Cara Menghitung Kapasitas UPS untuk Data Center

Menghitung kapasitas UPS untuk data center tidak cukup dengan menjumlahkan daya seluruh server, lalu memilih UPS dengan angka kVA yang lebih besar. Perhitungan yang terlalu sederhana dapat menimbulkan dua masalah: UPS terlalu kecil sehingga mudah mengalami overload, atau terlalu besar sehingga investasi, kebutuhan ruang, dan kapasitas baterainya menjadi tidak efisien.

Perhitungan yang tepat harus menjawab beberapa hal sekaligus. Berapa besar beban kritis yang benar-benar terhubung ke UPS? Berapa kebutuhan kW dan kVA? Berapa margin pertumbuhan yang diperlukan? Berapa kapasitas yang tetap tersedia ketika terjadi kegagalan? Berapa lama baterai harus mempertahankan operasional?

Karena itu, kapasitas UPS tidak dapat ditentukan hanya dari satu angka pada label produk. Hasil perhitungannya perlu mencakup rating daya, konfigurasi modul, tingkat redundansi, dan kebutuhan runtime baterai.

Tentukan Beban yang Benar-Benar Dilindungi UPS

Langkah pertama adalah membuat daftar beban yang akan terhubung langsung ke keluaran UPS. Dalam data center, beban tersebut umumnya meliputi:

• Server
• Storage
• Network switch
• Router
• Firewall
• Perangkat telekomunikasi
• Peralatan monitoring
• Perangkat pendukung lain yang harus tetap aktif saat listrik utama terganggu

Jangan langsung memasukkan seluruh konsumsi daya gedung ke dalam perhitungan UPS. Sistem pendingin, pompa, lampu, chiller, dan perangkat proteksi kebakaran hanya perlu dihitung jika memang terhubung ke jalur UPS yang sedang dirancang.

Kesalahan yang cukup sering terjadi adalah menggunakan nilai PUE untuk langsung memperbesar kapasitas UPS. PUE membandingkan total energi yang digunakan fasilitas dengan energi yang digunakan perangkat teknologi informasi. Nilainya turut mencakup kebutuhan pendinginan, distribusi listrik, dan sistem pendukung fasilitas lainnya.

PUE berguna untuk mengevaluasi efisiensi data center, tetapi tidak dapat menggantikan daftar beban pada keluaran UPS. Jika sistem pendingin tidak disuplai oleh UPS, konsumsi pendingin tersebut tidak seharusnya dimasukkan ke dalam ukuran UPS untuk perangkat TI.

Untuk data center yang sudah beroperasi, gunakan data pengukuran dari PDU, UPS, DCIM, atau power meter. Pengukuran sebaiknya dilakukan dalam periode yang cukup panjang agar dapat menangkap beban puncak, perubahan aktivitas server, proses backup, dan workload berkala.

Jika data pengukuran belum tersedia, nilai pada nameplate perangkat dapat digunakan sebagai pendekatan konservatif. Namun, nilai tersebut sering menunjukkan batas maksimum perangkat, bukan konsumsi daya normal. Menggunakan seluruh nilai nameplate tanpa evaluasi dapat membuat kapasitas UPS jauh lebih besar daripada kebutuhan sebenarnya.

Bedakan Kapasitas kW dan kVA

UPS biasanya memiliki dua rating utama, yaitu kW dan kVA. Keduanya tidak boleh dianggap sebagai nilai yang sama.

• kW menunjukkan daya aktif yang benar-benar digunakan perangkat.
• kVA menunjukkan daya semu yang harus dapat ditangani UPS dan sistem distribusi listrik.
• Power factor menunjukkan perbandingan antara daya aktif dan daya semu.

Hubungan ketiganya dapat ditulis sebagai berikut:

kW = kVA × power factor

atau:

kVA = kW ÷ power factor

Sebagai contoh, jika total beban tercatat 90 kW dengan power factor 0,9, kebutuhan daya semunya adalah:

90 kW ÷ 0,9 = 100 kVA

UPS yang dipilih harus memenuhi kedua kebutuhan tersebut. Artinya, rating UPS harus berada di atas 90 kW dan 100 kVA.

Jangan hanya melihat keterangan 100 kVA pada produk. Dua UPS dengan rating 100 kVA dapat memiliki kapasitas aktif yang berbeda. Salah satu produk mungkin mampu menyediakan 100 kW, sedangkan produk lain hanya menyediakan 80 atau 90 kW.

Banyak perangkat TI modern memiliki power factor yang cukup tinggi. Meski demikian, gunakan data dari spesifikasi perangkat, hasil pengukuran sistem, atau dokumentasi produsen. Menganggap power factor selalu sama dengan 1 dapat membuat hasil perhitungan terlalu optimistis.

Untuk sistem satu fase, daya semu dapat diperkirakan dengan rumus:

VA = tegangan × arus

Untuk sistem tiga fase, gunakan:

VA = √3 × tegangan antar-fase × arus

Rumus tersebut dapat membantu memperkirakan kebutuhan daya berdasarkan data arus. Namun, pengukuran kW dan kVA secara langsung melalui power meter biasanya memberikan hasil yang lebih akurat.

Tambahkan Margin Kapasitas secara Terukur

UPS sebaiknya tidak terus beroperasi tepat pada kapasitas maksimumnya. Sistem memerlukan margin untuk menampung perubahan beban, penambahan perangkat, variasi operasional, dan rencana ekspansi.

Sejumlah panduan produsen menggunakan margin sekitar 15–30%. Namun, angka tersebut bukan aturan tetap yang dapat diterapkan pada semua proyek.

Margin sebaiknya ditentukan berdasarkan:

• Rencana penambahan server atau rack
• Perkiraan pertumbuhan beban beberapa tahun ke depan
• Variasi beban harian dan musiman
• Potensi perubahan jenis workload
• Derating akibat suhu atau kondisi lingkungan
• Kebutuhan kapasitas setelah salah satu modul gagal
• Batas kapasitas kabel, breaker, bypass, dan PDU

Hindari menambahkan beberapa margin yang sebenarnya digunakan untuk mengantisipasi risiko yang sama. Sebagai contoh, beban sudah ditambah 30% untuk pertumbuhan, lalu kembali ditambah 20% sebagai cadangan, kemudian ditambah faktor lain tanpa dasar yang jelas.

Perhitungan seperti itu dapat menghasilkan UPS yang terlalu besar tanpa alasan teknis yang dapat ditelusuri. Sebaiknya, pisahkan setiap asumsi agar jelas apakah tambahan kapasitas digunakan untuk pertumbuhan, variasi beban, redundansi, atau kebutuhan transien.

Sebagai perhitungan awal, beban desain dapat ditentukan dengan rumus:

Beban desain = beban puncak × (1 + margin)

Jika beban puncak sebesar 95 kW dan margin yang ditetapkan 20%, hasilnya adalah:

95 kW × 1,20 = 114 kW

Margin tersebut harus diterapkan secara konsisten pada perhitungan kW dan kVA.

Contoh Perhitungan Kapasitas UPS

Misalkan hasil pengukuran menunjukkan beban puncak data center sebesar 95 kW dengan power factor gabungan 0,95. Berdasarkan rencana ekspansi, margin kapasitas ditetapkan sebesar 20%.

Perhitungannya adalah sebagai berikut:

UPS yang dipilih harus memiliki rating minimal 114 kW dan 120 kVA. Karena ukuran produk tersedia dalam kapasitas standar, hasil tersebut perlu dibulatkan ke ukuran produk yang berada di atasnya.

Namun, memilih UPS berlabel 120 kVA belum tentu cukup. Rating kW produk juga harus diperiksa. Jika UPS 120 kVA tersebut hanya mampu menyediakan 108 kW, produk itu tidak memenuhi kebutuhan beban desain sebesar 114 kW.

Perhitungan ini baru menghasilkan kapasitas dasar. Langkah berikutnya adalah menentukan konfigurasi redundansi dan jumlah modul yang dibutuhkan.

Perhitungkan Redundansi N, N+1, atau 2N

Dalam data center, kapasitas terpasang tidak selalu sama dengan kapasitas yang dapat digunakan untuk menanggung beban. Sebagian kapasitas dapat disiapkan sebagai cadangan ketika modul lain gagal atau menjalani pemeliharaan.

Konfigurasi N

Konfigurasi N menyediakan kapasitas yang cukup untuk menanggung beban desain tanpa modul cadangan.

Jika beban desain sebesar 100 kW, sistem menyediakan kapasitas sekitar 100 kW atau sedikit lebih besar. Kegagalan satu UPS atau power module dapat mengganggu seluruh beban karena tidak ada kapasitas pengganti.

Konfigurasi N+1

Konfigurasi N+1 menyediakan satu modul tambahan di luar jumlah modul yang diperlukan untuk menanggung beban.

Misalnya, beban desain sebesar 114 kW dan sistem menggunakan modul UPS berkapasitas 50 kW. Untuk menanggung beban tersebut, dibutuhkan tiga modul:

3 × 50 kW = 150 kW

Agar memenuhi konfigurasi N+1, diperlukan satu modul tambahan. Totalnya menjadi empat modul dengan kapasitas terpasang 200 kW.

Ketika satu modul gagal atau dilepas untuk pemeliharaan, tiga modul yang tersisa masih menyediakan 150 kW. Kapasitas tersebut tetap berada di atas beban desain sebesar 114 kW.

Memasang tiga modul lalu menyebutnya sebagai konfigurasi N+1 tidak tepat. Setelah satu modul gagal, kapasitas yang tersisa hanya 100 kW, lebih kecil daripada kebutuhan desain.

Konfigurasi 2N

Dalam konfigurasi 2N, tersedia dua jalur daya yang masing-masing mampu menanggung seluruh beban. Ketika jalur A gagal atau dimatikan untuk pemeliharaan, jalur B tetap dapat memasok 100% kebutuhan daya.

Pada kondisi normal, beban mungkin terlihat terbagi di antara kedua jalur. Namun, kapasitas setiap jalur tetap harus dihitung berdasarkan kondisi kegagalan, bukan hanya kondisi operasi normal.

Server yang memiliki dua power supply juga tidak otomatis mendapatkan redundansi 2N. Kedua kabel dayanya harus terhubung ke sumber dan jalur distribusi yang benar-benar independen.

Kapasitas UPS dan Runtime Baterai Harus Dihitung Terpisah

Salah satu kesalahpahaman yang umum terjadi adalah menganggap penambahan baterai dapat meningkatkan kapasitas UPS. Baterai hanya memperpanjang waktu operasi, bukan menaikkan batas kW atau kVA inverter.

Jika UPS memiliki rating maksimum 100 kW, penambahan battery cabinet tidak membuatnya mampu menyuplai beban 120 kW. Sistem tetap berisiko mengalami overload meskipun kapasitas energi baterainya bertambah.

Kebutuhan runtime harus ditentukan berdasarkan strategi operasional data center. Pertanyaannya bukan sekadar berapa menit baterai dapat bertahan, tetapi proses apa saja yang harus berlangsung selama waktu tersebut.

UPS mungkin hanya perlu menyediakan waktu untuk:

• Menunggu genset menyala dan stabil
• Memberi waktu kepada ATS untuk memindahkan sumber daya
• Mengantisipasi percobaan ulang saat genset gagal menyala
• Menjalankan prosedur shutdown server
• Menjaga sistem tetap aktif sampai gangguan jaringan listrik selesai

Pada fasilitas yang dilengkapi genset, runtime beberapa menit mungkin sudah memadai jika proses penyalaan dan perpindahan sumber telah diuji. Namun, durasi tersebut tetap perlu mencakup margin apabila genset terlambat menyala, gagal pada percobaan pertama, atau membutuhkan waktu stabilisasi yang lebih panjang.

Hubungan antara beban dan runtime juga tidak selalu linear. Mengurangi beban menjadi setengah tidak selalu membuat baterai bertahan tepat dua kali lebih lama. Karena itu, gunakan runtime curve, tabel, atau perangkat lunak perhitungan dari produsen UPS dan baterai.

Gunakan Perhitungan Energi sebagai Pemeriksaan Awal

Kebutuhan energi baterai dapat diperkirakan dengan rumus:

Energi AC = beban kW × runtime dalam jam

Misalnya, UPS harus menopang beban 95 kW selama 10 menit:

95 × 10/60 = 15,83 kWh

Jika efisiensi inverter diasumsikan sebesar 95%:

15,83 ÷ 0,95 = 16,67 kWh

Nilai 16,67 kWh hanya menunjukkan kebutuhan energi ideal. Kapasitas battery bank yang sebenarnya perlu mempertimbangkan:

• Usia baterai
• Suhu ruang
• Laju pelepasan daya
• Tegangan akhir pelepasan
• Efisiensi kabel dan konverter
• Toleransi kapasitas baterai
• Penurunan kapasitas menjelang akhir usia pakai
• Kebutuhan redundansi battery string

Karena itu, rumus energi tidak sebaiknya digunakan sebagai satu-satunya dasar untuk memilih baterai. Penentuan akhir tetap harus mengacu pada data teknis baterai dan tabel runtime pada beban yang direncanakan.

Jika UPS dirancang untuk beban masa depan sebesar 114 kW, runtime juga perlu diperiksa pada beban 114 kW. Menghitung kapasitas UPS berdasarkan beban masa depan, tetapi menghitung baterai hanya berdasarkan beban saat ini, dapat membuat waktu operasional baterai lebih pendek daripada target.

Periksa Distribusi Beban Tiga Fase

UPS tiga fase umum digunakan pada data center dengan kebutuhan daya cukup besar. Namun, total kW dan kVA sistem belum cukup untuk memastikan desain dapat beroperasi dengan aman.

Beban juga harus diperiksa pada:

• Setiap fase
• Setiap output bank
• Setiap PDU
• Setiap rack
• Jalur bypass
• Kabel dan breaker
• Jalur A dan B

Total beban sistem dapat terlihat masih berada di bawah kapasitas UPS, padahal salah satu fase sudah mengalami overload akibat distribusi beban antar-rack yang tidak seimbang.

Ketidakseimbangan tersebut dapat meningkatkan arus pada salah satu fase, membatasi kapasitas yang dapat digunakan, atau membuat UPS berpindah ke jalur bypass. Karena itu, penempatan rack dan pembagian sirkuit perlu direncanakan agar beban antarfase relatif seimbang.

Kapasitas bypass juga tidak boleh diabaikan. UPS mungkin mampu menangani beban pada mode normal, tetapi jalur bypass, breaker, atau kabelnya belum tentu dirancang untuk menanggung kondisi beban dan kegagalan yang sama.

Waspadai Perubahan Daya Cepat pada Beban AI dan GPU

Data center yang menjalankan server GPU, artificial intelligence, atau high-performance computing memerlukan perhatian tambahan. Beban jenis ini dapat berubah dari kondisi idle ke beban penuh dalam waktu yang sangat singkat.

Jika perhitungan hanya mengandalkan rata-rata konsumsi atau satu kali pembacaan meter, perubahan daya tersebut mungkin tidak terdeteksi. Data yang perlu diperiksa mencakup beban puncak yang terjadi bersamaan, kemampuan overload UPS, respons terhadap perubahan beban, kompatibilitas dengan genset, dan kemampuan sistem menstabilkan perubahan daya.

Hal ini tidak berarti seluruh proyek perlu diberi faktor AI tertentu. Tambahan margin tetap harus didasarkan pada karakteristik workload dan kemampuan produk yang benar-benar digunakan.

Pada fasilitas dengan rack berdaya tinggi, perhitungan juga perlu dilakukan hingga tingkat rack dan PDU, bukan hanya berdasarkan total kapasitas gedung.

Kesalahan yang Perlu Dihindari

Beberapa kesalahan berikut dapat membuat hasil perhitungan kapasitas UPS tidak sesuai dengan kebutuhan di lapangan:

1. Menghitung seluruh konsumsi gedung sebagai beban UPS, padahal sebagian besar sistem mekanikal berada pada jalur yang berbeda.
2. Menggunakan kVA tanpa memeriksa rating kW UPS.
3. Menganggap power factor selalu bernilai 1.
4. Menggunakan konsumsi rata-rata tanpa memeriksa beban puncak.
5. Menambahkan margin berulang kali tanpa alasan yang berbeda.
6. Menyebut sistem sebagai N+1 meskipun kapasitas setelah satu modul gagal tidak mencukupi.
7. Menganggap penambahan baterai dapat meningkatkan kapasitas daya UPS.
8. Menghitung runtime secara linear tanpa memeriksa runtime curve.
9. Mengabaikan ketidakseimbangan fase dan kapasitas bypass.
10. Memilih ukuran UPS berdasarkan kebutuhan saat ini tanpa memperhitungkan ekspansi yang sudah direncanakan.

Perhitungan Awal Tetap Perlu Divalidasi dalam Desain Elektrikal

Hasil perhitungan kW dan kVA menjadi dasar untuk memilih ukuran UPS, tetapi belum dapat dianggap sebagai desain yang siap dipasang. Sistem masih perlu diperiksa berdasarkan konfigurasi jaringan listrik, kapasitas genset, koordinasi proteksi, arus hubung singkat, harmonisa, kabel, breaker, bypass, earthing, ventilasi ruang baterai, dan kebutuhan commissioning.

Di Indonesia, salah satu acuan teknis yang relevan adalah SNI 8799-1:2023 tentang spesifikasi teknis pusat data. Standar tersebut menggantikan SNI 8799-1:2019 yang sudah tidak berlaku.

Setiap data center memiliki karakteristik beban, tingkat ketersediaan, dan strategi daya cadangan yang berbeda. Karena itu, proses perhitungan UPS sebaiknya menjadi bagian dari perencanaan sistem elektrikal secara menyeluruh.

PT. Kumala Kencana Kreasindo menangani pekerjaan mekanikal, elektrikal, HVAC, infrastruktur jaringan, dan data center sejak tahap perencanaan hingga pengujian. Perencanaan yang terintegrasi membantu menyesuaikan kapasitas UPS dengan distribusi daya, sistem pendingin, jalur cadangan, dan kebutuhan operasional fasilitas.

Kesimpulan

Cara menghitung kapasitas UPS untuk data center dimulai dengan menentukan beban kritis yang benar-benar terhubung ke UPS, bukan seluruh konsumsi daya fasilitas. Beban tersebut kemudian dihitung dalam kW dan kVA, ditambah margin yang dapat dipertanggungjawabkan, lalu diperiksa berdasarkan konfigurasi redundansi.

Kapasitas daya UPS dan runtime baterai harus dihitung secara terpisah. Setelah kapasitas awal diperoleh, desain tetap perlu memeriksa modul, konfigurasi N+1 atau 2N, distribusi tiga fase, jalur bypass, genset, battery string, dan berbagai kondisi kegagalan.

UPS yang tepat bukanlah UPS dengan angka kapasitas terbesar. Sistem harus mampu menanggung beban desain dengan aman, tetap tersedia saat terjadi gangguan, dan mendukung pertumbuhan data center tanpa kapasitas berlebih yang tidak diperlukan.

Referensi

• The Green Grid Glossary—Power Usage Effectiveness
• Eaton—VA Versus Watts
• Eaton—UPS Sizing Guide
• Schneider Electric—UPS System Redundancy Types
• Vertiv—UPS Buying Guide
• Schneider Electric—Battery Runtime Estimation
• Vertiv—Power Protection for Next-Generation UPS Solutions
• BSN—SNI 8799-1:2023 Teknologi Informasi—Pusat Data