Arc Flash Considerations for Data Center IT Space
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Ces dernières années, les connaissances sur les risques dus aux arcs électriques et la sensibilisation à ce phénomène se sont développées, en grande partie, en raison du nombre de blessés et de décès liés à ces phénomènes. Les enquêtes sur ces accidents ont entraîné la mise à jour des normes et un renforcement de l'application de la réglementation. L'environnement du datacenter fait notamment l'objet d'une surveillance poussée du fait du besoin fréquent d'ajouter de nouveaux circuits de branchement améliorés, sans interruption de charge critiques. Dans certains cas, ce travail sur les circuits sous tension, parfois appelé « travail à chaud », a entraîné des contraventions pour les propriétaires de datacenters. Un exemple de ce type de travail est l'utilisation de systèmes de bus, dans lesquels on insère ou retire des unités enfichables d'un bus sous tension, ce qui constitue un risque potentiel pour les travailleurs du datacenter. Par ailleurs, cet intérêt croissant confère encore plus de valeur aux systèmes électriques maintenables de façon concurrente. Trois tendances informatiques ont augmenté la gravité d'un éventuel arc électrique dans l'espace informatique : les capacités plus importantes des datacenters, les densités de racks plus élevées et les conceptions à efficacité plus élevée. Ce document présente ces trois tendances dans le contexte de l'impact qu'ils ont sur les arcs électriques à l'intérieur de l'espace informatique du datacenter 1. Ce livre blanc explique aux professionnels du datacenter ce qu'est un arc électrique, les zones potentiellement problématiques dans l'espace informatique et la conformité aux réglementations. Vous trouverez dans ce document des réponses aux questions du style : « qu'est-ce que le courant de défaut typique dans un circuit de 20 A » ? Un arc électrique est-il différent d'une électrocution ? Mon employeur est-il responsable si un sous-traitant réalise un travail à chaud dans un datacenter ? L'enfichage d'une unité de distribution d'alimentation de rack est-il considéré comme un travail à chaud ? « FingersafeTM » signifie-t-il que je peux ajouter un circuit à un bus sous tension ? Dois-je procéder à une évaluation des risques d'arc électrique ? Pour plus d'informations sur les arcs électriques d'une manière générale, Schneider Electric a publié plusieurs documents et podcasts 2 sur différents problèmes, tels que les approches de contrôle des arcs électriques. Le terme « arc électrique » désigne ce qui se produit quand un courant de court-circuit électrique circule dans l'air. Le défaut (terme courant pour désigner le court -circuit) se produit généralement entre un conducteur sous tension (par ex. un câble, un bus) et un ou plusieurs autres conducteurs sous tension ou un métal mis à la terre. Souvent, un défaut monophasé évolue rapidement en défaut triphasé. Dans un arc électrique, le courant voyage littéralement à travers l'air d'un point à l'autre, libérant une grande quantité d'énergie, appelée énergie incidente 3, en moins d'une seconde. Cette énergie est libérée sous forme de chaleur, de son, de lumière et de pression explosive, tous ces éléments étant susceptibles de provoquer des dommages. Parmi les blessures spécifiques possibles, on constate les brûlures, la cécité, l'électrocution, la perte auditive et les fractures. Il est important de faire la Selon la norme NFPA 70E 2015, un risque d'électrocution est différent d'un risque d'arc électrique. Un risque d'électrocution est associé à la « libération possible d'énergie provoquée par des conducteurs électriques ou des parties de circuits sous tension, ou par le fait de s'en approcher », ce qui entraîne alors une électrocution. Un risque d'arc électrique est associé à la « libération possible d'énergie provoquée par un arc électrique ». Un arc électrique n'entraîne pas forcément une électrocution. 1 L'espace informatique, dans le présent document, comprend les zones d'exploitation informatique du datacenter généralement occupées par le personnel informatique, y compris le centre d'exploitation du réseau (NOC), les locaux techniques, les salles d'interconnexion, etc. 2 Arc Flash Mitigation (limitation des arcs électriques), Antony Parsons, juillet 2013 (dernier accès le 16/10/2014) A comparison of arc-flash incident energy reduction techniques using low-voltage power circuit breakers (comparaison des techniques de réduction de l'énergie incidente due à des arcs électriques au moyen de disjoncteurs basse tension), oct. 2011 Short-circuit, Coordination and Arc-flash Studies for Data Centers: Best Practices and Pitfalls (études sur les courts-circuits, la coordination et les arcs électriques pour les datacenters : meilleures pratiques et écueils), oct. 2011 http://www.schneider-electric.us/sites/us/en/customers/consulting-engineer/podcasts.page 3 Selon la norme NFPA 70E (2015), l'énergie incidente est « la quantité d'énergie thermique appliquée sur une surface, à une certaine distance de la source, générée pendant un arc électrique ». distinction entre le risque d'arc électrique et le risque d'électrocution (voir encart dans la marge). Plusieurs facteurs déterminent la quantité d'énergie incidente (mesurée en calories/cm²), mais les deux principaux sont contrôlés par la conception électrique du datacenter ; le courant de défaut disponible et la durée de l'arc 4: Le courant de défaut disponible, mesuré en kiloampères (kA), est la quantité maximal e de courant disponible (à l'emplacement du défaut) pour « alimenter » un défaut et dépend de la conception du système électrique. La durée de l'arc, mesurée en millisecondes (ms), est la quantité de temps qu'il faut à un fusible ou un disjoncteur pour s'ouvrir et régler un défaut. Dans les équipements électriques et dans des conditions normales, des isolants séparent les pièces sous tension des autres surfaces conductrices et l'écartement entre les pièces sous tension est suffisamment important pour éviter la formation d'arcs. Pour qu'un arc électrique se produise, il doit y avoir dégradation de l'isolant (air ou autre) entre la phase et la phase ou la terre, comme : Des équipements mal installés ou mal spécifiés Une présence de corrosion autour des isolants et/ou des conducteurs Un isolant fissuré ou détérioré Une contamination conductrice qui s'accumule sur les conducteurs ou les isolants Des corps étrangers tels que des rongeurs et des insectes Un contact résultant d'une erreur humaine (par ex. chute d 'un tournevis sur les conducteurs) Une fois l'arc amorcé, il déclenche une réaction en chaîne qui s'auto -alimente. L'énergie thermique de l'arc provoque la vaporisation des pièces métalliques, ce qui ionise l'air et forme un nuage de plasma conducteur. Ce plasma fait à son tour diminuer la résistance entre les pièces conductrices, ce qui provoque une augmentation du courant, et donc l'augmentation de l'énergie thermique, des températures plus élevées et, au final, plus de dommages pour les équipements et de dangers pour le personnel à proximité. En présence de suffisamment d'énergie, une onde de pression, appelée arc électrique, se développe avec une force telle qu'elle peut projeter le personnel en arrière et le blesser, voire le tuer. Il y a dix ans, la sensibilisation aux arcs électriques était moins développée ; notamment dans les datacenters, domaine dans lequel des contraventions ont été imposées aux employeurs qui réalisent des travaux sur des équipements sous tension (c.-à-d. du travail à chaud). Non seulement le travail sur des équipements électriques sous tension augmente le risque d'arc électrique, mais les tendances informatiques suivantes augmentent l'énergie incidente potentielle d'un arc électrique dans l'espace informatique : Datacenters de plus grande capacité Densités de racks plus importantes Conceptions à efficacité plus élevée 4 Plus le courant de défaut augmente, plus les disjoncteurs et les fusibles s'ouvrent vite. Une trop forte réduction du courant de défaut peut en fait provoquer une augmentation de l'énergie incidente dans la mesure où le disjoncteur ou le fusible mettent plus de temps à s'ouvrir. Au cours de ces dernières années, on a construit de plus en plus de datacenters capables de prendre en charge plus de 1 000 kW de charge informatique. Cela signifie que les raccordements aux services publics de ces datacenters haute capacité peuvent générer plus de 50 kA de courant de défaut côté basse tension du transformateur moyenne tension. En comparaison, un datacenter de 500 kW générera moins de la moitié de ce courant de défaut. Notez que le courant de défaut disponible, à lui seul, ne définit pas la quantité d'énergie incidente, mais toutes choses égales par ailleurs, l'énergie incidente augmente. Ainsi, la tendance à l'augmentation de la capacité des datacenters et des salles individuelles dans les grands datacenters entraîne une augmentation du courant de défaut présent dans la salle du datacenter. Les densités moyennes des racks ont lentement augmenté au fil des ans, pour atteindre plus de 4-5 kW/rack. Cela signifie que les valeurs nominales des calibres de câbles et de courant de circuit ont augmenté, ces deux phénomènes pouvant entraîner un courant de défaut au niveau du rack supérieur à celui dans les datacenters de plus faible densité. Les courants de défaut disponibles dans un rack haute densité peuvent être jusqu'à 10 fois supérieurs au courant de défaut qui était présent dans les premiers datacenters. Ainsi, la tendance à l'augmentation de la densité des racks provoque une augmentation du courant de défaut dans le rack informatique. Dans le but d'augmenter l'indicateur d'efficacité énergétique (PUE) du datacenter, les architectures électriques sont désormais conçues pour diminuer les pertes dues aux transformateurs et aux onduleurs. Les transformateurs, outre leurs fonctions de conversion de tension et d'isolation, assurent une impédance résistive et inductive dans le trajet de courant, ce qui limite le courant de défaut. Cependant, les transformateurs représentent l'une des plus importantes pertes dans le train électrique, parfois même plus que dans les onduleurs. Dans un effort pour réduire ces pertes, les conceptions de datacenter ont désormais recours à des transformateurs moins nombreux mais plus grands, qui réduisent les pertes mais augmentent le courant de défaut disponible dans les racks informatiques. Dans certains cas, l'impédance (c.-à-d. la résistance dans les circuits CA) au niveau de ces plus grands transformateurs est également plus faible que sur les plus petits transformateurs, mais elle peut être spécifiée avec des valeurs supérieures pour faire diminuer le courant de défaut. Ainsi, la tendance vers des conceptions à efficacité élevée a effectivement pour effet d'augmenter le courant de défaut disponible dans la salle du datacenter. Il existe sept sources principales de risque d'arc électrique à l'intérieur de l'espace informatique du datacenter : les tableaux, les onduleurs, les unités de distribution de l'alimentation (PDU), les bus, les panneaux d'alimentation externe (RPP), les tableaux de distribution et les bandes de puissance des racks (c.-à-d. les unités de distribution de l'alimentation du rack)5. Si les conducteurs sous tension dans l'espace informatique représentent, sans aucun doute, une source d'arc électrique, ils sont rarement le point auquel un arc électrique se déclenche, dans la mesure où ces conducteurs sont bien isolés. Les équipements mécaniques tels que les unités de refroidissement sont aussi une source potentielle d'arc électrique, mais constituent généralement un risque moindre que les sources électriques énumérées ci-après6. Notez que ces sept sources sont énumérées dans l'ordre du courant de défaut disponible. En général, plus on descend en aval vers l'appareil informatique dans une architecture électrique, plus le courant 5 Pour plus d'informations sur ces composants, voir le Livre blanc 61, Electrical Distribution Equipment in Data Center Environments (équipement de distribution électrique dans les environnements de datacenter) 6 Les unités de refroidissement sont presque toujours mises hors tension pour les interventions sur les pièces électriques de plus de 50 V. de défaut disponible est faible. Au fur et à mesure que le réseau électrique se divise en plus de trajets, les conducteurs ont tendance à être plus petits, ce qui augmente leur résistance et limite le courant de défaut disponible. Tableaux Les tableaux contiennent les disjoncteurs qui distribuent l'alimentation aux unités de distribution de l'alimentation, aux onduleurs ou aux autres grands équipements électriques de l'espace informatique. En général, les tableaux que l'on trouve dans l'espace informatique ont le plus haut courant de défaut disponible, généralement compris entre 35 et 45 kA pour les datacenters de plus de 500 kW. Les disjoncteurs qui se trouvent dans le tableau possèdent les valeurs de courant les plus élevées de l'espace informatique. L'ouverture, la fermeture ou la réinitialisation d'un disjoncteur dans un tableau ne doivent être réalisées que par des travailleurs qualifiés et jamais par le personnel informatique. Onduleurs On installe parfois des onduleurs dans l'espace informatique des datacenters, not amment dans les datacenters de moins de 1 000 kW, mais dans les plus grands datacenters ils se trouvent généralement dans une salle électrique à part. En cas de défaut en aval de l'onduleur, l'onduleur commute généralement en dérivation, ce qui produit un e très faible impédance pour la circulation du courant de défaut. Les onduleurs ont donc à peu près le même courant de défaut que les tableaux qui les alimentent. L'actionnement des disjoncteurs ou des interrupteurs statiques sur les grands onduleurs tri phasés ne doit être réalisé que par des travailleurs qualifiés et jamais par le personnel informatique . Unités de distribution d'alimentation (PDU) Une unité de distribution d'alimentation contient parfois un transformateur d'isolation, mais contient toujours plusieurs tableaux de distribution qui distribuent les circuits de dérivation à chaque rack. Dans certains cas, le transformateur peut avoir la même tension d'entrée et de sortie, mais en Amérique du Nord, il abaisse généralement la tension de 480 V à 120/208 V ou 240/415 V. Les transformateurs d'isolation fournissent une excellente source d'impédance au courant de défaut mais, selon la tension d'entrée et de sortie, le courant de défaut peut diminuer ou augmenter. Le Tableau 1 propose quatre exemples de courant de défaut (kA) obtenu du côté secondaire d'un transformateur pour 40 kA de courant de défaut disponible en entrée. 225 480 120/208 11 9 225 480 240/415 6 5 1 000 480 120/208 35 31 1 000 480 240/415 17 15 Si un disjoncteur de dérivation d'une unité de distribution d'alimentation s'ouvre pour cause de surcharge, il est généralement accepté qu'une personne non qualifiée, telle qu'un administrateur informatique, puisse le réinitialiser. Toutefois, si un disjoncteur s'ouvre pour cause de défaut ou de cause inconnue, un travailleur qualifié doit tout d'abord déterminer la raison pour laquelle le disjoncteur s'est déclenché avant de le fermer, de le réinitialiser ou de le remplacer. En présence d'un défaut, la fermeture du disjoncteur sans avoir résolu le défaut peut provoquer des dommages, voire un arc électrique. 7 Voir Livre blanc 128, Switching to 240V AC Distribution in North American Data Centers (commutation en alimentation CA 240 V dans les datacenters d'Amérique du Nord) « Fingersafe » fait référence à l'un des nombreux indices de protection (IP) décrits dans la norme CEI 60529, « Degrés de protection procurés par les enveloppes ». Quand une enveloppe électrique est « Fingersafe » (protégée contre le contact des doigts), elle doit être conforme au degré de protection IP2X spécifié dans la norme. Cela signifie que si un doigt de 80 mm de long et 12 mm de diamètre était amené à pénétrer dans l'enveloppe, il resterait suffisamment éloigné des pièces dangereuses. Cela signifie aussi qu'une sonde de 12,5 mm de diamètre ne peut pas pénétrer entièrement à l'intérieur de l'enveloppe. Selon la norme NFPA 70E 2015, « exposé (dans le cas des conducteurs électriques ou des pièces de circuit sous tension) » se définit par « capable d'être touché par inadvertance ou approché plus près qu'une distance sûre par une personne. Ce terme s'applique aux conducteurs électriques ou pièces de circuit qui ne sont pas protégées ou isolées ». En fonction de ces définitions, il est clair que « Fingersafe » n'assure aucun niveau de protection, notamment contre les électrocutions. Il n'existe cependant actuellement aucune interprétation disponible auprès de la NFPA quant au fait que « Fingersafe » signifie « convenablement protégé » ou assure une protection contre les risques d'arc électrique. Si « Fingersafe » n'est pas considéré comme « convenablement protégé » d'un contact avec des outils, il est donc, par définition, considéré comme « exposé » aux pièces sous tension. Bus Les bus, qui sont généralement composés de quatre à cinq jeux de barres (trois phases, terre et parfois neutre), peuvent être installés suspendus au-dessus des racks informatiques (et parfois sous les sols surélevés) et peuvent être utilisés à la place de tableaux de distribution pour distribuer l'électricité aux racks. Les bus utilisent des prises électriques enfichables dotées de leurs propres disjoncteurs intégrés pour distribuer l'électricité directement à chaque rack. Dans la mesure où un bus remplace plusieurs longueurs de câble de petite taille (chacune étant d'impédance relativement élevée) par trois grands jeux de barres uniques, il a peu d'impédance pour ce qui concerne le courant de défaut. Par conséquent, les bus peuvent avoir pratiquement le même courant de défaut à proximité de la charge, que les panneaux de puissance qui les alimentent. Par conséquent, un courant de défaut élevé est présent à proximité immédiate du rack, généralement au -dessus. Selon une croyance répandue, les prises électriques des systèmes de bus exposés sont « échangeables à chaud », mais ce n'est en fait pas le cas si l'on en croit certaines réglementations sur la santé et la sécurité. Dans certains pays tels que le Canada et les États-Unis, le branchement d'une prise électrique dans un bus sous tension est considéré comme du travail sur « des pièces électriques sous tension exposées ». Ainsi, aux États-Unis, si un employeur expose ses employés à ce risque identifié, 8 il s'agit d'une violation des réglementations OSHA. La section « Sécurité en matière d'arcs électriques » en traite. Ce n'est pas parce qu'un système électrique ne nécessite aucun outil que l'utilisateur est protégé contre tous les risques électriques (voir encart dans la marge). Les directives qui doivent être observées par le personnel informatique lorsqu'il réinitialise un disjoncteur de dérivation sur une unité enfichable sont identiques à celles pour une unité de distribution d'alimentation. Panneaux d'alimentation externe (RPP) Un panneau d'alimentation externe a parfois le même facteur de forme qu'un rack informatique et contient plusieurs disjoncteurs qui distribuent les ci rcuits de dérivation vers chaque rack. Contrairement à une unité de distribution d'alimentation, un RPP ne contient pas de transformateur, si bien que seul le câblage vers et depuis l'intérieur d'un RPP entrave la circulation du courant de défaut. Les petits RPP (par ex. d'une capacité de 100 kW) produisent plus d'impédance que les grands (par ex. d'une capacité de 400 kW), dans la mesure où les câbles d'entrée sont plus petits. Certains RPP sont dotés de modules disjoncteurs qui s'enfichent dans les e mplacements ouverts. À l'instar des bus, l'enfichage de ces modules disjoncteurs dans des unités RPP sous tension, avec des pièces électriques exposées, peut ne pas être autorisé et peut nécessiter la mise hors tension du RPP avant l'ajout de nouveaux circuits. Même en cas de déclenchement (par ex. ouverture du circuit) d'un disjoncteur de dérivation, le personnel informatique doit faire appel à un travailleur qualifié pour rechercher la raison du déclenchement du disjoncteur, avant d'ouvrir la porte du tableau et de le réinitialiser. Il peut y avoir un défaut à un endroit dans le rack ou de l'équipement informatique qui peut entraîner un risque injustifié en cas de remise sous tension. Plusieurs raisons peuvent provoquer le déclenchement d'un disjoncteur de dérivation, notamment la surcharge d'un circuit 9 qui nécessiterait un délestage avant la réinitialisation du disjoncteur. 8 Occupational Safety and Health Administration (OSHA, administration américaine de la sécurité et de la santé au travail) 9 Les circuits peuvent être marginalement surchargés, si bien qu'ils sont bien réinitialisés, mais ils se déclencheront à nouveau à un moment imprévisible dans le futur. C'est l'une des raisons essentielles pour lesquelles une réinitialisation réussie ne peut pas être utilisée comme preuve de fonctionnement fiable et pour lesquelles un travailleur qualifié doit étudier le problème. Tableaux de distribution Les tableaux de distribution sont en fait des RPP sans enveloppe, dans la mesure où ils sont généralement montés contre un mur ou des armatures en acier et qu'ils ne sont accessibles que depuis l'avant. Les tableaux de distribution distribuent les circuits de dérivation vers chaque rack. Les directives qui doivent être observées par le personnel informatique lorsqu'il réinitialise un disjoncteur de dérivation sur un tableau de distribution sont identiques à celles pour une unité de distribution d'alimentation. Unités de distribution d'alimentation des racks Les unités de distribution d'alimentation des racks, également appelées « bandes de puissance des racks », s'installent dans les racks informatiques et sont alimentées par le connecteur homologue de l'unité de distribution d'alimentation, du panneau d'alimentation externe ou du tableau de distribution en amont. Le courant de défaut disponible au niveau des prises de sortie des unités de distribution d'alimentation des racks ont tendance à être les composants de distribution d'alimentation les plus bas, dans la mesure où il s'agit du dernier composant de la « chaîne énergétique » et qu'ils sont alimentés par des câbles de petit diamètre qui réduisent le courant de défaut. Le courant de défaut à l'entrée des unités de distribution d'alimentation des racks doit être limité à 10 kA parce qu'il s'agit de la valeur nominale typique pour la plupart des fiches (fiche du connecteur d'entrée). Notez que certains fournisseurs d'unités de distribution d'alimentation de racks recherchent des valeurs nominales élevées de courant de défaut (c.-à-d. 50 kA). Ce n'est pas logique dans la mesure où la fiche est généralement conçue pour 10 kA et que le système ne doit jamais pouvoir fournir plus que cette valeur au point d'utilisation, pour des questions de sécurité. Ce sujet des valeurs nominales de kA excessives au point d'utilisation de l'équipement sera abordé plus tard, dans la section suivante. Il est recommandé de concevoir un système électrique de datacenter dans lequel il n'y a pas plus de 10 kA disponibles à l'entrée de l'unité de distribution d'alimentation du rack. Selon l'architecture électrique, l'augmentation de la longueur du câblage d u circuit de dérivation ou la diminution de la valeur nominale en kW de l'unité de distribution d'alimentation du rack, voire les deux, peuvent se révéler nécessaires pour limiter le courant de défaut à 10 kA au niveau de l'entrée de l'unité de distribution d'alimentation du rack. Il suffit de quelques mètres de câbles de plus petit diamètre (impédance plus élevée) pour réduire significativement le courant de défaut. Notez que c'est plus délicat avec les systèmes de bus dans la mesure où ils sont conçus pour réduire les longueurs des circuits de dérivation. Le Tableau 2 illustre la relation entre le courant de défaut à l'entrée de l'unité de distribution d'alimentation du rack, la capacité de l'unité de distribution d'alimentation du rack et la longueur du circuit de dérivation. Les valeurs en kA sont estimées en fonction d'un courant de défaut fixe de 30 kA à l'entrée du panneau d'alimentation externe. Un courant de défaut supérieur ou inférieur à 30 kA a un effet correspondant sur le courant de défaut disponible à l'entrée de l'unité de distribution d'alimentation du rack. Le Tableau 2 suggère que les unités de distribution d'alimentation des racks de 120 V de 11 kW ou plus de capacité doivent être conçues pour une valeur nominale d'au moins 10 kA. Les unités de distribution d'alimentation pour les racks de 230 V ou 240 V dont les capacités sont supérieures à 17 kW doivent, en revanche, être conçues pour au moins 10 kA. Notez que les valeurs de kA pour 230 V sont très semblables à celles des systèmes 240 V utilisés en Amérique du Nord. Même une longueur relativement courte d'un câble de circuit de dérivation de petit diamètre peut faire diminuer considérablement le courant de défaut. Cependant, si l'on a besoin d'un circuit 60 A triphasé mais que le courant de défaut est trop élevé, il pourra être nécessaire d'installer un circuit de dérivation d'environ 8 mètres de long ou d'alimenter le rack avec trois circuits de 20 A pour limiter le courant de défaut au niveau de l'unité de distribution d'alimentation du rack, à 10 kA ou moins. Le courant de défaut disponible pour une unité de distribution d'alimentation de rack monophasée est bien inférieur puisque les défauts phase-phase sont éliminés. Une valeur nominale de 5 kA pour une unité de distribution d'alimentation de rack monophasée est donc généralement acceptable. Une évaluation des risques d'arc électrique apportera, dans tous les cas, les informations nécessaires pour valider le choix des unités de distribution d'alimentation des racks. N'importe qui peut brancher ou débrancher un connecteur d'entrée d'une unité de distribution d'alimentation de rack dans son connecteur d'alimentation homologue ; cependant, toutes les charges de l'unité de distribution d'alimentation du rack doivent au préalable avoir été mises hors tension. La mise hors tension des charges empêche la production d'arcs électriques entre les connecteurs homologues, qui pourrait endommager les connecteurs ou provoquer des blessures. 2,08 14 16 20 A 5,76 6 3 2 3.31 12 24 30 A 8,64 8 5 3 5,26 10 32 40 A 11,52 11 7 4 8,36 8 40 50 A 14,40 14 10 6 13,3 6 48 60 A 17,28 17 13 8 1,5 16 16 11,04 9 6 3 2,5 25 25 17,25 12 8 5 4,0 32 32 22,08 16 11 7 6,0 40 40 27,60 19 14 9 10,0 63 63 43,47 22 18 13 La valeur de courant de court-circuit (SCCR, en anglais) est le courant de court-circuit maximal autorisé auquel l'équipement peut résister, thermiquement et électrodynamiquement, sans subir de dommage, pendant une période de temps donnée. La valeur de courant de court-circuit est également appelée tenue au courant de court-circuit et se mesure en kiloampères (kA). La valeur nominale SCCR se définit par des procédures d'essai mises au point par différents organismes de normalisation. Cela est important dans la mesure où certains fournisseurs proposent des produits avec des valeurs SCCR extrêmement élevées, de l'ordre de 50 kA pour les équipements placés à l'intérieur de l'espace informatique, tels que les unités de distribution d'alimentation de rack et les centrales de traitement de l'air des salles informatiques (CRAH). Si ce courant de défaut était effectivement disponible au niveau de l'unité de distribution d'alimentation du rack, cela signifierait que le courant de défaut disponible en amont de l'équip ement serait d'environ 6070 kA. Cette quantité de courant de défaut est peu probable et sera rarement présente dans un espace informatique conçu avec comme préoccupation majeure la sécurité. Il n'existe donc aucune raison de spécifier des nombres de kA si élevés pour le moindre équipement à l'intérieur de l'espace informatique. 10 Les valeurs de courant (A) du Tableau 1 ont été déclassées par le National Electric Code (code national américain de l'électricité) pour une charge continue. De plus, les fournisseurs atteignent des nombres de kA et des prix de vente aussi élevés en installant des fusibles d'entrée à coût relativement faible qui s'ouvrent rapidement e n cas de courant de défaut élevé. Cela implique un point unique de défaillance supplémentaire, des coûts supplémentaires, des frais pour stocker les fusibles de rechange et des temps d'arrêt supplémentaires pour leur remplacement. Certaines unités de refroidissement peuvent coûter plus de 1 000 USD de plus avec une option de valeur de courant de court-circuit (SCCR) élevée. Les approches abordées dans ce document sont bien plus efficaces que la spécification de valeurs SCCR très élevées pour les équipements à l'intérieur de l'espace informatique. Est-ce que tout ceci implique que le courant de défaut doit être minimisé dans toutes les zones du datacenter ? La réponse est « non ». Si un disjoncteur devait se déclencher et s'ouvrir en 20 ms quel que soit le courant de défaut, alors il est facile de conclure que la réduction du courant de défaut entraînerait une énergie incidente inférieure. Toutefois, plus le courant de défaut augmente, plus les disjoncteurs et les fusibles s'ouvrent vite. Ils ont des courbes temps-courant qui précisent leur délai de réaction en fonction de différents courants de défaut. Une réduction trop importante du courant de défaut peut en fait provoquer une augmentation de l'énergie incidente dans la mesure où le disjoncteur ou le fusible prend plus de temps à s'ouvrir et que l'énergie incidente est fonction du temps . Les fusibles sont plus enclins à ce phénomène dans la mesure où les paramètres de déclenchement des disjoncteurs peuvent être ajustés pour s'ouvrir plus vite ou p lus lentement, pour différents courants de défaut et qu'il est impossible d'ajuster les fusibles. Il existe quatre groupes principaux de normes au Canada, aux États -Unis et dans les principales régions du monde, y compris la Chine et l'Europe, pour ce qui concerne la sécurité en matière d'arc électrique. Bien que l'on note quelques différences régionales parfois à l'intérieur d'un même pays, toutes les normes, présentées dans le Tableau 3, affirment ou décrivent, essentiellement : 1. que l'employeur est responsable de la protection des employés ou sous -traitants qui réalisent des travaux sur des équipements électriques dans leurs installations (par ex. OSHA 29) 2. comment installer les systèmes électriques conformément au code (par ex. CEI 60364) 3. les pratiques, les formations et les équipements de protection individuelle 11 nécessaires pour protéger les travailleurs contre les arcs électriques (par ex. CSA Z462) 4. comment quantifier les niveaux de risques d'arc électrique (par ex. IEEE1584) Notez que dans de nombreuses régions du monde, les normes applicables aux arcs électriques sont tout juste en cours de rédaction sous la forme de nouvelles normes ou de parties de normes existantes. Quand il n'existe localement aucune norme, les employeurs doivent se renseigner auprès des autorités compétentes pour utiliser d'autres normes reconnues. 11 Les équipements de protection individuelle sont des équipements tels que des gants, des lunettes de sécurité, des combinaisons, etc. portés par les travailleurs pour minimiser le risque de blessures et de maladies. Varie dans la mesure où la santé et la sécurité sont réglementées par juridiction GB16895 Electrical Installations of Buildings (installation électrique dans les bâtiments) Varie dans la mesure où la santé et la sécurité sont réglementées par chaque pays européen OSHA 29 Code of Federal Regulations (CFR, code des règlements fédéraux aux États-Unis) Partie 1910 Souspartie S et 1926 Code canadien de l'électricité Partie I (CCE) GB 16895 Electrical Installations for Buildings (installation électrique dans les bâtiments) CEI 60364 Electrical Installations for Buildings (installation électrique dans les bâtiments) NFPA 70 National Electrical Code (code national américain électrique) et certains codes locaux CSA Z462 Workplace Electrical Safety Standard (norme canadienne sécurité en matière d'électricité au travail) Le Guide du programme de sécurité électrique, Seconde édition Norme européenne EN 50110-2013 Exploitation des installations électriques NFPA 70E-2015 Norme pour la sécurité électrique au travail Norme IEEE 1584-2002 Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations (guide pour la réalisation des calculs de risques relatifs aux arcs électriques) Un principe clé de certaines normes de sécurité en matière d'arcs électriques est que c'est le propriétaire qui a la responsabilité de fournir ou de mettre à disposition les équipements de protection individuelle pour les employés (et, dans certains cas, les sous-traitants) qui « travaillent »12 sur des équipements électriques dans leurs installations. Le travailleur est responsable de l'utilisation de ces équipements de protection individuelle. Le non-respect de ces réglementations peut donner lieu à des amendes et/ou à des poursuites judiciaires. Parmi les responsabilités, on note, sans toutefois s'y limiter : la connaissance des niveaux d'énergie incidente aux différents points du système électrique, la formation, les permis de travail, les programmes de sécurité et la documentation des dangers grâce à l'utilisation des étiquettes d'informations sur les arcs électriques apposées sur les équipements électriques (voir encart dans la marge). Les détails exacts de ces exigences ne sont pas abordés dans ce document et diffèrent selon les régions. Au final, le plus sûr est de placer les équipements électriques dans un état hors tension (c.-à-d. absence de tension, protection des sources, etc.) avant de procéder à des travaux dessus13. En fait, les réglementations de santé et de sécurité interdisent généralement, ou tout au moins découragent, les travaux sur des pièces électriques sous tension. Ainsi, la norme OSHA (ÉtatsUnis) classe les travaux selon deux normes : General Industry Standard (1910.333, norme générale de l'industrie) et Construction Standard (1926.416, norme de la construction). Si les travaux que vous réalisez dans un datacenter sont considérés comme de la maintenance, ils relèvent de la General Industry Standard, qui ne prévoit que trois exceptions aux travaux sur les pièces électriques sous tension exposées. Si les travaux sont considérés comme de nouveaux travaux, tels que l'ajout d'un circuit, ils relèvent de la Construction Standard, ce qui empêche d'intervenir sur des pièces exposées sous tension sans exception14. Cela signifie qu'aux ÉtatsUnis, si les employeurs autorisent des travailleurs à ajouter des circuits à des pièces électriques sous tension exposées telles que des tableaux, des unités de distribution d'alimentation, des bus, des panneaux d'alimentation externes, etc., il s'agit d'une violation des réglementations OSHA. 12 Le terme « travail/travaux/travailler » comprend l'examen, l'inspection, le réglage, l'entretien ou la maintenance des équipements tels que décrits dans le Code national américain de l'électricité (NEC) 2014, Article 110.16, Avertissement sur les risques d'arc électrique 13 Une conception de système d'alimentation « maintenable de façon concurrente » rend possible cette pratique tout en conservant des alimentations redondantes pour les équipements critiques. 14 https://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=interpretations&p_id=21569 De plus, dans la plupart voire dans la totalité des pays, seules les personnes qualifiées sont autorisées à « travailler » sur des équipements électriques. Ainsi, aux États-Unis, la norme NFPA 70E édition 2015 (Article 100), définit une personne qualifiée comme « une personne qui a démontré les compétences et les connaissances relatives à la construction et à l'exploitation des équipements et des installations électriques et qui a reçu une formation à la sécurité pour identifier et éviter les dangers connexes ». Le personnel informatique est rarement considéré comme « qualifié » pour travailler sur des équipements électriques qui l'exposent 15 à des pièces électriques potentiellement sous tension. Êtes-vous, par exemple, exposé à des pièces sous tension quand vous insérez une unité enfichable dans un bus sous tension ? La réponse, selon les réglementations locales en vigueur, peut être « oui », et si un employé est cité, cela entraîne généralement une amende par incident. Le remplacement d'une bande de puissance de rack (à fiche) n'est pas considéré comme un travail sur des pièces électriques sous tension exposées. Ce livre blanc recommande que tout le personnel informatique demande l'aide d'une « personne qualifiée » à chaque fois qu'il y a besoin d'ouvrir les capots des tableaux, des unités de distribution d'alimentation, des bus, des panneaux d'alimentation externes ou des tableaux de distribution. De plus, il est recommandé de procéder à une évaluation des risques d'arcs électriques pour les datacenters existants. Ces évaluations examinent les pratiques de travail en vigueur, déterminent les risques d'arc électriqu e présents dans le système électrique, suggèrent où il peut être judicieux d'apposer des étiquettes avertissant des risques et proposent un plan général pour mettre le datacenter en conformité avec les codes et réglementations locaux. Il est souvent plus facile de faire appel à des experts que de faire des recherches dans les codes et les réglementations et interpréter les mesures à prendre. Il faudra aussi procéder à une évaluation à chaque changement majeur apporté au système électrique, dans la mesure où cela peut considérablement modifier la quantité de courant de défaut à un point particulier. Ainsi, si l'entreprise de service public remplace un transformateur qui alimente le datacenter, le changement du courant de défaut peut imposer des changements des principaux équipements électriques. La méthode la meilleure et la plus sûre pour se protéger contre les blessures dues à des arcs électriques est de travailler sur des équipements hors tension après avoir verrouillé et étiqueté les disjoncteurs. On parle de procédure LOTO (lock out tag out, verrouillage et étiquetage). Toutefois, même dans ce cas, la mise hors tension des équipements peut être considérée comme un travail électrique. En effet, il faut généralement ouvrir un disjoncteur pour mettre un équipement hors tension. Cela peut impliquer qu'un travailleur doive se tenir devant le disjoncteur et l'actionner manuellement 16 ou cela peut impliquer l'ouverture du disjoncteur à distance, au moyen d'un commutateur dans la salle de commande. Quel que soit le cas, une fois le disjoncteur ouvert, le travailleur doit toujours s'équiper d'équipements de protection individuelle appropriés (par ex. gants, casque, combinaison, etc.) pour mesurer la tension à l'intérieur des équipements et confirmer l'absence de tension ainsi que des conditions de travail électriquement sures. Pour déterminer les équipements de protection individuelle appropriés, il convient d'évaluer les risques d'électrocution et d'arc électrique. Ce processus de haut niveau est pratiquement identique dans le monde entier, mais l'absence de normes harmonisées rend difficile la réalisation d'étapes spécifiques sans la consultation des autorités locales. 15 L'édition 2014 du NEC Handbook (Article 100) définit « exposé » (qui s'applique aux pièces sous tension) par « capable d'être touché par inadvertance ou approché plus près qu'une distance sûre par une personne ». 16 Selon les réglementations locales en vigueur, si les équipements électriques satisfont certaines conditions, les équipements de protection individuelle ne sont pas nécessaires pour actionner manuellement un disjoncteur. La norme NFPA 70E est actuellement la plus aboutie en termes d'arcs électriques dans la mesure où elle précise les équipements de protection individuelle en fonction de la quantité d'énergie à laquelle l'équipement peut résister. Il existe plusieurs normes concernant les essais de ces équipements, mais leur objectif commun à tous est la protection du personnel contre les blessures. Parmi les blessures que les équipements de protection individuelle visent à prévenir, on note les brûlures, les blessures aux yeux, l'électrocution, les pertes auditives et les blessures à la tête. L'édition 2015 de la norme NFPA 70E précise quatre catégories 17 (1, 2, 3 et 4) d'équipements de protection individuelle contre les risques d'arc électrique pour les tensions système CA et CC. La catégorie d'équipement de prote ction individuelle est indiquée pour plusieurs scénarios dans le Tableau 130.7(C)(15)(A)(a). Pour chaque scénario, sont précisés le courant de défaut maximal disponible, le temps de relève de défaut maximal et la distance minimale de travail. Notez que l es paramètres ou les équipements de circuit non couverts dans les tableaux obligent à réaliser une analyse de l'énergie incidente. Le Tableau 4 montre le classement minimal de l'arc électrique pour chaque catégorie d'équipement de protection individuelle. 17 La catégorie 0, définie dans l'édition 2012 de la norme NFPA 70E, a été abandonnée dans l'édition 2015. La pratique de la sécurité en matière d'arcs électriques dans l'espace informatique du datacenter signifie que le personnel informatique doit demander l'aide d'une personne qualifiée à chaque fois qu'il faut intervenir sur des tableaux, des unités de distribution d'alimentation, des bus, des panneaux d'alimentation externes ou des tableaux de distribution. Dans certaines juridictions, l'employeur est responsable de la protection des employés ou sous-traitants qui réalisent des interventions sur des équipements électriques dans leurs installations. Beaucoup de réglementations de santé et de sécurité interdisent ou tout au moins découragent les travaux sur des pièces électriques sous tension, y compris les bus exposés. Le non-respect de ces réglementations peut entraîner des amendes et des poursuites judiciaires. Parmi les responsabilités, on note, sans toutefois s'y limiter : la connaissance des niveaux d'énergie incidente aux différents points du système électrique, la formation, les permis de travail, les programmes de sécurité et la documentation des dangers grâce à l'utilisation des étiquettes d'informations sur les arcs électriques apposées sur les équipements électriques. Les propriétaires de datacenters peuvent aider à s 'assurer du respect des codes et réglementations locaux en mettant en œuvre un service d'évaluation des risques d'arcs électriques. Plusieurs approches sont disponibles pour diminuer l'énergie incidente dans un système électrique, en diminuant le courant de défaut disponible et en réduisant la durée de l'arc. Ces approches, traitées dans d'autres documents Schneider Electric, sont bien plus efficaces pour diminuer le courant de défaut dans l'espace informatique que de spécifier des valeurs de courant de court-circuit (SCCR) élevées pour les équipements tels que les unités de distribution d'alimentation de racks et les centrales de traitement de l'air des salles informatiques (CRAH). Victor Avelar est analyste de recherche senior au sein du Data Center Science Center de Schneider Electric. Il est responsable de la recherche portant sur la conception et l'exploitation du datacenter. Il évalue, en collaboration avec les clients, le risque et les pratiques conceptuelles pour optimiser la disponibilité et l'efficacité de leurs environnements de datacenters. Victor est titulaire d'une licence en génie mécanique de l'institut polytechnique Rensselaer et d'un MBA du Babson College. Il est membre de l'AFCOM et de l'American Society for Quality. © 2014 Schneider Electric. Tous droits réservés.
