Rechenzentren benötigen eine besonders zuverlässige elektrische Energieversorgung. Server, Speichersysteme, Netzwerkkomponenten, Kühleinrichtungen und sicherheitsrelevante Anlagen müssen dauerhaft mit elektrischer Energie versorgt werden. Bereits eine Störung in einem Teil der Stromversorgung kann sich auf den Betrieb der IT Infrastruktur auswirken. Deshalb kommt der Planung der elektrischen Energieversorgung eine zentrale Bedeutung zu.
Ein wichtiger Bestandteil dieser Versorgung kann ein Gießharztransformator im Rechenzentrum sein. Gießharztransformatoren gehören zur Gruppe der Trockentransformatoren und werden insbesondere bei bestimmten Innenaufstellungen eingesetzt. Sie wandeln Mittelspannung in die für die nachgeschaltete elektrische Infrastruktur benötigte Spannung um.
Durch ihre Bauweise ohne flüssiges Isoliermedium können Gießharztransformatoren für bestimmte Anforderungen an Innenräume, Brandschutz und Betriebssicherheit interessante Eigenschaften bieten. Gleichzeitig müssen Leistung, Kühlung, Platzbedarf, Geräuschentwicklung und Redundanz immer passend zum jeweiligen Rechenzentrum geplant werden.
Was ist ein Gießharztransformator
Ein Gießharztransformator ist ein Trockentransformator, bei dem die Wicklungen mit einem festen Isolierstoff auf Gießharzbasis umschlossen beziehungsweise vergossen werden. Im Gegensatz zu klassischen ölgekühlten Transformatoren wird kein flüssiges Isolieröl als Isoliermedium benötigt.
Der Transformator übernimmt die Spannungsumwandlung zwischen verschiedenen Spannungsebenen. In einem Rechenzentrum kann beispielsweise die Energie aus einem Mittelspannungsnetz zugeführt und anschließend auf eine niedrigere Spannung für die weitere elektrische Verteilung transformiert werden.
Die genaue Eingangsspannung und Ausgangsspannung richten sich nach der elektrischen Architektur des jeweiligen Projekts.
Warum Gießharztransformatoren für Rechenzentren interessant sind
Bei der Planung eines Rechenzentrums müssen elektrische Komponenten nicht nur leistungsfähig, sondern auch hinsichtlich Aufstellung, Sicherheit und Wartung geeignet sein.
Gießharztransformatoren können dabei mehrere Eigenschaften miteinander verbinden. Besonders bei Innenaufstellungen können sie eine interessante Alternative zu ölgekühlten Transformatoren darstellen.
Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:
Geeignete Bauweise für bestimmte Innenaufstellungen
Kein flüssiges Isolieröl erforderlich
Geringere Anforderungen an den Umgang mit flüssigen Isoliermedien
Geeignete Eigenschaften für bestimmte Brandschutzkonzepte
Robuste Konstruktion
Gute elektrische Isolation
Mögliche Integration in kompakte Transformatorräume
Geeignete Lösungen für unterschiedliche Leistungsbereiche
Möglichkeit zur Integration in redundante Versorgungskonzepte
Die tatsächliche Eignung hängt jedoch immer von den Anforderungen des konkreten Projekts ab.
Vorteil 1: Geeignet für die Innenaufstellung
Ein wesentlicher Grund für den Einsatz von Gießharztransformatoren ist ihre Eignung für bestimmte Innenaufstellungen.
Rechenzentren verfügen häufig über komplex geplante Gebäudestrukturen. Mittelspannungsschaltanlagen, Transformatoren, Niederspannungsverteilungen und weitere elektrische Komponenten müssen innerhalb oder in unmittelbarer Nähe des Gebäudes untergebracht werden.
Da Gießharztransformatoren ohne flüssiges Isolieröl auskommen, können sie bei entsprechender Planung in geeigneten elektrischen Betriebsräumen eingesetzt werden.
Dabei müssen trotzdem alle geltenden Anforderungen an Belüftung, Temperatur, Abstände, Brandschutz und Wartungszugang berücksichtigt werden.
Vorteil 2: Kein flüssiges Isolieröl
Ein weiterer wichtiger Unterschied gegenüber ölgekühlten Transformatoren ist das Fehlen eines flüssigen Isoliermediums.
Dies kann die Planung bestimmter Innenaufstellungen erleichtern. Bei ölhaltigen Transformatoren müssen unter anderem zusätzliche Anforderungen hinsichtlich des Isoliermediums, des Brandschutzes und gegebenenfalls geeigneter Auffangmöglichkeiten berücksichtigt werden. Gießharztransformator Rechenzentrum eignet sich für bestimmte Anwendungen, bei denen eine Transformatorlösung für technische Innenbereiche gefragt ist.
Beim Gießharztransformator entfällt die Verwendung von Transformatorenöl als Isoliermedium.
Das bedeutet jedoch nicht, dass keine Brandschutzanforderungen bestehen. Auch ein Gießharztransformator erzeugt während des Betriebs Wärme und muss entsprechend den technischen und baulichen Anforderungen installiert werden.
Vorteil 3: Interessant für Brandschutzkonzepte
Brandschutz ist in Rechenzentren ein besonders wichtiger Bereich. Die elektrische Infrastruktur muss so geplant werden, dass Risiken möglichst kontrolliert und die Auswirkungen möglicher Störungen begrenzt werden.
Die ölfreie Bauweise eines Gießharztransformators kann bei bestimmten Brandschutzkonzepten ein Vorteil sein.
Da kein flüssiges Transformatorenöl vorhanden ist, entfallen bestimmte Risiken und Anforderungen, die mit der Lagerung oder dem Austreten eines flüssigen Isoliermediums verbunden sein können.
Die konkrete Brandschutzbewertung muss allerdings immer anhand des verwendeten Transformators, des Aufstellungsraums und der geltenden Projektanforderungen erfolgen.
Vorteil 4: Robuste Konstruktion
Gießharztransformatoren sind für den zuverlässigen Betrieb in unterschiedlichen industriellen und technischen Anwendungen ausgelegt.
Die Wicklungen sind durch das Gießharz mechanisch und elektrisch geschützt. Dadurch entsteht eine robuste Bauweise, die für viele Anwendungen mit hohen Anforderungen an Betriebssicherheit geeignet sein kann.
Im Rechenzentrum ist eine stabile elektrische Versorgung besonders wichtig. Der Transformator muss auch bei längerem Betrieb und wechselnden Lastbedingungen zuverlässig arbeiten.
Die tatsächliche Belastbarkeit hängt von der technischen Ausführung und der projektspezifischen Dimensionierung ab.
Vorteil 5: Geeignet für kritische Energieversorgung
Rechenzentren zählen zu kritischen Infrastrukturen, bei denen eine hohe Verfügbarkeit der Stromversorgung erforderlich ist.
Ein Gießharztransformator kann in ein umfassendes Versorgungskonzept integriert werden. Dabei kann beispielsweise eine Anlage mit mehreren Transformatoren aufgebaut werden.
Bei einem N plus 1 Konzept wird eine zusätzliche Transformatorleistung vorgesehen. Dadurch kann der Ausfall oder die Wartung einer einzelnen Einheit unter geeigneten Bedingungen kompensiert werden.
Der Transformator selbst ist dabei nur ein Teil des Gesamtsystems. Auch Mittelspannungsschaltanlagen, Kabel, Niederspannungsverteilungen und USV Systeme müssen entsprechend redundant geplant werden.
Vorteil 6: Gute Integration in Mittelspannungssysteme
Gießharztransformatoren können als Verbindung zwischen Mittelspannungsnetz und Niederspannungsverteilung eingesetzt werden.
Ein typisches Versorgungskonzept kann beispielsweise eine Mittelspannungsschaltanlage, einen Gießharztransformator und eine Niederspannungshauptverteilung umfassen.
Die Mittelspannung kann abhängig vom Standort und Netzanschluss beispielsweise 10 kV oder 20 kV betragen.
Die genaue Auslegung richtet sich nach dem vorhandenen Netz und den Anforderungen des Rechenzentrums.
Vorteil 7: Flexible Leistungsbereiche
Rechenzentren unterscheiden sich deutlich hinsichtlich ihrer Größe und ihres Leistungsbedarfs.
Ein kleineres Unternehmensrechenzentrum benötigt eine andere Transformatorleistung als ein großes Hyperscale Rechenzentrum.
Gießharztransformatoren sind in verschiedenen Leistungsklassen erhältlich beziehungsweise projektbezogen planbar. Dadurch kann die elektrische Versorgung an unterschiedliche Leistungsanforderungen angepasst werden.
Bei größeren Projekten können mehrere Transformatoren eingesetzt werden. Dies ermöglicht eine bessere Lastverteilung und kann gleichzeitig die gewünschte Redundanz unterstützen.
Vorteil 8: Gute Voraussetzungen für kompakte elektrische Räume
Der verfügbare Platz ist bei vielen Rechenzentren ein wichtiger Planungsfaktor. Neben den Serverräumen benötigen auch Schaltanlagen, Transformatoren, USV Systeme und weitere technische Komponenten ausreichend Fläche.
Ein Gießharztransformator kann bei geeigneter Ausführung kompakt in die technische Infrastruktur integriert werden.
Dabei muss allerdings nicht nur die reine Stellfläche betrachtet werden. Für Wartung, Belüftung, Kabelanschlüsse und Sicherheitsabstände muss ausreichend Platz vorhanden sein.
Eine frühzeitige Abstimmung mit der Gebäudeplanung ist deshalb entscheidend.
Vorteil 9: Wartungsfreundliche Planung
Die Wartbarkeit spielt bei Rechenzentren eine wichtige Rolle. Elektrische Komponenten müssen regelmäßig geprüft und bei Bedarf gewartet werden.
Durch eine entsprechende Anordnung des Gießharztransformators können Wartungsbereiche vorgesehen werden, die einen sicheren Zugang ermöglichen.
Besonders vorteilhaft ist eine redundante Systemarchitektur. Wenn mehrere Transformatoren vorhanden sind, kann unter geeigneten Bedingungen eine einzelne Einheit für Wartungsarbeiten außer Betrieb genommen werden, während die übrige Versorgung aktiv bleibt.
Damit wird die Wartung planbarer und die Abhängigkeit von einzelnen Komponenten reduziert.
Vorteil 10: Anpassung an hohe Leistungsanforderungen
Moderne Rechenzentren benötigen zunehmend größere elektrische Leistungen. Dieser Trend wird unter anderem durch Cloud Computing, Hochleistungsrechnen und künstliche Intelligenz verstärkt.
Insbesondere KI Rechenzentren können eine hohe Leistungsdichte aufweisen. Dadurch steigen die Anforderungen an Transformatoren, Mittelspannungsschaltanlagen, Kabel und Kühlsysteme.
Bei der Planung eines Gießharztransformators muss deshalb geprüft werden, welche Dauerleistung erforderlich ist und welche Lastreserven vorgesehen werden sollen.
Auch mögliche Laständerungen sollten berücksichtigt werden.
Leistung und Dimensionierung
Die Dimensionierung eines Gießharztransformators sollte auf einer detaillierten Lastanalyse basieren.
Dabei müssen nicht nur die Server berücksichtigt werden. Zum Gesamtenergiebedarf gehören beispielsweise:
IT Systeme
Speichertechnik
Netzwerkkomponenten
Kühlanlagen
Lüftungssysteme
Pumpen
Beleuchtung
USV Systeme
Sicherheitstechnik
Gebäudeautomation
Weitere technische Verbraucher
Zusätzlich sollte eine Reserve für zukünftige Erweiterungen berücksichtigt werden.
Eine zu knapp dimensionierte Anlage kann bei steigender Last an ihre Grenzen kommen. Eine übermäßig große Anlage kann dagegen unnötige Investitionskosten verursachen und unter bestimmten Betriebsbedingungen höhere Leerlaufverluste aufweisen.
Energieeffizienz des Gießharztransformators
Die Energieeffizienz ist bei einem Rechenzentrum besonders relevant, weil die Anlagen über lange Zeiträume betrieben werden.
Auch Transformatoren verursachen elektrische Verluste. Dazu gehören Leerlaufverluste und lastabhängige Verluste.
Bei der Auswahl sollten deshalb die erwartete Auslastung und die Betriebsweise berücksichtigt werden.
Eine effiziente Transformatorauslegung kann langfristig dazu beitragen, den Energieverbrauch der elektrischen Infrastruktur zu reduzieren.
Die Bewertung sollte nicht nur anhand des Anschaffungspreises erfolgen. Auch die Betriebskosten über die erwartete Lebensdauer sind wichtige Faktoren.
Kühlung und Wärmeabfuhr
Obwohl ein Gießharztransformator kein flüssiges Isolieröl benötigt, entsteht während des Betriebs Wärme.
Diese Wärme muss zuverlässig aus dem Transformatorraum abgeführt werden.
Die erforderliche Belüftung hängt unter anderem von der Leistung, den Verlusten, der Raumtemperatur und der Aufstellung ab.
Eine unzureichende Wärmeabfuhr kann die Betriebstemperatur erhöhen und die thermische Belastung der Komponenten steigern.
Deshalb muss die Lüftung bereits bei der Planung des Transformatorraums berücksichtigt werden.
Geräuschentwicklung berücksichtigen
Auch Gießharztransformatoren können während des Betriebs Geräusche erzeugen. Ursache sind unter anderem magnetische Kräfte im Transformatorenkern.
Bei einer Innenaufstellung sollte deshalb der zulässige Geräuschpegel geprüft werden.
Dies ist insbesondere dann relevant, wenn der Transformator in der Nähe von Arbeitsbereichen oder anderen geräuschempfindlichen Zonen installiert wird.
Die Auswahl des geeigneten Transformators und eine entsprechende bauliche Planung können dazu beitragen, die akustischen Anforderungen des Projekts zu berücksichtigen.
Schutztechnik und elektrische Sicherheit
Der Gießharztransformator muss in ein abgestimmtes Schutzkonzept integriert werden.
Dazu gehören unter anderem die Mittelspannungsschaltanlage, Schutzrelais und nachgeschaltete Niederspannungsverteilungen.
Bei einem elektrischen Fehler sollte möglichst nur der betroffene Bereich abgeschaltet werden. Eine geeignete Schutzkoordination kann dazu beitragen, unnötige Abschaltungen zu vermeiden.
Auch Kurzschlussströme müssen bei der Auslegung berücksichtigt werden. Die Schaltanlagen und angeschlossenen Komponenten müssen für die jeweiligen elektrischen Belastungen geeignet sein.
Redundanz und Verfügbarkeit
Die hohe Verfügbarkeit der Stromversorgung gehört zu den wichtigsten Anforderungen moderner Rechenzentren.
Ein Gießharztransformator kann Bestandteil verschiedener Redundanzkonzepte sein.
Bei einer N plus 1 Architektur wird zusätzliche Kapazität vorgesehen. Bei größeren Anforderungen können mehrere unabhängige Versorgungspfade geplant werden.
Dabei muss das gesamte elektrische System betrachtet werden. Eine redundante Transformatorlösung ist nur dann sinnvoll, wenn auch die übrigen kritischen Komponenten entsprechend ausgelegt sind.
Erweiterbarkeit für zukünftige Anforderungen
Die elektrische Infrastruktur eines Rechenzentrums sollte möglichst flexibel geplant werden.
Steigende IT Lasten können zusätzliche Transformatorleistung erforderlich machen. Deshalb kann es sinnvoll sein, bereits bei der Planung Flächen und Anschlüsse für spätere Erweiterungen vorzusehen.
Eine modulare Transformatorarchitektur kann dabei helfen, zusätzliche Leistung schrittweise bereitzustellen.
Dies ist besonders für Rechenzentren mit dynamischem Wachstum interessant.
Zustandsüberwachung und Monitoring
Moderne elektrische Anlagen können zunehmend überwacht und in übergeordnete Managementsysteme integriert werden.
Je nach Ausstattung können beispielsweise Temperatur und elektrische Betriebswerte erfasst werden.
Die Überwachung kann dazu beitragen, ungewöhnliche Betriebszustände frühzeitig zu erkennen.
Für kritische Rechenzentren kann eine kontinuierliche Überwachung außerdem die Planung von Wartungsmaßnahmen unterstützen.
Was bei der Auswahl beachtet werden sollte
Bei der Auswahl eines Gießharztransformators für ein Rechenzentrum sollten mehrere Kriterien gleichzeitig betrachtet werden.
Dazu gehören insbesondere:
Erforderliche Transformatorleistung
Mittelspannung
Sekundärspannung
Kurzschlussspannung
Schaltgruppe
Verluste
Kühlungsart
Umgebungstemperatur
Abmessungen
Gewicht
Geräuschpegel
Brandschutzanforderungen
Redundanzkonzept
Wartungszugang
Zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten
Die technischen Anforderungen sollten möglichst frühzeitig definiert werden, damit der Transformator optimal in die Gesamtplanung integriert werden kann.
Gießharztransformator im Vergleich zu ölgekühlten Transformatoren
Beide Transformatorarten können je nach Projekt ihre Berechtigung haben.
Gießharztransformatoren sind besonders für bestimmte Innenaufstellungen interessant und benötigen kein flüssiges Isolieröl.
Ölgekühlte Transformatoren können dagegen bei bestimmten Leistungsanforderungen und Außenaufstellungen eingesetzt werden.
Die Entscheidung sollte nicht pauschal getroffen werden. Ausschlaggebend sind unter anderem Leistungsbedarf, Aufstellungsort, Brandschutz, Kühlung, Platzangebot, Wartung und wirtschaftliche Faktoren.
Planung in mehreren Schritten
Die Planung eines Gießharztransformators für ein Rechenzentrum kann strukturiert erfolgen.
Zunächst wird der aktuelle Leistungsbedarf ermittelt. Anschließend wird die zukünftige Entwicklung der IT und Gebäudetechnik berücksichtigt.
Danach werden Mittelspannung, Transformatorleistung und Transformatorbauart festgelegt.
Im nächsten Schritt werden Redundanz, Schutztechnik und Niederspannungsverteilung geplant.
Anschließend werden Transformatorraum, Belüftung, Brandschutz, Kabelwege und Wartungsflächen berücksichtigt.
Zum Abschluss sollte die gesamte elektrische Versorgung auf Verfügbarkeit, Effizienz und Erweiterbarkeit überprüft werden.
Fazit
Ein Gießharztransformator im Rechenzentrum kann eine zuverlässige Lösung für die Spannungsumwandlung zwischen Mittelspannung und Niederspannungsversorgung darstellen. Besonders bei geeigneten Innenaufstellungen bietet die ölfreie Bauweise interessante Eigenschaften.
Zu den wichtigsten Vorteilen zählen die Eignung für bestimmte Innenräume, die robuste Konstruktion, die Integration in redundante Versorgungssysteme und die Möglichkeit einer bedarfsgerechten Leistungsplanung.
Für einen sicheren und effizienten Betrieb reicht die Auswahl des Transformators allein jedoch nicht aus. Leistung, Kühlung, Schutztechnik, Brandschutz, Geräuschentwicklung und Wartbarkeit müssen gemeinsam betrachtet werden.
Mit dem steigenden Energiebedarf moderner Rechenzentren und der zunehmenden Verbreitung leistungsintensiver KI Anwendungen gewinnt eine sorgfältig geplante Mittelspannungsversorgung weiter an Bedeutung.
Ein passend dimensionierter Gießharztransformator kann dabei ein wichtiger Bestandteil einer zuverlässigen und zukunftsfähigen Energieversorgung sein. Entscheidend ist ein Gesamtkonzept, bei dem Transformatoren, Mittelspannungsschaltanlagen, Niederspannungsverteilungen, USV Systeme und weitere technische Komponenten optimal aufeinander abgestimmt werden.
