Affidabilità e continuità degli impianti elettrici per i centri di calcolo Ruggero Ricci - Servizio Impianti Elettrici LNF Workshop CCR 2008

R. RicciWorkshop CCR 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. RicciWorkshop CCR 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.

R. RicciWorkshop CCR Livello di compatibilità delle apparecchiature informatiche Curva ITIC (Information Technology Industry Council), Buco di tensione tipico proveniente dalla rete AT

R. RicciWorkshop CCR Livelli di continuità e tensione di fornitura Interruzioni: dipendono dal livello di tensione di fornitura –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) Numero delle interruzioni senza preavviso lunghe per cliente in bassa tensione Valori annuali medi, Enel Distribuzione e imprese elettriche locali con più di clienti finali Buchi di tensione: da qualche decina a qualche migliaio l’anno

R. RicciWorkshop CCR 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. RicciWorkshop CCR Elementi critici in fase di progetto 1.Ridondanza delle alimentazioni 2.Selettività delle protezioni 3.Manutenibilità (= possibilità di effettuare la manutenzione senza interrompere il servizio) 4.Separazione dei circuiti di alimentazione 5.Configurazione UPS 6.Alimentazione dei servizi ausiliari 7.Efficienza energetica

R. RicciWorkshop CCR 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. RicciWorkshop CCR Possibili configurazioni dell’UPS e dell’impianto By-pass esterno Utenze QE sez UPS QE sez Normale o Privilegiata

R. RicciWorkshop CCR 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 2.Individuare il “sistema” –Alimentazione alle utenze informatiche – … e di tutti gli ausiliari 3.Individuare gli elementi critici e le interazioni tra le varie parti del sistema 4.Valutare il rischio di possibili guasti sui singoli elementi 5.Valutare costi/benefici di aumento di affidabilità di singole parti

Alimentazione ENEL Cabina di trasformazione Linea di alimentazione e QE UPS QE UPS e distribuzione GEBatterie Utenza informatica Circuito terminale Presiera Ausiliari CDZ- Ventilazione 1. Utenza informatica alimentata da singola linea protetta da UPS e GE. Impianti di CDZ con alimentazione privilegiata e ausiliari sotto UPS CDZ Diagramma a blocchi di affidabilità

R. RicciWorkshop CCR Alimentazione ENEL Cabina di trasformazione Linea di alimentazione e QE UPS QE UPS e distribuzione GEBatterie Utenza informatica Circuito terminale Presiera UPS Ausiliari CDZ- Ventilazione Circuito Normale CDZ Ventilazione di Backup (copertura 90% dell’anno) 2. Utenza informatica con due alimentatori separatamente alimentati da linea protetta da UPS e da linea indipendente normale. Impianti di CDZ con alimentazione normale Backup al condizionamento con ventilazione forzata alimentata in privilegiata.

R. RicciWorkshop CCR Alimentazione ENEL Cabina di trasformazione Linea di alimentazione e QE UPS QE UPS e distribuzione GEBatterie Utenza informatica Circuito terminale Presiera Ausiliari CDZ- Ventilazione CDZ Altro circuito e diverso QE 3. Caso n.1 con ausiliari alimentati da altro circuito: aumenta il rischio di fuori servizio

R. RicciWorkshop CCR UPS Utenza informatica 1 500W Fuse 6,3 A T Int C 16 Diff. 300 mA- Ist Int C 160 A Utenza informatica n 500W Fuse 6,3 A T Rack Presiera distribuzione interna Il guasto su un’utenza terminale può far intervenire la protezione a monte compromettendo le utenze limitrofe. Probabil e scatto

R. RicciWorkshop CCR Utenza informatica 1 500W Int C 16 Diff. 300 mA- Ist Int C 160 A Utenza informatica n 500W Rack Presiera distribuzione interna APresiera distribuzione interna B Int C 16 Diff. 300 mA- Ist Aumento di continuità consentito dal doppio sistema di alimentazione. UPS Circuito indipendente

Considerazioni energetiche sui centri di calcolo Ruggero Ricci - Servizio Impianti Elettrici LNF Workshop CCR 2008 possibili interventi

R. RicciWorkshop CCR Costi per energia elettrica 1 kW x 1 anno ≈ 1200 € Equivalenze energetiche e ambientali 1 TeP (tonnellata equivalente di petrolio)= 4545 kWh elettrici 1 kWh = 650 g di CO 2 1 kW x 1 anno ≈ 2 TeP 5,7 ton CO 2 1 kWh ≈ 13,8 €cent

R. RicciWorkshop CCR Utenze elettriche di un CED 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% Chiller e ausiliari rappresentano un carico pari a circa il 50% del carico informatico. Il carico del CED è1,5 x la potenza informatica

R. RicciWorkshop CCR 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. RicciWorkshop CCR 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)