Stroomvoorzieningen voor servers en racks uitgelegd voor architecten en elektriciens (deel 3)

In dit deel: stroomvoorziening voor serverkasten en netwerkapparatuur. Als architect of elektricien ben je vaak het eerste aanspreekpunt om een computernetwerk te voorzien. In een serie van vijf delen kom je te weten over de fysieke benodigdheden voor een netwerk.

Stroomvoorzieningen voor servers en racks uitgelegd voor architecten en elektriciens (deel 3)

Bij de bouw of de verbouwing van een pand krijg je als architect of elektricien waarschijnlijk ook de opdracht om het lokale netwerk te voorzien. Maar wat moet je precies voorzien van stroomvoorziening en UPS? En hoe geef je stroom aan specifieke netwerkapparatuur? Dat bespreken we in deze blogpost.

In vijf delen, speciaal voor architecten en elektriciens, gaan we dieper in op de materie van het fysieke datanetwerk.

  • In deel 1 bespreken we de verschillende types van bekabeling.
  • In deel 2 bekijken we de verschillende soorten netwerkkasten.
  • In deel 3 (dit deel) hebben we het over de stroomvoorziening.
  • In deel 4 bekijken we hoe we dit alles kunnen koelen.
  • In deel 5 sluiten we deze serie af met het afmonteren van een netwerkkabel.

In dit artikel gaan we het specifiek hebben over stroomvoorziening van serverkasten, noodstroom via UPS en verschillende stroomkringen, aarding en het voeden van specifieke netwerktoestellen via PoE.

Een serverkast van stroom voorzien

Om een serverkast van stroom te voorzien, is het belangrijk om te weten hoeveel stroom de apparatuur zal verbruiken. In een bestaande netwerkomgeving kan gekeken worden naar het huidige verbruik. Is het een nieuwe omgeving en heb je geen idee van het stroomverbruik, dan kan je afgaan op:

  • Ofwel de vermelding van stroomverbruik door de fabrikant, maar dat is altijd het maximale verbruik. Nemen we bijvoorbeeld een bepaald type switch erbij, dan vermeldt de fabrikant een verbruik van 150W, maar in praktijk verbruikt deze volgens een energiemeter "slechts" 50-70W bij normaal gebruik. Maar de voeding kan tot 150W leveren.
  • Ofwel de vergelijking maken met gelijkaardige apparatuur waarvan het verbruik geweten is.

Hoe je het stroomverbruik van bestaande hardware het best kan achterhalen? Het eenvoudigste is door gebruik te maken van een energiemeter die het verbruik in Watt weergeeft. Zo kan je het energieverbruik van elk toestel individueel bepalen om zo het totaal energieverbruik te bekomen. Hou uiteraard altijd rekening met een toekomstige groei en pieken in het verbruik.

Pieken kunnen voorkomen wanneer de apparatuur ten volle gebruikt wordt of bij het opstarten van de apparatuur. Wanneer - na bijvoorbeeld een stroompanne - alle apparatuur tegelijkertijd terug opstart, dan kan er een piek van een aantal minuten in het stroomverbruik ontstaan.

Op de markt zijn ook stekkerdozen voor gebruik in een serverkast (straks meer hierover) met ingebouwde ampèremeter.

Een 1U stroomstekker met ampèremeter en schuko stekkers.

Hoeveel stroom verbruikt een server en netwerkapparatuur?

Hoeveel stroom een server verbruikt is afhankelijk van de hardware. Dat kan gaan van 150 Watt tot 1.500 Watt per server. Dat is dus zeer uiteenlopend en moet per project bekeken worden. Een switch verbruikt gemiddeld genomen 20 tot 100 Watt - ook zeer uiteenlopend dus.

Kom je bijvoorbeeld uit op een totaal van 1600 Watt, dan moet er een zekering voorzien worden van minimaal 1600W x 230V = 7 ampere. Dus kies je in dit geval best voor een zekering van 16A.

Stroomverdeling binnen een serverkast

Hoe je de stroomvoorziening in de serverkast afmonteert is afhankelijk van de gebruikte stekkerdoos in de serverkast. Betreft het de verhuis van apparatuur of is het een nieuwe start met nieuwe stekkerdozen? Stekkerdozen voor gebruik in een serverkast komen met een stekker in een van deze drie varianten:

  • Een schuko stekker van 10 tot 16A.
  • Een CEE stekker van 16A (de blauwe stekkers).
  • Een CEE stekker van 32A (de rode stekkers).
Stroomvoorziening voor twee kringen in een serverkast: 2x CEE 16A stekkers.

Stekkerdozen in een serverkast bestaan in twee uitvoeringen: horizontaal en verticaal. Horizontale stekkerdozen nemen meestal 1U ruimte in beslag (hou daar rekening mee bij de keuze van de hoogte van de netwerkkast). Een verticale stekkerdoos neemt 0U ruimte in beslag en wordt in een zijkant van de serverkast bevestigd. (zie dit artikel voor meer info over de U-hoogten)

Een horizontale 1U stekkerdoos met schuko stekkers.

Deze stekkerdozen kunnen verschillende soorten aansluitingen hebben. De meest voorkomende zijn schuko en C13. Heb je nog de keuze, dan geniet C13 de voorkeur omdat dit een internationale aansluiting is en er kabels beschikbaar zijn in verschillende kleuren - wat de herkenbaarheid van een bepaald type server ten goede komt.

Twee verticale 0U stekkerdozen met C13 contacten en gekleurde kabels om hun functie aan te geven. De onderste vier aansluitingen zijn van het type C19.

Of je een horizontale of een verticale stekkerdoos gebruikt zal afhankelijk zijn van het aantal aan te sluiten apparaten en de beschikbare hoogte in de serverkast. Is het noodzakelijk dat de uitgangen van een stekkerdoos via het netwerk geschakeld kunnen worden? Dat is handig om bijvoorbeeld op afstand een 'harde herstart' te geven aan vastgelopen apparatuur. Deze stekkerdozen kunnen het stroomverbruik per uitgang ook monitoren waardoor je een overzicht krijgt van het verbruik per server.

Redundantie in de stroomvoorziening

In België hebben we het geluk om te beschikking over een stabiel stroomnetwerk met weinig onderbrekingen. Maar een stroompanne kan nooit volledig uitgesloten worden. Ieder stroomnetwerk krijgt vroeg of laat te maken met een al dan niet geplande onderbreking.

Ook al is die onderbreking vaak maar enkele minuten; alle aangesloten apparaten worden abrupt afgesloten. Dat op zich is al niet gezond voor hardware, maar gegevens wat op dat ogenblik opgeslagen worden, gaat verloren en dat kan de oorzaak zijn van datacorruptie. En het begin van een lange lijdensweg.

We kunnen een onderbreking in de stroomtoevoer op twee manieren opvangen: door middel van een UPS en door middel van twee stroomkringen. We bespreken hieronder beiden in detail.

UPS systemen

Er wordt goed aan gedaan om serverkasten uit te rusten met een UPS (Uninterruptible Power Supply). UPS'n zijn verkrijgbaar in tal van uitvoeringen. Om een juiste UPS te kiezen moet er rekening gehouden worden met:

  • De bouwvorm van de UPS: een 19" rack-model om in te bouwen in een serverkast of een tower-model wat meestal langs een serverkast geplaatst wordt.
  • De fase: wordt de stroom in de serverkast afgeleverd als 1-fasig of als 3-fasig?
  • Het aantal uitgangen: minstens evenveel als dat er stroomlatten in de serverkast aanwezig zijn.
  • Het vermogen: het vermogen wordt uitgedrukt in VA (volt-amperes), dit is de maximale belasting wat een UPS kan beveiligen. Dit moet altijd meer zijn dan hetgeen alle apparatuur samen nodig heeft. Een gouden regel is om de totale belasting van alle apparatuur te vermenigvuldigen met minstens een factor van 1,2.
  • De UPS-topologie (zie verder): stand-by, line-interactive of online.
  • Het type batterij: VRLA-batterijen (Valve-Regulated Lead Acid) zijn het meest voorkomend maar worden stilaan ingehaald door Lithium-ionbatterijen omdat deze het voordeel hebben van een langere levensduur, minder ruimte in beslag nemen en sneller opgeladen kunnen worden.
Voorbeeld van een UPS rack-model.

Er zijn drie soorten UPS-topologieen:

  • Offline / stand-by: de apparatuur werkt op netstroom totdat het UPS-systeem een probleem in de stroomtoevoer detecteert. Op dat moment wordt er overgeschakeld op batterijvoeding. De gemiddelde schakeltijd tussen netstroom en batterijstroom is 25ms.
  • Line-interactive: de UPS werkt op dezelfde wijze als bij stand-by, maar verhoogt of verlaagt de spanning ook als dat nodig blijkt waardoor spanningsvariaties opgevangen worden. De gemiddelde schakeltijd tussen netstroom en batterijstroom is ook 25ms.
  • Online: de UPS converteert de AC spanning naar DC en opnieuw naar AC. Hierbij is er geen enkele schakeltijd tussen netstroom en batterijstroom, want de stroom wordt al via de UPS geleverd.

Zoveel te hoger de topologie, zoveel te duurder de UPS. Voor IT-apparatuur wordt de voorkeur gegeven aan minstens een line-interactive UPS.

De professionele UPS'en kunnen uitgerust worden met een netwerkkaart. Hierdoor kan de status van de UPS op afstand uitgelezen worden of kan er een melding via e-mail, SMS of zelfs een telefoonoproep verzonden worden wanneer er een stroomprobleem optreed.

De grootste kost van een UPS ligt aan de capaciteit van de batterij. Wil je dat de apparatuur 10 minuten actief blijft, of 30 minuten of een volledig uur? Het hoofddoel van een UPS is om kortstondige stroomonderbrekingen op te vangen en wanneer de onderbreking langer duurt dan - pakweg 15 minuten - de netwerkapparatuur 'proper' wordt afgesloten om dataverlies te voorkomen.

De batterijen in een UPS (VRLA batterijen althans) moeten elke twee tot drie jaar vervangen worden. Het chassis van de UPS zelf is dan nog in goede staat, maar de batterijen degraderen waardoor ze na twee tot drie jaar niet meer de beoogde capaciteit hebben.

Twee stroomkringen

Tenzij je beschikt over een eigen elektriciteitscentrale, is het in België niet mogelijk om stroom te krijgen van twee verschillende netbeheerders. Gebruik maken van je eigen opgewekte stroom van zonnepanelen of een windturbine kan, maar dat biedt helaas nog geen zekerheid op 24/7 onafgebroken stroom.

Verder in dit artikel zal je lezen dat veel netwerkapparatuur beschikt over twee voedingen. Veel professionele IT-apparatuur kan gevoed worden via twee stekkers. Deze redundante voeding heeft twee redenen:

  • Het opvangen van een kapotte voeding. Wanneer een van de twee voedingen stuk gaat, dan kan de machine verder werken via de andere voeding.
  • Het opvangen van een stroomonderbreking. Wanneer stroomkring A geen stroom meer levert, dan krijgt de machine wel nog stroom via stroomkring B.

Maar als je toch maar stroom kan krijgen van een stroomnetbeheerder, wat is het nut dan van twee stroomkringen?

  • Beide stroomkringen kan je apart afzekeren en voeden via een andere interne stroomkast om een intern stroomprobleem op te vangen.
  • Beide stroomkringen kan je voorzien van een aparte UPS.
  • Je kan een stroomkring voorzien van een UPS en de andere niet.
  • Je kan op een stroomkring gebruik maken van een (diesel)generator om stroom te blijven voorzien bij langdurige stroomonderbrekingen.

Dubbele voedingen in apparatuur

Veel professionele netwerkapparatuur zoals switchen, firewalls en servers beschikken over twee voedingen. De apparatuur kan altijd op een van de twee voedingen werken terwijl de andere voeding in hot-standby staat. Wanneer de apparatuur geen voeding meer krijgt via voeding A, dan neemt voeding B het onmiddellijk, zonder downtime, over.

Omdat de 'reserve' voeding in stand-by modus staat, verbruikt deze ook steeds iets stroom, gemiddeld een 15W. Hou daar rekening mee wanneer je het stroomverbruik wilt voorspellen.

Supermicro servers met een redundante voeding. Voor de A-kring en de B-kring gebruik je best verschillende kleuren stroomkabels zodat de bron goed herkenbaar is.

Het aarden van de serverkast

Iets wat vaak over het hoofd gezien wordt, is het aarden van de serverkast. Als de serverkast en de apparatuur niet geaard zijn, dan kunnen verschillende spanningspotentialen ontstaan die zich via de apparatuur ontladen en daardoor schade kunnen aanrichten. Daarom is het belangrijk om alle onderdelen van de serverkast ook te aarden.

De professionele serverkast zal voorzien zijn van aardingspunten om alle onderdelen van de serverkast met elkaar te verbinden.

Aarding van een deur in een serverkast.

Active apparatuur zoals switchen en servers beschikken vaak ook over een aardingspunt. Net zoals passieve hardware, zoals patchpanelen, ook beschikken over een aardingspunt of een reeds bevestigde aardingsdraad.

Een STP patchpaneel met aardingsdraad. (foto van serverkast.com)

In het rack wordt best een aardingsstrip bevestigd, waar al deze apparatuur op geaard kan worden. Aardingsstrips bestaan ook in het 19" formaat zodat deze eenvoudig in het rack te bevestigen zijn. Zowel MDF als IDF racks worden best voorzien van aarding.

Een switch met onderaan rechts het aardingspunt.

Stroomvoorziening voor netwerkapparatuur buiten de serverkast

Ook buiten de serverkast moeten we denken aan apparatuur wat van stroom voorzien kan worden vanuit de serverkast. Zo kunnen bijvoorbeeld wifi zenders (access points) en VoIP (Voice over IP) telefoons gevoed worden via de netwerkkabel - en dus via een switch. Dat heet PoE, oftewel Power over Ethernet.

Binnen PoE bestaan tal van verschillende standaarden, met elk hun eigen Wattage aan stroomvoorziening. In een toekomstig blogartikel zullen we dieper ingaan op de verschillen in de PoE standaarden. Maar voor de aanleg van het netwerk is dit niet zo van belang, aangezien de stroomvoorziening voor deze apparaten van de switch komt en het dus van belang is om de juiste switch te kiezen. Ook telefoontoestellen kunnen gevoed worden via PoE, op exact dezelfde manier als access points.

Een UniFi access point gevoed via de netwerkkabel d.m.v PoE.