Maximiser la disponibilité et la durée de vie des systèmes électriques en environnement critique

Article proposé par Matthieu Gallego

Au fur et à mesure que l’industrie des datacenters prend une place majeure au niveau mondial, la complète disponibilité des systèmes critiques électriques de ces infrastructures devient une problématique plus importante que jamais. Maximiser les temps de fonctionnement, le stockage d’énergie ou les taux de disponibilité des équipements ne sont plus de simples demandes mais bel et bien une nécessité absolue pour les opérateurs.

De la phase de design des équipements jusqu’au Testing & Commissioning en passant par l’installation des équipements, voici quelques éléments importants à prendre en compte pour pouvoir valoriser au mieux les infrastructures électriques en environnement critique.

La sélection et le design des équipements

Sélectionner les fournisseurs d’équipement adéquates est un premier paramètre crucial pour la réussite d’un projet en environnement critique. Les délais de livraison, le support, le Testing & commissioning en usine et sur site, la disponibilité du personnel ainsi que celle des pièces de rechanges sont les principaux critères à prendre en compte pour choisir un équipementier adapté. D’autres paramètres sont également à prendre en considération pour les générateurs, les UPS (Uninterruptible Power Supply) et le stockage de l’énergie.

Les générateurs

Le bon dimensionnement des groupes de secours est une étape clé d’un projet de ce type. En dehors de l’analyse des spécifications techniques générales liées au projet, les critères à prendre en compte sont les charges moyennes et maximales requises, le nombre d’heures de fonctionnement par an et le mode de fonctionnement (isolé ou en parallèle). La norme ISO8528-1 régit cela au niveau international.

Les principaux SPOFs (Single Point Of Failure) touchant ces systèmes sont liés à l’interaction de ces derniers avec d’autres en place assurant la continuité de l’alimentation comme les UPS. Pour éviter les interférences, les DRUPS (Diesel Rotary Uninterruptible Power Supply) sont des solutions plus coûteuses mais assurant une meilleure continuité électrique en cas de rupture.

Les UPS

Il existe sur le marché autant d’UPS que de topologies mais il est possible de les regrouper dans trois catégories qui sont :

• les « doubles convertisseurs »,
• les « Line interactive »,
• les « convertisseurs Delta » ».

Les « doubles convertisseurs » sont les plus adaptés en environnement critique car ils fournissent aux équipements un vraie source d’énergie isolée des différentes perturbations en amont.

Dans le cas d’un datacenter, les onduleurs doivent aussi être dimensionnés pour pouvoir reprendre les charges d’urgences instantanées. Le choix du By-pass de maintenance est une alternative intéressante à envisager car il peut fournir l’énergie directement à l’onduleur tout en alimentant l’ensemble des équipements qu’il protège. Le By-pass devra donc être dimensionné pour pouvoir à minima supporter 100% de la charge tout en permettant de faire des tests de charge à 100%.

Le stockage d’énergie

Apparu il y a quelques années, l’utilisation de volants d’inertie devient une pratique de plus en plus utilisée. Ils permettent d’alimenter sans coupure sur une courte durée les infrastructures électriques. Son utilisation est communément admise en environnement critique hospitalier où les équipements sont très couteux et où la possibilité d’un dégagement gazeux est une véritable problématique.

La majorité des UPS sur le marché fonctionne avec des batteries au plomb VRLA alors que d’autres systèmes aux Li-ion existent. A puissance électrique et autonomie équivalente, la durée de vie des batteries au Li-ion est jusqu’à 3 fois supérieures à celles des VRLA. Les coûts de maintenances sont cependant moins élevés pour ces dernières (environ 0.06 €/W pour les VRLA au lieu 0.11 €/W pour les batteries Li-ion). Lors du design, il est important de demander à avoir des chaînes de batteries qui peuvent être isolées individuellement pour permettre une maintenance plus facile.

L’installation des équipements

L’installation des équipements électriques en environnement critique demande de l’organisation et de la méthode. Alors que l’installation d’un UPS individuel reprenant une charge monophasée à proximité d’un équipement peut être faites par du personnel qualifié, l’installation d’équipements plus lourds affectant même de loin des organes critiques de la distribution électrique demande une planification avancée.

Une fois la programmation réglée, il faut intervenir sur les infrastructures sans créer de SPOFs. L’utilisation de Method Of Procedure (MOP) comprenant une description de l’intervention, des intervenants, une analyse de risque complète avec la quantification associée sous la forme d’un LOF par exemple et une description étape par étape validée par les protagonistes du projet est indispensable.

Une fois les interventions effectuées, les Standard Operating Procedure (SOP) permettent de regrouper toutes les procédures et interventions régulières à réaliser sur les équipements.

Commissioning

Les procédures de « Testing & Commissioning » sont des automatismes en environnement critique de vérification des performances des équipements. En plus du commissioning individuel des équipements, la mise en place d’un programme permettra de définir les objectifs particuliers en termes d’efficacité énergétique (consommations, …) et de fiabilité système.

Les principaux objectifs de cette activité sont d’améliorer la performance des équipements et la fiabilité système, de former le personnel à l’exploitation et à la maintenance des équipements, d’identifier au plus tôt les problèmes possibles et d’allonger la durée de vie des équipements en mettant en place des actions correctives.  Il est donc indispensable de procéder à ce type d’essais de manière trimestrielle ou annuelle pour les générateurs par exemple afin maximiser la durée de vie de ces systèmes.