Affidabilità e continuità degli
impianti elettrici
per i centri di calcolo
Workshop CCR 2008
Ruggero Ricci - Servizio Impianti Elettrici LNF
[email protected]
Livello di continuità
•
•
Numero accettabile di interruzioni di servizio in caso di guasto o di fermo
programmato (SLA service level agreement)
Coerente con il livello di continuità di dimensionamento di tutte le altre
infrastrutture (calcolo, ausiliari, personale, ecc.)
• Conseguenza delle interruzioni dell’alimentazione:
–
–
–
–
Danni alle apparecchiature
Perdita di dati
Perdita di produzione - servizi essenziali
Tempo e costo di riavvio dei processi
• Cause delle interruzioni:
- per guasto sull’alimentazione o sugli impianti
- per manutenzione o indisponibilità
R. Ricci
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Continuità dell’alimentazione
•
•
Le interruzioni dell’alimentazione possono essere dovute da anomalie di origine
esterna, ovvero della rete pubblica di alimentazione, o a guasti di origine interna
all’impianto stesso di distribuzione.
In relazione alla norma CEI–EN 50160, le interruzioni non programmate
dell’alimentazione elettrica sulla rete pubblica sono classificate come:
–
–
•
•
•
•
•
brevi, per durata inferiore a 3 minuti
lunghe, se di durata superiore.
Si parla di interruzione se il valore della tensione si riduce al di sotto dell’ 1%
(tensione nulla).
Sono definiti buchi di tensione i casi in cui il valore della tensione di si riduce al di
sotto del 90 % del valore nominale, per tempi compresi tra 20 ms e 1 minuto. I buchi
di tensione sono originati da guasti sulla rete di alta tensione e si propagano a tutti i
livelli di tensione.
Le interruzioni dovute a manutenzioni della rete pubblica, chiamate “programmate”,
sono comunicate dal gestore della rete con congruo preavviso.
Per le interruzioni accidentali, dovute a guasto, si parla di “interruzioni senza
preavviso”.
Il numero atteso di interruzioni l’anno, brevi e lunghe, dipende dal livello di tensione di
fornitura (alta, media o bassa tensione), dal punto di consegna, e sono monitorate e
pubblicate sul sito dell’Autorità per l’energia elettrica ed il gas.
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Livello di compatibilità delle apparecchiature informatiche
Curva ITIC (Information Technology Industry Council), 1996.
Buco di tensione tipico proveniente dalla rete AT
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Livelli di continuità e tensione di
fornitura
•Buchi di tensione: da qualche decina a qualche migliaio l’anno
• Interruzioni: dipendono dal
livello di tensione di
fornitura
Numero delle interruzioni senza preavviso lunghe per cliente in bassa tensione
Valori annuali medi, Enel Distribuzione e imprese elettriche locali con più di 5.000 clienti finali
– In AT: 1 interruzione
senza preavviso l’anno
– In MT: 3-5 interruzioni
senza preavviso lunghe +
interruzioni brevi
– BT: 6 brevi - 2,3 lunghe
(al 2005, media nazionale)
R. Ricci
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Discernimento del livello di criticità
delle utenze
E’ condizione essenziale per il progetto armonico dell’impianto elettrico coerente con le
scelte delle apparecchiature informatiche
• Servizi essenziali non interrompibili (es: nodi GARR, servizi di rete, acquisizione dati)
• Servizi “interrompibili” in caso di preavviso.
Vanno indicate le condizioni accettabili in caso di:
- Mancanza alimentazione per disservizio
- Manutenzione programmata degli impianti
R. Ricci
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Elementi critici in fase di progetto
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Ridondanza delle alimentazioni
Selettività delle protezioni
Manutenibilità (= possibilità di effettuare la manutenzione senza
interrompere il servizio)
Separazione dei circuiti di alimentazione
Configurazione UPS
Alimentazione dei servizi ausiliari
Efficienza energetica
R. Ricci
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Elementi critici in fase esercizio
• Manutenzione UPS
• Controllo periodico dei
carichi
• Pulizia filtri
• Temperatura UPS
• Temperatura box Batterie
• Test batterie
• Manutenzione GE
Riduzione della vita delle batterie per UPS in funzione della temperatura
(Fiamm FGH)
R. Ricci
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Possibili configurazioni dell’UPS e dell’impianto
QE sez Normale o Privilegiata
By-pass esterno
QE sez UPS
Utenze
R. Ricci
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Metodi di analisi dell’affidabilità del
sistema
•
•
•
Metodo dell’analisi dello schema a blocchi di affidabilità
FMEA (Failure mode and effects analysis)
Analisi What-if
1.
Definire la condizione di successo = corretto funzionamento del
sistema
Individuare il “sistema”
2.
–
–
3.
4.
5.
Alimentazione alle utenze informatiche
… e di tutti gli ausiliari
Individuare gli elementi critici e le interazioni tra le varie parti del
sistema
Valutare il rischio di possibili guasti sui singoli elementi
Valutare costi/benefici di aumento di affidabilità di singole parti
R. Ricci
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Alimentazione
ENEL
Diagramma a blocchi di affidabilità
GE
1. Utenza informatica
alimentata da singola linea
protetta da UPS e GE.
Cabina di
trasformazione
Impianti di CDZ con
alimentazione privilegiata e
ausiliari sotto UPS
Linea di
alimentazione
e QE
UPS
QE UPS e
distribuzione
CDZ
Ausiliari CDZVentilazione
Circuito
terminale
Presiera
Utenza
informatica
Batterie
2. Utenza informatica con due alimentatori
separatamente alimentati da linea protetta da UPS e
da linea indipendente normale.
Alimentazione
ENEL
GE
Impianti di CDZ con alimentazione normale
Backup al condizionamento con ventilazione forzata
alimentata in privilegiata.
Cabina di
trasformazione
Linea di
alimentazione
e QE
UPS
Batterie
QE UPS e
distribuzione
CDZ
Ausiliari CDZVentilazione
Ventilazione di
Backup
(copertura 90%
dell’anno)
Circuito
terminale
Presiera
UPS
Circuito
Normale
Utenza
informatica
R. Ricci
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3. Caso n.1 con ausiliari alimentati da altro
circuito: aumenta il rischio di fuori servizio
Alimentazione
ENEL
GE
Cabina di
trasformazione
Linea di
alimentazione
e QE
Altro circuito e
diverso QE
UPS
Batterie
QE UPS e
distribuzione
CDZ
Ausiliari CDZVentilazione
Circuito
terminale
Presiera
Utenza
informatica
R. Ricci
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UPS
Probabil
e scatto
Il guasto su un’utenza
terminale può far
intervenire la protezione
a monte compromettendo
le utenze limitrofe.
Int C 160 A
Int C 16
Diff. 300 mA- Ist
Rack
Presiera distribuzione interna
Fuse 6,3 A T
Utenza
informatica 1
500W
R. Ricci
Fuse 6,3 A T
Utenza
informatica n
500W
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Aumento di continuità
consentito dal doppio sistema
di alimentazione.
Circuito
indipendente
UPS
Int C 160 A
Int C 16
Diff. 300 mA- Ist
Int C 16
Diff. 300 mA- Ist
Rack
Presiera distribuzione interna A
Utenza
informatica 1
500W
R. Ricci
Presiera distribuzione interna B
Utenza
informatica n
500W
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Considerazioni energetiche
sui centri di calcolo
possibili interventi
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Ruggero Ricci - Servizio Impianti Elettrici LNF
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Costi per energia elettrica
Costo m edio dell'energia [€cent/kWh] @LNF
1 kWh ≈ 13,8 €cent
15,00
13,80
14,00
12,8
13,00
11,62
12,00
11,00
1 kW x 1 anno ≈ 1200 €
10,00
9,00
9,22
9,07
9,17
9,51
11,87
9,77
8,26
8,00
7,00
6,00
5,00
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
Equivalenze energetiche e ambientali
1 TeP (tonnellata equivalente di petrolio)= 4545 kWh elettrici
1 kWh = 650 g di CO2
1 kW x 1 anno ≈ 2 TeP
5,7 ton CO2
R. Ricci
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Utenze elettriche di un CED
•
•
•
•
•
Il carico del CED
è1,5 x la potenza
informatica
Carico informatico
UPS
Condizionamento
Ventilazione
Illuminazione
Perdite UPS
5%
Ripartizione dei consumi nell’ipotesi di
corretto dimensionamento e perfetta
efficienza degli impianti.
Circolatori e ventilazione
7%
Chiller
21%
Chiller considerato con COP annuale
pari a 3,4 (condizione fortemente
ottimistica)
UPS con rendimento del 93%
R. Ricci
Carico informatico
67%
Chiller e ausiliari rappresentano un
carico pari a circa il 50% del carico
informatico.
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Costo del calcolo
• Esercizio:
1 kW informatico per 1 anno costa:
1kW x 1,5 x 8760h x 13,8 €cent/kWh
= 1800 €/anno
Base per valutazione economica di vari tipi di CPU
R. Ricci
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Cooling: possibilità di risparmio energetico
1.
Free Cooling
Potenza nominale Chiller [kW]
Potenza elettrica a pieno carico [kW]
Cu
Extra costo FC
€
SE: Ore/anno di possibile funzionamento FC
Risparmio energia [kWh]
Costo evitato anno
€
2. Recupero di calore per
riscaldamento a bassa temperatura
(fan coils e UTA opportunamente
dimensionati)
R. Ricci
125
47
40%
6.000
2000
37600
5.189
Free cooling: vantaggioso
in aree a clima più freddo
Recuperatore di calore
Acqua a 42/45 °C
Frazione di calore recuperata con recupero totale
130%
Ore utilizzo recupero
4000
Energia termica recuperata [kWh]
200.000
Mc Metano evitati
23.256
Workshop CCR 2008
20
