La cadena de distribución de potencia en un data center es una serie de conversiones, protecciones y distribuciones que lleva la energía desde la red eléctrica de distribución hasta los procesadores de cada servidor. Cada eslabón de esa cadena tiene un propósito específico, unos requisitos de diseño y unas implicaciones en términos de disponibilidad, eficiencia y coste. Un diseño deficiente en cualquier punto de la cadena puede anular la inversión en sistemas de alta disponibilidad en los demás puntos.
Este artículo examina en detalle cada nivel de la cadena de distribución de potencia, con foco en los criterios de diseño para data centers de producción (Tier III y Tier IV).
El concepto de "cadena de suministro eléctrico"
Por qué hay tantos niveles
La pregunta legítima es: ¿por qué no conectar directamente los servidores a la red eléctrica? La respuesta es múltiple:
- Tensión: la red pública distribuye en media tensión (11-36 kV), incompatible con los equipos IT (100-240 V CA o 48 V CC)
- Calidad: la red pública tiene fluctuaciones, microcortes, armónicos y transitorios que dañarían los equipos IT sin protección
- Continuidad: los cortes de red (incluso breves) detendrían completamente los sistemas IT sin baterías de respaldo
- Redundancia: la red pública tiene un único camino; el data center necesita múltiples caminos para mantener la disponibilidad
- Seguridad: la protección frente a sobreintensidades, cortocircuitos y fallos de aislamiento requiere protecciones a múltiples niveles
Cada nivel de la cadena de distribución aborda una o más de estas necesidades, añadiendo valor en disponibilidad, calidad o seguridad a cambio de un coste de inversión y unas pérdidas energéticas.
Nivel 1: Acometida en media tensión (MT)
Características de la acometida MT
Los data centers de cierta envergadura (generalmente a partir de 200-500 kW de carga IT) reciben alimentación en media tensión:
- Tensión: entre 11 kV y 36 kV (en España, habitualmente 13,2 kV o 20 kV para consumidores industriales)
- Conexión: mediante celda de MT en el edificio del data center, con transformadores propios del cliente
- Ventajas: mayor calidad de tensión que la BT, menor coste por kWh a partir de ciertas potencias, posibilidad de redundancia por dos acometidas independientes
Redundancia en acometida MT
La redundancia en el nivel de acometida es fundamental para Tier III y Tier IV:
Acometida simple: un solo circuito MT. Si falla la línea o la subestación de origen, el data center queda sin suministro de red. Solo aceptable si existe generación local complementaria de alta fiabilidad.
Acometida doble desde la misma subestación: dos circuitos MT, por rutas físicas independientes, desde la misma subestación de la distribuidora. Protege frente a averías en el tendido, no frente a fallos en la subestación.
Acometida doble desde subestaciones independientes: el estándar para Tier III certificado. Dos circuitos MT desde dos subestaciones de la distribuidora alimentadas desde diferentes puntos de la red de distribución. Protege frente a casi todos los fallos de red razonablemente esperables. En España, esta opción está disponible en las principales ciudades, donde Iberdrola, Endesa o E.ON tienen redes de distribución con múltiples subestaciones en anillos mallados.
ATS de media tensión: el Automatic Transfer Switch de MT (también llamado conmutador de barras en MT) selecciona automáticamente la acometida activa. La conmutación puede ser en tiempo real (< 1 ciclo) o en algunos segundos, dependiendo del diseño. Durante la conmutación, las baterías del SAI sostienen la carga.
Nivel 2: Transformadores MT/BT
Tipos de transformadores para data centers
Los transformadores MT/BT reducen la tensión de red al nivel de trabajo del data center (400 V trifásico en Europa). Para data centers, la elección habitual es:
Transformadores de tipo seco (resina epoxi) Son los preferidos en la mayoría de los data centers modernos por las siguientes razones:
- Sin aceite: no requieren cubeto de retención, sin riesgo de incendio por aceite, instalables en interior sin restricciones
- Menor mantenimiento: sin necesidad de análisis de aceite ni sustitución periódica del fluido aislante
- Mayor fiabilidad en entornos con variaciones de temperatura y humedad
- Disponibles en la mayoría de los tamaños relevantes para data centers (hasta 10 MVA en un solo transformador)
Transformadores de tipo aceite Se usan en data centers de muy gran escala cuando el coste es determinante y el espacio permite instalar el cubeto de retención (normalmente en prefabricados externos). Son más baratos por MVA para grandes potencias.
Dimensionamiento de transformadores
El dimensionamiento correcto de los transformadores es crítico:
- Factor de carga objetivo: 60-70% de la capacidad nominal en condiciones de operación normal (con redundancia activa). Un transformador al 100% de carga no tiene margen para picos.
- Derating térmico: los transformadores de seco en ambientes calurosos (>40°C de temperatura ambiente) deben ser derating para no superar la temperatura de devanados. En climas mediterráneos esto puede ser relevante si el transformador está en una sala no climatizada.
- Cortocircuito de salida: la corriente de cortocircuito en la salida del transformador es alta (dependiendo de la potencia y la impedancia de cortocircuito del transformador). Los interruptores automáticos del cuadro QGBT deben tener poder de corte suficiente.
Grupo de conexión y compatibilidad con SAIs
El grupo de conexión del transformador (Dy11, YNyn, etc.) afecta al comportamiento ante cargas desequilibradas y a la corriente de magnetización. Para data centers con SAIs que generan armónicos de orden tres (cada vez menos común en SAIs modernos), la configuración triángulo en el secundario (Dyn11) aísla los armónicos de secuencia cero.
Nivel 3: Grupos electrógenos y transferencia
Arquitectura de transferencia entre red y generación
Cuando la red eléctrica de MT falla (o la tensión cae fuera del rango tolerable), los grupos electrógenos deben tomar el relevo. La secuencia:
- Detección de fallo de red por el ATS (< 100 ms)
- Señal de arranque a los grupos electrógenos (inmediata)
- Tiempo de arranque del motor diesel y estabilización de frecuencia/tensión: 10-30 segundos
- Conmutación del ATS desde red a grupo electrógeno: 2-5 segundos adicionales
- Las baterías del SAI sostienen la carga IT durante todo este proceso: 35-60 segundos típicos
El ATS (Automatic Transfer Switch) de BT: es el conmutador que selecciona entre la fuente de red (transformador MT/BT) y la fuente de generación (grupo electrógeno), en la barra de BT previo al SAI. El ATS de BT debe ser lo suficientemente rápido para minimizar el tiempo sin alimentación de red antes del grupo electrógeno.
STS (Static Transfer Switch): el equivalente electrónico (sin partes mecánicas) del ATS. La conmutación de un STS es en menos de un ciclo (< 8 ms a 50 Hz), prácticamente instantánea. Los STS se usan habitualmente en el lado de salida del SAI, cuando hay dos fuentes de alimentación de CA redundantes (dos SAIs o un SAI + bypass de mantenimiento), para conmutar entre ellas sin interrumpir la carga IT. El STS es más caro que el ATS mecánico pero mucho más rápido y sin desgaste mecánico.
Tipos de grupos electrógenos para data centers
Motor diesel de velocidad fija (síncrono, 1.500 rpm / 50 Hz) El más común en data centers. Motores robustos, bien probados, disponibles en potencias de 10 kVA a varios MVA. Arranque en 10-30 segundos. Combustible: gasoil (diésel), almacenamiento simple y seguro.
Motor de gas (GAS/CHP) Alternativa al diésel para data centers con acceso a gas natural. Menor emisiones que el diésel, posibilidad de cogeneración (CHP: Combined Heat and Power) para aprovechar el calor residual del motor. Arranque algo más lento y menor disponibilidad como combustible de respaldo en emergencias prolongadas.
Almacenamiento de energía (BESS - Battery Energy Storage System) En algunos data centers modernos, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (lithium iron phosphate, especialmente) están complementando o sustituyendo a los grupos electrógenos para respaldos de corta duración (< 30 minutos). Para respaldos prolongados (horas o días), los generadores siguen siendo insustituibles. Sin embargo, la combinación SAI con baterías extendidas + BESS puede eliminar la necesidad de arranque de generadores en cortes breves de red.
Nivel 4: SAI (UPS) — La protección continua
Función del SAI en la cadena de distribución
El SAI es el único elemento de la cadena de distribución que proporciona alimentación continua sin ninguna interrupción durante la conmutación entre fuentes. Mientras el ATS de BT necesita varios segundos para conmutar a los generadores, el SAI proporciona energía sin interrupción desde sus baterías.
Las funciones del SAI en el contexto de la distribución de potencia:
- Buffer de tiempo: proporciona autonomía entre el fallo de red y el arranque de los generadores
- Acondicionamiento de calidad: convierte la energía de entrada (que puede tener perturbaciones) en una tensión sinusoidal perfecta de salida
- Aislamiento galvánico (en topología VFI de doble conversión): separa completamente la red de la carga IT
- Punto de medida centralizado: los SAIs modernos miden la carga total y pueden reportar al DCIM
Topología de SAIs en la distribución del data center
SAI centralizado (centralised UPS) Un banco de SAIs grande (o varios en paralelo) protege toda la carga IT del data center desde un punto central. Es la arquitectura más común en data centers medianos y grandes:
- Ventaja: un solo punto de gestión, economías de escala en potencia y baterías
- Desventaja: si el banco de SAIs falla completamente (evento raro pero posible), toda la carga IT queda sin protección
SAI descentralizado (distributed UPS) SAIs más pequeños distribuidos por salas o zonas, cada uno protegiendo un subconjunto de racks:
- Ventaja: un fallo de SAI afecta solo a una zona, no a todo el data center
- Desventaja: mayor complejidad de gestión, menor eficiencia (economías de escala menores), más baterías distribuidas
SAI integrado en rack (rack-mounted UPS) SAIs de pequeña potencia (1-10 kVA) integrados directamente en el rack. Propio de data centers de colocation con módulos de cliente aislados, o de infraestructuras edge.
La arquitectura dominante para data centers Tier III/IV: SAI centralizado modular (Vertiv Liebert EXL S1, Liebert APM) en configuración N+1 o 2N.
Nivel 5: Cuadros de distribución de sala
La red interna de distribución
Entre la salida del SAI y las PDUs de rack existe una red interna de distribución de baja tensión que incluye varios niveles de cuadros:
QGBT (Cuadro General de Baja Tensión) Recibe la salida del SAI y la distribuye hacia los cuadros secundarios de sala o directamente hacia los cuadros de pasillo. Incluye:
- Barras de distribución trifásicas de alta capacidad (cobre o aluminio)
- Interruptores automáticos de protección para cada circuito derivado
- Medición de energía por circuito (imprescindible para DCIM)
- Bornes de tierra y neutro
Cuadros de pasillo o de sala Distribuyen la energía desde el QGBT hacia las PDUs de rack en un pasillo o zona específica del data center. En arquitecturas 2N, hay cuadros de pasillo independientes para camino A y camino B.
Tipos de cableado en distribución de sala
Cableado con cable de cobre en bandejas La solución tradicional. Cable en mazos por bandejas portacables sobre el techo o bajo el suelo técnico. Flexible para cambios, económico en instalaciones nuevas, pero complejo de gestionar en data centers con muchos cambios frecuentes (MACs: Moves, Adds, Changes).
Cableado prefabricado (busway) Sistema de barras de distribución prefabricadas suspendidas del techo. Cada rack tiene una caja de conexión lateral que se conecta al busway. El busway permite añadir o mover conexiones de rack sin modificar el cableado principal. Muy popular en grandes data centers de colocation por su flexibilidad. Los fabricantes principales son Legrand, Schneider y ABB. El Vertiv Geist RPDU 32A y 63A son compatibles con los busways más comunes.
Cableado de suelo técnico El suelo técnico (raised floor) es tradicional en data centers: el espacio bajo el suelo se usa para distribuir el cableado eléctrico y el cableado de datos. El suelo técnico también se usa como plenum de distribución de aire frío en sistemas de refrigeración de sala. La tendencia en data centers modernos es el uso combinado de suelo técnico para el aire frío y techos para el cableado eléctrico y de datos.
Nivel 6: PDUs de rack
El último eslabón de la distribución eléctrica
Las Power Distribution Units de rack son el punto de terminación de la cadena de distribución eléctrica. Reciben un circuito de CA desde el cuadro de sala y distribuyen la energía entre las tomas de salida del rack.
Especificaciones de las PDUs Vertiv Geist
Vertiv Geist RPDU 16A
- Entrada: 16A monofásico (IEC 309) o trifásico según modelo
- Tomas de salida: 8-24 × IEC C13
- Monitorización: sí, con SNMP y acceso web
- Uso: racks de baja-media densidad (hasta 3-5 kW)
Vertiv Geist RPDU 32A
- Entrada: 32A monofásico o trifásico
- Tomas de salida: 12-24 × IEC C13 + 4-8 × IEC C19
- Monitorización: entrada + salida por toma
- Uso: el más común en data centers de producción (densidades 5-15 kW)
Vertiv Geist RPDU 63A
- Entrada: 63A trifásico (IEC 309 o conector industrial)
- Tomas de salida: 24+ × IEC C13 + 6-12 × IEC C19
- Monitorización: por fases y por toma
- Uso: racks de muy alta densidad (15-30+ kW), conexiones directas a equipos de red core
Vertiv Geist Switched PDU 32A
- Mismas especificaciones de potencia que el RPDU 32A
- Funcionalidad añadida: encendido/apagado remoto de cada toma
- Ideal para gestión remota de servidores sin acceso físico al CPD
Vertiv Geist Metered PDU 32A
- Medición por toma individual (amperaje y vataje)
- Sin control remoto de las tomas (solo monitorización)
- Más económico que la versión switched manteniendo visibilidad granular del consumo
Para el análisis detallado de las funcionalidades de PDUs inteligentes, consulta el artículo PDUs inteligentes y monitorización de rack.
Diseño de la distribución para arquitectura 2N
El principio de los dos caminos
La arquitectura 2N (Tier IV) divide completamente la cadena de distribución en dos caminos independientes: A y B. El principio fundamental es que ningún elemento físico puede ser compartido entre los caminos A y B.
Acometida A ──► Trans-A ──► SAI-A ──► QGBT-A ──► Cuadro-A-Pasillo1 ──► PDU-A-Rack1
PDU-A-Rack2
PDU-A-Rack3
Acometida B ──► Trans-B ──► SAI-B ──► QGBT-B ──► Cuadro-B-Pasillo1 ──► PDU-B-Rack1
PDU-B-Rack2
PDU-B-Rack3
Cada rack tiene PDU-A (camino A) y PDU-B (camino B). Cada servidor tiene PSU-A (conectada a PDU-A) y PSU-B (conectada a PDU-B). La pérdida completa del camino A (incluyendo el transformador y el SAI) no afecta a los servidores porque el camino B sostiene el 100% de la carga.
Segregación física en arquitectura 2N
La segregación física es tan importante como la segregación eléctrica. El Uptime Institute exige para Tier IV que los dos sistemas sean físicamente independientes:
- Salas eléctricas separadas: el transformador A, el SAI-A, el banco de baterías A y el cuadro QGBT-A deben estar en una sala física separada del transformador B, SAI-B, baterías B y QGBT-B
- Rutas de cableado separadas: el cableado del camino A y del camino B deben ir por bandejas o conductos físicamente separados (diferente lado de la sala, diferente falso techo, diferente bajo suelo técnico)
- Protecciones contra incendios independientes: si un incendio en la sala eléctrica A destruye el camino A, el camino B (en su sala separada) debe seguir operando
- Circuito de refrigeración separado: las unidades de refrigeración que sirven a la sala eléctrica A no deben compartir circuitos de refrigerante o agua con las de la sala eléctrica B
Gestión de capacidad en la distribución de potencia
El riesgo del "rack stranding"
El rack stranding es uno de los problemas más comunes en data centers: un rack con espacio físico disponible (unidades de rack vacías) no puede alojar más equipos porque la PDU o el circuito que la alimenta ya está al límite de capacidad. Esto ocurre cuando la densidad de potencia real por rack supera la prevista en el diseño original.
Cómo evitar el rack stranding:
- Diseñar con factor de carga del 60-70% en los circuitos (no al 100%)
- Monitorizar continuamente el consumo real por PDU y por circuito
- Establecer alertas cuando un circuito supere el 80% de su capacidad
- Documentar la capacidad disponible por rack en el DCIM
Planificación de capacidad con DCIM
El Vertiv Trellis Enterprise y el Vertiv Power Insight proporcionan:
- Mapa de capacidad de potencia disponible por rack, por pasillo y por cuadro
- Alertas proactivas de circuitos próximos al límite
- Herramientas de "what-if" para simular el impacto de añadir nuevos equipos
- Trending de consumo para prever cuándo se alcanzará el límite de capacidad
- Integración con sistemas CMDB e ITSM para correlacionar capacidad física con assets IT
Preguntas frecuentes
¿Cuántos circuitos de 32A necesito por rack?
Depende de la densidad de potencia objetivo por rack. Un rack estándar de 42U con servidores de 1U a 350-500 W cada uno y 20-30 servidores puede llegar a 7-15 kW. Con dos PDUs de 32A (camino A y camino B) de entrada trifásica, cada PDU puede soportar hasta 32A × 400V × √3 = 22 kVA en teoría, pero el factor de derating habitual del 80% deja 17,6 kW disponibles por PDU. Para la mayoría de los racks, dos circuitos de 32A trifásico (uno por camino) son suficientes. Para racks de muy alta densidad (> 15 kW), se usan circuitos de 63A o múltiples circuitos de 32A.
¿Por qué los circuitos de data center no se cargan al 100%?
El límite del 80% (o 70% en diseños más conservadores) de la capacidad nominal de un circuito es una práctica de ingeniería establecida por varias razones: los estándares eléctricos (IEC y NEC americano) recomiendan no superar el 80% en circuitos de uso continuo; los equipos IT tienen picos de consumo durante arranque o cargas de proceso intensivo que pueden superar el consumo nominal; y el margen del 20% proporciona espacio para crecimiento futuro sin necesidad de modificar el circuito.
¿Es necesario el STS si ya tengo SAI 2N?
El STS (Static Transfer Switch) en la salida del SAI no es necesario en arquitecturas puramente 2N donde cada servidor tiene dos fuentes de alimentación (PSU A y PSU B) conectadas a los dos caminos. En ese caso, la "conmutación" entre caminos la hace el servidor internamente de forma instantánea (en nanosegundos). El STS sí es útil en sistemas con un solo camino de distribución, donde se quiere proporcionar redundancia de fuente sin requerir que cada servidor tenga doble PSU (por ejemplo, en data centers con mezcla de equipos legacy con una sola fuente de alimentación).
¿Puedo ampliar la capacidad de distribución sin interrumpir la operación?
Sí, en data centers Tier III/IV con arquitectura correcta. La clave es el mantenimiento concurrente: mientras se trabaja en el camino A (añadir un cuadro, sustituir un interruptor, instalar un nuevo tramo de busway), el camino B sostiene la carga. En instalaciones con un solo camino, la ampliación de la distribución requiere ventana de mantenimiento planificada. Esto es otra razón por la que la inversión en arquitectura 2N tiene ROI a largo plazo: elimina las ventanas de mantenimiento de impacto en producción durante toda la vida útil del data center.