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Rendementen double conversionFréquence de découpage MLI500 HzMoyenBonTrèsbon2 kHz 6 à 10 kHz2000Transistor IGBT1990Transis...
4 ASI STATIQUE - LA SOLUTION ECO PERFORMANTEDans les ASI, l’association de nouvelles techniquesde régulation utilisant la ...
5ASI STATIQUE - LA SOLUTION ECO PERFORMANTEcette intervention peut être réalisée par une per-sonne seule. Certains modèles...
Architecture :fixeévolutive3024 21,527,232,736,7CAPEX1 2 3 4 5 6 7 8 9 10(Année)OPEX36423,753,002,251,500,750181260Coût (M€...
7ASI STATIQUE - LA SOLUTION ECO PERFORMANTEL’ASI au plus proche de l’applicationL’indépendance fonctionnelle entre le GE e...
Groupement des industries de l’équipement électrique, du contrôle-commande et des services associés11-17 rue de l’Amiral H...
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Plaquette asi statique-2011-00187-01-e

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  1. 1. La solution éco performantepour la sécurisation de l’alimentation électriquedes Datacenters à haut niveau de disponibilitéAlimentation Sans Interruptionen liaison avec :
  2. 2. 2 ASI STATIQUE - LA SOLUTION ECO PERFORMANTELes échanges et besoins encommunication croissent àune vitesse exponentielle.Plus qu’une tendance, c’est unvéritable mouvement de fondqui induit tout naturellementune croissance similaire desbesoins en capacité de calculdes Datacenters.Extrêmement sollicités, cesderniers sont confrontés à lanécessité de garantir un trèshaut niveau de disponibilité.Or la disponibilité d’unDatacenter repose pour unegrande part sur l’alimentationélectrique ; celle-ci doit enconséquence être hautementsécurisée.Les différentes technologiesd’alimentation sansinterruption (ASI) offrent desréponses à cette exigence.Ce document met en évidenceles avantages et l’intérêt del’adoption d’une technologiestatique au travers d’un casconcret de grand Datacenter :• Robustesse fonctionnelle• Disponibilité et évolutivité• Maîtrise du coût globalsur la durée d’exploitation• Contribution à unedémarche éco-performanteUn grand Datacenter comprend une ou plu-sieurs salles dédiées, d’une surface de l’ordrede 1000 m2par salle. Les puissances électriquesmises en jeu sont généralement comprises entre500 kW et 3000 kW.La performance en disponibilité d’un Datacenterest exprimée par le TIER, une classification éta-blie par une association américaine, l’Uptime Ins-titute. Pour un grand Datacenter, le TIER est deniveau 3 ou 4 – les niveaux les plus élevés de laclassification. Le TIER 3 exprime une disponibilitéde 99,982%, soit une indisponibilité potentielled’1 heure et 36 minutes d’arrêt par an. Dans le casdu TIER 4, cette disponibilité passe à 99,995%, soit24 minutes d’indisponibilité potentielle par an.En termes d’alimentation électrique, le TIER 3implique au moins une source de production redon-dante et le TIER 4 une double source.Qu’appelle-t-onun ‘grand Datacenter’ ?
  3. 3. Rendementen double conversionFréquence de découpage MLI500 HzMoyenBonTrèsbon2 kHz 6 à 10 kHz2000Transistor IGBT1990Transistorbipolaire1980ThyristorFig. 1 : Evolution de la technologie des ASI depuis 19803ASI STATIQUE - LA SOLUTION ECO PERFORMANTETirée par les progrès des semi-conducteurs depuissance, la technologie des ASI de grosse ca-pacité a rapidement évolué au cours des vingtdernières années (voir fig.1). Les bénéficesfonctionnels qui en résultent sont significatifstant sur le plan de la robustesse que sur le plandes performances.Des nouvelles technologiesà haute efficacité énergétiqueL’augmentation de la fréquence de découpagedes onduleurs à Modulation de Largeur d’Impul-sion (MLI) a permis une réduction significative dela taille du filtre de sortie dont le rôle est de four-nir la tension sinusoïdale à la charge critique.Les bénéfices sont multiples :• Les onduleurs en technologie IGBT (insulatedgate bipolar transistor) sont capables d’ali-menter les nouvelles charges informatiquescapacitives sans déclassement de puissanceactive ;• Grâce à la très faible impédance du filtrede sortie, l’ASI statique peut alimenter descharges non linéaires générant d’importantscourants harmoniques tout en maintenant unetrès bonne qualité de tension (mesurée par letaux de distorsion harmonique en tension, typi-quement inférieur à 5%) ;• L’ASI statique offre une excellente réponse dy-namique aux variations brutales de charge :la tension instantanée est rétablie à sa valeuridéale en moins de 20 ms conformément à lanorme EN 62040-3.Une distribution électrique sécuriséePour satisfaire aux critères de disponibilité duDatacenter, l’alimentation doit pouvoir éliminerun défaut sur un des départs aval du Tableau deDistribution Haute Qualité (TDHQ) en moins de20  ms et sauvegarder ainsi l’alimentation descharges alimentées par les autres départs.Dans 99,9% des cas, le réseau de secours estprésent et la commutation instantanée sur lecircuit by-pass de l’ASI suffit pour éliminer lecourt-circuit. L’ASI délivre typiquement 20 x Inpendant 100 ms, un niveau largement suffisantpour déclencher instantanément un disjoncteurdivisionnaire aval.Dans les rares cas où le réseau de secours n’estpas disponible, c’est l’onduleur de l’ASI qui délivrependant 100  ms un courant valant typiquement3 x In pour éliminer le court-circuit. En prenantl’exemple d’un défaut en aval d’un disjoncteur divi-sionnaire calibré à In / 5, l’onduleur lui fournira uncourant de court-circuit égal à 15 fois son calibrenominal. Un niveau suffisant ici aussi pour assurerun déclenchement instantané.Dans tous les cas, l’ASI a la capacité de fournirun courant de court-circuit suffisant pour éli-miner rapidement un défaut aval tout en pré-servant la continuité d’alimentation des autresdéparts (fig.2).La réponseperformante,fiable etévolutiveà l’exploitationdes Datacenters
  4. 4. 4 ASI STATIQUE - LA SOLUTION ECO PERFORMANTEDans les ASI, l’association de nouvelles techniquesde régulation utilisant la technologie IGBT permet degarantir un comportement de générateur de courantde court-circuit très robuste, même dans le cas d’uncourt-circuit directement sur le Tableau de Distri-bution Haute Qualité TDHQ (en particulier, les effetsélectrodynamiques et les contraintes thermiquessont limités par contrôle électronique) (fig. 2).Un système moins sollicitépour plus de fiabilitéEn matière de disponibilité de l’énergie électrique,la capacité de stockage de la batterie utilisée poureffacer les coupures brèves constitue une caracté-ristique clé. Une autonomie de 5 à 10 min permetde couvrir l’essentiel des perturbations du réseauélectrique sans nécessiter le démarrage systé-matique du groupe électrogène, ce qui limite lescontraintes appliquées sur le groupe et les coûtsde fonctionnement. De plus, dans le cas de cou-pures courtes et rapprochées, cette autonomieautorise des prises en charge répétitives sansincidence. Les méthodes de charge actuelles desbatteries et les systèmes de monitoring permet-tent d’en limiter le vieillissement et de prévenir lesdéfaillances. La batterie mise en œuvre dans unenvironnement maitrisé permet donc d’assurerun haut niveau de disponibilité.Disponibilitéet fiabilité : lesavantages majeursde l’ASI 800 kVAIn = 1160 ARéseau 2 indisponibleRéseau 2Réseau 1Icc ASI = 3 In3480 A 100 msTDHQDisjoncteur 250 AIn = 250 AIm = 10 x In = 2500 AOuverture en 20 msDéfaut avalDépartsprotégés1980 1995 20106,75,72,9T3,5 T3,4 T1,5Fig. 2 : Traitement du court-circuit par l’onduleurFig. 3 : Evolution du volume et du poids d’une ASI de 500 kVA sans batterieUn faible encombrement au solLes ASI statiques présentent de réels avantages enmatière de mise en œuvre et de temps d’interventionlors d’une maintenance préventive ou corrective. Eneffet, leur faible empreinte au sol et leur faible poidspar rapport aux puissances fournies (fig.3) limitentles contraintes et facilitent l’installation.Une maintenance aisée,une charge protégéeDe plus, l’ajout d’ASI en parallèle pour augmenterla puissance en fonction de la demande est réali-sable facilement, rapidement et sans coupure de lacharge critique. Par conception, le temps d’inter-vention pour une maintenance préventive ou cor-rective est optimum (typiquement moins de 4 h) et
  5. 5. 5ASI STATIQUE - LA SOLUTION ECO PERFORMANTEcette intervention peut être réalisée par une per-sonne seule. Certains modèles d’ASI sont équipésde systèmes de tiroirs à faible poids extractiblesà chaud.Les ASI statiques offrent un autre atout majeur :la présence d’un Bypass performant. Fiable etrapide, le commutateur statique embarqué peutfaire passer la charge critique sur le réseau deBypass sans perturber cette dernière. Sa capa-cité à permuter sur un circuit de secours sansinterruption et son dimensionnement permetd’augmenter significativement le MTBF* d’uneASI jusqu’à une valeur d’environ 400 000 h. Si l’onajoute à cela un temps d’intervention MTTR* trèscourt (de l’ordre de quelques dizaines de minutesdans le cas des systèmes modulaires), on peutaffirmer que le taux de disponibilité de l’ASI sta-tique est des plus élevés.Par exemple, si on considère un MTTR de 15 min(0,25 h) avec un MTBF de 400 000 h, on obtientune disponibilité du système de : = 0,9999993 (soit 6 neuf)*MTBF Mean Time Between Failure (temps moyen entre deux pannes)*MTTR Mean Time To Repair (temps moyen de reparation)Face aux besoins croissants des applications in-formatiques, les serveurs voient leur puissanceaugmenter constamment. En outre, l’arrivée desnouvelles technologies comme la haute densité,la virtualisation, le Cloud Computing, nécessitela reconfiguration rapide des infrastructures desDatacenters, de leur refroidissement et de leuralimentation électrique.D’importants moyens de recherche et dévelop-pement en matière d’ASI statiques ont été mu-tualisés à l’échelle planétaire, aboutissant, d’unepart, à une réduction des encombrements, desmasses, des coûts d’acquisition et d’exploitationet, d’autre part, à un accroissement de la dispo-nibilité – la modularité engendrant une simplifi-cation des traitements curatifs.Les ASI statiques permettent à chaque client debâtir une architecture sur mesure, évolutive aurythme des besoins.L’évolutivité des solutions basées sur un déploie-ment d’ASI statiques provient non seulement de laconception technique de ces dernières, mais éga-lement de la facilité avec laquelle il est possible deles mettre en œuvre ainsi que du peu de moyenstechniques nécessaires à leur manutention.La criticité des applications et les enjeux fi-nanciers induits sont susceptibles de créer dessituations oppressantes durant lesquelles lamoindre interruption de service peut entrainerdes conséquences dramatiques sur l’activité etl’image d’une entreprise. L’évolutivité des ASIpermet aux exploitants d’éviter ces situationstout en anticipant leurs besoins au plus juste.L’évolutivité,une exigencede plus en pluspressante400 000400 000 + 0,25
  6. 6. Architecture :fixeévolutive3024 21,527,232,736,7CAPEX1 2 3 4 5 6 7 8 9 10(Année)OPEX36423,753,002,251,500,750181260Coût (M€)Capacité et charge (MW)PUE1 2 3 4 5 6 7 8 9 10(Année)3,001,00Architecture fixeCharge potentielleCharge cibleArchitectureévolutiveArchitecture fixeArchitecture évolutiveCoût (M€)10 2 3 4 5 6 7 8 9 10(Année)3024018126Architecturefixe :évolutive :Capex Energie Maintenance6 ASI STATIQUE - LA SOLUTION ECO PERFORMANTEUn investissement progressifDe par sa modularité, l’ASI Statique s’adapte par-faitement au besoin d’évolution des Datacenters.L’ASI Statique est une protection efficace et sûrequi, par sa facilité de mise en œuvre, conduit àune bonne maîtrise du coût total de possession duDatacenter, également connu sous l’appellation‘TCO’ (total cost of ownership).Le TCO est la somme de deux catégories de dé-penses : le CAPEX et l’OPEX.• Le CAPEX (Capital expenditure) représente les dépensesd’investissement• L’OPEX (Operational expenditure) représente les dépensesopérationnelles (énergie et coûts d’exploitation)Faible coût d’exploitationLe graphe TCO (fig. 4) compare les différencesde coûts selon qu’on adopte une architecture fixe– c’est-à-dire dimensionnée dès le départ à lapuissance cible – ou une architecture évolutive.Les chiffres illustrent le coût total de possessionsur 10 ans d’un Datacenter de 500 kW atteignant3000 kW après 5 ans.Les figures 5 et 6 montrent que l’ASI statique(architecture évolutive) s’adapte parfaitementau profil d’évolution des charges. L’énergie estdélivrée avec le meilleur PUE (power usage ef-fectiveness).PUE =En outre, la flexibilité de cette installation per-mettra d’optimiser PUE sur l’ensemble du cycled’exploitation.Largement diffusée à travers le monde (95% desASI installées), la solution ASI statique offre lemeilleur TCO, en grande partie grâce à une ins-tallation par paliers qui permet d’éviter un finan-cement initial important (voir fig. 7).Un coût globald’installationmaîtriséet prévisibleFig. 4 : TCO - répartition des coûts selon le type d’architectureFig. 7 : CoûtFig. 5 et 6 : Evolution de la charge sur 5 ans et calcul du PUE d’unDatacenter dont la puissance évolue de 500 kW à 3000 KW en 5 ans.Opex : energy+maintenanceEnergie totale consommée par le DatacenterEnergie consommée par les seulesapplications informatiques
  7. 7. 7ASI STATIQUE - LA SOLUTION ECO PERFORMANTEL’ASI au plus proche de l’applicationL’indépendance fonctionnelle entre le GE et l’ASIstatique donne la possibilité de séparer géographi-quement les deux installations et de rapprocherl’ASi de la charge : les GE peuvent par exempleêtre placés en containers à l’extérieur du Datacen-ter. Outre qu’elle offre une grande liberté dans lagestion des surfaces, en particulier celles dédiéesaux applications informatiques, cette dispositionréduit les contraintes de génie civil (charge au sol,vibrations, risques incendie, bruit).Rendement (%)Charge (%)0 20 40 60 80 1001009896949290888684828078767472706866646260ASI Statique en mode économiqueASI Statique en mode double conversionAutre technologieUn investissementadapté auxexigences d’exploitationUn Datacenter se caractérise par des exigencesopérationnelles comme la densité de puissancedes salles IT par m2, la disponibilité et l’évoluti-vité du Datacenter, la redondance des infrastruc-tures, le rendement électrique du Datacenter ouencore le retour sur investissement.L’ASI statique propose des réponses adaptées àces différentes exigences.S’agissant du rendement électrique, l’ASI statiqueprésente l’avantage d’assurer un haut niveau deperformance sur toute la plage de puissance (fig. 8).Ce même rendement est supérieur à 90% à partirde 25% de charge. Ce critère est significatif si l’onveut optimiser le PUE des Datacenters en débutd’exploitation ou pour les architectures de typeTier 4 (double chaînes séparées) qui fonctionnentavec un taux de charge de l’infrastructure élec-trique de moins de 40% (cf. fig. 8).Cette notion de haut rendement est intégrée à pré-sent dans le référentiel Code of Conduct UPS (ASI)qu’ont signé les constructeurs d’ASI statiques. Cesderniers s’engagent à réduire les pertes énergé-tiques avec une obligation d’amélioration continuedes performances pour les années à venir.Une réponse pertinenteen termes de dimensionnementdes installationsLa dernière génération d’ASI statiques est par-faitement compatible avec les groupes électro-gènes (GE). En effet, le prélèvement d’énergie enamont de l’ASI statique est progressif et dépourvud’harmoniques. À la clé, de réelles économies surl’infrastructure de distribution et les GE.Fig. 8 : Plage de rendement
  8. 8. Groupement des industries de l’équipement électrique, du contrôle-commande et des services associés11-17 rue de l’Amiral Hamelin - 75783 Paris cedex 16 - France - Tél. : +33 (0) 1 45 05 70 70 - Fax : +33 (0) 1 47 04 68 57 - www.gimelec.fr©GimélecPromotion-Tousdroitsréservés-Editionfév.2011Créditsphotos:adhérents,FotoliaPlomb en lingotPlaquesde plombPolypropylèneBatteries en exploitationBatteries stationnairesAcideFabricants de batteries industriellesAffineursCentre detraitement Recycleurs depolypropylèneCollecte chezles utilisateursValorisation des déchetsVidange-CassageCe document a été élaboré avec le concours desmembres de la Division A22 « Alimentations statiques » du Gimélec.Les constructeurs d’ASI sont organisés pourprendre en charge les batteries en fin de vie.Des réglementations environnementales s’ap-pliquent spécifiquement aux Equipements Elec-triques et Electroniques (EEE) et garantissentune utilisation limitée de substances dange-reuses ainsi qu’un traitement maîtrisé des pro-duits et emballages en fin de vie.Une faible empreinte carboneGrâce à son autonomie de quelques minutes, l’ASIStatique permet de réduire l’empreinte carboneliée au fonctionnement sur groupe électrogène.Lors d’une coupure brève du réseau électrique, labatterie d’accumulateurs au plomb permet d’évi-ter de démarrer le groupe. Le moindre nombrede démarrages du groupe par an engendre unediminution de la consommation de gazole. Cemode permet également d’améliorer le PUE surl’installation globale en évitant le préchauffagepermanent nécessaire ainsi que le temps de re-froidissement (20 à 30 minutes) après toute uti-lisation du groupe lors de micro-coupures.La batterie : un déchet valoriséLa batterie est un élément dont le cycle de vieest contrôlé de sa conception à son recyclage.Les usines de production (ISO 14001) travaillentà minimiser leur impact sur l’environnement entermes de rejet de CO2 et l’utilisation de matièrepremière brute. Elles se situent majoritairementen Europe pour les fortes capacités.Le recyclage des différents éléments constituantla batterie (plomb, électrolyte, bac, etc..) est en-tièrement suivi et régulé. Ce point est essentielcar 100% des batteries considérées sont ainsiutilement retraitées. Le plomb même recyclé estune valeur marchande importante.Le recyclage de la batterieest parfaitement maîtriséFig. 9 : Recyclage de la batterie et de ses composants

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