Types de compteurs électriques dans les datacenters
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Types de compteurs électriques dans les datacenters Livre Blanc 172 Révision 0 Par David Kidd et Wendy Torell > Résumé Général 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. Table Des Matières Cliquez sur une section pour y accéder directement 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 by Schneider Electric. Les livres blancs APC font maintenant partie de la bibliothèque Schneider Electric produite par le Datacenter Science Center de Schneider Electric [email protected] Types de compteurs électriques dans les datacenters Introduction 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 Tableau 1 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 %). Attributs clés de différenciation des compteurs Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 2 Types de compteurs électriques dans les datacenters Avantages et classification des systèmes de mesure 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. 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 > 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. • 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 Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 3 Types de compteurs électriques dans les datacenters 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 1 la figure 1 . 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. Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 4 Types de compteurs électriques dans les datacenters 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 Figure 1 Niveaux de mesure 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. Types d'instruments de mesure 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 Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 5 Types de compteurs électriques dans les datacenters convertit le courant d'un circuit électrique en courant secondaire inférieur et proportionnel afin de l'adapter à l'entrée d'un appareil de mesure électrique ou de protection. Un PT convertit la tension d'un circuit électrique en tension secondaire inférieure et proportionnelle afin de l'adapter à l'entrée d'un appareil de mesure électrique ou de protection. En général, les systèmes de mesure possèdent des CT et des PT dont le câblage revient à l'emplacement du compteur électrique. Certains de ces appareils peuvent s'installer plus facilement que d'autres dans des environnements actifs déjà existants (par exemple, des CT à boîtier ouvrant qui s'enfichent autour du fil). La figure 2 montre à quoi ressemblent des CT installés autour des fils qu'ils mesurent. Figure 2 Rôle des CT dans les mesures Source : http://en.wikipedia.org/wiki/Current_transformer Analyseurs de qualité de l'alimentation Un analyseur de qualité de l'alimentation est un compteur capable de surveiller des paramètres tels que les harmoniques, les creux/pics et transitoires de tension, ainsi que les paramètres de mesure de l'alimentation, tels que l'énergie, la puissance, la tension, le courant, le facteur de puissance et la fréquence. Un analyseur de qualité de l'alimentation est un appareil de haute précision (par ex. 0,2 % d'exactitude et 1 024 échantillons de données par cycle), capable de fournir des données détaillées d'ingénierie (par ex. des formes d'onde) Exemples : et d'aide à la conformité (par ex. IEC 61000 4-30). Il est testé ION 7650 & PM870 selon des normes de mesures internationalement acceptées (par ex. IEC 62053-22 0.2S, 1A et 5A). Emplacements : dans un datacenter, les analyseurs de qualité de l'alimentation sont en général installés de façon à surveiller l'arrivée du secteur et les groupes électrogènes sur site. Ils peuvent aussi être placés de façon à mesurer la sortie d'un module d'onduleur ou d'un bus système. Applications : grâce aux données détaillées qu'ils fournissent, les analyseurs de qualité de l'alimentation peuvent servir à surveiller la qualité de l'alimentation (par exemple, les perturbations de tension, les harmoniques), à vérifier les factures de la compagnie d'électricité, à charger et équilibrer les circuits de puissance, à gérer l'énergie et à contribuer aux activités de maintenance. Avantages : les analyseurs de qualité de l'alimentation fournissent des données d'ingénierie détaillées d'une grande précision avec une fréquence de collecte élevée afin d'améliorer la qualité de l'alimentation, sa fiabilité et la durée de fonctionnement. Inconvénients : le fait même qu'ils fournissent des données détaillées les rend plus chers à l'achat, plus volumineux et l'interprétation de leurs données exige des techniciens plus expérimentés (ingénieurs). Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 6 Types de compteurs électriques dans les datacenters Compteurs de puissance Un compteur de puissance est un appareil capable de mesurer des paramètres électriques tels que l'énergie, la puissance, la tension, le courant, le facteur de puissance et la fréquence. Il s'agit en général d'un instrument de mesure exact (par ex. 0,5 %) et précis (par ex. 32 échantillons par cycle), testé selon les normes de mesures acceptées au niveau international (par ex. IEC 62053-22 0.5S). Certains compteurs de puissance, tels que les moniteurs de puissance de circuits de dérivation, ont une précision de 1 à 2 %. Exemples : Powerlogic BCPM & iEM3100 Emplacements : dans un datacenter, les compteurs de puissance sont en général installés de façon à surveiller les charges mécaniques (ex. : pompes, refroidisseurs), les bandeaux de prises (PDU) (les circuits principaux et de dérivation), les panneaux d'alimentation distants (RPP) (circuits de dérivation), les goulottes d'alimentation informatiques (câbles d'alimentation et unités enfichables) et les tableaux de panneaux informatiques (secteur et circuits de dérivation). Applications : les applications les plus courantes des compteurs de puissance sont la charge et l'équilibrage des circuits d'alimentation, la gestion de l'énergie pour suivre la consommation, la ventilation des coûts/la facturation, l'aide aux activités de maintenance (par exemple la fourniture de données d'historique afin d'aider au dépannage) et le déclenchement d'alarmes en cas d'incident critique. Avantages : les compteurs de puissance coûtent moins cher que les compteurs de mesure de qualité de l'alimentation, tout en fournissant des données de haute précision. Ils sont également plus simples puisqu'ils ciblent des jeux de données plus précis. Inconvénients : les compteurs de puissance sont moins précis que les compteurs de mesure de qualité de l'alimentation, ils recueillent moins d'échantillons par cycle et offrent une surveillance plus limitée de la qualité de l'alimentation. Compteurs intégrés dans des relais numériques Un relais numérique est un appareil de production autonome qui analyse le réseau de distribution électrique et recherche les anomalies électriques devant être signalées à un opérateur ou déclencher au besoin une interruption automatique du circuit. Un grand nombre de relais numériques évolués possèdent également des fonctionnalités de mesure. Les paramètres électriques surveillés seront en général l'énergie, la puissance, la tension, le courant, le facteur de puissance et la fréquence. Exemple : SEPAM Series 40 Emplacements : dans un datacenter, les relais numériques sont en général installés de façon à protéger les câbles d'alimentation, les transformateurs, les groupes électrogènes et les barres de bus de moyenne tension (MT). Applications : un relais numérique a pour première fonction d'assurer la protection d'un équipement, mais il peut également se charger d'applications secondaires, dont la charge et l'équilibrage de circuits d'alimentation, l'aide aux activités de maintenance et le déclenchement d'alarmes en cas d'incident critique. Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 7 Types de compteurs électriques dans les datacenters Avantages : l'utilisation d'un compteur intégré dans un relais numérique revient moins cher que l'installation et l'entretien d'un compteur indépendant distinct. Inconvénients : l'utilisation d'un relais numérique se justifie pour des flux de fort ampérage. Les transformateurs de courant (le composant qui mesure le courant électrique), ou CT, ne sont pas aussi précis (leur précision est en général de 1 %). En outre, les relais numériques ne disposent pas toujours d'un analyseur de qualité de l'alimentation et, en règle générale, n'intègrent pas de journaux de données, ce qui complique encore l'accès aux données et augmente les risques de pertes de données. Compteurs intégrés dans des unités de déclenchement électronique Exemple : MicroLogic for Masterpact NT/NW Un système de déclenchement électronique est un appareil de protection programmable qui mesure et chronomètre le courant circulant dans un disjoncteur et envoie un signal de déclenchement en cas de besoin. On le trouve en général intégré dans des disjoncteurs basse tension (BT). Ce type d'appareil de protection analyse le réseau de distribution électrique et recherche les surcharges et les courts-circuits. Les systèmes de déclenchement électronique disposent en général d'une fonctionnalité de mesure, notamment de la qualité de l'alimentation dans certains modèles haut de gamme. Emplacements : dans un datacenter, les systèmes de déclenchement électronique sont en général installés de façon à protéger le matériel de distribution de l'alimentation basse tension (par ex. les panneaux de commutation ou les transformateurs BT), les groupes électrogènes et les charges mécaniques (par exemple, pompes, refroidisseurs). Applications : les compteurs intégrés dans des systèmes de déclenchement électronique peuvent servir à remplacer les analyseurs de qualité et les compteurs de puissance à certains endroits de l'infrastructure électrique. Si leur fonction principale reste la protection, ils peuvent aussi se charger d'applications secondaires telles que la surveillance de la qualité de l'alimentation (par exemple les perturbations de tension ou les harmoniques), la charge et l'équilibrage des circuits d'alimentation, la gestion de l'énergie, l'aide aux activités de maintenance et le déclenchement d'alarmes en cas d'incident critique. Avantages : les compteurs intégrés coûtent moins cher que les modèles autonomes. En outre, le fait qu'ils soient intégrés les rend plus faciles à gérer. Inconvénients : les compteurs intégrés dans des systèmes de déclenchement électronique ne sont pas aussi précis, ils n'offrent en général pas de jeu complet de fonctions de mesure de la qualité de l'alimentation et n'embarquent pas de journaux de données, ce qui complique l'accès aux données et augmente le risque de pertes de données. Compteurs intégrés dans des onduleurs La plupart des onduleurs disposent de compteurs d'alimentation intégrés servant à mesurer divers paramètres électriques tels que l'énergie, la puissance, la tension, le courant et la fréquence en entrée et en sortie. Emplacements : dans un datacenter, les onduleurs servent à protéger la charge contre les anomalies du courant fourni par le secteur. Exemple : Symmetra PX Applications : un compteur intégré dans un onduleur peut servir de proxy permettant d'enregistrer la charge informatique du datacenter à des fins de surveillance du PUE (selon la catégorie de PUE 1 de The Green Grid). Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 8 Types de compteurs électriques dans les datacenters Le compteur intégré fournit des données d'ingénierie sur la tension en entrée, le courant et la puissance, ce qui permet d'effectuer des calculs de perte, des analyses de tension ou de fréquence, de calculer le facteur de puissance, etc. Il peut également servir à déclencher des alarmes en cas d'incident critique. Avantages : l'utilisation de compteurs intégrés dans un onduleur est un gage d'économie puisque cela évite de disposer de compteurs supplémentaires sur l'entrée et la sortie de l'onduleur. Utiliser le compteur intégré comme proxy de la charge informatique génère également des économies puisqu'il n'est pas nécessaire de disposer de compteurs supplémentaires plus près de la charge. Inconvénients : avec un compteur intégré dans un onduleur, la conformité de la précision aux normes nationales n'est en général pas vérifiée. Par ailleurs, les données détaillées qu'offre un analyseur de qualité de l'alimentation n'est pas à la portée de ce type de compteur. Du point de vue du calcul du PUE, les charges non informatiques alimentées par l'onduleur (par ex. CRAH, bandeaux de prises) seront indûment comptabilisées dans les charges informatiques, ce qui diminuera l'exactitude des valeurs calculées. Compteurs intégrés dans des bandeaux de prises Les bandeaux de prises (unités de distribution de l'alimentation ou PDU), les panneaux d'alimentation à distance (RPP) et les goulottes d'alimentation distribuent l'alimentation dans l'espace informatique jusqu'aux racks. Ils disposent souvent de divers niveaux de compteur intégrés. Certains PDU et RPP, tels que le RPP modulaire illustré ici, sont mesurés en sortie et disposent de fonctions de surveillance du courant ou du circuit de dérivation. Les goulottes d'alimentation possèdent souvent un système de mesure sur les câbles d'alimentation, voire pour certains d'entre eux sur les unités enfichables elles-mêmes. Exemple : panneau modulaire d'alimentation Emplacements : dans un datacenter, les PDU, les RPP ou les goulottes d'alimentation servent à distribuer l'alimentation dans tout l'espace informatique jusqu'aux racks hébergeant les charges informatiques. Applications : un compteur intégré dans un PDU, un RPP ou une goulotte d'alimentation peut servir de proxy pour enregistrer la charge informatique d'un datacenter à des fins de surveillance du PUE (selon la catégorie de PUE 2 de The Green Grid). Il permet de gérer la capacité d'alimentation (pour éviter les surcharges), de ventiler les coûts, d'améliorer le calcul du PUE et de déclencher des alarmes en cas d'incident critique. Avantages : l'utilisation de systèmes de mesure intégrés dans des PDU, des RPP ou des goulottes d'alimentation est plus économique que l'utilisation de compteurs autonomes puisqu'aucun système supplémentaire de mesure de la charge informatique n'est nécessaire pour créer des rapports de PUE. Cela représente également un système de mesure plus simple en termes de nombre d'appareils. Inconvénients : du point de vue des rapports sur le PUE, les charges non informatiques alimentées par les PDU, les RPP ou les goulottes d'alimentation seront mal comptabilisées comme des charges informatiques dans les calculs du PUE. Par ailleurs, l'absence de mesure des circuits de dérivation rend moins visibles la capacité et la gestion des changements au niveau de chaque charge. Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 9 Types de compteurs électriques dans les datacenters Compteurs intégrés dans des bandeaux de prises en rack Les compteurs intégrés dans des bandeaux de prises en rack (barrettes d'alimentation au niveau du rack) permettent de mesurer activement chaque sortie alimentant les charges informatiques au sein des racks. Cela permet d'optimiser l'utilisation de l'énergie et de planifier plus précisément la capacité. Il est possible de paramétrer des seuils d'alarme pour limiter les risques de surcharge des circuits. Les informations fournies par les compteurs aident également à équilibrer la charge. Exemple : rack avec fonction de mesure Emplacement : dans un datacenter, les bandeaux de prises en rack servent à distribuer l'alimentation aux appareils assumant les charges informatiques au sein des racks. Applications : la méthodologie idéale en matière de rapport de PUE consiste à utiliser des bandeaux de prises en rack mesurés à chaque sortie pour calculer chacune des charges informatiques, puis à les rassembler dans tout le datacenter. L'objectif est de gérer la capacité et les changements et de déclencher des alarmes en cas d'incident critique. Avantages : il s'agit de la méthode la plus précise pour effectuer un rapport de PUE, ainsi qu'en atteste The Green Grid. Le fait que le système de mesure au niveau du rack soit proche de la charge permet de fournir des informations qui aideront à planifier la capacité, à gérer les changements et à limiter les interruptions de service dues à la surcharge des circuits. Avec les circuits de dérivation, la surveillance (décrite au paragraphe « Compteurs de puissance ») exige un important travail de création de schémas pour savoir quelles positions de disjoncteurs alimentent quels racks. Avec des bandeaux de prises en rack, cette tâche est plus intuitive puisqu'il s'agit d'une correspondance un par un. Certains bandeaux de prises en rack permettent également de commuter ou de contrôler chaque prise femelle de la barrette d'alimentation, ce qui facilite encore la gestion. Inconvénients : les bandeaux de prises en rack avec système de mesure sont plus chers que les modèles de base (environ 50 % de plus), ce qui peut limiter leur déploiement. De même, lorsque les compteurs ne sont pas utilisés dans tous les racks d'un espace informatique, ils donnent une image incomplète de la charge informatique totale. Comparaison des appareils Le coût d'un équipement complet d'instruments de mesure de la distribution électrique en amont dans un datacenter dédié dépend de l'architecture. On peut cependant s'attendre à une plage de 50 à 250 $ US par kW de charge informatique selon la façon dont les systèmes de distribution de moyenne et basse tension sont mesurés. Cette plage repose sur les hypothèses suivantes : • Le nombre de compteurs dédiés est limité grâce à la présence de systèmes de mesures intégrés et de mesures effectuées directement au sein des relais numériques et des systèmes de déclenchement électronique. • Ces mesures ne concernent pas la salle informatique : PDU, RPP, goulottes d'alimentation ou tableaux de panneaux informatiques. Les éléments supplémentaires pour ce type de mesure se trouvent ci-dessous. Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 10 Types de compteurs électriques dans les datacenters Les mesures au niveau de l'espace informatique se traduisent en général par les coûts supplémentaires suivants : • Mesure des circuits de PDU/RPP: 20 à 40 $ US par kW de charge informatique • Mesure des unités enfichables de goulottes d'alimentation BT : 40 à 90 $ US par kW de charge informatique • Mesure des circuits de dérivation des panneaux de tableaux BT : 20 à 40 $ US par kW de charge informatique • Mesure des onduleurs en rack : 60 à 300 $ US par kW de charge informatique (la largeur de la plage s'explique par des différences de coût pour différentes densités) Le tableau 2 résume les sept types de compteurs, avec leurs applications et leurs plages de coûts. Type de compteurs • • • • • surveillance de la qualité de l'alimentation vérification des factures de la compagnie d'électricité charge et équilibrage des circuits d'alimentation gestion de l'énergie aide aux activités de maintenance • • • • • charge et équilibrage des circuits d'alimentation gestion de l'énergie ventilation des coûts/facturation aide aux activités de maintenance déclenchement d'alarmes en cas d'incident critique • appareils de protection des équipements moyenne tension charge et équilibrage des circuits d'alimentation aide aux activités de maintenance déclenchement d'alarmes en cas d'incident critique 1 200 $ • • • • • appareils de protection au sein des disjoncteurs basse tension surveillance de la qualité de l'alimentation charge et équilibrage des circuits d'alimentation gestion de l'énergie aide aux activités de maintenance déclenchement d'alarmes en cas d'incident critique 600 à 13 000 $*** Compteurs intégrés dans des onduleurs • • • Aide aux données d'ingénierie surveillance du PUE déclenchement d'alarmes en cas d'incident critique Compris dans le prix de l'onduleur Compteurs intégrés dans des PDU • • • • surveillance du PUE gestion de la capacité d'alimentation ventilation des coûts déclenchement d'alarmes en cas d'incident critique Compris dans le prix du PDU • mesure la plus précise de la « charge informatique » d'après Green Grid équilibrage de charge gestion de la capacité d'alimentation au niveau du rack 0,04 à 0,06 $/watt de surcoût par rapport aux PDU en rack de base Analyseur de qualité de l'alimentation Compteurs de puissance Tableau 2 Comparaison des applications et des coûts des instruments de mesure Coût installé par compteur* Applications Compteurs intégrés dans des relais numériques** Compteurs intégrés dans des systèmes de déclenchement électronique** Compteurs intégrés dans des PDU en rack • • • • • • 5 000 à 11 000 $*** 600 à 3 000 $ * D'après les tarifs type du marché des États-Unis, en supposant que le composant de mesure est commandé en même temps que le matériel de distribution d'alimentation et installé dans celui-ci ** Coût de l'ajout de la fonctionnalité de mesure aux appareils de protection *** Large plage tarifaire due aux différences de fonctionnalités des compteurs intégrés. Les compteurs à système de déclenchement d'entrée de gamme sont des compteurs de puissance de base tandis que les modèles haut de gamme sont des analyseurs de qualité de l'alimentation avec diagnostics sur les disjoncteurs Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 11 Types de compteurs électriques dans les datacenters Exemple de points de mesure dans un datacenter Figure 3 Exemple de datacenter infrastructure pour une ligne Ce paragraphe décrit trois exemples d'application afin de montrer à quel endroit implanter en général les instruments de mesure dans l'infrastructure. La figure 3 est un avant-projet d'architecture électrique destiné à montrer à quel endroit réaliser les prises de mesure. Installations MT Groupes électrogènes BT Dispositif de commutation MT Dispositif de commutation du groupe électrogène BT Transformateur MT A Transformateur MT B Dispositif de commutation principal BT B Dispositif de commutation principal BT A Distribution Onduleur Onduleur mécanique B mécanique A informatique A Onduleur Onduleur Distribution informatique B mécanique B mécanique B Dispositif de commutation informatique A OU Panneau A OU Canalisation PDU A électrique A Dispositif de commutation informatique B OU OU Canalisation électrique B PDU B Panneau B Rack informatique Exemple 1 : rapports de PUE Dans cet exemple, le système de mesure a simplement pour objet de générer des rapports de PUE de catégorie 1 selon la définition de The Green Grid, ce qui nécessite des données en kWh à l'entrée de l'alimentation secteur et à la sortie de l'onduleur. Si l'on suppose qu'il n'y a pas de mesure à l'entrée de l’alimentation secteur (uniquement des relais à fonction de protection), mais que les modules d'onduleurs disposent d'instruments de mesure intégrés, la stratégie illustrée par le tableau 3 peut être utilisée : Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 12 Types de compteurs électriques dans les datacenters Équipement d'alimentation Tableau 3 Exemple de création de rapports de PUE Type d'appareil Point de mesure Commentaires Commutateur BT Compteur de puissance Disjoncteur secteur général Le compteur se trouve généralement dans un boîtier mural. Des CT et des PT sont également nécessaires pour surveiller les circuits Onduleur informatique A Compteur intégré dans un onduleur Sortie de l'onduleur Utilisation des mesures intégrées Onduleur informatique B Utilisation des mesures intégrées Sortie de l'onduleur Utilisation des mesures intégrées Exemple 2 : charge et équilibrage de transformateurs Dans cet exemple, l'objet du système de mesure est de surveiller en temps réel la charge de l'alimentation et l'équilibrage triphasé des transformateurs moyenne tension (MT). Cette application nécessite le courant (ampères) par phase (Ia, Ib, Ic) pour la sortie des transformateurs MT. On trouvera l'illustration d'une stratégie de mesure pour une nouvelle construction (tableau 4) et d'une stratégie de mesure avec modernisation des équipements (tableau 5). Tableau 4 Exemple de charge et d'équilibrage de transformateurs pour une nouvelle construction Tableau 5 Exemple de charge et d'équilibrage de transformateur pour rééquipement Équipement d'alimentation Type d'appareil Point de mesure Commentaires Tableau de commutation principal BT A Compteur intégré dans un système de déclenchement Disjoncteur secteur général Le disjoncteur secteur général situé dans le tableau de commutation principal BT A est le point de mesure le plus économique Tableau de commutation principal MT B Compteur intégré dans un système de déclenchement Disjoncteur secteur général Le disjoncteur secteur général situé dans le tableau de commutation principal BT B est le point de mesure le plus économique Équipement d'alimentation Type d'appareil Point de mesure Commentaires Tableau de commutation principal BT A Compteur de puissance Disjoncteur secteur général Lorsque le module de déclenchement ne possède pas de fonction de mesure, ajouter un compteur, des CT, les installer dans l'armoire de mesure du tableau de commutation Tableau de commutation principal BT B Compteur de puissance Disjoncteur secteur général Lorsque le module de déclenchement ne possède pas de fonction de mesure, ajouter un compteur, des CT, les installer dans l'armoire de mesure du tableau de commutation Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 13 Types de compteurs électriques dans les datacenters Exemple 3 : ventilation des coûts auprès des utilisateurs informatiques Dans cet exemple, l'objet du système de mesure est de pouvoir facturer l'énergie aux consommateurs informatiques en fonction de leur consommation réelle et des pics d'utilisation des racks informatiques de chacun. Si l'on suppose qu'il s'agit d'une installation existante en colocation, que l'architecture de distribution de l'alimentation informatique utilise des bandeaux de prises périmétriques non équipés de compteurs et qu'il faut mesurer le chiffre d'affaires avec une précision de 1 %, la stratégie de mesure illustrée dans le tableau 6 peut être utilisée. Équipement d'alimentation Tableau 6 Type d'appareil Point de mesure Commentaires PDU côté A Compteurs de puissance (moniteurs de circuits de dérivation) Panneau de distribution Plusieurs moniteurs de circuits de dérivation peuvent être nécessaires en fonction du nombre de panneaux par PDU PDU côté B Compteurs de puissance (moniteurs de circuits de dérivation) Panneau de distribution Plusieurs moniteurs de circuits de dérivation peuvent être nécessaires en fonction du nombre de panneaux par PDU Exemple de ventilation des coûts auprès des consommateurs Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 14 Types de compteurs électriques dans les datacenters Conclusion Les systèmes de mesure aident à diagnostiquer et à limiter les problèmes d'alimentation, à améliorer la fiabilité des systèmes d'alimentation, à diminuer le montant des factures d'électricité et à augmenter le taux d'utilisation des équipements. En termes de gestion de l'énergie, les compteurs servent à déterminer des valeurs de base et à suivre les performances au fil du temps pour rendre lisible le retour sur investissement (ROI) des projets d'efficacité des datacenters. L'ampleur des activités de mesure dépendra des objectifs du système de mesure et de l'évaluation de l'infrastructure physique. Les compteurs intégrés dans des instruments tels que des appareils de protection, des onduleurs ou des bandeaux de prises sont économiques et doivent être mis en place chaque fois que possible, mais toujours dans le cadre des objectifs du système de mesure. À propos des auteurs David Kidd est le directeur marketing des Solutions d'alimentation des datacenters chez Schneider Electric. Il joue un rôle clé dans la définition et la création de l'application StruxureWare for Data Centers Power Monitoring, un des composants de la suite logicielle Schneider Electric DCIM. Il travaille depuis 12 ans dans le secteur de la gestion de l'alimentation et de l'énergie et a occupé divers postes dans le domaine de l'ingénierie des applications, des ventes, du développement de l'activité et du marketing. Wendy Torell est analyste de recherche senior au sein du Data Center Science Center de Schneider Electric. À ce poste, elle étudie les meilleures pratiques en matière de conception et d'exploitation des datacenters, publie des livres et des articles et développe des outils TradeOff Tools pour aider les clients à optimiser la disponibilité, l'efficacité et le coût de leur environnement de datacenter. Elle interroge également les clients sur leurs methods techniques en termes de disponibilité et sur leurs pratiques de conception afin de les aider à atteindre les objectifs de performances de leurs datacenters. Elle est diplômée en génie mécanique du l'Union College de Schenectady, dans l'État de New York, et possède un MBA de l’Université de Rhode Island. Wendy est ingénieur en fiabilité, certifiée par l'ASQ. Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 15 Types de compteurs électriques dans les datacenters Ressources Cliquez sur l'icône pour accéder aux ressources Affectation des coûts énergétiques et des émissions de CO2 aux utilisateurs informatiques Livre blanc 154 Calcul de l'efficacité électrique des datacenters Livre blanc 113 Recommandations pour la mesure de l'efficacité globale des datacenters et et la création de rapports Version 2 - Mesure du PUE des datacenters (mai 2011) Livre blanc 22 Consultez tous les livres blancs whitepapers.apc.com Calculateur du rendement énergétique TradeOff Tool 6 Consultez tous les outils TradeOff Tools™ tools.apc.com Contactez-nous Pour des commentaires sur le contenu de ce livre blanc: Datacenter Science Center [email protected] Si vous êtes client et que vous avez des questions relatives à votre projet de datacenter: Contactez votre représentant Schneider Electric www.apc.com/support/contact/index.cfm Schneider Electric – Datacenter Science Center Livre Blanc 172 Rév 0 16
