topics:25:redundancy []

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Резервирование и архитектуры надёжности ======

<WRAP box round>
Раздел обобщает принципы обеспечения надёжности электроснабжения ЦОД: устойчивость внешней сети (СН/ВН), сценарии отказов, требования к ИБП и ДГУ, а также сравнительный анализ основных топологий резервирования (N, N+1, 2N, распределённые схемы). Материал адаптирован под РФ с учётом типовых характеристик сетей и нормативов.
</WRAP>

===== 1. Устойчивость архитектуры ЦОД ======

Надёжность электроснабжения ЦОД определяется:
  * качеством внешней сети (СН/ВН);
  * глубиной резервирования внутри объекта;
  * скоростью восстановления при авариях;
  * устойчивостью распределительных схем к одиночным отказам (single failure points).

===== 2. Надёжность внешнего электроснабжения ======

==== 2.1. Топология сетей страны ====

В типовой энергосистеме используются три уровня:

  * **HV transmission (110–500 кВ)** — кольцевая/ячеистая топология с генерацией сотен МВт.
  * **HV/MV sub-transmission (35–110 кВ)** — преимущественно кольцевая схема питания подстанций.
  * **MV distribution (6–10–20 кВ)** — открытые или частично кольцевые распределительные сети.
  * **LV distribution (0,4 кВ)** — радиальные сети для конечных потребителей.

<WRAP info>
Кольцевые HV-сети в РФ имеют высокую устойчивость к одиночным отказам, но MV-сети часто работают в «квази-радиальном» режиме и дают основную часть кратковременных перерывов.
</WRAP>

==== 2.2. Типовые частоты отказов (по данным Schneider Electric / адаптация под РФ) ====

^ Тип отказа ^ Подключение к MV ^ Подключение к HV ^
| Региональное отключение >4 ч | 0,01–0,02/год | 0,01–0,02/год |
| Длительные отключения >3 мин | 0,5–5/год (в РФ в городах: 1–3/год) | 0,1/год |
| Короткие перерывы <3 мин | 0,5–20/год | 0,5–5/год |
| Глубокие провалы напряжения | 10–30/год | 5–15/год |

<WRAP important>
При подключении ЦОД к MV (6–10 кВ) вероятность кратких перерывов и провалов выше в 2–5 раз по сравнению с HV. Поэтому при мощностях >10 МВт в РФ рекомендуется HV-ввод 35–110 кВ.
</WRAP>

==== 2.3. Поведение сети при аварии ====

**На HV-уровне (35–110–220 кВ):**
  * очистка КЗ за 100–200 мс без отключения большинства потребителей;
  * при сложных авариях — переключения подстанций без потери питания;
  * перезапуск после полного отключения занимает несколько часов.

**На MV-уровне (6–10 кВ):**
  * ликвидация КЗ за 150–500 мс;
  * возможны повторные автоматические включения (АПВ);
  * восстановление питания требует поиска повреждённого участка.

===== 3. Резервирование при кратковременных нарушениях ======

Для провалов/перерывов <3 мин применяется ИБП.

==== 3.1. Технологии ИБП ====

^ Тип ИБП ^ Особенности ^ Применение в ЦОД ^  
| **Статические AC ИБП** | Двойное преобразование, батареи, высокий КПД | 90% ЦОД, стандарт |
| **Ротарные AC ИБП** | Аккумуляция на маховике + генератор | Объекты >10 МВт, высокая кратковременная мощность |
| **Статические DC ИБП** | Переход на DC-распределение | Перспективные решения с высокой эффективностью |
| **ИБП на уровне стойки** | Актуально для edge / HPC | Децентрализация, снижение PDU-рисков |

<WRAP info>
Автономность ИБП определяется временем запуска ДГУ (8–15 с в РФ) и длительностью стабилизации частоты/напряжения.
</WRAP>

===== 4. Резервирование при длительных нарушениях ======

Длительные перерывы (>3 мин) покрываются **дизель-генераторными установками (ДГУ)**.

==== 4.1. Архитектура ДГУ ====

<WRAP center>
ДГУ → Автоматика запуска (PLC) → АВР/ATS → НН/СН щиты → ИТ-нагрузка
</WRAP>

<WRAP info>
Полный запуск ДГУ в РФ: 8–12 с (пуск) + 5–10 с стабилизация → суммарно 10–20 секунд.
</WRAP>

==== 4.2. Особенности резервирования ДГУ ====

  * резервирование по схеме N+1 или N+2;
  * расход топлива 180–220 г/кВт·ч;
  * объём аварийного резерва — минимум 8–12 ч при 75% нагрузки;
  * дневные баки 1–2 ч → основная ёмкость в цистернах/резервуарах.

===== 5. Внутренние архитектуры электроснабжения и топологии ======

Надёжность внутри ЦОД определяется топологией распределения.

==== 5.1. Основные классы топологий ====

^ Топология ^ Описание ^ Уровень надёжности ^ Комментарий ^
| **N** | Нет резервирования | Низкий | Одиночный отказ вызывает останов ИТ |
| **N+1** | Один резервный модуль | Средний | Один отказ не приводит к остановке |
| **2N** | Полностью независимые цепочки A и B | Высокий | Нет общих точек отказа |
| **N+N** | Две активные цепочки одинаковой мощности | Очень высокий | Дороже 2N, лучше баланс нагрузки |
| **Распределённая N+1** | Несколько систем, резерв равномерно распределён | Высокий | Оптимально для ЦОД 5–20 МВт |
| **DRUPS** | Ротарные ИБП+генератор в одном блоке | Высокий | Для крупных ЦОД, дорогая инфраструктура |

===== 6. Подробный разбор топологий ======

==== 6.1. Топология N (базовая) ====

<WRAP important>
Любой отказ приводит к отключению нагрузки. Применяется только в малых объектов или второстепенных зонах.
</WRAP>

==== 6.2. Топология 2N ====

Характеристики:
  * два полностью независимых тракта питания А и B;
  * два ввода, две секции РУ, две системы ИБП, два ДГУ-парка;
  * каждая стойка имеет два ввода.

Преимущества:
  * отсутствие единичных точек отказа;
  * полная ремонтопригодность.

Недостатки:
  * CAPEX +80–120%;
  * повышенный OPEX за счёт удвоения оборудования.

==== 6.3. Топология N+N ====

Разновидность 2N, где обе ветви активны.  
Преимущество — баланс нагрузки на 50/50 → сниженные потери.

==== 6.4. Топология N+1 (блочная) ====

Каждый блок ИБП/ДГУ имеет один резерв.  
Если один блок выходит из строя — нагрузка распределяется на остальные.

Преимущества:
  * оптимально для ЦОД 1–10 МВт;
  * более низкая стоимость, чем 2N.

Недостатки:
  * риск перегрузки при отказах нескольких элементов;
  * сложная логика распределения нагрузок.

==== 6.5. Распределённая топология N+1 ====

Каждый ИБП обслуживает сегмент нагрузки и имеет резервную способность.

Преимущества:
  * равномерное распределение риска;
  * гибкость масштабирования;
  * CAPEX ниже 2N на 30–40%.

Используется в ЦОД 5–20 МВт (в РФ — наиболее распространённая).

==== 6.6. DRUPS (Diesel Rotary UPS) ====

Особенности:
  * совмещает ИБП и роторный накопитель с ДГУ;
  * высокая устойчивость к кратким помехам;
  * часто используется в Tier III/IV ЦОД в Азии и Европе.

В РФ применяется редко из-за высокой стоимости и сложности обслуживания.

===== 7. Ошибки при трактовке «полной отказоустойчивости» ======

<WRAP important>
Типичная ошибка пользователей — считать схему N+1 полной отказоустойчивой.  
Полная fault tolerance обеспечивается только архитектурами 2N или N+N.
</WRAP>

===== 8. Отключение одного тракта двойного питания ======

На практике заказчики требуют:
  * возможность полного отключения тракта А без потери питания стойки;
  * выполнение регламентов без уменьшения резервирования.

Это приводит к:
  * удорожанию РУ (дополнительные обходные ячейки);
  * увеличению трудозатрат на обслуживание;
  * росту рисков при техническом обслуживании (отключение защиты, обходы).

===== 9. Сравнение архитектур ======

^ Топология ^ CAPEX ^ OPEX ^ Надёжность ^ Масштабируемость ^ Сложность эксплуатации ^
| N | низкий | низкий | низкая | высокая | низкая |
| N+1 | средний | средний | средняя | высокая | средняя |
| 2N | высокий | высокий | высокая | средняя | высокая |
| N+N | очень высокий | высокий | очень высокая | средняя | высокая |
| N+1 распределённая | средний | средний | высокая | высокая | средняя |
| DRUPS | очень высокий | низкий | высокая | низкая | высокая |

===== Ключевые идеи =====
<WRAP tip>
  * Устойчивость внешней сети определяет выбор точки присоединения: MV для 1–10 МВт, HV для 10+ МВт.  
  * ИБП покрывают временной разрыв до запуска ДГУ.  
  * Для Tier III/IV фактически требуется 2N или распределённое N+1 с полной ликвидацией единичных точек отказа.  
  * Блочная N+1 — оптимальный баланс стоимости и надёжности для большинства проектов в РФ.  
  * DRUPS актуален только для крупных объектов (>20 МВт).  
  * Топология должна учитывать не только аварии, но и регламентные отключения — они создают до 60% рисков.
</WRAP>