Design alternatives for the power supply system of a data centre

This work examines power supply designs for data centres. Attention is given to modularity, reliability, efficiency and maintainability of different solutions. To meet those requirements, different structures for low voltage (400 V) power distribution are described: radial, tie-tie and ring. For each of them advantages, disadvantages and costs are analysed. In the introduction, global and Italian data centre market are analysed, new trends in the data centre industry are addressed and an estimate about future development of this industry is made. Additionally, different data centre standards (EN 50600, TIA 942, UpTime Institute, ASHRAE and The Green Grid Association) for the power supply are introduced, compared and important considerations from those standards are highlighted. A reference model for the most common data centre design is then developed, based on detailed analysis of all the data centre equipment used for low voltage distribution (UPSs, transformers, generators, circuit breakers, distribution boards…). The model provides the total cost of the data centre power supply, which will then be used in a cost-and-benefit evaluation against the average cost of a data centre outage. A number of advanced power supply schemes, designed for increased reliability, modularity, efficiency and profitability are examined and compared to the basic, most common structure of data centre power supply. In particular, a double feed ("tie-tie") and a meshed ("ring") architectures are examined in detail. For each of them, an additional investment in the low voltage power distribution, results in an increase in reliability and modularity: these aspects are analysed in detail. As an additional aspect, the role of logic selectivity between low voltage circuit breakers is evaluated: using this technology in a modular ring structure, improved reliability can be achieved while saving cost and space. This architecture is examined in detail.

Questo lavoro esamina diversi schemi alternativi per l'alimentazione dei data center. Si considerano la modularità, l'affidabilità, l'efficienza e la manutenibilità delle diverse soluzioni. Per soddisfare tali requisiti, sono descritte diverse strutture per la distribuzione di energia in bassa tensione (400 V): radiale, con connessione tra congiuntori e ad anello. Per ognuna di esse vengono analizzati vantaggi, svantaggi e costi. Nell'introduzione si trattano il mercato globale e quello italiano dei data center, vengono affrontate le nuove tendenze e viene formulata una stima dello sviluppo futuro di questo settore. Inoltre, vengono introdotti e discussi i diversi standard per i data center (EN50600, TIA 942, UpTime Institute, ASHRAE e The Green Grid Association) per l'alimentazione. Viene quindi sviluppato un modello di riferimento per la progettazione di data center basato sull'analisi delle apparecchiature utilizzate per la distribuzione a bassa tensione (UPS, trasformatori, generatori, interruttori automatici, schede di distribuzione...). Il modello fornisce il costo totale dell'alimentazione del data center, che verrà quindi utilizzato in una valutazione costi-benefici rispetto al costo medio di un'interruzione del servizio. Vengono poi esaminati e confrontati una serie di avanzati schemi di alimentazione, progettati per aumentare l'affidabilità, la modularità, l'efficienza e la redditività. In particolare, sono esaminate in dettaglio architetture con doppia alimentazione ("congiuntore-congiuntore") e magliate ("anello"). Per ognuna di esse, un investimento nella distribuzione in bassa tensione, si traduce in un aumento di affidabilità e modularità: questi aspetti sono analizzati in dettaglio. Viene infine valutato ed esaminato il ruolo della selettività logica tra gli interruttori di bassa tensione: utilizzando questa tecnologia in una struttura ad anello modulare, è possibile ottenere una maggiore affidabilità risparmiando costi e spazio.