Исходные данные и требования для проектирования энергообеспечения ЦОД
Раздел формирует полную структуру исходных данных, необходимых для разработки архитектуры электроснабжения ЦОД. Параметры адаптированы под условия РФ: климатические диапазоны, особенности внешних сетей (СН/ВН), статистику отказов и типовое ИТ-оборудование российских и международных вендоров.
1. Общие критерии формирования требований
Ключевые параметры, определяющие архитектуру системы питания ЦОД:
требуемая доступность и устойчивость (цель по SLA);
состав и характеристики ИТ-нагрузки;
инженерные нагрузки (охлаждение, вспомогательные системы);
стратегия резервирования внешних и внутренних источников;
требования к модульности и возможности роста.
Эти критерии образуют основу «backbone requirements» — на их базе выстраивается топология, резервирование, селективность защиты и объём вводимого оборудования.
2. Требования по доступности (Uptime)
Требуемая доступность — главный параметр, определяющий:
глубину резервирования;
наличие двух независимых вводов;
структуру распределительных щитов и транзитных секций;
необходимость избыточности в системах охлаждения.
2.1. Оценка критичности ИТ-процессов
Вопросы, формирующие уровень доступности:
сколько перерывов допустимо в год?
какова максимальная длительность одного перерыва?
допускается ли отключение части стоек без потери сервиса?
обеспечена ли ИТ-редундантность (кластеризация, репликации)?
2.2. Типовые сценарии отказов
| Тип отказа | Статистика (международная/RU) | Комментарий |
| ———– | ——————————- | ————- |
| Краткие просадки и провалы напряжения | 10–30 раз/год | Характерно для СН-сетей в городах РФ |
| Краткие отключения | 0,5–10 раз/год | Причины: КЗ, ремонтные переключения |
| Длительные отключения | 0,1–1 раз/год | Наиболее критично для ЦОД без ДГУ |
| Отказы РУ/ТП | 0,001–0,01 отказа/год | Для крупных ТП 6–10 кВ в РФ |
2.3. Уровни обеспечения непрерывности
Уровень 1 (Basic) — отсутствие резервирования.
Уровень 2 (Grid short resilience) — резерв ИБП/ДГУ только на короткие провалы.
Уровень 3 (Grid long resilience) — защита от коротких и длительных сетевых отказов.
Уровень 4 (Full facility resilience) — полная избыточность внешних вводов, распределения и ИТ-сегментов.
Для достижения уровня 4 в РФ требуется: два независимых ввода от разных ТП/ПС, независимые цепочки трансформаторов, секционированные ГРЩ, два независимых ДГУ-парка и полная N+1/N+N избыточность на всех уровнях.
3. Исходные вопросы для построения архитектуры питания
| Область | Основные инженерные вопросы |
| Устойчивость системы | Какой уровень редундантности требуется при КЗ, сетевых провалах и отказах оборудования? |
| Узел присоединения | На каком уровне напряжения (6–10 кВ / 35 кВ / 110 кВ) подключать объект? Где граница балансовой принадлежности? Какие ожидаемые токи КЗ? |
| Резервные источники | Тип ДГУ, мощность, необходимость безразрывного АВР, число цепей резервирования, требования к топливной системе. |
| Распределение внутри ЦОД | Радиальная, кольцевая, двойная или изолированно-параллельная топология. Требования к секционированию, АВР/АВП, мониторингу и телеметрии. |
4. ИТ-нагрузка
Основной источник требований к мощности, резерву, коэффициентам спроса и качеству электропитания.
4.1. Электрические характеристики стоек
Параметры, которые должны быть определены:
номинальное напряжение: 230/400 В;
номинальная мощность стоек: от 3 до 20+ кВт в РФ;
коэффициент спроса (факт/номинал): 0,4–0,8 в зависимости от профиля нагрузки;
коэффициент мощности: 0,95–0,98 (современные БП);
тип ввода: одно-/трёхфазный;
число вводов: A+B (2N) или один ввод + STS;
пусковые токи (актуально для GPU-решений);
THDi на полной загрузке (< 20%);
требования к устойчивости к провалам напряжения (кривая ITI).
Современные серверные БП в РФ демонстрируют PF около 0,97–0,99 при загрузке >50%. Это заметно снижает реактивную составляющую и уменьшает нагрузку на кабели и РУ.
4.2. Фактический профиль загрузки
Обычно проектный график отличается от реальной эксплуатации: первые 1–3 года ЦОД работает на 30–60% мощности, затем выходит на проектные значения.
Это влияет на:
выбор мощности ДГУ и количества модулей;
подбор ИБП (возможность поэтапного ввода);
эффективность трансформаторов (КПД при частичной загрузке).
5. Нагрузки систем охлаждения
Составляют 25–40% потребления ЦОД и крайне чувствительны к электропитанию.
5.1. Параметры для расчёта
номинальная мощность каждого узла (чиллер, насос, CRAH/CRAC, вентиляция);
максимальное потребление при экстремальных режимах (летние пики в РФ: +30…+40 °C);
пусковые токи двигателей (особенно для компрессоров);
чувствительность к перерыву питания;
требования к перезапуску после ДГУ (время стабилизации напряжения/частоты).
Все элементы охлаждения, не запитанные от ИБП, должны гарантированно перезапускаться после старта ДГУ (обычно 10–15 секунд). Неправильный вводной АВР или выбег компрессоров может привести к отказу охлаждения и перегреву ИТ-нагрузки.
6. Прочие инженерные нагрузки
Критично учитывать потребление малых, но необходимых для функционирования систем:
СКУД, охрана, серверы управления;
пожарная автоматика (СПС, СОУЭ);
вентиляция помещений персонала;
освещение (обычно 2–4% нагрузки);
топливные насосы и системы ДГУ;
щиты НН/СН и автоматика управления.
В аварии эти нагрузки должны оставаться работоспособными для обеспечения безопасности и возможности ручного управления.
7. Модульность и масштабируемость
Рекомендуется проектировать ЦОД с учётом роста на 5–10 лет.
Модульный принцип снижает CAPEX: мощности ИБП, ДГУ, трансформаторов и фидеров вводятся по мере роста загрузки.
Формула планирования мощности
$$ C_{inst}(t) = C_{load}(t) + C_{reserve} $$
где
- \(C_{inst}(t)\) — необходимая установленная мощность в год t;
- \(C_{load}(t)\) — прогнозируемая ИТ-нагрузка;
- \(C_{reserve}\) — обязательный резерв (обычно 10–25% + N или N+1).
Пример для РФ:
проектная мощность зала — 3 МВт, ввод по этапам по 1 МВт с задержкой 1–2 года.
8. Ключевые показатели эффективности (KPI)
На этапе исходных данных должны быть определены:
целевой SLA (99,7% / 99,9% / 99,99%);
CAPEX и OPEX по годам ввода;
плотность ИТ-нагрузки (кВт/стойку и кВт/м²);
целевое значение PUE (в РФ: 1,3–1,5 для большинства регионов);
требования к отказоустойчивости ИБП, ДГУ, вводов;
стратегия масштабируемости (ввод по модулям 0,5–2 МВт).
Ключевые идеи
Исходные данные определяют допустимую архитектуру и глубину резервирования.
Уровень доступности формирует требования к внешним вводам, ДГУ и ИБП.
ИТ-нагрузка — базовый источник требований: мощность, PF, THDi, пусковые токи.
Охлаждение — до 40% потребления; требует качественного электропитания и гарантированного перезапуска.
Модульность снижает CAPEX за счёт поэтапного ввода оборудования.
KPI задают стратегию оптимизации инфраструктуры на весь жизненный цикл ЦОД.