Types de compteurs électriques dans les datacenters

Types de compteurs électriques
dans les datacenters
Révision 0
Par David Kidd et Wendy Torell
Livre Blanc 172
Il existe différents types de compteurs pouvant être
conçus pour les datacenters, depuis les compteurs
de précision d'analyse de qualité de l'alimentation
jusqu'aux compteurs intégrés (par exemple dans un
onduleur ou un bandeau de prises). Chacun offre des
fonctions de base et des applications différentes.
Ce livre blanc fait un tour d'horizon des types de
compteurs pouvant être intégrés dans une conception
de datacenter. Il explique pourquoi utiliser tel type
plutôt que tel autre et décrit les avantages et les
inconvénients de chacun. Il fait appel à plusieurs
exemples de datacenters pour montrer à quel endroit
il est possible de déployer ces différents types de
compteurs.
Résumé Général
>
Introduction
2
Avantages et classification
des systèmes de mesure
3
Types d'instruments
de mesure
5
Comparaison des appareils
10
Exemple de points de mesure
dans un datacenter
12
Conclusion
15
Ressources
16
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Table Des Matières
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Types de compteurs électriques dans les datacenters
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Les compteurs transmettent des données qui permettent de connaître le fonctionnement
de l'infrastructure interne du datacenter (par exemple les systèmes d'alimentation et de
refroidissement). Des types spécifiques de compteurs répondent à divers types de besoins,
depuis le suivi de la consommation électrique jusqu'à l'analyse de la qualité du courant au
sein de l'installation, en passant par la mise en évidence de problèmes tels que la présence de
transitoires ou d'harmoniques afin de mesurer le rendement énergétique (PUE) du datacenter.
À mesure que les réglementations continuent de proliférer, il devient de plus en plus
important d'effectuer des mesures approfondies pour mieux comprendre et optimiser
l'utilisation de l'énergie. Les compteurs permettent de mesurer la consommation énergétique
d'un datacenter, de repérer les domaines où les performances restent perfectibles et
d'évaluer les résultats produits par les programmes d'amélioration.
Dans un datacenter, vous trouverez très probablement des compteurs qui mesurent la
puissance (kW), l'énergie (kWh), la tension et l'ampérage, les harmoniques, le facteur
de puissance, le débit, la température, l'humidité, etc. Ce document ne s'intéresse qu'aux
compteurs électriques installés dans les datacenters. Il traite de leur application, de leurs
objectifs, de leur emplacement dans une infrastructure électrique et mécanique, de leur
coût relatif et de leurs avantages ou leurs inconvénients. Il se limite aux compteurs physiques
et ne traite pas des logiciels de gestion utilisés en même temps à des fins de visualisation,
de reporting, etc.
Le tableau 1 dresse la liste des attributs clés qui différencient chaque type de compteur
électrique dans un datacenter. Ce livre blanc étudie ces attributs pour aider les concepteurs
de datacenter à choisir des compteurs qui correspondent à leurs besoins.
Attribut Explication
Fonction
essentielle
Les fonctions essentielles couvrent un large éventail, depuis les
solutions garantissant le fonctionnement jusqu'à celles qui identifient
les causes fondamentales des problèmes, en passant par les fonctions
de mesure de l'énergie (par exemple pour les rapports de PUE).
Types de
données
Certains compteurs recueillent les données de qualité de l'alimentation,
par exemple sur les harmoniques, les pics, les creux ou les transitoires
de tension, auxquelles s'ajoute les données de mesure portant
notamment sur l'énergie, la puissance, la tension, le courant, le facteur
de puissance ou la fréquence. D'autres recueillent des sous-ensembles
de ces données.
Accès aux
données
La façon dont les données sont utilisées et analysées varie d'un
compteur à l'autre. Les données des compteurs peuvent être lues
directement sur les compteurs eux-mêmes, via un système de gestion
des bâtiments (BMS), un système de gestion de l'énergie et/ou un
système DCIM. Certains compteurs nécessitent des logiciels et des
pilotes spécifiques pour pouvoir accéder aux éléments en temps réel
ou à l'historique.
Précision
des
données
La précision (l'écart entre la valeur mesurée et la valeur réelle) varie
selon les compteurs. Elle peut être validée par des compteurs tiers,
par exemple selon la norme ANSI C12.1 & IEC 62053-21 (conformité
à une exigence de précision de 1 %).
Introduction
Tableau 1
Attributs clés de
différenciation
des compteurs

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Les systèmes de mesure fournissent des données et des analyses critiques en vue de
garantir la sécurité, la fiabilité, la qualité et l'efficacité de la distribution de l'énergie dans
un datacenter. Plus spécifiquement, ces systèmes (ainsi que les systèmes de gestion des
bâtiments, de l'énergie et des infrastructures de datacenter) peuvent offrir les avantages
suivants :
• permettre la production de rapports sur le PUE
• diminuer les interruptions de service imprévues
• reprendre rapidement le fonctionnement après une interruption de service
• améliorer l'efficacité des activités de maintenance
• optimiser l'utilisation des ressources
• diminuer les coûts énergétiques dans les frais d'exploitation
• permettre la refacturation de la consommation électrique aux clients internes
et/ou externes
Permettre la production de rapports sur le PUE - En raison de réglementations édictées
partout dans le monde ou décidés par les entreprises elles-mêmes, de plus en plus de
datacenters produisent des analyses de tendance et des rapports sur leur rendement
énergétique (PUE). Un rapport de PUE commence par une mesure de la consommation
énergétique, à la fois celle des charges informatiques et celle des composants de
l'infrastructure physique, le tout constituant la consommation énergétique totale du
datacenter. Des compteurs placés en différents points de l'architecture fournissent les
données nécessaires. Il s'agit parfois de compteurs temporaires installés à cet effet.
Voir l'encadré pour avoir un aperçu des compteurs temporaires et de leur rôle (et de
leur limitations) dans les plans d'efficacité énergétique.
Diminuer les interruptions de service imprévues - Les informations provenant des
compteurs fournissent des données qui permettront de réduire les risques de panne du
système d'alimentation du datacenter. Ces données, par exemple, peuvent alerter l'exploitant
ou les opérateurs en cas de surcharge touchant l'onduleur, les groupes électrogènes ou
les circuits des racks informatiques avant que la redondance ou la disponibilité ne soient
compromises.
L'analyse des tendances des données issues des compteurs autorise également la mise
en place de programmes de maintenance prévisionnelle, dans lesquels les activités de
maintenance sont programmées en fonction de paramètres de performances critiques.
Ce type de maintenance limite les interventions humaines sur les systèmes, ce qui réduit
les risques d'erreur humaine.
En outre, les analyseurs de qualité de l'alimentation permettent de réaliser des analyses
détaillées des causes fondamentales en cas d'interruption des systèmes de distribution
électrique et donc de limiter la probabilité que ces événements se reproduisent. Les données
Fréquence
des
données
Les intervalles entre les événements de collecte des données peuvent
varier considérablement d'un compteur à l'autre. Il est important de
comprendre la fréquence requise pour cette collecte (par exemple,
savoir si elles doivent être recueillies chaque milliseconde, secondes,
Coût
Les coûts initiaux (achat et installation du compteur) et les coûts
réguliers (entretien/étalonnage) entrent dans le calcul du coût total
du système de mesure.
Format Certains compteurs sont des appareils autonomes, d'autres sont
intégrés dans d'autres appareils tels que des onduleurs ou des
bandeaux de prises.
Avantages et
classification
des systèmes
de mesure
>
Des compteurs
temporaires pour des
mesures efficaces ?
Ce document se concentre sur les
compteurs électriques permanents
conçus pour recueillir et consigner
les données de façon régulière
et continue dans les systèmes
d'infrastructure des datacenters.
Les compteurs électriques
temporaires peuvent fournir aux
exploitants de datacenters un
instantané de la consommation
énergétique ou des performances
lorsqu'il n'existe aucun compteur
permanent. Il est toutefois important
de se rappeler que le rendement varie
avec le temps parce que la charge
informatique elle-même et les
conditions extérieures varient avec
le temps, ainsi, parfois, que le mode
de refroidissement des datacenters.
Tous ces facteurs influent sur
l'efficacité du datacenter, laquelle
varie donc en permanence.
Le livre blanc 154, Calcul de
l'efficacité électrique des datacenters,
montre qu'il est essentiel de disposer
d'un modèle mathématique pour
créer un processus et un système
de gestion du rendement. Il montre
aussi que la mesure ponctuelle de
l'efficacité d'un datacenter repose sur
la définition correcte des paramètres
de ce modèle.

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recueillies sur les paramètres électriques lors d'une panne technique peuvent également être
transmises à la compagnie d'électricité pour l'aider à améliorer sa qualité de service au fil
du temps.
Reprendre rapidement le fonctionnement après une interruption de service - Les
données de mesure sont un élément crucial pour raccourcir la durée des interruptions de
service, si celles-ci surviennent. Les opérateurs reçoivent des alarmes critiques en fonction
de déclencheurs de données définis (par exemple le déclenchement de disjoncteurs, des
événements d'ATS, des problèmes de groupe électrogène, des pannes de modules
d'onduleurs, etc.) par SMS ou par e-mail, par exemple (depuis leurs systèmes de gestion).
La réception de ces données en temps réel permet de mettre en place des plans d'action
immédiats. Des données détaillées et horodatées permettent de résoudre les causes
fondamentales des problèmes et de rétablir rapidement le fonctionnement du système.
Améliorer l'efficacité des activités de maintenance - Chaque fois qu'une activité de
maintenance a lieu, elle fait courir un risque d'interruption de service causée par une erreur
humaine. Ce type d'interruption est d'ailleurs souvent signalé comme représentant 30 à 50 %
de tous les événements d'interruption. Il est donc essentiel de s'assurer que les techniciens
disposent d'informations précises avant, pendant et après les interventions de maintenance
afin d'éviter qu'ils ne commettent des erreurs.
Optimiser l'utilisation des ressources - Il était courant de « surdimensionner » les
ressources des datacenters puisque les charges actuelles ou futures étaient mal connues
et qu'il fallait garantir les niveaux de redondance ou de disponibilité. Les données de mesure,
aux côtés de systèmes de gestion efficaces, permettent aux datacenters de fonctionner avec
de faibles marges de sécurité, ce qui limite les coûts d'investissement dans les ressources
d''infrastructure (par exemple, onduleurs, bandeaux de prises).
Diminuer les coûts énergétiques dans les frais d'exploitation - L'énergie représente
un pourcentage important des frais d'exploitation annuels des datacenters. Quantifier et
surveiller le coût des inefficacités dans l'infrastructure de distribution de l'alimentation
(par exemple, onduleurs, transformateurs, pertes harmoniques) permet d'affiner les
projets d'amélioration en vue de réduire les frais énergétiques d'exploitation.
Permettre la refacturation de la consommation électrique aux clients internes et/ou
externes - Les datacenters des entreprises souhaitent souvent pouvoir « refacturer » ou
simplement facturer leurs dépenses aux services qui utilisent leurs ressources informatiques,
notamment l'énergie consommée par ces ressources et par l'infrastructure de support. De
même, les entreprises de colocation peuvent souhaiter suivre et facturer l'énergie consommée
par chaque client. Pouvoir disposer d'un tel processus de refacturation implique d'avoir des
compteurs capables de noter avec précision l'énergie consommée. Le niveau de précision requis
pour ce processus de ventilation déterminera le nombre, le type et l'emplacement des compteurs
au sein de l'infrastructure. La facturation exige en général des compteurs d'une précision
homologuée de 1 %. Voir le livre blanc 161, Affectation des coûts énergétiques et des émissions
de CO2 aux utilisateurs informatiques, pour en savoir plus sur les compromis possibles entre les
systèmes de mesure détaillés ou simples dans ce contexte.
Niveaux des compteurs
On distingue quatre niveaux généraux de mesures au sein d'un datacenter, comme le montre
la figure 11. La hiérarchie commence au niveau du bâtiment tout entier (niveau le plus
global) et s'achève avec des mesures extrêmement spécifiques concernant des systèmes ou
des équipements particuliers.
1 Programme fédéral de gestion de l'énergie, pratiques de mesure recommandées : Guide de l'efficacité
des ressources techniques, août 2011, section 4.3.

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Tous les niveaux ne sont pas nécessairement requis dans le datacenter. Cela dépend des
objectifs fixés au système de mesure et de l'infrastructure du datacenter. Par exemple,
si le datacenter est une installation dédiée et si l'objectif est de mesurer le PUE, il sera
nécessaire d'effectuer des mesures au niveau du bâtiment (consommation énergétique totale
du datacenter) et de l'utilisateur final (sortie de l'onduleur ou du bandeau de prises pour
connaître la charge informatique). En revanche, si le datacenter se trouve dans une
installation partagée (d'autres locataires que le datacenter sont hébergés dans l'installation),
la mesure du PUE nécessitera l'installation de compteurs au niveau des tableaux de
commutation et les circuits afin d'enregistrer les données de l'infrastructure de support
spécifique du datacenter.
Bâtiment
Dispositif de
commutation
Niveau des
circuits Usage final
Compteurs permanents ou temporaires
Les compteurs peuvent être temporaires ou permanents, ce choix dépendant essentiellement
de la durée pendant laquelle les données doivent être recueillies.
Compteurs temporaires - Des compteurs peu onéreux, par exemple les pinces
ampérométriques, seront utiles pour enregistrer des mesures ponctuelles afin de déterminer
des valeurs de base, de vérifier les performances ou de diagnostiquer les problèmes. Des
enregistreurs de données peuvent également être utilisés lorsque des mesures prolongées
sont nécessaires.
Compteurs permanents - Lorsque des mesures de données à long terme sont nécessaires
à des fins de surveillance, d'analyse ou de contrôle, l'installation de compteurs permanents
est plus efficace. C'est une pratique courante dans les applications de datacenter, pour
lesquelles la météo, la demande et les conditions d'exploitation influent sur la consommation
énergétique. C'est aux compteurs permanents que ce livre blanc s'intéresse.
On trouve couramment sept types d'instruments permanents de mesure de l'électricité
dans les datacenters. Ce paragraphe décrit et explique ces appareils.
• Mesure de qualité de l'alimentation
• Compteurs de puissance
• Compteurs intégrés dans des relais numérique
• Compteurs intégrés dans des systèmes de déclenchement électronique
• Compteurs intégrés dans des onduleurs
• Compteurs intégrés dans des bandeaux de prises/des goulottes d'alimentation
• Compteurs intégrés dans des bandeaux de prises de racks
Les transformateurs de courant (CT) et les transformateurs de potentiel (PT) sont des
transformateurs d'instruments qui jouent un rôle clé dans les systèmes de mesure. Un CT
Types
d'instruments
de mesure
Figure 1
Niveaux de mesure