La CEI 61850 simplifie l’infrastructure électrique des DataCenters

La CEI 61850 simplifie l’infrastructure électrique des DataCenters

La norme CEI 61850 s’impose aujourd’hui en référentiel de communication des automatismes de postes électriques. Une fiabilité accrue, des diagnostics intégrés, une sélectivité plus fine des protections, des temps de réaction sur défaut écourtés et une meilleure tolérance aux pannes en font le protocole de choix de l’architecture électrique d’un DataCenter.

Il est indéniable que la publication de la CEI 61850 a transformé le monde de l’automatisation et de l’intégration des postes électriques. Cette norme fédératrice, à laquelle ABB a amplement contribué avec les principaux constructeurs de matériel, spécifie les exigences de communication, les caractéristiques fonctionnelles, la structure et la sémantique des données, l’interaction des applications et leur pilotage des appareils, ainsi que les essais de conformité normative. Cette norme prouve son aptitude à marier protection et supervision au sein des installations basse et moyenne tensions, et de plus en plus aujourd’hui haute tension. Nombreux sont les équipements à bénéficier de sa richesse fonctionnelle : relais de protection, disjoncteurs, passerelles de communication, automates programmables et superviseurs (SCADA).

Autant d’éléments qui permettent de concevoir et d’exploiter un système de protection et de supervision totalement intégré couvrant tous les domaines de tension. Cette architecture commune s’appuie sur le socle normatif CEI 61850 pour créer des fonctions avancées de sélectivité logique fondée sur la communication inter-équipements, de diagnostic temps réel et d’ingénierie intégrée. La norme s’inscrit, de fait, dans la démarche d’automatisation de l’infrastructure électrique des DataCenters

Protection rapprochée

Le besoin impérieux d’une alimentation électrique fiable, habituellement secourue par des dispositifs parant à toute éventualité, tels que les alimentations sans interruption (ASI), les groupes électrogènes, d’automatiser l’infrastructure électrique des DataCenters à l’aide d’équipements normalisés CEI 61850 communiquant sous protocole GOOSE (Generic Object Oriented Substation Events) permet de fiabiliser l’alimentation, d’améliorer le pilotage des opérations et de réduire les coûts, entre autres avantages.

Messagerie dédiée

Sur apparition d’un défaut dans un composant électrique du DataCenter, la protection qui a détecté l’anomalie doit transmettre l’information le plus vite possible. Le traitement efficace de cette communication événementielle, non planifiée, est l’un des atouts différenciateurs de la CEI 61850 ; il s’appuie sur des paquets de données spécifiques, appelés « messages GOOSE », qui substituent au temps de cycle habituel des échanges entre automatismes industriels un délai, ou « latence », entre l’apparition d’un événement et la diffusion de l’information correspondante sur le réseau.

Autre point fort de la messagerie GOOSE : à la communication filaire classique verticale entre appareils de terrain et supervision s’ajoute la possibilité de flux inter-équipements, d’égal à égal. Ainsi, une sélectivité logique ou un interverrouillage entre deux disjoncteurs peuvent être exécutés par échange direct entre les dispositifs concernés, sans passer par une unité centrale de traitement. Cette communication horizontale améliore à la fois les performances (temps de réponse global plus court et usage optimisé du canal) et la fiabilité, une défaillance de l’unité centrale ne compromettant pas le plan de protection de l’ensemble. Outre ces fonctions de signalisation de défauts, les messages GOOSE peuvent servir à implanter un mécanisme de diagnostic intégré dans le système de protection électrique du DataCenter.

Dans la pratique, avec la CEI 61850, plus besoin de relais de protection de jeu de barres dédié ; la tâche revient aux relais des disjoncteurs qui protègent l’appareil ou la ligne. Dans ce cas, un relais « maître » assure la protection, active des barres et se voit attribuer un relais « esclave » en secours. Tous les dispositifs participant à la protection électrique CEI 61850 du DataCenter utilisent la messagerie GOOSE.

Les protections conformes à la norme CEI 61850, comme les relais Relion et le disjoncteur ouvert Emax 2 d’ABB, embarquent de série plusieurs ports Ethernet et le protocole de redondance parallèle PRP. Ce dernier s’appuie sur une topologie de réseau en double étoile et anneaux autocicatrisants pour garantir la disponibilité totale de la communication. La double étoile limite les perturbations réseau en cas d’extension du DataCenter, accélère la recherche de pannes, minimise la latence et facilite la maintenance. Autre avantage, le réseau Ethernet à fibre optique qui permet de s’affranchir du câblage cuivre en fil à fil, réputé coûteux, encombrant, complexe et sujet à l’erreur. La réduction, voire la suppression du traditionnel câblage transversal des relais associés garantit d’importantes économies en temps d’étude, de déploiement et d’installation, ainsi qu’en main-d’œuvre et en matériau. C’est aussi un gage de fiabilité accrue et de coûts globaux réduits sans compter que les nouvelles installations peuvent s’affranchir des surcoûts induits par les relais de protection supplémentaires. Enfin, le bus CEI 61850 simplifie l’évolution et l’extension de l’architecture.

Inversion de sources automatique

La CEI 61850 trouve aussi son application dans le transfert de sources. La disponibilité et la stabilité de la fourniture électrique étant cruciales pour un DataCenter, ce dernier est alimenté par deux arrivées, le plus souvent selon une configuration « disjoncteur principal-disjoncteur de couplage-disjoncteur principal ». L’inverseur de sources (via Emax2 ou TruOne) offre un moyen efficace et fiable de basculer automatiquement du jeu de barres défaillant au jeu de barres sain. Pour détecter rapidement la source de remplacement disponible et transférer la charge, les relais échangent des messages GOOSE contenant des données d’état comme la perte de la source elle-même, le fonctionnement du secours, la présence d’un défaut de surintensité ou le déclenchement des protections de barres, l’état normal des disjoncteurs de couplage et principaux, etc.

Facilité de développement et de configuration

La CEI 61850 offre d’autres atouts dans les processus de développement et de configuration de l’installation électrique. Vu la complexité et la multiplicité des équipements en jeu, mais aussi la masse de détails de configuration et d’exploitation, qui sont autant de sources d’erreur, impossible de concevoir un système de protection de DataCenter sans avoir recours à une structure informatisée. La parade CEI 61850 tient dans la standardisation des objets et types de données, ainsi que la formalisation des descriptions électroniques d’équipements.

Pour lever la complexité des dispositifs électroniques intelligents de contrôle-commande et de protection, ou « IED », chaque équipement est décrit sous la forme d’un ensemble d’objets logiques qui peuvent être publiés dans l’application finale. Ces objets sont assez abstraits pour convenir à des matériels de différents types ou constructeurs, mais aussi suffisamment réalistes pour coller au développement spécifique en cours : citons, par exemple, la protection contre les surintensités, la mesure de courant et de tension, la commande d’un appareillage de coupure, etc.

La modélisation CEI 61850 s’appuie sur un catalogue d’objets logiques standardisés, assortis de significations précises et de paramètres et données applicables. Tous les équipements normalisés CEI 61850 utilisent les mêmes objets pour exécuter la même fonction, ce qui permet de les combiner dans l’application de DataCenter. La standardisation va jusqu’au nom d’objet (« PTOC », par exemple, représentant toujours une protection de surintensité) pour faciliter leur reconnaissance et leur emploi par le concepteur. Les types de données sont également spécifiés par la CEI 61850 afin que le résultat d’une mesure, par exemple, soit systématiquement défini par son nom, ses unités, ses indicateurs qualité, etc., réduisant la probabilité d’erreurs.

Pour parfaire cette standardisation, la norme définit un format électronique commun de description des équipements et systèmes. Tout IED s’accompagne ainsi d’un fichier de description de configuration en langage SCL (Substation Configuration description Language), qui recense la totalité de ses propriétés et objets logiques. Les fichiers SCL peuvent être lus et traités par les outils de développement logiciel CEI 61850 pour fluidifier le processus et limiter les erreurs.

Un protocole multiconstructeur

Ce langage électronique formalisé facilite l’interopérabilité des équipements multiconstructeurs ; tant que les objets mis en œuvre ont leur descriptif SCL, l’utilisateur n’a pas à se soucier de leur fonctionnement interne.

Dans une perspective plus large, la CEI 61850 permet de numériser et d’intégrer l’installation électrique aux autres grandes fonctionnalités opérationnelles du centre, comme la gestion technique des bâtiments (GTB), la gestion automatisée de l’électricité (PMS) et la gestion des infrastructures (DCIM), ou encore la plate-forme collaborative ABB Ability™ DataCenter Automation. Ces solutions « convergées » ont un même dessein : orchestrer toutes les activités du DataCenter. Le système Decathlon® for Data Center d’ABB, par exemple, ausculte les performances de l’alimentation électrique et du refroidissement, tandis que les protocoles CEI 61850 ouvrent le dialogue entre équipements et systèmes existants. L’intégration des fonctions de communication horizontale CEI 61850 à des composants ABB comme les relais Relion et les disjoncteurs Emax élargit le périmètre des échanges, du contrôle-commande et de la supervision DCIM à l’interaction temps réel avec les protections (disjoncteur d’ASI, par exemple). Fiabilité maximisée, sélectivité renforcée, réactivité sur défaut améliorée, tolérance aux pannes, diagnostics intégrés et une foule d’autres avantages font de la CEI 61850 la norme par excellence de la communication au sein des DataCenters.

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