topics:16:principles []

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Основы работы и принципы построения PDU ======
<WRAP box round>
Стоечный распределитель питания (Rack Power Distribution Unit, или Rack PDU) — завершающее звено цепи электроснабжения центра обработки данных. Его основная функция — надёжная и безопасная подача электропитания ко всем устройствам, установленным в ИТ-стойке: серверам, системам хранения, сетевому оборудованию, приборам мониторинга и т. д.  
От правильного выбора и конфигурации PDU зависит не только бесперебойная работа оборудования, но и эффективность всей энергетической системы ЦОД, включая потери, резервирование, сбор данных и автоматизацию.
</WRAP>

===== Роль и эволюция PDU =====
Долгое время PDU воспринимался как простая «сеточная розетка» — элемент, обеспечивающий подачу энергии с запасом по мощности и минимальным риском простоев. Инженеры ориентировались лишь на номинальные данные оборудования и резервирование, оставляя запас без учёта энергоэффективности или мониторинга.  

Ситуация изменилась по мере роста плотности вычислительных стоек и удорожания электроэнергии. Сегодня PDU — это инструмент управления энергопотреблением, учёта и оптимизации нагрузки в стойках. Он стал частью общей стратегии управления инфраструктурой (DCIM) и влияет на ключевые показатели энергоэффективности, включая PUE.  

Современные интеллектуальные распределители питания позволяют:
  * собирать и передавать телеметрию в реальном времени (ток, напряжение, мощность, температура);
  * управлять подачей питания удалённо, включая отдельные розетки;
  * определять неиспользуемые или неэффективные устройства для их консолидации или отключения;
  * анализировать нагрузку и формировать отчёты для планирования расширения мощностей и расчёта углеродного следа;
  * обеспечивать точное измерение и биллинг при разделении стоек между клиентами (в колокейшн-ЦОДах).

<WRAP info>
При росте плотности стойки до 10–20 кВт (а в некоторых случаях — до 30 кВт и выше) PDU должен обеспечивать не только распределение энергии, но и точный контроль за её использованием, включая анализ по фазам и розеткам.
</WRAP>

===== Основные классы PDU =====
По функциональным возможностям стоечные распределители делятся на две большие группы — **неинтеллектуальные** и **интеллектуальные**.

==== Неинтеллектуальные PDU ====
  * **Базовые (Basic)** — простые распределители питания без каких-либо функций контроля. Выполняют только подачу напряжения и тока к устройствам в стойке. Используются там, где приоритетом является простота и надёжность.
  * **С мониторингом (Monitored)** — дополнены встроенным дисплеем, который отображает параметры входного питания (напряжение, ток, мощность). Эти данные доступны локально, но не могут быть переданы по сети.

==== Интеллектуальные PDU ====
  * **С измерением на вводе (Metered Input PDU)** — контролируют параметры питания на уровне входа устройства. Это позволяет оценивать загрузку фазы, предотвращать перегрузку и планировать подключение нового оборудования.
  * **С измерением на розетках (Metered Outlet PDU)** — измеряют потребление каждого подключённого устройства. Такая функция необходима для точного анализа и биллинга.
  * **С функцией коммутации (Switched PDU)** — обеспечивают дистанционное включение и выключение отдельных розеток. Это позволяет управлять питанием серверов, проводить перезапуск без физического доступа и сокращать потери при простое.
  * **Комбинированные (Switched & Metered PDU)** — объединяют обе функции: измерение и управление розетками. Используются в продвинутых ЦОДах с автоматизированным управлением.

<WRAP center>
^ Тип PDU ^ Измерение на вводе ^ Измерение по розеткам ^ Подключение к сети ^ Управление розетками ^ Поддержка датчиков среды ^
| Базовый | ○ | × | × | × | × |
| С мониторингом | ● | × | × | × | ○ |
| С измерением на вводе | ● | × | ● | × | ● |
| С измерением по розеткам | ● | ● | ● | × | ● |
| С коммутацией | ● | × | ● | ● | ● |
| С коммутацией и измерением | ● | ● | ● | ● | ● |
</WRAP>






===== Электрические основы и расчёты =====

==== Питание стойки ====
Энергия подаётся к стойке по одной или нескольким ветвям цепи (branch circuit). От параметров этих цепей — напряжения, тока и фазности — зависит мощность, доступная для оборудования.

<WRAP center>
$$P = U \times I$$  
$$P_{3\phi} = \sqrt{3} \times U \times I$$
</WRAP>

где:
- \(U\) — номинальное напряжение;
- \(I\) — ток;
- \(P\) — мощность.

<WRAP info>
Во многих ЦОДах используется трёхфазное питание, поскольку оно обеспечивает более равномерную нагрузку и позволяет подключать мощные стойки без увеличения сечения проводов.
</WRAP>

==== Типы цепей и напряжения ====
^ Номинальное напряжение ^ Регион применения ^ Количество проводов ^ Напряжение на розетке ^
| 120 В | Северная Америка | 2 (фаза + нейтраль) | 120 В |
| 208 В | Северная Америка | 2 (фаза + фаза) | 208 В |
| 230 В | Европа, Азия, Россия | 2 (фаза + нейтраль) | 230 В |
| 400 В (3Ф) | Европа, Азия, Россия | 4 (3 фазы + нейтраль) | 230 В |

<WRAP info>
В российских ЦОДах на вход PDU, как правило, подаётся трёхфазное питание 400 В с нейтралью и заземлением. Это даёт возможность равномерно распределять нагрузку между фазами и питать 230-вольтовое оборудование.
</WRAP>

===== Плаги, розетки и кабели =====
Наиболее распространённые стандарты соединений:
  * **IEC 60320 (C13/C14, C19/C20)** — для большинства серверов и коммутаторов;
  * **IEC 60309 (4H, 6H)** — для трёхфазных цепей и мощных нагрузок;
  * **NEMA** — используется в Северной Америке.

<WRAP info>
При проектировании важно учитывать количество розеток, их тип, токовую нагрузку и соответствие стандартам безопасности. Ошибки выбора могут привести к перегреву кабеля или разъёма.
</WRAP>

===== Расчёт допустимой мощности ветви =====
<WRAP center>
$$P = U \times I_{derated}$$
</WRAP>

Рабочий ток (\(I_{derated}\)) принимается равным 80 % от номинала автоматического выключателя, согласно стандарту UL 60950-1.  

^ Регион ^ Напряжение ^ Номинальный ток, А ^ Рабочий ток, А ^ Максимальная мощность, кВт ^
| Северная Америка | 120 В | 20 | 16 | 1.9 |
| Северная Америка | 208 В | 20 | 16 | 3.3 |
| Международный | 230 В | 16 | 16 | 3.7 |
| Международный | 400 В (3Ф) | 32 | 32 | 22.1 |

===== Стандарты и сертификация =====
Для обеспечения безопасности и электромагнитной совместимости применяются международные стандарты:

^ Обозначение ^ Область ^ Стандарт ^ Примечание ^
| UL | Безопасность | UL 60950-1 | США |
| cUL/CSA | Безопасность | CAN/CSA-C22.2 | Канада |
| CB | Безопасность | IEC 60950-1 | Международный |
| CE | ЭМС | EN 55022:2006 | Европа |
| FCC-A / FCC-B | ЭМС | 47 CFR Part 15 | США |
| ICES-003 | ЭМС | Issue-004 | Канада |

<WRAP important>
Использование несертифицированных PDU в составе ЦОД может привести к отказу оборудования и несоответствию требованиям пожарной безопасности и энергоаудита.
</WRAP>

===== Защита и надежность =====
Современные PDU включают в себя встроенные устройства защиты — автоматические выключатели или плавкие предохранители.  
  * **UL 489** — промышленный стандарт для выключателей с высокой способностью отключения (до 5000 А).  
  * **UL 1077** — стандарт для вспомогательных автоматов (до 1000 А), применяемых в менее критичных цепях.  

<WRAP info>
Корректно подобранные устройства защиты различают кратковременные пусковые токи серверов и длительные перегрузки, предотвращая ложные отключения и повреждение оборудования.
</WRAP>

===== Заземление =====
Все металлические части стойки, корпуса PDU и оборудования должны быть соединены в единый контур заземления. В большинстве моделей PDU предусмотрены:
  * контакт заземления в сетевой вилке;
  * отдельная точка подключения заземляющего провода к корпусу стойки.

<WRAP important>
Надёжное заземление снижает риск поражения электрическим током, обеспечивает защиту от электростатических разрядов и выравнивание потенциалов между элементами стойки.
</WRAP>

===== Ключевые идеи =====
<WRAP tip>
  * PDU — не просто распределитель, а элемент интеллектуальной энергетической системы ЦОД.  
  * Ключевые функции: мониторинг, удалённое управление, анализ и защита.  
  * Трёхфазное питание (400 В) — оптимальное решение для мощных стоек.  
  * При расчётах используется 80 % от номинального тока автомата.  
  * Сертификация UL/IEC — обязательное требование для промышленной эксплуатации.  
  * Интеллектуальные PDU позволяют оптимизировать загрузку и сократить энергопотребление на уровне ИТ-инфраструктуры.
</WRAP>