В Україні через обстріли критичної інфраструктури перебої в електропостачанні трапляються досить часто. Також на це можуть впливати звичайні аварії або планові ремонтні роботи.
Від електрики напряму залежить робота датацентрів. Тому їх інфраструктуру організовують так, щоб відключення не впливали на роботу. Одну з ключових ролей у системі резервного живлення центрів обробки даних відіграють дизель-генератори. 
У цій статті розберемо, як відбувається перемикання потужностей ЦОД на ці агрегати і як саме вони забезпечують роботу такого великого об’єкта.

Чому датацентри використовують дизель-генератори 

Робота датацентру напряму залежить від безперервного електроживлення. Навіть короткочасне зникнення напруги може вплинути на серверне обладнання, мережеву інфраструктуру, системи охолодження та сервіси клієнтів.
Саме тому сучасні центри обробки даних використовують багаторівневу систему резервного живлення: 
  • два незалежні міські вводи електроенергії;
  • джерела безперебійного живлення (ДБЖ);
  • дизель-генератори, які підтримують роботу інфраструктури під час тривалих аварій.
Все це працює разом, щоб підтримувати стабільну роботу ЦОД на випадок відключень електроенергії. Розглянемо детальніше, як саме працює цей процес.

Як датацентр перемикається на дизель-генератор

Перший рубіж: ДБЖ

Дизель-генератору потрібен час, щоб запуститися та стабілізувати параметри роботи. Тому виникає невеликий проміжок часу, під час його треба забезпечити роботу ЦОД. Це забезпечує джерело безперебійного живлення (ДБЖ) — Uninterruptible Power Supply (UPS).
Коли від зовнішньої мережі зникає потужність або падає нижче допустимого порогу, ДБЖ переходить у режим батарейного живлення. Це відбувається без жодної паузи — комутація займає менш як 20 мілісекунд.
Батарейні блоки ДБЖ у сучасному датацентрі розраховані на підтримку навантаження до 20 хвилин. Цього часу достатньо, щоб запустити генератори й передати живлення далі за ланцюгом.

Запуск дизель-генератора

Сигнал на запуск генератор отримує автоматично від системи моніторингу живлення (Power Monitoring System), яка фіксує зникнення зовнішнього електроживлення. Далі — послідовність, яка займає від 10 до 30 секунд:
1. Прогрів і набір обертів
Стартер крутить двигун до тих пір, поки він не запуститься і не вийде на холості оберти. У сучасних агрегатах цей процес прискорений завдяки підігріву охолоджувальної рідини в режимі очікування — генератор перебуває у стані «теплого резерву».
2. Стабілізація частоти й напруги
Перш ніж взяти навантаження, генератор повинен видавати стабільні 50 Гц і відповідну напругу. Нестабільне живлення на вході серверного обладнання небезпечніше, ніж короткочасне відключення.
3. Синхронізація
Якщо в об'єкті кілька генераторів, вони синхронізуються між собою за фазою та частотою, перш ніж під’єднатися паралельно до шини живлення.
4. Комутація навантаження
Автоматичний перемикач введення резерву (АВР або ATS) відключає лінію від зовнішньої мережі та під’єднує генератор. Після перемикання навантаження переходить з ДБЖ на генератор.

АВР — ланка, яка все об’єднує

Саме за передачу живлення між різними джерелами відповідає автоматичний перемикач введення резерву (АВР).
АВР — це апаратний вузол, який вирішує, звідки йде живлення: від зовнішньої мережі, генератора або їх комбінації. Він моніторить стан обох джерел і виконує перемикання за чіткими умовами.
У датацентрах застосовують два основних типи АВР:
  • Відкрита комутація (open transition) — живлення від мережі відключається, витримується коротка пауза (зазвичай 100–300 мс), потім підключається генератор. Пауза потрібна, щоб уникнути небезпечного зворотного струму. В цей момент ДБЖ повністю бере навантаження на себе.
  • Закрита комутація (closed transition) — обидва джерела короткочасно підключені паралельно, перемикання відбувається без будь-якої паузи. Застосовується там, де навіть миттєвий провал неприпустимий, і вимагає точної синхронізації між джерелами.
Вибір між цими схемами залежить від класу об'єкта та вимог до безперервності роботи.

Які ризики враховують під час перемикання

З погляду серверного обладнання весь процес в ідеалі проходить непомітно. ДБЖ компенсує будь-які провали напруги, АВР виконує комутацію, генератор подає стабільний струм.
На практиці є кілька моментів, які інженери відстежують особливо уважно.
Перехідний етап
Коли генератор бере велике навантаження різко, можливе короткочасне просідання частоти або напруги. Щоб цього уникнути, навантаження підключають поступово — за секціями або з часовою затримкою між блоками.
Пусковий струм
Блоки живлення серверів у момент увімкнення споживають значно більший струм, ніж у сталому режимі. Це враховується при розрахунку потужності генераторів і налаштуванні логіки підключення.
Охолодження
Системи кондиціонування мають свою логіку запуску після відновлення живлення — зазвичай із затримкою, щоб не перевантажити генератор одночасним запуском всіх компресорів.

Поширені питання про резервне живлення датацентрів

Скільки часу датацентр може працювати на дизель-генераторах?

Генератори в датацентрах розраховані на тривалу роботу — від кількох годин до кількох діб. Обмеження тут одне: запас палива.
Великі об'єкти утримують резервуари на 24–72 години автономної роботи при повному навантаженні. Деякі — більше. Паралельно укладаються контракти з постачальниками пального на екстрене доставлення, щоб при тривалих аваріях у мережі роботу можна було продовжувати без обмежень по часу.
Витрата палива залежить від навантаження: при 50% потужності генератор споживає приблизно 60–65% від максимального об'єму пального, а не рівно половину — це важливо враховувати при плануванні резервів.

Що відбувається в датацентрі, коли зникає електрика?

Спочатку навантаження бере на себе джерело безперебійного живлення (ДБЖ). Воно підтримує роботу серверів, мережевого обладнання та інших критично важливих систем у перші секунди після зникнення зовнішнього живлення. 
Паралельно автоматично запускаються дизель-генератори. Після виходу на робочі параметри система резервного живлення перемикає навантаження на них. 

Чому датацентру потрібні ДБЖ та генератори?

Джерело безперебійного живлення і дизель-генератори виконують різні завдання в системі резервного живлення датацентру. ДБЖ компенсує короткий проміжок часу до запуску генераторів та згладжує можливі провали напруги. 
Генератори, своєю чергою, забезпечують тривалу автономну роботу датацентру під час аварій або відключень електроенергії. Саме поєднання цих систем дозволяє підтримувати безперервну роботу інфраструктури.

Чи тестують датацентри перемикання на генератори?

Система резервного живлення має регулярно перевірятись у реальних умовах. Щомісячні або щоквартальні тести включають повний цикл: відключення від зовнішньої мережі, запуск генераторів, робота під навантаженням протягом кількох годин, повернення до мережевого живлення.
Це дозволяє виявити:
  • деградацію батарей ДБЖ, яка не помітна в режимі очікування;
  • проблеми із запуском двигуна при різних температурних умовах;
  • затримки спрацювання АВР, що виходять за межі специфікації;
  • поведінку навантаження при нестандартних сценаріях перемикання.
Датацентри класу Tier III та Tier IV за стандартом Uptime Institute зобов'язані проводити такі тести без зупинки роботи клієнтських систем — тобто весь ланцюг резервування відпрацьовується при живому навантаженні.

Висновок

Перемикання датацентру на дизель-генератори — це злагоджена послідовність дій кількох систем. Правильно спроєктована система живлення ЦОД забезпечує цей перехід так, що робота серверного обладнання продовжується без впливу на клієнтські сервіси — навіть якщо в місті не світиться в жодному вікні.