine weitere USV handeln. Durch den STS kann
man die Versorgungsquelle im laufenden Betrieb umschalten. Für den Austausch der USV oder andere
Wartungsarbeiten stellt dies eine enorme Erleichterung dar, weil die Last während dessen
unbeeinträchtigt weiter fließen kann.
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