Kijk kritisch naar zekering in rack-pdu's

Over de noodzaak tot het beveiligen van een rack-PDU (power distribution unit) doen veel theorieën de ronde. Een zekering is per definitie een single point of failure en daarom niet gewenst in een datacenter. Echter, er zijn situaties waarbij een zekering toch nodig is, soms zelfs verplicht.

Waarom wordt er gezekerd?

Veiligheid is de belangrijkste oorzaak: er wordt gezekerd om te voorkomen dat door overbelasting of kortsluiting brand ontstaat. Daarnaast heeft zekeren ook nut bij het segmenteren van de stroomdistributie zodat een fout ergens in het systeem niet direct het hele systeem tot stilstand brengt maar hooguit het segment waarin de zekering zijn werk heeft gedaan.

Een uitgang op een rack-PDU moet gezekerd zijn met een beveiliging van maximaal de nominale waarde van die uitgang. Omdat de individuele uitgangen van een rack PDU meestal maximaal 16A zijn moeten in een 32A rack-PDU zekeringen worden toegepast.

De in Nederland verkrijgbare rack-PDU’s voldoen doorgaans aan bovenstaande eis. Als individueel product prima, maar hoe gedragen de toegepaste beveiligingen zich geïntegreerd in de infrastructuur van een datacenter?

Waartegen wilt u beveiligen?

Het is goed zich eerst af te vragen wat u wilt beveiligen; wilt u het risico van overbelasting voorkomen, de risico’s van kortsluiting afdekken, of beide? Overbelasting vindt plaats als er langdurig meer stroomafname is dan toegestaan voor de betreffende onderdelen. De snelheid waarmee de beveiliging wordt geactiveerd, is afhankelijk van het soort beveiliging en de specificaties van die beveiliging.

Een kortsluiting is een direct contact tussen de fase en de nul (of aarde) waardoor er een stroom ontstaat die gelijk is aan de maximale kortsluitwaarde op dat punt. Kennis van de hoogte van deze waarde is van belang om tot een goede keuze voor een beveiligingsapparaat te komen. De kortsluitstroom is het grootst dicht bij de bron (transformator, of UPS) en neemt vervolgens af door de demping en verliezen in de bedrading en overgangsweerstanden bij alle tussenliggende schakels en beveiligingen.

Beveiligingsschakelaars bieden bescherming tot een bepaalde maximale kortsluitstroom. Indien de kortsluitstroom achter een beveiligingsapparaat (zekering) hoger is dan de waarde op dit beveiligingsapparaat, ontstaat de kans op vlambogen in het beveiligingsapparaat. Dit kan leiden tot brand en de stroom naar de fout wordt niet onderbroken: zeer onwenselijk dus.

Wat moet u weten?

Om een beslissing te kunnen maken betreffende zekeringen in uw PDU moet u een aantal zaken op een rij zetten. In de whitepaper ‘Welk type zekering in een rack-PDU’ treft u een overzicht van deze zaken aan. Hier beperken we ons tot de begrippen selectiviteit en kortsluitstroom.

Selectiviteit is een van de belangrijkste kenmerken van een zekering. Selectiviteit is een getal dat aangeeft in hoeverre een zekering een kortsluiting zal beveiligen voordat de voorgaande zekering(en) in werking treedt.

Tussen smeltpatronen geldt dat er een wettelijke selectiviteit is van 1,6. Dat betekent dat een 16A smeltpatroon wel selectief is ten opzichte van een 32A smeltpatroon maar niet ten opzichte van een 25A smeltpatroon (1,6 x 16 is 25,6). De selectiviteit tussen Miniature Circuit Breakers (MCBs) of in een gemengde omgeving is moeilijker te bepalen. Dan moet men de tijd-schakel grafieken van beide zekeringen over elkaar heen projecteren zodat duidelijk wordt bij welke kortsluitstroom welke zekering het eerst zal acteren.

De MCBs zijn meestal voorzien van een aanduiding met de selectiviteitsklasse. Dat getal zegt echter nog niks. U zult op iedere plaats in het datacenter een berekening moet (laten) maken van de kortsluitstromen. Pas dan kunt u, als u ook de technische gegevens van de voorgeplaatste zekeringen kent, bepalen of een zekering selectief is ten opzichte van zijn voorganger in de keten. Ervaring leert dat kennis van bovenstaande in de praktijk niet in alle gevallen voorhanden is. Toch is het relevant te weten wat de consequenties zijn in het geval van kortsluiting. Een voorbeeld: een 3 fase 32A rack-PDU moet minimaal voorzien zijn van 6 segmenten van 16A, ieder segment voorzien van een aparte beveiliging. Indien deze beveiligingen niet selectief zijn ten opzichte van de bovenliggende zekering, zal een kortsluiting in een enkele uitgang resulteren in afschakelen van de gehele rack-PDU. Is deze situatie wenselijk, of juist niet?

Kortsluitstroom is de maximale stroom die opgewekt kan worden op een bepaald punt in de elektrische installatie. Initieel was de kortsluitstroom dichtbij de transformator of bij de UPS vele malen hoger dan de stroom die in een serverrack kon ontstaan. Dit vanwege dempende invloeden van stroomkabels en alle overgangsweerstanden in de installatie. Toenemende integratie van distributie via busbar zorgt voor toename van kortsluitstromen in een serverrack. Nu is de busbar met nominale waarden van 200 tot 1000A nauwelijks een meter van de serverkast verwijderd. Van demping is nauwelijks nog sprake en kortsluitstromen van tientallen kA (kilo Ampères) zijn geen uitzondering.

Er zijn programma’s die kortsluitstromen kunnen berekenen. We raden u echter aan door een specialist een uitgebreid schema te laten maken waarin alle kortsluitstromen zijn opgenomen. Met dit document kunt u gefundeerde beslissingen nemen ten aanzien van zekeringen in een rack-PDU.

Conclusie

Indien u wilt beveiligen tegen overbelasting en/of kortsluitingen, zult u een analyse moeten maken van de kans dat dit gebeurt en de kosten die ontstaan als het gebeurt. Overbelasting kan voor een groot deel voorkomen worden met de uitlezing van de ampère meters; een kortsluiting is niet te voorspellen. Indien de risico’s voor u te groot zijn, zult u zekeringen moeten plaatsen om fouten te beperken. De goede keuze voor het type zekering kan alleen plaatsvinden als u een grondig beeld heeft van de elektrische installatie in uw datacenter. Schleifenbauer maakt vervolgens de rack-PDU met die zekeringen die voor uw situatie het meest geschikt zijn.

Schleifenbauer Products is een Nederlandse fabrikant van intelligente energiemeters voor datacenters. In Den Bosch worden met assemblage partner Harting rack-PDU’s gebouwd volgens klantspecificatie. Vergelijk het configuratie- en productieproces met Lego: met een beperkt aantal bouwstenen is het aantal eindproducten praktisch onbeperkt. Rack-PDU’s van Schleifenbauer worden aangepast aan de elektra-infrastructuur van uw datacenter, in plaats van dat de elektra-infrastructuur aangepast moet worden aan een rack-PDU. Meer informatie vindt u via www.schleifenbauer.eu

Hans Kik, Schleifenbauer Products