Rack-Schaltkreis-Kapazitätsrechner
Verwandeln Sie die Zuführungen eines Racks in die Zahl, die entscheidet, was Sie installieren können: nutzbare kW nach Redundanz und 80%-Dauerlast-Derating, plus wie viele Server einer bestimmten Klasse dieses Budget trägt.
Pro Stromkreis
14.49
kVA · 13.77 kW
Nutzbare Kapazität
14.49
kVA · 13.77 kW · 1 von 2 Stromkreisen
Nach Derating
11.01
kW dauerhaft · 11.59 kVA
Passende Server
1
je 10.20 kW · 0.81 kW Reserve
Einphasig: kW = V × A × PF ÷ 1000. Dreiphasig: kW = V × A × √3 × PF ÷ 1000, unter Verwendung der Leiter-Leiter-Spannung. Der Leistungsfaktor ist standardmäßig 0,95; lassen Sie ihn in beiden Formeln weg, um kVA zu erhalten.
Wie aus einer Rack-Zuführung ein kW-Budget wird
Ein Rack-Stromkreis wird durch drei Zahlen beschrieben: seine Spannung, seine Sicherungsauslegung in Ampere und ob er einphasig oder dreiphasig ist. Multiplizieren Sie die ersten beiden, erhalten Sie die Scheinleistung in Voltampere – darauf reagiert die Sicherung. Bei einem einphasigen Stromkreis ist das schlicht V × A ÷ 1000 kVA. Ein dreiphasiger Stromkreis führt Strom über drei Leiter, weshalb dieselbe Rechnung mit √3 (1,732) multipliziert wird, wenn die angegebene Spannung eine Leiter-Leiter-Spannung ist – so werden dreiphasige Stromkreise normalerweise spezifiziert.
Scheinleistung ist nicht dasselbe wie die Wirkleistung, die Ihr Equipment verbraucht. Wirkleistung in Kilowatt ist die Scheinleistung multipliziert mit dem Leistungsfaktor, dem Anteil des Stroms, der Nutzarbeit leistet statt als Blindstrom zu zirkulieren. Server-Netzteile mit aktiver Leistungsfaktorkorrektur liegen zwischen 0,95 und 0,99, weshalb 0,95 hier der Standardwert ist. Ein mit 14,49 kVA angegebenes Rack liefert daher etwa 13,77 kW Wirkleistung, und der Unterschied zwischen diesen beiden Zahlen ist der Grund, warum „kVA“ und „kW“ in einem Kapazitätsplan nicht austauschbar verwendet werden können.
Die letzte Anpassung ist das Dauerlast-Derating. Elektrovorschriften behandeln jede Last, die drei Stunden oder länger läuft, als Dauerlast und verlangen, dass der Stromkreis auf 125 % davon ausgelegt wird, was in der Praxis bedeutet, eine Sicherung mit maximal 80 % ihrer Auslegung zu belasten. Ein 30A-Stromkreis ist für Planungszwecke ein 24A-Stromkreis. Das Derating-Feld oben ist deshalb standardmäßig auf 80 % gesetzt und kann geändert werden, falls Ihre lokale Vorschrift oder der eigene Standard Ihrer Anlage abweicht.
Die Reihenfolge zählt. Berechnen Sie zunächst die Scheinleistung pro Stromkreis, entscheiden Sie dann, wie viele Stromkreise unter Ihrem Redundanzschema tatsächlich verfügbar sind, und wenden Sie erst danach Leistungsfaktor und Derating an. Das Derating vor der Redundanz anzuwenden, ergibt hier dieselbe Zahl, doch Redundanz erst anzuwenden, nachdem bereits Equipment vergeben wurde, ist der Grund, warum Racks auf dem Papier überprovisioniert und in der Praxis instabil enden.
Was N, N+1 und 2N mit der nutzbaren Kapazität machen
Redundanz entscheidet, wie viel der installierten Kapazität Sie ausgeben dürfen. Die Stromkreise, die keine Kapazität ausgeben, sind trotzdem installiert, trotzdem gemessen und werden von jedem mitgezählt, der den Verteilerplan liest statt die Planungsabsicht.
| Schema | Stromkreise, die Last tragen | Was einen Ausfall übersteht |
|---|---|---|
| N | Alle | Nichts. Der Ausfall eines Stromkreises legt alles lahm, was er versorgt hat. |
| N+1 | Alle bis auf einen | Jeder einzelne Stromkreisausfall, wobei der Reservekreis dessen Anteil übernimmt. |
| 2N | Die Hälfte | Ein ganzer Verteilungspfad, denn die Spiegelseite trägt das Rack allein. |
In der 2N-Zeile gehen die meisten Kapazitätspläne schief. Zwei 32A-Zuführungen in ein Rack geben Ihnen die Last einer 32A-Zuführung, mit einer zweiten in Bereitschaft. Sie als 64A zu behandeln, funktioniert nur, bis eine vorgelagerte Sicherung, ein USV-Modul oder ein Wartungsfenster eine Seite wegnimmt – dann sieht die überlebende Seite die doppelte Auslegungslast und löst aus. Ein zweifach angeschlossener Server, der an beiden Seiten hängt, verhält sich genauso: Jedes Netzteil muss die Maschine allein betreiben können.
Zwei reale Fragen, durchgerechnet
Drei Paare einphasiger 210V-30A-Primär-/Redundanz-Stromkreise
- Pro Stromkreis: 210 V × 30 A ÷ 1000 = 6,30 kVA.
- Sechs installierte Stromkreise: 6 × 6,30 = 37,80 kVA am Verteiler.
- Drei Paare, primär und redundant, ergeben 2N. Die Hälfte der Stromkreise trägt Last: 3 × 6,30 = 18,90 kVA nutzbar.
- Wirkleistung bei 0,95 Leistungsfaktor: 18,90 × 0,95 ≈ 17,95 kW.
- Beim 80%-Dauerlast-Derating: 17,95 × 0,8 ≈ 14,36 kW zum Vergeben.
Das Rack wird oft als 37,8-kVA-Rack angegeben. Unter Berücksichtigung von Redundanz und Derating ist es ein 14,36-kW-Rack, und die Differenz von 18,9 kVA ist der Preis dafür, einen Zuführungsausfall zu überstehen.
Ein H100-Rack an 230V einphasig 63A
- Scheinleistung: 230 V × 63 A ÷ 1000 = 14,49 kVA.
- Wirkleistung bei 0,95 Leistungsfaktor: 14,49 × 0,95 = 13,77 kW, die Zahl von rund 13,7 kW, mit der diese Zuführung üblicherweise angegeben wird.
- Beim 80%-Dauerlast-Derating: 13,77 × 0,8 = 11,01 kW.
- Ein 8-GPU-H100- oder H200-SXM5-Knoten nimmt bis zu 10,2 kW pro 4U-Chassis auf, sodass eine einzelne deratete 63A-Zuführung einen Knoten trägt, mit 0,81 kW für den Switch und den Eigenbedarf der PDU.
Deshalb wechseln dichte GPU-Racks zu dreiphasig. Dieselben 63A bei 400V dreiphasig ergeben 43,65 kVA, 41,47 kW bei 0,95 und 33,17 kW nach dem Derating: drei Knoten statt einem, bei derselben Sicherungsauslegung.
Die Zahl von 10,2 kW pro 4U-Chassis wird auch in unserem Leitfaden zum Flüssigkeitskühlungs-Monitoring verwendet. In allen anderen Fällen messen Sie die Maschine oder verwenden Sie die Herstellerangabe, statt sich auf eine Typenschild-Netzteilangabe zu verlassen, die die reale Aufnahme meist überschätzt.
Wovon dieser Rechner ausgeht
Jedes Ergebnis oben beruht auf Eingaben, die Sie ändern können, sowie auf drei Annahmen, die Sie mit Ihrer eigenen Anlage abgleichen sollten, bevor Sie Equipment einem Rack zuweisen.
Unausgeglichene dreiphasige Last ist die Annahme, die zuerst geprüft werden sollte. Die √3-Formel beschreibt einen Stromkreis, dessen drei Phasen ungefähr gleich viel Strom führen. Ungleichmäßig auf eine dreiphasige Rack-PDU verteilte einphasige Steckdosen können eine Phase deutlich stärker belasten als die anderen, sodass das Rack an einem Pol auslöst, während die berechnete Gesamtsumme noch komfortabel aussieht. Nur Strommesswerte pro Phase von der PDU zeigen das.
Fragen zur Rack-Schaltkreis-Kapazität
Wie viele kVA unterstützt ein Rack mit 3 Paaren redundanter einphasiger 210V-30A-Stromkreise?
Jeder Stromkreis liefert 210 × 30 ÷ 1000 = 6,3 kVA, sechs Stromkreise entsprechen also 37,8 kVA installierter Leistung. Bei drei Paaren in einer Primär-/Redundanz-Anordnung (2N) trägt nur ein Stromkreis pro Paar Last, was 18,9 kVA nutzbare Leistung ergibt – bei 0,95 Leistungsfaktor etwa 17,95 kW. Mit dem 80%-Derating für Dauerlast planen Sie mit rund 14,36 kW.
Wie berechnet man kW aus Volt und Ampere für einen Rack-Stromkreis?
Bei einphasig gilt: kW = Volt × Ampere × Leistungsfaktor ÷ 1000. Bei dreiphasig multiplizieren Sie mit √3 (1,732): kW = Volt × Ampere × 1,732 × Leistungsfaktor ÷ 1000, unter Verwendung der Leiter-Leiter-Spannung. Lassen Sie den Leistungsfaktor in beiden Formeln weg, erhalten Sie kVA – die Scheinleistung, die die Sicherung tatsächlich sieht.
Wie viel Leistung kann ein einphasiger 230V-63A-Rack-Stromkreis liefern?
230 × 63 = 14.490 VA bzw. 14,49 kVA. Bei einem Leistungsfaktor von 0,95 sind das 13,77 kW Wirkleistung – die Zahl, nach der Menschen suchen, wenn sie fragen, was eine 63A-GPU-Rack-Zuführung wert ist. Nach Anwendung des 80%-Dauerlast-Deratings bleiben rund 11,01 kW zum Vergeben.
Was ist der Unterschied zwischen N-, N+1- und 2N-Stromredundanz im Rack?
N bedeutet, dass jeder installierte Stromkreis Last trägt und nichts in Reserve gehalten wird. N+1 hält einen Ersatz-Stromkreis vor, sodass das Rack den Ausfall eines einzelnen übersteht. 2N spiegelt die gesamte Zuführung, sodass die Hälfte der installierten Stromkreise im Standby ist. Die nutzbare Kapazität beträgt entsprechend N Stromkreise, N−1 Stromkreise beziehungsweise die Hälfte der Stromkreise.
Warum verdoppelt 2N-Redundanz nicht die nutzbare Kapazität eines Racks?
Bei 2N muss jede Seite das gesamte Rack allein tragen können, denn der Zweck der zweiten Seite ist es, bei Ausfall der ersten zu übernehmen. Die doppelte Anzahl an Stromkreisen zu installieren, kauft Verfügbarkeit, keine Reserve. Ein Rack anhand der installierten Gesamtsumme zu dimensionieren, ist der Grund, warum ein scheinbar gesundes Rack auslöst, sobald eine Zuführung ausfällt.
Welchen Leistungsfaktor sollte ich für Rack-Stromberechnungen annehmen?
Server-Netzteile mit aktiver Leistungsfaktorkorrektur liegen typischerweise zwischen 0,95 und 0,99, weshalb 0,95 ein konservativer Planungsstandard ist und hier verwendet wird. Nutzen Sie 1,0 nur, wenn das Equipment tatsächlich einen Leistungsfaktor von 1 hat, und verwenden Sie einen gemessenen Wert von der PDU, sobald einer vorliegt.
Was besagt die 80%-Dauerlast-Regel?
Elektrovorschriften setzen die Sicherungsauslegung für Lasten herab, die drei Stunden oder länger laufen – was im Rechenzentrums-Rack praktisch auf alles zutrifft. Ein 30A-Stromkreis sollte daher dauerhaft nicht mehr als 24A tragen. Die volle Sicherungsauslegung als Planungsgrundlage zu nehmen, ist der häufigste Grund, warum ein Rack unter Dauerlast auslöst statt bereits bei der Installation.
Wie viele GPU-Server passen auf einen Rack-Stromkreis?
Teilen Sie die derateten nutzbaren kW durch die Aufnahme pro Server. Ein 8-GPU-H100- oder H200-Knoten mit 10,2 kW benötigt nach Anwendung des 80%-Deratings mehr als eine einzelne 230V-63A-Zuführung, weshalb dichte GPU-Racks normalerweise über dreiphasige Stromkreise oder mehrere Stromkreise pro Rack versorgt werden.
Was ein Rechner Ihnen sagen kann und was nicht
Diese Seite schätzt. Sie nimmt die Zahlen aus einem Verteilerplan und einem Hersteller-Datenblatt und macht daraus ein Planungsbudget. Sie kann Ihnen nicht sagen, was das Rack gerade aufnimmt, ob die drei Phasen ausgeglichen sind oder ob ein Server 40 % unter dem von Ihnen eingegebenen Wert läuft.
Sensaka DCOS misst diese Dinge im Produktivbetrieb. Es liest Strom pro Steckdose und pro Phase von intelligenten Rack-PDUs über SNMP sowie die Stromaufnahme pro Server aus dem BMC jeder Maschine über IPMI und Redfish, sodass dasselbe Rack, das Sie hier geplant haben, meldet, was es tatsächlich verbraucht. Der Unterschied zwischen beiden ist meist groß genug, um relevant zu sein: Teams, die Kapazität nach Typenschildangaben vergeben, lassen tendenziell ein Drittel der nutzbaren kW eines Racks ungenutzt.
Für die Inventarseite desselben Problems – welche Maschine in welchem U welches Racks steht, an welchem Stromkreis, und was sich seit dem letzten Audit geändert hat – siehe Asset-Management im Rechenzentrum.
Verwandte Rechner und Leitfäden
Ebenfalls nützlich: Rack-Unit-Rechner, Was ist eine PDU? und PUE-Rechner.