Affidabilit e continuit degli impianti elettrici per i
Affidabilità e continuità degli impianti elettrici per i centri di calcolo Workshop CCR 2008 Ruggero Ricci - Servizio Impianti Elettrici LNF R. Ricci Workshop CCR 2008 ruggero. ricci@lnf. infn. it
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 Workshop CCR 2008 2
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 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. R. Ricci Workshop CCR 2008 3
Livello di compatibilità delle apparecchiature informatiche Curva ITIC (Information Technology Industry Council), 1996. Buco di tensione tipico proveniente dalla rete AT R. Ricci Workshop CCR 2008 4
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 Workshop CCR 2008 5
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 Workshop CCR 2008 6
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 Workshop CCR 2008 7
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 Workshop CCR 2008 8
Possibili configurazioni dell’UPS e dell’impianto QE sez Normale o Privilegiata By-pass esterno QE sez UPS Utenze R. Ricci Workshop CCR 2008 9
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 Workshop CCR 2008 10
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 e distribuzione CDZ Ausiliari CDZVentilazione Circuito terminale Presiera R. Ricci Utenza informatica Workshop CCR 2008 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 CDZ Ausiliari CDZVentilazione di Backup (copertura 90% dell’anno) Batterie QE UPS e distribuzione Circuito terminale Presiera UPS Circuito Normale Utenza informatica R. Ricci Workshop CCR 2008 12
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 R. Ricci Utenza informatica Workshop CCR 2008 13
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 m. A- Ist Rack Presiera distribuzione interna Fuse 6, 3 A T Utenza informatica 1 500 W R. Ricci Fuse 6, 3 A T Utenza informatica n 500 W Workshop CCR 2008 14
Aumento di continuità consentito dal doppio sistema di alimentazione. Circuito indipendente UPS Int C 160 A Int C 16 Diff. 300 m. A- Ist Rack Presiera distribuzione interna A Utenza informatica 1 500 W R. Ricci Presiera distribuzione interna B Utenza informatica n 500 W Workshop CCR 2008 15
Considerazioni energetiche sui centri di calcolo possibili interventi Workshop CCR 2008 Ruggero Ricci - Servizio Impianti Elettrici LNF R. Ricci Workshop CCR 2008 ruggero. ricci@lnf. infn. it
Costi per energia elettrica 1 k. Wh ≈ 13, 8 €cent 1 k. W x 1 anno ≈ 1200 € Equivalenze energetiche e ambientali 1 Te. P (tonnellata equivalente di petrolio)= 4545 k. Wh elettrici 1 k. Wh = 650 g di CO 2 1 k. W x 1 anno ≈ 2 Te. P 5, 7 ton CO 2 R. Ricci Workshop CCR 2008 17
Utenze elettriche di un CED • • • Il carico del CED è 1, 5 x la potenza informatica Carico informatico UPS Condizionamento Ventilazione Illuminazione Ripartizione dei consumi nell’ipotesi di corretto dimensionamento e perfetta efficienza degli impianti. Chiller considerato con COP annuale pari a 3, 4 (condizione fortemente ottimistica) UPS con rendimento del 93% R. Ricci Chiller e ausiliari rappresentano un carico pari a circa il 50% del carico informatico. Workshop CCR 2008 18
Costo del calcolo • Esercizio: 1 k. W informatico per 1 anno costa: 1 k. W x 1, 5 x 8760 h x 13, 8 €cent/k. Wh = 1800 €/anno Base per valutazione economica di vari tipi di CPU R. Ricci Workshop CCR 2008 19
Cooling: possibilità di risparmio energetico 1. Free cooling: vantaggioso in aree a clima più freddo 2. Recupero di calore per riscaldamento a bassa temperatura (fan coils e UTA opportunamente dimensionati) R. Ricci Workshop CCR 2008 20
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