في عصر تكنولوجيا المعلومات الحديث، أصبح مركز البيانات مكونًا أساسيًا في الحكومات، والمؤسسات التعليمية، والمشاريع التجارية. إذ يتحمل مسؤولية تخزين أهم الأصول الرقمية وأكثرها حساسية، ولا شك في أن مراكز البيانات تلعب دورًا حيويًا في مجتمعنا. تحتوي مراكز البيانات المنتشرة حول العالم كل على آلاف الخوادم التي تعمل دون توقف على مدار الساعة. في عام 2013، أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية أن مراكز البيانات استهلكت حوالي 100 مليار كيلوواط/ساعة من الكهرباء، مما يمثل أكثر من 2% من إجمالي استهلاك الكهرباء في الولايات المتحدة.
عادة ما تقوم الشركات الكبرى والمؤسسات الحكومية ببناء وإدارة مركز البيانات الخاص بها داخليًا إذا كانت تمتلك الموارد الكافية، بينما قد يقوم آخرون باستئجار مساحة من موفر خدمات. قد تصل مراكز البيانات بهذا الحجم إلى حجم أحياء مدنية كاملة وتكون مجهزة ببنية تحتية كهربائية كافية لتشغيل بلدة بأكملها. من أجل الحفاظ على استمرارية عمل مراكز البيانات دون انقطاع، يجب توفير عدة مصادر طاقة مختلفة وأنظمة احتياطية والحفاظ عليها operative في جميع الأوقات. يختلف مستوى التعقيد حسب موقع ومتطلبات كل مركز بيانات، ولكن معظم العمليات على نطاق واسع ستشمل ما يلي:
1. التوزيع بجهد متوسط
في هذه المرحلة، تدخل الطاقة المزودة من شركة الكهرباء المحلية إلى المنشأة. يتم توزيع الجهد الأعلى بشكل أكثر كفاءة حول مركز البيانات قبل خفضه إلى جهد أقل يمكن استخدامه بواسطة الأنظمة الميكانيكية ومعدات الشبكات. تشكل الكابلات، والمفاتيح، والمحولات ذات الجهد المتوسط المكونات الرئيسية في هذا الجزء من النظام. يختلف مستوى الجهد حسب المنطقة، ولكن جهد 35 كيلوفولت ليس غير شائع. نظام التوزيع الكهربائي الانتقائي الثانوي الأولي ذي المصدرين. في الترتيب الانتقائي الثانوي، يتم إقفال قواطع الدائرة الرئيسية الثانوية وقاطع الربط الثانوي لكل محطة فرعية إما ميكانيكيًا أو كهربائيًا لمنع التشغيل المتوازي.
2. التوزيع بجهد منخفض
بعد خفض الجهد المتوسط إلى جهد أكثر ملاءمة (عادة 480 فولت) عبر المحولات، سيدخل إلى نوع من لوحات التوزيع أو لوحات التحكم حيث يمكن “تقسيم” الأحمال الكهربائية إلى مناطق مختلفة حول مركز البيانات. سيتم تغذية الأنظمة الميكانيكية المسؤولة عن التحكم في المناخ، وإدارة النفايات، ومكافحة الحرائق من لوحات توزيع منفصلة عن تلك التي تزود الطاقة لشبكات الحاسوب والأنظمة الحرجة الأخرى.
3. أنظمة الطوارئ
مراكز البيانات هي موطن للبنية التحتية الحرجة للشبكة التي يجب أن تتوفر لها الطاقة الكهربائية في جميع الأوقات، ويتم تحقيق ذلك بأنظمة طاقة احتياطية للطوارئ. على هذا المستوى من التوزيع، يتم ربط المولدات التي تعمل بالديزل/البنزين ومفاتيح التحويل الآلية على مستوى التوزيع ذي الجهد المتوسط أو المنخفض.
هذه المعدات قادرة على تشغيل المنشأة بأكملها بما في ذلك الأنظمة الميكانيكية في غضون ثوانٍ في حالة انقطاع التيار من المرافق. اعتمادًا على نطاق وحجم مركز البيانات، قد يكون هناك مولدات أكثر مما هو مطلوب بالفعل للحفاظ على تشغيل المنشأة في حالة فشل أحد المحركات. بعض أكبر مراكز البيانات في الولايات المتحدة مجهزة بقدرة توليد احتياطية كافية لتزويد مدينة صغيرة. على سبيل المثال، يحتوي مركز ليكسايد التكنولوجي في شيكاغو على أكثر من 50 مولدًا بقدرة إجمالية تبلغ 150,000 كيلوواط.
4. مصدر الطاقة غير المنقطع
يتم توفير طاقة احتياطية إضافية لمعدات الشبكات عن طريق مصدر طاقة غير منقطع. يتم تغذية هذا النوع من المعدات بمصدر طاقة عادي من لوحة توزيع الجهد المنخفض (480 فولت أو 208/120 فولت) كما يحافظ على مجموعة من البطاريات مشحونة بالكامل في وضع الاستعداد. في حالة فقدان الطاقة الكلي، يمكن للبطاريات الداخلية أن تكون شريان حياة أخير لأنظمة الحاسوب وإضاءة المخارج بينما يتم استعادة طاقة الطوارئ المؤقتة. اعتمادًا على الحجم، يمكن أن يكون مصدر الطاقة غير المنقطع قادرًا على تشغيل معدات مركز البيانات الحرجة لعدة ساعات.
5. وحدة توزيع الطاقة
وحدة توزيع الطاقة هي جهاز مصمم لتوزيع الطاقة الكهربائية على الخوادم، ومعدات الشبكات، ومعدات الاتصالات، والأجهزة الأخرى الموجودة داخل مركز البيانات. لا تقوم بتوليد أو تكييف الطاقة، ولكنها توفر طاقة التيار المتردد من مصدر طاقة غير منقطع، أو مولد، أو مصدر طاقة من المرافق. تتكون وحدات توزيع الطاقة عادةً من قاطع دائرة إدخال رئيسي، ومحول عزل للإخراج، ولوحة تحكم للمراقبة/التشغيل، وخادم اتصالات مدمج، ونظام قواطع تغذية فرعية. توحدة الوحدة توزيع الطاقة، وتحويل الجهد، والقياس، ومراقبة الحالة، وتحديد ملف تعريف الحمل داخل خزانة واحدة قائمة بذاتها.
6. لوحة الطاقة عن بُعد
توفر لوحة الطاقة عن بُعد وسيلة لتمديد التغذية من وحدات توزيع الطاقة أو مصادر الطاقة الأخرى مباشرة إلى أرفف الخوادم. وهذا يوفر سعة توزيع إضافية في حالة وجود سعة طاقة كافية في وحدة توزيع الطاقة ولكن عدم وجود سعة إضافية للقواطع أو لوحات التوزيع لمعدات إضافية. يمكن التفكير في لوحات الطاقة عن بُعد كلوحة توزيع فرعية لوحدة توزيع الطاقة. فهي تتيح مرونة أكبر في تصميم أرضية البيانات حيث يمكن وضعها في أي مكان تقريبًا وتوفر وسيلة لإجراء عمليات إيقاف تشغيل صيانة أكثر تمركزًا محليًا.
7. رف الخادم
الوجهة النهاية للرحلة الكهربائية هي رف الخادم، وهو المكون الأكثر أهمية في مركز البيانات. يشير مصطلح “الرف” إلى الهيكل المادي الذي يضم الخوادم، والكابلات، والمعدات الأخرى. سيتم تركيب كل شيء بدقة داخل الإطار، مما يساعد على البقاء منظمًا وبعيدًا عن الأرض بأمان. داخل رف الخادم توجد أنظمة الحاسوب والبنية التحتية للشبكة التي توفر الخدمات عبر الإنترنت وتخزن البيانات المهمة عبر الإنترنت. جميع الأنظمة الأخرى داخل المبنى موجودة لدعم الحفاظ على عمل أرفف الخوادم بكفاءة.
