Alimentação Arrefecimento para Aplicações Telefónicas VoIP e IP. White Paper #69

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1 Alimentação Arrefecimento para Aplicações Telefónicas VoIP e IP hite Paper #69

2 Resumo As instalações Voice Over IP (VoIP) podem causar exigências inesperadas ou não planeadas em termos de alimentação ou arrefecimento em armários e salas de cablagem. A maioria dos armários de cablagem não têm alimentação ininterrupta disponível, e não fornecem uma ventilação ou arrefecimento necessários para evitar o sobreaquecimento do equipamento. Compreender as exigências especiais de arrefecimento e alimentação de energia do equipamento VoIP permite fazer uma instalação VoIP bem sucedida e económica. Este documento explica como planear as exigências de alimentação e arrefecimento de VoIP, e descreve estratégias simples, rápidas, fiáveis e económicas para actualizar instalações antigas e construir novas instalações. 2

3 Introdução Para substitui sistemas de telecomunicações tradicionais e telefones PBX, a VoIP e a telefonia IP terão que fornecer uma disponilbilidade igual ou superior. Uma das principais razões porque o sistema de PBX tradicionais tem uma elevada disponibilidade é o facto de ter uma reserva de bateria incorporada com grande autonomia, fornecendo alimentação ao telefone para toda rede. A telefonia IP terá que explorar o conceito de provas em campo, testado pelo tempo de fornecer energia com sinal para a disponibilidade esperada. Por isso, os armários de cablagem tradicionais, que geralmente alojavam dispositivos passivos caixas de ligação e hubs terão agora que acomodar switches de elevada potência, routers e com grande autonomia. O arrefecimento e o fluxo de ar nestes armários de cablagem tornam-se agora mais importantes para assegurar o seu funcionamento contínuo. Uma rede típica de telefonia IP é construída em camadas e cada camada é composta por componentes que residem em uma das quatros localizações físicas (Figura 1). As exigências de alimentação e arrefecimento para estas quatro localizações variam como descritos nos pontos seguintes. Figura 1 Camadas típicas de uma rede telefónica IPe localizações Physical Location Network Layers Desktop IP Phones IDF / iring Closet Access Layer Distribution Layer Main Distribution Facility Core Switch Data/Voice/Video Pipe Data Center Server Farm Call Servers 3

4 Dispositivos de Comunicações Os equipamentos/terminais de comunicações típicos são os telefones IP (Figura 2a), hubs sem fios (Figura 2b), bem como computadores portáteis com telefone (soft phones) fornecendo funções telefónicas normais. Tipicamente, estes telefones IP consomem 6-7 atts mas alguns equipamentos podem gastar mais energia. Um novo projecto de norma, a IEEE 802.3af limita o consumo médio de energia desses aparelhos a partir de cabos CAT5 a 350 ma e específica os pinos através dos quais a energia pode ser transmitida. A rede que cumprir esta nova norma fornecerá aproximadamente 15 de potência até à distância de 100 m (328 pés). Para consumos maiores de potência, os equipamentos de comunicação terão de se basear noutras fontes exteriores de energia, tal como adaptadores Plug-in. Figura 2a Telefone IP Figura 2b Hub sem fios Ambiente Estes equipamentos de comunicações estão situados em secretárias, algumas vezes montados na parede e usados em ambiente de escritório. Para redes implantadas ou actualizadas recentemente, eles serão, muito provavelmente, alimentados por linhas de dados. No entanto, nalguns casos deverão ser alimentados a partir de tomadas da parede. Problemas Tipicamente, os telefones IP necessitam de estar tão disponíveis como os telefones PBX tradicional que substituem. Neste caso, o maior problema a ser resolvido é o de assegurar o funcionamento contínuo mesmo durante uma falha de energia de longa duração. Melhores práticas Enviar energia através das linhas de dados para o telefone (o chamado in-line power) é a melhor maneira de resolver este problema. Desta forma, elimina-se o problema de assegurar a alimentação no local da secretária. A potência é agora fornecida ao telefone pelo switch de rede localizado no armário de cablagem suportado por um sistema com grande autonomia. Para aqueles equipamentos de comunicações alimentados por uma tomada de parede (não usando in-line power) pode ser fornecido o sistema com uma grande autonomia de apoio (quatro, seis, oito horas ou mais). 4

5 Repartidor Intermédio (IDF) O IDF ou armários de cablagem incluem os switches de acesso e de distribuição das camadas 2 e 3, hubs, routers, caixas de conexões, sistema com bateria de apoio bem como diversos outros equipamentos de telecomunicações montado num rack de dois pilares (Figura 3a & 3b). Muitos switches novos têm incorporada a capacidade de fornecer energia através das linhas de dados (a chamada alimentação de energia end-span ) para alimentar os equipamentos de comunicações. Para switches sem esta capacidade, uma alimentação de energia mid-span apropriadamente dimensionada externa é usada para injectar in-line power. Figura 3a IDF (armário de cablagem) Figura 3b Desenho típico dum IDF Patch Panel Midspan Power Supply Network Telephony System Network Switches Uninterrutible Power Supply IDF / iring closet Ambiente Estes IDF ou armários de cablagem estão tipicamente escondidos em alguns sítios remotos do edifício com pouca ou nenhuma ventilação ou iluminação. A menos que o cliente mude para um novo edifício, a maioria quererá muito provavelmente reutilizar estes armários de cablagem. Tipicamente, as redes de telecomunicações tradicionais usam os armários de cablagem principalmente para blocos de perfurações, caixas de conexões, e uns poucos hubs empilháveis ou switches pequenos, mas a maioria dos novos equipamento de telefonia IP usam e dissipam a energia considerávelmente. Estes novos switches de telefonia IP são do tipo montado em racks de 19 e tem vários tipos de fluxo de ar dependendo dos fabricantes, por exemplo, lado a lado, frente para trás, etc. Um IDF típico alojará 1-3 racks com equipamento, e gastará de 500 a 4000 de corrente AC monofásica. Problemas Ao instalar uma telefonia IP e VoIP, estes IDF necessitam da maior atenção em termos de alimentação de energia e arrefecimento. O seu consumo energético situa-se entre 500 e 4000 monofásico, dependendo da arquitectura da rede ou do tipo de switch utilizado. Assegurar o correcto tipo de conector (por exemplo L5-20, L5-30, L6-20, L6-30) e a correcta quantidade de energia com a protecção por disjuntor adequado a todo o equipamento da rede, e PDU no armário de cablagem é um desafio. O arrefecimento e o fluxo de ar são um grande mas frequentemente ignorado problema a resolver nestes armários de cablagem. 5

6 Melhores práticas Todo o equipamento no IDF deve ser protegido por um sistema. A selecção do sistema é baseado em: A potência total necessária em atts Autonomia requerida em minutos O nível de redundância ou de tolerância às falhas desejado As tensões e os conectores exigidos O sistema é dimensionado de acordo com a soma das potências nominais das cargas. Uma comum montada em rack como a APC Smart- (Figura 4a) fornecerá aproximadamente quatro noves (99,99%) de disponibilidade de energia, enquanto uma com bypass incorporado e redundância N+1, tal como o APC Symmetra RM (Figura 4b), com uma hora de autonomia fornecem aproximadamente cinco noves (99,999%), que será suficiente para a maioria das aplicações. Ver o Apêndice para pormenores sobre a análise da disponibilidade. Figura 4a APC Smart- Figura 4b APC Symmetra RM Os produtos APC estão disponíveis com packs de baterias para fornecer diferentes autonomias. Produtos como os apresentados 4a e 4b têm packs de baterias opcionais, que podem ser utilizado para aumentar a autonomia até 24 horas. Níveis mais elevados de disponibilidade podem ser necessários para algumas aplicações críticas tais como o serviço 112. Tais exigências podem ser satisfeitas usando switches de rede duplos com dupla alimentação, dupla, e com suporte eléctrico apoiado por gerador. Muitas empresas como a American Power Conversion Corporation têm serviços de consultoria dedicados à disponibilidade para avaliar e recomendar infraestruturas de alimentação de energia com elevada disponibilidade para essas redes críticas. Por fim, identificar as fichas e conectores exigidos para todo o equipamento incluindo a no armário de cablagem. Idealmente todo o equipamento deve ser ligado directamente na parte de trás da ou transformador, e o uso de tomadas adicionais ou PDU em rack deve ser evitado. No entanto, se houver muito equipamento isso pode não ser praticável e então uma PDU de Rack deve ser utilizada. Nesse caso deve ser usado um PDU em rack de elevado grau especificamente projectado para esse fim. A PDU deve ter um número suficiente de conectores para receber todo o equipamento existente com algumas livres para necessidades futuras. A PDU indicando o consumo de energia em amperes são preferíveis pois reduzem o erro humano como sobrecargas acidentais e resultando em quedas de carga. 6

7 Para seleccionar correctamente o modelo de que satisfaça o nível de potência, a redundância e a autonomia exigida, o processo está simplificado pelo uso de um selector tal como o selector APC em Este sistema informação da potência para todos os switches, servidores e dispositivos de armazenamento mais populares, o que evita ter que recolher este tipo de dados. O configuração permite que, a escolha da configuração da indique várias opções de conectores. Para assegurar o funcionamento contínuo do equipamento no armário de cablagem 7 x 24 x 365, as questões de arrefecimento e fluxo de ar devem ser identificadas e resolvidas. A dissipação de energia no armário de cablagem deve ser calculada para decidir de um modo económico como resolver o problema (ver Quadro 1). O ponto mais importante a salientar aqui é que muitos switches de rede consomem muita energia, embora isto não signifique que eles dissipam toda a energia consumida no armário de cablagem. Por exemplo, um switch da camada 2 pode consumir 1800 de energia mas pode dissipar apenas no armário. O resto da energia é distribuída através da rede aos vários telefones IP disseminados e dissipada por toda a área dos escritórios. Quadro 1 Folha de cálculo do débito térmico no armário de cablagem da VoIP Item Dados necessários Cálculo do débito térmico Comutadores sem in-line power, Outro equipamento TI (excepto unidades de alimentação mid-span) Switchcom capacidade in-line power Iluminação Sistema Soma da potência nominal de entrada em atts Potência nominal de entrada em atts Potência nominal de quaisquer equipamentos de iluminação sempre ligados em atts Potência nominal do sistema (não carga) em atts O mesmo como potência da carga TI total em watts 0,6 x Potência nominal de entrada 0,4 x Potência nominal de entrada 0,09 x potência nominal Total Subtotais de cima Soma subtotais do débito térmico acima Subtotal do débito térmico atts atts atts atts atts Uma vez calculado a dissipação de energia no armário de cablagem seguir as linhas gerais de orientação esboçadas no Quadro 2. 7

8 Quadro 2 Tabela das soluções de arrefecimento do armário de cablagem VOIP Carga térmica total no Armário Condição Análise Acção < 100 Construção de espaço condicionado < 100 Construção de espaço inexistente, sem sistema AVAC Há sistema AVAC em tecto falso (aéreo), construção de espaço condicionado Nenhum acesso a partir do armário a qualquer sistema AVAC. Construção de espaço condicionado Há sistema AVAC em tecto falso (aéreo), Construção de espaço condicionado Nenhum acesso a partir do armário a qualquer sistema AVAC. Construção de espaço condicionado > 1000 Há sistema AVAC em tecto falso (aéreo) e está acessível, Construção de espaço condicionado > 1000 O sistema AVAC não está acessível, Construção de espaço condicionado Condução e infiltração da parede sera suficiente Qualquer ar fresco vindo do exterior da sala não pode ser considerado seguro para usar devido à temperatura ou aos contaminantes Ar fresco do exterior do armário será suficiente se aspirado para dentro, mas a a porta pode bloquear o ar. Meter ar através da porta e expulsar através do AVAC Ar fresco do exterior do armário será suficiente se aspirado para dentro, mas a porta pode bloquear o ar. Fazer entrar o ar pelo fundo da porta e fazê-lo sair pelo cimo da porta Ar fresco do exterior do armário será suficiente se aspirado para dentro continuamente, mas a porta pode bloquear o ar sendo exigido o funcionamento continuo da ventoínha e não assegurada Ar fresco do exterior do armário será suficiente se aspirado para dentro continuamente, mas não há maneira de obter ar. Ar fresco do exterior closet será suficiente se aspirado directamente para o equipamento e nenhum ar de exaustão quente do equipamento recircular para a entrada do equipamento Ar movimentado através da porta é insuficiente, é necessário arrefecimento local do equipamento de exaustão do ar Nenhuma Instalar um ar condicionado autónomo no armário vizinho ao equipamento Pôr uma grelha de retorno no sistema de ventilação aérea no topo do armário e colocar uma saída de ar na metade inferior da porta do armário. Pôr uma grelha de retorno no topo do armário e pôr uma saída de ar na metade inferior da porta do armário. Pôr uma grelha de retorno com ventoinha de ventilação no cimo do armário e pôr uma saída de ar na metade inferior da porta do armário. Pôr uma grelha de extracção com ventoinha de ventilação no cimo da porta, e colocar uma grelha de respiração na metade inferior da porta do armário. Pôr o equipamento num rack fechado com um sistema extractor de ar e pôr uma grelha de ventilação na metade inferior da porta do armário. Instalar um ar condicionado autónomo no armário vizinho ao equipamento 8

9 Por fim, recomenda-se a monitorização ambiental (p.e. temperatura e humidade) para estes armários de cablagem pois ajudará a assinalar quaisquer condições anormais, permitindo ter tempo suficiente para tomar medidas preventivas e evitar tempos de paragem. Repartidor principal (MDF) O MDF também chamadas salas MER (salas principais de equipamento) ou POP (ponto de presença). Alojam o equipamento mais crítico do equipamento de telefonia IP e VoIP tais como routers da camada 3, switches e uma variedade de outro equipamento de rede, TI e de telecomunicações (Figura 5). As típicas linhas T1 & T3 terminam em MDF e fornecem a conectividade para a espinha dorsal da Internet. Figura 5 Repartidor Principa AC power input panel IDF/iring closet Computer room AC Power Data Main Distribution Frame N+1 Redundant Ambiente As MDF estão geralmente colocadas na cave ou no primeiro piso, disponibilizando entrada nos serviços do edifício. Um MDF típico pode ter 4-12 racks com equipamento e consumir 4k a 40k tensão monofásica 208VAC. Pode haver algum equipamento a exigir tensão -48VDC. A maioria dos racks em MDF são abertos de dois pilares usados para montar uma variedade equipamento de telefonia IP e de TI. Este equipamento pode ter diferentes tipos de fluxo de ar, p.e. lado para lado, frente para trás, etc. e pode ser montado em rack do tipo 19 e 23. No entanto a maioria dos novos equipamentos de telefonia IP e de TI são montados em racks do tipo 19. 9

10 Problemas Algumas salas MDF não têm, muitas não têm autonomia adequada e muitas vezes não têm sistemas de arrefecimento de ar dedicados e de precisão. Melhores práticas Visto que estas MDF alojam uma variedade de equipamento crítico de rede, TI e telefónico, elas devem ser tratadas como pequenos centros de dados ou salas de computadores. Para obter uma disponibilidade de alimentação de energia de aproximadamente cinco noves, a sala MDF deve ser protegida por uma modular, redundante, com bypass interno e com pelo menos 30 minutos de autonomia. Maior autonomia com maior grau de disponibilidade, tal como seis ou sete noves de disponibilidade, pode ser satisfeita usando switches de rede duplos com fios de alimentação duplo, dupla, e suporte com apoio por gerador. Empresas como a American Power Conversion Corporation têm serviços de consultoria dedicados à disponibilidade para avaliar e recomendar infraestruturas de alimentação de energia com elevada disponibilidade para essas infraestruturas de redes críticas. A MDF deve ter as suas próprias unidades de ar condicionado de precisão com monitorização ambiental. Unidades de ar condicionado redundantes devem ser considerados para aplicações críticas que necessitam de elevada disponibilidade. Para racks com grande densidade de potência (>3k/Rack) devem ser usadas unidades de distribuição de ar e de expulsão de ar adicionais para evitar pontos quentes. Ao contrário de servidores e dispositivos de armazenagem, muitos switches utilizam um fluxo de ar lado para lado. Isto cria questões especiais ao ser instalado num ambiente que usam racks fechados. Estas questões são discutidas em pormenor no APC hite Paper #50, Soluções de Arrefecimento para Equipamento em Rack com Fluxos de Ar laterais. Centro de Dados ou Server Farm O Centro de Dados ou Server farm (Figura 6) aloja todos os servidores de aplicações de telefonia IP com o seu software, p.e. Gestor de Chamadas, Unifiers Messaging, etc. Além disso, com base na arquitectura da rede e no tamanho da organização pode também alojar switches principais (camada 3) e switches de distribuição (camada 2). Dependendo do seu tamanho (pequeno, médio ou grande), um centro de dados ou server farm típico pode alojar dezenas ou centenas de racks, carregado com dezenas ou centenas de servidores e uma variedade de sistemas TI, de rede e sistemas informáticos que executam aplicações críticas empresariais tais como ERP, CRM e outros serviços com base na eb. 10

11 Figura 6 Centro de dados ou server farm típico Computer room AC Call Servers Unified Messaging Servers N+1 Redundant Power Distribution Unit Ambiente Os centros de dados estão geralmente localizados em escritórios comerciais consumindo de de corrente monofásica ou trifásica para os mais pequenos, a centenas de quilowatts de corrente trifásica 480VAC para os de maior dimensão. Pode haver algumas necessidades de tensão -48V DC para algumas cargas de telecomunicações mas, predominantemente, será para todas as cargas de potência AC. A maioria dos centros de dados tem uma com caixas de baterias adicionais, gerador e ar condicionado. Problemas Os servidores e switches de telefonia IP são considerados como incrementos de carga para os centro de dados e podem exigir autonomia, redundância e disponibilidade superiores aos outros equipamentos de TI e de rede. Melhores práticas Mesmo quando o centro de dados tiver a sua própria e Gerador, muitas vezes poderá ser apropriado providenciar uma separada, redundante com maior autonomia para o equipamento de telefonia IP. Identificar e agrupar os acessórios de telefonia IP que exijam maior autonomia e disponibilidade numa zona separada, em racks separados dentro do centro de dados. Equipá-los com uma dedicada de maior redundância N+1, N+2, conforme disponibilidade necessária. Este conceito de Targeted Availability ajuda a aumentar a disponibilidade do equipamento de telefonia IP crítico sem ter que fazer grandes despesas de capital para todo o centro de dados. Maiores níveis de redundância tais como alimentações duplas com geradores duplos e N+1 duplas com linhas de alimentação de energia duplas em todo o caminho para o servidor ou outro equipamento crítico do rack pode ser considerado para o caso de centro de dados ou redes de muito elevada disponibilidade. 11

12 Assegurar-se de que as unidades de ar condicionado de precisão do centro de dados têm suficiente capacidade de arrefecimento para o equipamento de telefonia IP adicional. Unidades de ar condicionado redundantes devem ser considerados para disponibilidades mais elevadas. Para racks com grande densidade de potência (>3k/Rack) devem ser usadas unidades de distribuição de ar e expulsão de ar adicionais para evitar pontos quentes. Erros evitáveis que só feitos rotineiramente na instalação de sistemas de arrefecimento e racks em centros de dados ou salas de redes comprometem a disponibilidade e aumentam os custos. Para mais informações sobre este assunto ver o APC hite Paper #49, Erros Evitáveis que Comprometem a Performance do Arrefecimento em Centro de Dados e Salas de Redes. Conclusões Não existem problemas com os equipamentos de comunicação enquanto estes são usados em ambientes de escritório. De igual modo, não existem problemas maiores nos centro de dados ou server farms em que o equipamento de telefonia IP é apenas uma carga incremental incidental. No entanto, Targeted Availability pode ser fornecida a servidores e switches críticos de telefonia IP. Com MDF pode haver um limitado número de problemas com a autonomia disponível, que podem ser resolvidos pela montagem de um gerador ou de uma maior reserva de bateria na. Os maiores problemas em termos de alimentação de energia e arrefecimento estão dentro dos armários de cablagem. pequenas e dedicadas com expansão de autonomia são uma solução económica comparada com a da grande centralizada que alimenta todos os armários de cablagem. O arrefecimento é um problema particular para os armários de cablagem, em muitos casos a ventilação é suficiente. Em alguns casos é necessário ar condicionado em locais específicos. Bibliografia 1. APC hite Paper #37: Evitar Custos de Sobredimensionamento em Infraestruturas de Centros de Dados e Salas de Redes 2. APC hite Paper #5: Imperativos de Arrefecimento para Centros de Dados e Salas de Redes 3. APC hite Paper #24: Efeito da na Disponibilidade do Sistema 4. APC hite Paper #43: Variações Dinâmicas de Potência em Centro de Dados e Salas de Rede 5. APC hite Paper #1: Os Diferentes Tipos de Sistemas 6. APC hite Paper #50: Soluções de Arrefecimento para Equipamento em Rack com Fluxo de Ar Lado para Lado 7. APC hite Paper #49: Erros Evitáveis que Comprometem a Performance de Arrefecimento dos Centros de Dados e Salas de Rede Referências 1. American Power Conversion Corporation 2. Avaya 3. Cisco Systems 4. Nortel Networks 5. 3COM 6. IEEE 12

13 Apêndice Abordagem da Análise da Disponibilidade O Availability Science Center da APC usa uma abordagem de análise integrada da disponibilidade para calcular os níveis de disponibilidade. Esta abordagem da combinação do Diagrama de Blocos de Fiabilidade (RBD) com modelização de Espaços de Estados para representar o ambiente a ser modelado. RBD são utilizados para representar subsistemas da arquitectura e diagramas de espaços de estados, também referidos como diagramas de Markov, são usados para representar os vários estados em que a arquitectura eléctrica pode entrar. Por exemplo, quando a rede pública falha a mudará para bateria. Todas as fontes de dados para a análise estão baseados em partes terceiras aceites pela indústria tais como a IEEE e RAC (Quadro A2). Estes níveis de disponibilidade estatística estão baseados em hipóteses independentemente validadas. Joanne Bechta Dugan, Ph. D., Professora na Universidade da Virgínia Penso que a análise é credível e a metodologia consistente. A combinação dos Diagramas de Blocos de Fiabilidade (RBD) com os Markov reward models (MRM) é uma escolha excelente que permite que a flexibilidade e precisão do MRM seja combinada com a simplicidade do RBD. É feita uma análise de disponibilidade de modo a quantificar o impacto das diferentes arquitecturas eléctricas. As disponibilidades de 26 diferentes arquitecturas são calculadas e comparadas umas com as outras. Seis arquitecturas foram escolhidas para representar as aquitecturas BOA, ÓPTIMA e MELHOR tanto para armários de cablagem como para centro de dados. As escolhas são baseadas em compromissos custo / disponibilidade. As seis arquitecturas escolhidas são mostradas a seguir com os seus resultados de disponibilidade. 13

14 Arquitecturas para armários de cablagem ou IDF BOM Carga fio alimentação simples Tempo de funcionamento da bateria = 1 h 4-9s % ÓPTIMO Carga fio alimentação simples Tempo de funcionamento da bateria = 1 h 5-9s % MELHOR Carga fio alimentação dupla Tempo de funcionamento da bateria = 1 h 6-9s % Rede pública 480 V Rede pública 480 V Rede pública 480 V Conj. Gerador Comutadores <600A Comutadores <600A Comutadores <600A Para alimentações adicionais Para alimentações adicionais Para alimentações adicionais ATS Transformador redutor 480V 120/208V 480V Transformador redutor 120/208V 480V 120/208V Transformador redutor 480V 120/208V Subpainel Subpainel Subpainel perto do armário de cablagem Para carga fio de alimentação simples no armário de cablagens perto do armário de cablagem N+1 Para carga fio de alimentação simples no armário de cablagens Bypass automático perto do armário de cablagem Para carga fio de alimentação dupla no armário de cablagens perto do armário de cablagem N+1 N+1 Bypass automático Bypass automático

15 Arquitecturas para centro de dados ou MDF BOM Carga fio alimentação simples Tempo de funcionamento da bateria = ½ h 4-9s % ÓPTIMO Carga fio de alimentação duplo Tempo de funcionamento da bateria = ½ h 6-9s % Rede pública 480 V Rede pública 480 V Conj. # Gerador Comutadores <600A Comutadores <600A Para alimentações adicionais Para alimentações adicionais ATS 40k Zone PDU / BYPASS 40k Zone 40k Zone 60kVA 480V-208/120V Y D PDU / BYPASS 60kVA 480V-208/120V Y D PDU / BYPASS 60kVA 480V-208/120V Y D N+1 N+1 N+1 Bypass automático Bypass automático Bypass automático Para carga de fio de alimentação simples Para carga de fio de alimentação duplo armazenada em qualquer sistema de arquivo de qualquer espécie, sem a permissão escrita do proprietário do copyright. Rev

16 Arquitecturas para centro de dados ou MDF ÓPTIMA Carga fio de alimentação duplo Tempo de funcionamento da bateria = ½ h 7-9s % Rede pública 480 V Conj. Gerador Comutadores <600A ATS Para alimentações adicionais ATS Zona 40 k Zona 40 k PDU / BYPASS PDU / BYPASS 60kVA 480V-208/120V Y D 60kVA 480V-208/120V Y D Q001 Q001 N+1 N+1 Bypass automático Bypass automático Para carga de fio de alimentação duplo

17 Dados Utilizados na Análise A maioria dos dados usados para modelar as arquitecturas têm origem em fontes terceiras. Os dados para o rack ATS são baseados nos dados do terreno para o produto rack ATS da APC, que esteve no mercado cerca de 5 anos e tem uma significativa base instalada. Nesta análise, estão incluídos os seguintes componentes-chave: 1. Ligações 2. Disjuntores 3. Sistemas 4. PDU 5. Switch Transferência Estático (STS) 6. Rack ATS 7. Gerador 8. ATS A PDU é divisível em três subcomponentes básicos: Disjuntores, Transformador redutor e Ligações. O subpainel é avaliado baseado num disjuntor principal, um disjuntor de derivação e conexões todos em séries. O Quadro A2 inclui os valores e fontes dos dados da taxa de avaria Error! e taxa de recuperação Error!para cada subcomponente, em que MTTF é o Tempo Médio Entre Avarias e MTTR o Tempo Médio de Recuperação. Hipóteses usadas na análise Tal como qualquer análise de disponibilidade, têm que ser feitas hipóteses para criar um modelo válido. Estas estão listadas no Quadro A1.

18 Quadro A1 Hipóteses da análise Hipótese Dados de Fiabilidade Taxa de avarias de componentes Equipas de reparação Componentes do Sistemas Continuam a Funcionar Independência das avarias Taxa de avarias das ligações Erro Humano Disponibilidade da Alimentação é a medida-chave Sem benefício de falha isolada Descrição A maioria dos dados usados para modelar as arquitecturas são de fontes terceiras. Quando não há dados disponíveis, são usados estimativas da indústria. Ver QuadroA2 para resumo do dados da fiabilidade. Todos os componentes da análise exibem uma taxa de avarias constante. Esta é a melhor hipótese, dado que o equipamento será apenas usado para o período de vida para que foi concebido. Se os produtos forem usados para além da sua vida útil, então terá de ser construída a não linearidade para a taxa de avarias. Para n componentes em série, assume-se que estão disponíveis n pessoas da assistência. Assume-se que todos os componentes dentro do sistema estão a funcionar enquanto os componentes avariados estão a ser reparados. Estes modelos assumem a construção das arquitecturas descritas de acordo com as melhores práticas da indústria. Isto resulta numa baixíssima probabilidade de avarias comuns e de propagação devido ao isolamento físico e eléctrico. Nos cálculos não foram incluídas as ligações entre os componentes dentro das arquitecturas pois as ligações têm uma taxa de avarias demasiado baixas para prever com certeza e relevância estatística. De igual modo, trabalhos anteriores mostraram que essa baixa taxa de avarias afecta minimamente a disponibilidade geral. Conexões maiores continuaram a ser consideradas. Para esta análise não foi considerado o tempo de paragem devido a erro humano. Embora estas seja uma causa significativa do tempo de indisponibilidade dos centros de dados, o foco deste modelo é coparar arquitecturas de infraestruturas de alimentação de energia e identificar fraquezas físicas dentro dessas arquitecturas. Além disso, existe uma falta de dados relativamente a como os erros humanos afectam a disponibilidade. Esta análise fornece informações acerca da disponibilidade da alimentação de energia. A disponibilidade dos processos de negócio será tipicamente inferior porque o regresso da energia não resulta no regresso imediato da disponibilidade do negócio. Os sistemas TI têm tipicamente um tempo de rearranque o que aumenta a indisponibilidade que não pode ser considerada para esta análise. A avaria de qualquer carga crítica é considerada uma avaria, e equivalente à avaria de todas as cargas ao mesmo tempo. Para alguns negócios, a avaria de uma carga simples é de uma consequência comercial menor do que a avaria de todas as cargas. Nesta análise apenas uma carga é analisada. 19

19 Quadro A2 Componentes e valores Componente s Taxa de avarias Recovery Rate Fonte dos Dados Electricidade rede 3.887E EPRI Dados paraa rede eléctrica foram recolhidos e foi calculada uma média ponderada de todas as ocorrências de energia Gerador motor a diesel Comutador de Transferência Automática (ATS) E IEEE Gold Book Std , Página 406 9,7949E Pesquisa fiabilidade/disponibilidade AHSRAE paper #4489 Conexão, 0-600V E IEEE Gold Book Std , Página 41 6 Conexões E Calculado a partir de valores do IEEE Gold Book Std , Página 41 8 Conexões E Calculado a partir de valores do IEEE Gold Book Std , Página 41 Disjuntor E IEEE Gold Book Std , Página 40 PDU, Transformador redutor Comutador de Transferência Estática E O MTBF é do IEEE Gold Book Std , Página 40, MTTR é a média dada pela Marcus Transformer Data e Square D. Comentários Estes dados estão muitíssimo dependentes da localização geográfica. A taxa de avarias é baseada nas horas de funcionamento. 0,01350 avarias por tentativa de arranque conforme Quadro 3-4 pg. 44. A montante do transformador, há uma ligação por condutor. Visto haver 2 conjuntos de ligações entre componentes, é usada um total de seis. A jusante do transformador, há uma ligação por condutor mais neutro. Visto haver 2 conjuntos de ligações entre componentes, são usados um total de oito. Fixo (incluindo caso Moldado), 0-600A <100kVA E Gordon Associates, Raleigh, NC Taxa de Avarias inclui Comandos; Taxa de Recuperação não é dado pela AHSRAE para este tamanho de STS, por isso o valor usado é de STS A Placa posterior E Estimativa baseada em dados do terreno da Symmetra com bypass 4.00E A Taxa de Avarias é da Power Quality Magazine, número de Fev. 2001, os dados da Taxa de Recuperação é baseada na hipótese de haver sobresselentes no local. sem bypass 3.64E A Taxa de Avarias é da Power Quality Magazine, número de Fev. 2001, os dados do Taxa de Recuperação são baseados na Estes dados de avaria assumem um modular com Bypass sem Bypass. MTBF é horas sem Bypass pela MGE Power Systems Applications Guide 20

20 hipótese de 4 horas para chegada da pessoa de assistência e 4 horas para reparar o sistema. Switches Rack ATS 2.00E Dados de campo de APC para switches redundantes O MTTF do Rack ATS da APC foi calculado para 2 milhões de horas. Foi usado um valor conservador de horas. Modelos de Espaço de Estados Foram usados seis modelos espaço de estados para representar vários estados em que as seis arquitecturas podem existir. Para além dos dados de fiabilidade, foram definidas outras variáveis para usar dentro dos seis modelos de espaço de estados (Quadro A3). Quadro A3 Variáveis de modelos de espaço de estados Variável Valor Fonte dos Dados Comentários PbypassFailSwitch 0,001 Média da indústria Probabilidade de avaria do bypass em comutar com sucesso para a rede no caso de avaria da Pbatfailed 0,001 Gordon Associates Raleigh, NC Pbatfailed ( Redundante) 0, O quadrado do valor acima Probabilidade de que a carga da caia durante a passagem para bateria. Inclui comandos. Assume que ambos os sistemas de bateria são completamente independentes Tbat 1 ou ½ hora Tempo de funcionamento da bateria dependente do cenário Pgenfail_start 0,0135 IEEE Gold Book Std , Página 44 Pgenfail_start ( Redundante) 0, x o quadrado do valor acima Probabilidade do gerador falhar o arranque. Taxa de avaria baseada nas horas de funcionamento. 0,01350 avarias por tentativa de arranque conforme Quadro 3-4, p. 44. Esta probabilidade também é valida para o ATS. Pgenfailed foi reduzida pelo factor de 50 para considerar avarias de causa comum entre conjuntos de geradores redundantes Tgen_start 0,05278 Média da indústria Tempo de espera para o gerador arrancar após falha de energia. Igual a 190 segundos. 21

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