Energie électrique sécurisée

Energie électrique sécurisée

p.1Un besoin généralisé et croissant

p.2Origine des pannes

Disponibilité de l’énergie électrique

p.3Qualité de l’énergie électrique

p.5Définir la solution d’énergie sécurisée

la mieux adaptée

p.11Conclusion

p.12Exemples d’architectures

La disponibilité et la qualité de l’énergie

électrique sont devenus aujourd’hui des enjeux

de compétitivité économique

Un besoin généralisé et croissant

Un besoin pour tous les secteurs de l’économie Dans le contexte de compétitivité économique accrue et avec la dérégulation du marché de l’énergie, disposer d’une énergie électrique sécurisée est devenu un enjeu stratégique pour tous les secteurs de l’économie. Les activités tertiaires et industrielles dépendent de plus en plus d’équipements numériques et d’automatismes sensibles. Des perturbations d’alimentation de quelques secondes peuvent affecter le fonctionnement global et avoir des répercussions considérables en termes de sécurité ou économiques. Une défaillance de l’installation électrique dans les hôpitaux, les infrastructures de transport (aéroports, tunnels...), les sites critiques (pétrochimie) peut induire un risque humain ou environnemental majeur.A cela s’ajoute, pour les applications sensibles, des risques de pertes fi nancières extrêmement élevée.Pour les activités liées aux télécommunications ou à l’informatique (transactions bancaires, réservation aérienne...) les pertes correspondent à l’arrêt et aux erreurs de traitements.

Exemple de coûts horaires des pannes d’alimentation électrique.

@ Télécommunications 1 800 000 € (1)

@ Transaction par cartes de crédits 2 500 000 € (2)

@ Sociétés fi nancières à opérations boursières 6 000 000 € (1)

@ Production de semi-conducteur 3 800 000 € (1)

@ Ligne d’assemblage automobile 6 000 000 € (2)

@ Acièrie 350 000 € (1)

(1) Leonardo Power Quality Initiative - rapport 2.1(2) UPS Europan Guide CEMEP (European commitee of manufacturers of Electrical Machines and Power Electronics)

S N°18 Juin 2008

2GuideTechnique

Intersections - juin 2008

Origines de pannes Les causes des pannes qui peuvent affecter

une installation BT sont multiples, mais ont trois

origines principales :

La production et le transportLes perturbations sur les infrastructures de production et transport peuvent se répercuter jusqu’aux installations BT par les lignes et lestransformateurs. Elles touchent d’autant plus d’utilisateurs qu’elles se situent en amont.Leurs origines sont essentiellement :@ les défauts sur les réseaux : leur l’apparition provoque des creux de tension pour tous les utilisateurs. Leur durée dépend de la temporisation des protections. L’isolement d’une section en défaut peut aussi amener à une coupure de durée liée aux possibilités de localisation du défaut et d’intervention.@ les manœuvres sur les réseaux : les automatismes réenclencheurs, les permutations de transformateurs ou de lignes, peuvent occasionner des coupures brèves. La dérégulation du marché de l’électricité augmente ce type de perturbations. Les réseaux nationaux sont interconnectés et les manœuvres de commutation sont plus fréquentes pour suivre les fl uctuations de la demande. Les gros consommateurs ont le choix de leur fournisseur et les distributeurs achètent l’électricité selon les cours du jour à la bourse de l’énergie (Powernext en France).

Les aléas climatiquesLes conditions météorologiques, comme les vents violents et le verglas, endommagent aussi les lignes aériennes, dont la réparation dans ces conditions est longue et diffi cile. Les changements climatiques amplifi ent ces phénomènes naturels et rendent les réseauxaériens plus vulnérables. Ils s’accompagnent aussi de pics de demande accrus, alors que l’on constate, avec la dérégulation du marché, un ralentissement des investissements au niveau de la production. Les risques pour la livraison sont donc bien réels. Des “black-out”, pannes géantes, ont déjà affecté les Etats-unis, la Suède, le Royaume Uni et l’Italie. Des coupures plus mineures sont fréquentes.

Pour les activités industrielles à fl ux tendus, l’arrêt d’une chaîne peut bloquer l’ensemble de la fabrication et générer des problèmes de qualité et de délais. Dans les process, les perturbations peuvent occasionner la perte de la production en cours et l’arrêt, pour remise en état, du process. Par exemple, la fabrication de plaques de semi-conducteurs requiert une douzaine d’étapes sur plusieurs jours et la défaillance d’une étape est catastrophique. Pour la fabrication d’acier, de verre ou de papier s’ajoute en général une opération de nettoyage longue et coûteuse. La pharmacie ou l’agro-alimentaire sont touchées par l’aspect sanitaire et de traçabilité.

Dans les 5 prochaines années les interruptions et les limites de livraison électrique toucheront 50% des Data Centers et plus de 90% des Sociétés(AFCOM Data Center Institute’s Five Bold Prediction, 2006)

Un enjeu souvent sous-estiméLes problèmes liés à la qualité de l’énergie

coûteraient à l’économie des 25 pays de l’Union Européenne 150 milliards d’Euros par an (1). Plusieurs sociétés estiment perdre 10 % de leur chiffre d’affaire à cause d’une qualité d’énergie insuffi sante. D’un autre côté, les dépenses consacrées à la qualité de l’énergie sont inférieures à 30 % de ce montant (1).Garantir la qualité et la disponibilité de l’énergie électrique devient un enjeu et un argument commercial pour les producteurs et les distributeurs. Certains contrats comportent des clauses de qualité et de disponibilité du produit “électricité” livré. La norme EN50160 précise des critères de qualité.Mais, en pratique, au delà des précautions du contrat de fourniture, les statistiques d’origines des pannes montrent que c’est à l’utilisateur qu’appartient la mise en place d’une installation électrique sécurisée Cela suppose une prise de conscience et une meilleure connaissance des problèmes et des solutions. Ce qui suit concerne cette démarche pour la partie basse tension des installations, proche des charges, là où les perturbations de l’énergie ont le plus de conséquences.

(1) Leonardo Power Quality Initiative - European Power Quality

survey 2007

3Guide

Technique


L’installation électriqueLes deux tiers des pannes affectant les équipements critiques a pour origine l’installation électrique elle-même (fi gure 2). Seuls 20 % relèvent de pannes des équipements alimentés et 15 % d’erreurs humaines lors d’opérations de maintenance.Le fonctionnement de l’installation peut en outre affecter les utilisateurs voisins par la mise en service ou la déconnexion de charges importantes et la présence d’harmoniques dûs à des charges non linéaires.Certains distributeurs précisent des clauses contractuelles limitant les risques de perturbation d’autres installations.

Disponibilité (%) = (1– ––––– ) x100MTTRMTBF

La CEI 60050 § 191 précise ces éléments.

@ Le MTTR (Mean Time To Recovery - durée moyenne des pannes) est le temps moyen d’intervention pour rendre l’installation à nouveau opérationnelle après une défaillance ayant amené une panne(1). Il comprend la détection de la cause de panne, sa réparation et la remise en service.@ Le MTBF (Mean operating Time Between Failure - durée moyenne des temps de bon fonctionnement) mesure le temps moyen pendant lequel l’installation est opérationnelle entre défaillances.Le taux de disponibilité (2) (3) traduit en fait une probabilité de fonctionnement qui est très diffi cile à calculer. Il est en général évalué par des statistiques de valeurs du MTBF et MTTR.(1)Une défaillance est un événement qui conduit : - à l’état panne (arrêt de l’exploitation)- dans les installations à tolérance de panne, en général à un fonctionnement en mode dégradé, mais n’arrêtant pas l’exploitation.(2) 1 - D(%) est le taux d’indisponibilité. A 99,98 % de disponibilité correspond à 0,02 % d’indisponibilité.(3) Pour compléments d’informations, voir CT 184 “Etude de sûreté des installations électriques”

Figure 2.

Origine des arrêts d’équipements critiquesSelon UPS European Guide CEMEP (European Commitee of Manufacturers of Electrical Machines and Power Electronics)

Disponibilité de l’énergie électrique

Qu’est-ce que la disponibilité ?La disponibilité est un élément essentiel d’appréciation d’une énergie sécurisée. Elle va de pair avec un niveau de qualité attendu.La norme CEI 60050 § 191 la défi nit comme“L’aptitude d’une entité à être en état d’accomplir une fonction requise dans des conditions données, à un instant donné ou pendant un intervalle de temps donné, en supposant que la fourniture des moyens nécessaires est assurée” En pratique c’est la proportion de tempspendant laquelle une installation électrique est opérationnelle pour fournir une énergie de qualité conforme aux équipements alimentés.Elle s’exprime par un taux de disponibilité :

4GuideTechnique


A quoi correspond la disponibilité ?La disponibilité correspond en pratique à une évaluation du temps de bon fonctionnement (Up Time) de l’installation électrique.Une disponibilité excellente de 99,99 % (dite 4 neufs) se traduit environ par 1h d’indisponibilité sur une année (365 x 24 x 0,01%).Un utilisateur en Europe de l’ouest s’attend à une disponibilité de 99,98 % pour une utilisation domestique et 99,996 % pour une installation industrielle ou commerciale.Ces niveaux sont ceux attendus au point de livraison. Ils sont relativement élevés et traduisent un effort élevé de coopération et maintenance entre les nouveaux partenaires de l’approvisionnement. Pour les utilisateurs ayant des applications sensibles, ce qui compte c’est la disponibilité mesurée au niveau des équipements critiques.La conception de l’installation électrique joue un rôle essentiel à ce niveau, compte tenu des statistiques d’origines des pannes (Figure 2). En l’absence de mesures de prévention lors de la conception, la disponibilité diminue en descendant l’installation, du fait de la mutiplicité des connexions, des dispositifs de protection, des câbles etc.Sans précaution, elle est généralement moins bonne aux bornes des équipements qu’au point de livraison.Les statistiques traduisent la sous estimation des risques par de nombreux utilisateurs. Au delà du contrat de distribution, une énergie sécurisée au niveau des charges dépend des mesures prises dans l’installation électrique.

Comment augmenter la disponibilité ?La disponibilité dépend du MTBF et du MTTR.Une disponibilité de 100% correspond à un MMTR nul (réparation instantanée) ou à un MTBF infi ni (fonctionnement sans panne). Ces conditions ne pouvant être atteintes, il fautchercher à : @ réduire le MTTR par la maintenabilité des équipements et une organisation effi cace de la maintenance à la fois pro active et réactive @ augmenter le MTBF par la fi abilité des sous ensembles et composants provenant de fournisseurs éprouvés ainsi que par des dispositions de redondance.

Qualité de l’énergieélectriqueLe niveau de qualité de l’énergie disponible doit être compatible avec les tolérances d’alimentation des charges.Une alimentation électrique parfaite fournirait une tension toujours disponible, à la fréquencenominale, sous forme d’une onde sinusoïdale pure exempte de bruit. Les charges linéaires

alimentées sont alors parcourues par un courant sinusoïdal parfait de même fréquence, pouvant être déphasé selon leur cos ϕ.Or, tous les réseaux sont soumis à des perturbations ou en génèrent. D’autre part, les charges non linéaires sont de plus en plus nombreuses. En France les normes CE I 60364 et NF C15-100 prennent en compte, par exemple, les surtensions ou les harmoniques.Les défauts possibles par rapport au cas idéal peuvent affecter :@ la fréquence : fl uctuations@ l’amplitude (variations, coupures et creux de tension)@ la forme de l’onde (présence d’harmoniques, courants porteurs, transitoires, CEM)@ la symétrie du système triphasé.Plusieurs caractéristiques peuvent être modifi ées par une même perturbation.La norme EN 50160 précise ces éléments, qui constituent des critères de qualité.En pratique, les perturbations autres que celles de la fréquence, qui dépend directement de la production et de la distribution, peuvent être regroupés en trois principales catégories :@ coupures et chutes de tension@ distorsion harmonique @ phénomènes transitoires.

Coupures et chutes de tensionLes coupures de tension (ou de courant qui en résultent) sont une absence totale de la tension d’alimentation (chute d’amplitude > 99 %). On distingue : @ les micro-coupures de durée < 10 ms@ les coupures brèves de durée < 1 mindont 70 % sont des coupures très brèves < 1 s@ les coupures longues de durée > 1 minLes chutes (ou creux) de tension sont une diminution brutale de l’amplitude de tension en un point d’un réseau suivie d’un rétablissement après un laps de temps.Elle sont caractérisées (CEI 61000-2-1 et EN 50160) par :@ la profondeur : la tension résiduelle effi cace au point le plus bas, qui peut aller de 1 à 90% de la valeur effi cace de la tension nominale @ la durée : de 10 ms à une minute.Un système triphasé subit un creux de tension si au moins une phase est affectée.

profondeur

durée

Figure 4. Chute ou creux de tension.

5Guide

Technique


Lors d’une chute de tension la charge ne reçoit pas toute l’énergie nécessaire à son fonctionnement, ce qui peut avoir de graves conséquences selon les équipements.Les moteurs sont sensibles aux variations de tension car ils fonctionnent alors sur l’inertie du système. Pour des processus comportant plusieurs entraînements, les commandes des moteurs peuvent détecter les variations de tension à des seuils différents amenant à une perte de contrôle complète du processus.Pour les équipement informatiques, l’organisme de standardisation regroupant les principaux constructeurs, ITIC (Information Technologie Industry Council - qui succède au CBEMA - Computer and Business Equipment Manufacturers Association) a défi ni un gabarit de tension qui décrit la tolérance d’un équipement aux perturbations de tension.

Figure 5. Courbe enveloppe des fl uctuations de

tension admissibles pour l’informatique selon l’ITIC.

Ex : une chute de tension de 70 % de doit pas

excéder 20 ms.

Les coupures et les chutes de tension proviennent en général du système de production et distribution et relèvent de la responsabilité du fournisseur. Elles peuvent être aussi occasionnées par un défaut des équipements, des conducteurs ou des raccordements sur les sites.Une conception intégrant des solutions qui augmentent la résilience de l’installation peut en minimiser les conséquences.

Les harmoniquesLes problèmes liés aux harmoniques sont causés par des charges non linéaires, c’est-à-dire dont le courant n’est pas sinusoïdal (ex : alimentation à découpage, électronique de puissance).Ces charges sont de plus en plus fréquentes.Dans ce cas le courant circulant dans la charge est la somme de composantes sinusoïdales de fréquences multiples impairs (H3, H5, H7...) de la fréquence nominale, dite fréquence fondamentale. Ceci est montré par l’analyse de Fourier, utilisée par les appareils de mesure des harmoniques.L’importance de la valeur effi cace des divers harmoniques rapportée à celle du courant sans harmonique (ou fondamental - H1) détermine le spectre harmonique. La fi gure 6 donne un exemple de courants avec harmoniques et de leur spectre.

La norme EN 50160 fi xe des niveaux des tensions harmoniques à ne pas dépasser jusqu’au rang 25.

Figure 6. Exemples d’effets de courants

harmoniques

Les harmoniques ont plusieurs conséquences.Tout d’abord, la circulation des courants harmoniques déforme la tension et c’est l’ensemble des charges de l’installation qui peut se trouver perturbé.La mesure de la déformation de tension est donnée par le taux global de distorsion THDU.Il traduit la déformation de l’onde de tension et l’augmentation de courant effi cace. Sa valeur, mesurée sur un jeu de barres de départs, ne doit pas excéder 5% (8 % selon EN 50160). Pour certaines applications, comme l’informatique, une valeur de 3% est requise, et atteinte le plus souvent avec l’installation d’onduleurs.Autre inconvénient, les harmoniques d’ordre 3 (150 Hz) et multiples (H3, H9...) circulant dans les phases d’un circuit triphasé s’additionnent dans le conducteur de neutre et le surchargent.Ce courant de neutre peut dépasser celui des phases. La majorité des installations ne sont pas dimensionnées pour ce phénomène. Pourtant il peut avoir des conséquences importantes en termes de fonctionnement et de sécurité. Des déclenchements intempestifs, par le courant de neutre, peuvent amener des coupures. L’échauffement du neutre peut affecter sa continuité, indispensable à la sécurité des personnes, ou provoquer des risques d’incendie.La norme NFC 15-100 donne des recommandations de dimensionnement du conducteur neutre et de réglages des protections.

Figure 7. Les harmoniques H3 et multiples circulent

dans le neutre.

6GuideTechnique


Enfi n, les harmoniques affectent le rendement énergétique de l’installation. Ils abaissent le facteur de puissance et augmentent les pertes. La dégradation atteint facilement 2 à 3 %.En outre ils peuvent provoquer un vieillissement prématuré des équipements, comme les transformateurs ou les câbles par les échauffements.Limiter les courants harmoniques est donc une nécessité pour @ fournir une tension de qualité, telle que l’exigent les applications critiques@ éviter les courants de neutre@ contribuer à l’effi cacité énergétique de l’installation et éviter les surdimensionnments. La diffi culté réside souvent dans la localisation des sources harmoniques, leur évolution dans le temps. D’autre part la mesure des harmoniques nécessite des appareillages spécifi ques. Le recours à des spécialistes est donc pratiquement indispensable.

Les phénomènes transitoiresLes phénomènes transitoires sont des perturbations de la tension de très faible durée(inférieure à un cycle d’alimentation jusqu’à quelques millisecondes), mais d’ampleur élevée (jusqu’à plusieurs milliers de volts) qui atteignent leur maximum en un temps très bref. On distingue des transitoires de@ courte durée < 1 μs@ moyenne durée entre 1 et 100 μs @ longue durée > à quelques millisecondes.La plupart des transitoires ont pour origine la foudre ou la mise en route d’appareils de forte puissance ou de charges réactives. Du fait des hautes fréquences concernées, les effets sont considérablement atténués à mesure qu’ils se propagent dans le réseau. La plupart des problèmes surviennent lorsque la source du phénomène transitoire est proche de l’installation, voire dans l’installation même. Les conséquences peuvent être des dégâts immédiats, comme l’arrêt des machines,l’altération de données des ordinateurs ou desdonnées sur le réseau. Les dégâts peuventégalement être progressifs, les préjudices au matériel se cumulant jusqu’à la panne. Il faut tenir compte du coût de remplacement de l’équipement défectueux ainsi que du coût de la durée d’immobilisation.Un système de mise à la terre effi cace permet de réduire fortement les phénomènes transitoires. Il doit comporter plusieurs points de mise à la terre avec une faible impédance pour une large bande de fréquences.

Défi nir la solution d’énergie sécurisée la mieux adaptéeLes dysfonctionnements liés à l’énergie électriques peuvent ainsi avoir des origines multiples. Les risques et leurs conséquences pour la sécurité ou économiques sont liés à la nature et la criticité de l’installation. Il n’y a donc pas de solution universelle pour une distribution électrique sécurisée, mais des approches spécifi ques, qui doivent prendre en compte la réglementation et les enjeux.L’expérience montre que la conjonction des événements possibles est telle que le risque zéro n’existe pas. Les défaillances sont quasi inévitables. En pratique, la solution devra réduire leurs effets au minimum possible.Pour cela, l’utilisation de la redondance et la conception d’installations électriques résilientes - c’est-à-dire apte à s’adapter pour fonctionner en cas d’événements imprévus, dits de crise - constituent des principes de base. L’organisation de la maintenance et l’adaptation aux évolutions de l’installation, sont aussi des facteurs clés de succès. Il existe des méthodes, liées à des réglements ou normes, élaborées pour les sites sensibles tels qu’établissements de santé ou Data Centers. Ces exemples types permettent de dégager des “bonnes pratiques” générales, adaptables aux autres sites.

7Guide

Technique


Exemple des établissements de santéLes établisements de santé sont soumis à unun très haut niveau d’exigence pour assurer la continuité des soins depuis 2001 :@ Livre blanc (installations électriques des établissements de santé)@ Plan blanc & gestion de crise (avril 2004)@ Circulaires DHOS/E4 n°2006-393 (8 sept. 06)@ Norme NF C15 211 (applicable depuis le 31 janvier 2007).

Principales mesures liées à la réglementationAssurer la continuité d’alimentationCirculaire DHOS/E4 no 2006-393 du 8/09/2006

La continuité des soins et donc le maintien del’alimentation électrique, y compris en cas de crise est une obligation légale. Elle engage la responsabilité du Directeur d’établissement.

Les règlements imposent : @ l’analyse du risque@ la préparation technique au risque électrique@ la gestion de la crise électrique et de l’après-crise.Anticiper les évolutions de l’activitéArt. 4.3 de la norme NF C15-211 L’architecture et le dimensionnement des installations doivent intégrer l’évolution future de l’activité et être adaptés aux niveaux de disponibilités attendus des différents services. Adapter la disponibilité des installations aux différents niveaux de criticité des servicesArt. 4.2 de la norme NF C15-211

Les niveaux de criticité des principales activités sont défi nis par cette norme depuis le 31/01/2007 :@ niveau 1 = pas de coupures@ niveau 2 = coupures < à 15 s@ niveau 3 = coupures de 15 s à 30 minExemples de niveau 1 : bloc opératoire, bloc obstétrical, imagerie interventionnelle, salle de coronographie, automates d’analyses.Disposer d’alimentations redondantes et permettant une indépendance du distributeurArt. 1.3 de la circulaire DHOS/E4 no 2006-393

La fi abilité et la continuité de l’alimentation électrique doivent être garanties en cas de défaillance du distributeur. Il faut deux arrivées indépendantes et une source de secours, ou une arrivée et deux sources de secours.

Réaliser des essais périodiques des installations normales et de secoursArt.1.7 de la circulaire DHOS/E4 no 2006-393

Pour garantir la fi abilité des équipements sensibles de la chaîne de distribution, les installations normales et de secours doivent faire l’objet d’essais, au minimum mensuels. La capacité des installations de secours doit être suffi sante pour reprendre la totalité des charges prioritaires. Garantir la fi abilité des équipements par une maintenance régulièreArt. 12.1 de la norme NF C15-211

Une maintenance régulière des matériels et équipements participant à la garantie de la fi abilité de l’alimentation électrique doit être assurée. Permettre la traçabilité des interventions de maintenanceArt.1.5 et 1.6 de la circulaire DHOS/E4 no 2006-393

Toutes les opérations de maintenance préventives et corrective doivent être consignées dans un registre permettant la traçabilité.Assurer un niveau de connaissance suffi sant et une démarche préventiveArt. 2.2. 2 et 3 de la circulaire DHOS/E4 no 2006-393

Un niveau de formation suffi sant doit permettre aux exploitants de décider des actions à mener et une démarche préventive doit être assurée par des exercices.

8GuideTechnique


Leur fondement est expérimental et global, avec les valeurs suivantes :

@ TIER I : 99,671 %

@ TIER II : 99,749 %

@ TIER III : 99,982 %

@ TIER IV : 99,995 %.

Norme ISO/CEI 27001La norme, d’application générale, décrit les exigences pour la mise en place d’un Système de Gestion de la Sécurité de l’Information (SGSI). Ceci englobe entre autre la sécurité physique des lieux et des équipements. La norme défi nit les contrôles à effectuer pour s’assurer de la pertinence du SGSI et délivrer la classifi cation ISO27001 du site.

Exemple du référentiel TIER reconnu au niveau mondial

TIER IIIContraintes@ Hautes exigences de disponibilité@ Coûts d’interruption identifi és@ Périodes courtes de service limité acceptablesCaractéristiques@ Architecture fi abilisée @ Temps moyen d’indisponibilité / an : 1,5 h@ 2 chaînes d’alimentations (N+1:1 normal + secours en veille ) @ 2 distributions électriques et climatisations redondantes @ Composants redondants par chaîne@ Double chaîne de distribution vers l’utilisation (double attache)@ Maintenance et exploitation sans arrêt des installationsExemples@ Centres de services@ Hot lines internes ou externes 24x7@ Sociétés internationales avec clients et personnel sur fuseaux horaires différents.

Exemple d’architecture

Exemple des Data centers

Ces dernières années ont été marquées par une évolution des normes pour augmenter la performance des Data Centers et s’adapter aux nouvelles technologies@ Classifi cations des installations en niveaux TIER par The Uptime Institute.@ Norme TIA 942 reprenant et complétant l’évolution de la classifi cation TIER.@ Norme ISO/CEI 27 001.

Norme TIA 942 et classifi cation en niveaux TIERLe niveau de disponibilité des installations est un critère essentiel de comparaison des Data Centers. Les concepteurs évaluent souvent ce critère en privilégiant les équipements d’informatique. La réfl exion intègre aussi les solutions d’alimentation électrique sécurisées à onduleurs et la climatisation. Mais d’autres facteurs matériels et humains ainsi que l’interaction de tous ces éléments entre eux déterminent le niveau global réel de disponibilité du site.De nombreux décideurs souhaitaient disposer de moyens simples et standardisés de comparaison permettant d’apprécier les alternatives d’investissements possibles.Ceci a conduit à une étude expérimentale du fonctionnement des Data Centers, réalisée par l’Uptime Institute. Elle a permis une classifi cation des sites en 4 types (TIER) correspondant à des caractéristiques et des niveaux de disponibilité (1) issus de l’expérience. Ces éléments ont été repris et complétés dans la norme ANSI/TIA 942 pour défi nir un Data Center de type TIER I, II, III IV. (1) Les taux de disponibilité de la classifi cation TIER ne sont pas directement équivalents à ceux calculés à partir du MTBF et MTTR, qui n’intègrent pas notamment les interactions avec les facteurs humains.

9Guide

Technique


disponibilité de la distribution électrique en fonction du niveau de criticité : conception et dimensionnement des installations, analyse des risques électriques, études de sûreté,de CEM, de foudre, de sélectivité...@ des produits, intégrant des possibilités de communication avec une supervision ou une GTC, choisis et installés dans les règles de l’art, en parfaite conformité avec les architectures et une exploitation résiliente : réseau HTA, groupe électrogène, automatisme de délestage, tableaux BT, onduleurs, système anti-intrusion...@ des services, s’appuyant sur les possibilités de communication des produits, adaptés au niveau de performance requis, tout au long du cycle de vie de l’exploitation : monitoring et contrôle, maintenance, réparation, essais périodiques, assistance d’urgence, formation...

... A maintenir dans le tempsSi l’une des composantes vient à être négligée au fi l du temps, l’équilibre est menacé et le système n’est plus à même de prévenir les défaillances et leurs conséquences. Ce peut être le cas avec :@ une évolution de l’architecture non anticipée et mal maîtrisée@ de nouveaux produits intégrés sans repenser le plan de protection (étude de sélectivité et réglages)@ des services se dégradant : maintenance non planifi ée, exploitation sans historique des événementsSeule une démarche permanente de sûreté de fonctionnement sécurise la distribution électrique sur tout le cycle de vie d’une installation.

Généralisation des bonnes pratiques aux autres sites sensibles

Les exemples précédents s’inspirent des réglementations les plus exigeantes. Ils permettent toutefois de dégager un certain nombre de “bonnes pratiques” généralisables aux autres sites sensibles :@ Procéder à une analyse préalable et exhaustive des besoins de l’installation.Cette analyse devra : o permettre d’identifi er les applications de criticité 1, 2, 3 et de traiter les différentes sources de risqueso être réactualisée dans le temps.@ Concevoir l’architecture électrique et dimensionner les installations en intégrant les besoins de demain.@ Permettre la maintenance, les essais et l’exploitation sans perturber le process.@ Disposer de ressources en personnel, internes et externes, performantes. Le niveau de formation doit être actualisé et permettre au personnel de prendre les décisions adaptées.@ Assurer la traçabilité des évènements pour améliorer les procédures.@ Se préparer à une gestion de crise électriqueen anticipant par des exercices et des entraînements@ Mettre en œuvre un système résilient“ Résilience : aptitude d’une organisation à résister aux situations avec un minimum de dommages ”La résilience se construit en deux temps :o lors de la conception, en cherchant à développer un système sûr, résistant aux événements imprévus, pourvus de protections effi caceso lors de la vie du système, en analysant les incidents, leur gestion par les acteurs, afi n d’identifi er les fragilités et les ressources qui ont permis de les gérer.@ Adopter une démarche de sûreté de fonctionnement“ Sûreté de fonctionnement : aptitude d’un système à satisfaire l’ensemble des performances opérationnelles. La notion de sûreté de fonctionnement fait intervenir les concepts de fi abilité, de maintenabilité, de disponibilité. ”

La démarche de sûreté de fonctionnement

Comment s’assurer d’une distribution électrique sécurisée ? Un équilibre entre trois composantes...L’effi cacité de la solution retenue dépend de la prise en compte et du bon équilibre des choix entre trois éléments principaux :@ des architectures conçues pour assurer la

10GuideTechnique


Les éléments d’une installation résiliente

L’équilibre précédent se réalise en pratique par les spécifi cations du CCTP (Cahier des Clauses Techniques Particulières). Ce qui suit donne des éléments pour guider la démarche de sûreté de fonctionnement dans un CCTP.

La démarche de sûreté de fonctionnement repose sur un équilibre entre 3 composantes essentielles.

ArchitectureAssociation d’une architecture de contrôle et monitoring à celle de puissanceUne architecture de contrôle et monitoring associée à celle de distribution de puissance est une clé de la sûreté de fonctionnement.Elle permet notamment :@ une aide à l’exploitation@ la traçabilité des événements@ l’analyse en cas de crise pour engager les actions correctives. Cette association est maintenant réalisable de façon simple et économique avec l’appareillage et les équipements électriques communicants. Les disjoncteurs et autres organes électriques sont autant de points de mesures potentiels dans l’installation. Ils fournissent des données en temps réel pour contrôler et réguler les paramètres électriques de la distribution, l’état des dispositifs, les indications de défauts, les alarmes…Ainsi, les produits équipés TransparentReady rendent les informations de l’installation disponibles sur n’importe quel PC raccordé au réseau, par simple utilisation du navigateur Web. La liaison est possible avec un logiciel de supervision ou un système de GTC.Redondance adaptée aux chargesSelon les installations, des inverseurs de sources, des automatismes de transferts de sources (ATS) ou des systèmes de transferts

statiques (STS) permettent de basculer avec de faibles temps de coupure ou sans coupure pour les charges. Etude des réglages et de la sélectivité @ Pour toutes les protections HTA des postes et protections BT des tableaux et armoires@ Pour toutes les confi gurations d’alimentations normales et secours, sur groupe ou onduleurSélectivité totaleElle doit être assurée entre les départs des tableaux généraux et les protections des tableaux divisionnairesSources auxiliaires du posteLa puissance doit être déterminée en fonction de tous les équipements à sauvegarder avec une autonomie de 2 heures. La note de dimensionnement de la source auxiliaire doit faire partie des documents d’études à remettre.

ProduitsExemples de produitsUne installation comportera les produits suivants, en fonction des besoins.@ Tableaux MT et BT : ils doivent être spécifi és et testés de façon à garantir les niveaux de disponibilité et de maintenabilité quelle que soit la phase du cycle de la vie : fonctionnement, maintenance, extension.@ Appareillage de commande et protection : les disjoncteurs et interrupteurs doivent, si possible, intégrer des possibilités de mesure et de communication (ex : gammes Masterpact et Compact NSX).@ Centrales de mesure : pour reporter les informations de qualité et de consommation d’énergie.@ Onduleurs : pour protéger les charges critiques de toute coupure et assurer une qualité de tension, dans la limite de leur autonomie batterie. Au delà, un groupe électrogène doit suppléer le réseau.@ Systèmes de transfert statiques (STS) : pour augmenter la disponibilité et la maintenabilité. Ils assurent le transfert de charges sensibles d’une source d’alimentation à une autre sans perturbation.@ Canalisations Electriques Préfabriquées (CEP) : pour augmenter la disponibilité et la fl exibilité.@ Parafoudres : pour la protection contre les surtensions.@ Compensateurs Actifs d’Harmoniques :Pour éviter les distorsions de tension en amont des charges non linéaires.Essais et contrôles sur tous les équipements sensibles de la chaîne de distributionUne attention particulière doit être apportée aux essais des matériels.@ Les TGBT doivent avoir subi les essais conformes à la norme NF EN 60439-1, tels quelimites d’échauffement, propriétés diélectriques, tenue aux courts-circuits…@ Il faut également prévoir des essais sur l’installation : tenue diélectrique des câbles,

11Guide

Technique


réglages des protections HTA et BT, liaisons entre les automates, endurance, contrôle thermographique....

ServicesExpertise d’ensembleLe recours aux conseils d’experts possédant une connaissance globale de ce type de problèmes est pratiquement indispensable, étant donné la complexité et les interactions des phénomènes.Il permet notamment de :@ défi nir les contraintes et la criticité des applications@ d’identifi er les points sensibles de l’installation@ d’étudier les possibilités d’architecture de puissance et de contrôle à associer@ proposer, lors d’extension, un plan de modernisation des installations existantes cohérent avec les nouveaux équipements@ s’assurer d’un choix et d’une sélectiondes équipements à partir d’un CCTP adapté.Défi nition d’un plan de formation du personnelLes éléments précédents peuvent être assortis d’un plan de formation du personnel. Ce dernier doit donner des éléments d’appréciation de la situation et des décisions à prendre.@ Présentation de tous les équipements de la chaîne de distribution et des modes d’exploitation normaux et dégradés du réseau. @ Interventions de premier niveau permettant de rétablir l’alimentation électrique en cas d’incidentOrganisation globale de la maintenanceTrois types de maintenance sont à envisager et à optimiser en favorisant une attitude proactive :@ Prédictive : en utilisant les possibilités de téléservice et base d’expertise des constructeurs d’équipements essentiels (ex : onduleurs) @ Préventive : essais périodiques planifi és, visites annuelles @ Corrective : dépannage en s’assurant de délais réactifs et garantis, améliorés par la proximité du stockage de composants critiquesPlusieurs types de contrats, à moduler selon les équipements sont possibles, par exemple :@ Intervention sur matériel dans un délai contractuel (ex : 4 h maxi) @ Téléservice et/ou technicien local détaché@ Télé-suivi via un site web@ Analyse des événements et informations réseau par experts@ Assistance en ligne avec d’experts

ConclusionLa sécurisation de la qualité et de la disponibilité de l’énergie électrique a un impact souvent sous-estimé. C’est pourtant une nécessité pour assurer la sécurité et la compétitivité économique dans de nombreux secteurs d’activités.Cet enjeu est accru par la déréglementation du marché de l’énergie, les changements climatiques et la prolifération des charges non linéaires. Le risque zéro ne pouvant être atteint, la mise en œuvre de solutions optimisée passe par la résilience des installations et une démarche de sûreté de fonctionnement.Cette démarche s’appuie sur l’équilibre entre l’architecture d’installation, les produits mis en œuvres et les services, en fonction de l’application et des risques encourus. Elle se base également sur un certain nombre de bonnes pratiques, inspirées des réglementations les plus exigentes, telles que celles des établissements de soins et des Data centers. Une architecture de contrôle et monitoring associée à celle de distribution de puissance en est un élément clé.L’exploitant doit étudier avec des experts la solution la mieux adaptée aux exigences de l’application. Schneider Electric maîtrise tous les éléments de cette démarche en termes d’expertise et de mise en œuvre d’architecture, de produits et de services.

12GuideTechnique


Tableaux BT

Onduleurs

Equipements MT/BT Tableaux BT EHQ

Canalisation Electrique Préfabriquée

12 3

4

8

EHQ : Energie Haute Qualité

Exemples d’architecture

Architecture de distribution électrique sécurisée classique

G

Distribution secondaire

Distribution pricipale

Distribution terminale

3

1

2

4

5

8

Webserveur

Prestationexploitationmaintenance

RéseauEthernet/TCP IP

Mobiles et PDApersonnel intervention

PCresponsableentretien

PCgestionnairebâtiment

PCéclairage

Produits clés pour la distribution électrique sécurisée

13Guide

Technique


STS

Inverseur de sourcess

ATS

Onduleurs

Equipements MT/BT Tableaux BT Tableaux BT EQH

Canalisation Electrique PréfabriquéeCompensateur Actif d’Harmoniques

12 3

4

5

6

7

8

EHQ : Energie Haute Qualité

CAH : Compensateur Actif d’Harmoniques

STS : Système de Transfert Statique

ATS : Automatisme de Transfert de Sources

Architecture de distribution électrique sécurisée duale

G G

Distribution secondaire

CAH

Distribution pricipale

Distribution terminale

1

2

3

4

5

8

7

8

5

Webserveur

STS

Prestationexploitationmaintenance

Mobiles et PDApersonnel intervention

PCresponsableentretien

PCgestionnairebâtiment

PCéclairage

PCgestionpuissanceélectrique

PCsécuritéphysique

CAH

Serveur

RéseauEthernet/TCP IP

Produits clés pour la distribution électrique sécurisée

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Energie électrique sécurisée