Energia stabilizzata nel Data Center (TO)

Per molti di noi, il termine energia pulita fa riferimento alla sostenibilità della fonte energetica. Per chi si occupa dell’alimentazione di un Data Center, invece, con questa definizione viene caratterizzata la qualità dell’energia fornita all’infrastruttura. Un’infrastruttura particolarmente delicata perché, come noto a quanti si occupano del settore, le perturbazioni elettriche sono devastanti per le apparecchiature informatiche. Per tale ragione qualunque variazione deve avere uno scostamento inferiore all’1%.
Una situazione ben nota ai tecnici di Irem, l’azienda torinese specializzata proprio nella progettazione e realizzazione di apparecchiature per il controllo e la generazione dell’energia elettrica.
Una realtà, fondata nel 1947, che ha collaborato con Bticino alla realizzazione di un impianto di 6 MVA di potenza per la stabilizzazione della tensione di alimentazione in un Data Center creato in un Paese asiatico. Un’area particolarmente difficile per il rapido sviluppo industriale, non sempre accompagnato da infrastrutture adeguate, e per condizioni atmosferiche spesso estreme.
Il cliente aveva inoltre richiesto garanzie di funzionamento a temperature più elevate rispetto a quelle usuali e una rilevante tenuta al cortocircuito. Il tutto in considerazione del fatto che l’infrastruttura di rete risultava determinare una corrente di corto circuito nel punto di installazione pari a 100 kA.
Una sfida che, come spiega Emilio Agnes, Product Manager di Irem, “abbiamo potuto raccogliere in virtù della particolarità tecnica del nostro stabilizzatore di tensione, un’apparecchiatura di potenza elettromeccanica con controllo elettronico. In particolare, a questa macchina, è stato richiesto in aggiunta l’abbinamento di un trasformatore d’isolamento BT/BT, anch’esso caratterizzato da marcate connotazioni di resistenza all’azione di fulminazioni e di soppressione dei disturbi, oltre a ricreare a valle un regime IT, quindi neutro isolato da terra. È un regime particolare, che si ritrova solo in presenza di richieste di marcata continuità di servizio, in cui un primo guasto a terra non determina l’intervento delle protezioni. Nei sistemi TN un guasto franco a terra si traduce in un cortocircuito fase-neutro con conseguente intervento delle protezioni, mentre nei sistemi con neutro isolato da terra, in caso di un primo guasto a terra, esso può essere rilevato e segnalato, permettendo di intervenire per ripristinare le condizioni di isolamento senza perdere la continuità di servizio.”

Una rete di protezione

Gli esperti di Irem hanno così sviluppato un’infrastruttura caratterizzata da un sistema elettrico alimentato in media tensione dalla rete o da gruppi elettrogeni di riserva. Il tutto sviluppato lungo due rami di alimentazione in bassa tensione indipendenti, non in parallelo, con congiunture di rete per garantire all’architettura distributiva la massima flessibilità di esercizio. Su ciascun ramo è stato poi installato uno stabilizzatore di tensione Irem da 3 MVA, oltre ad un quadro elettrico BTicino dotato di apparecchiature che estrinsecano le funzioni di protezione, sezionamento, by-pass e manovra di tutto l’apparato.
In particolare, ognuno dei due quadri elettrici forniti da BTicino prende alimentazione dalla rete e la trasferisce al carico attraverso il ramo stabilizzato (stabilizzatore + trasformatore) e i relativi interruttori di protezione (In=6.300 A in ingresso e In=5.000 A in uscita) o tramite l’interruttore di by-pass (In=6.300 A). Tramite opportune manovre, e grazie agli interblocchi tra gli interruttori, il ramo stabilizzato può essere posto fuori tensione per poter eseguire opere di manutenzione sullo stabilizzatore e sul trasformatore in completa sicurezza. In questo caso il carico continua ad essere alimentato direttamente dalla rete, anche se senza le qualità dell’energia garantite dallo stesso ramo stabilizzato.
I quadri sono inoltre equipaggiati con una serie di dispositivi ausiliari di controllo, protezione e monitoraggio. In particolare sono state installate centraline di protezione dei trasformatori d’isolamento, che attraverso le temperature rilevate delle termosonde poste in prossimità degli avvolgimenti generano allarmi e gestiscono logiche e un sistema di misura in grado di rilevare tramite analizzatori di rete le grandezze elettriche in ingresso ed in uscita del quadro.
Tutte le informazioni di stato dei principali dispositivi vengono rimandate, attraverso spie di segnalazione, sul quadro sinottico, garantendo così l’individuazione immediata dello stato di ogni singolo dispositivo e vengono rese disponibili su morsettiera (eventuale interfaccia con PLC) grazie alla duplicazione dei contatti di stato.
Sulle linee entranti nei quadri sono presenti SPD di classe I (protezione contro le fulminazioni dirette) e su quelle in uscita, SPD di classe II (protezione contro le fulminazioni indirette e sovratensioni residue). Anche questi dispositivi sono equipaggiati di contatti che ne segnalano l’efficienza e lo stato.
La supervisione a distanza di tutti i parametri è garantita dalla trasmissione dei dati tramite una connessione ad una rete Ethernet dei vari dispositivi. L’impianto si può così interfacciare col sistema di building automation adibito, tra l’altro, al monitoraggio della qualità dell’energia.

Affidabilità senza compromessi
L’impianto, che necessita di elevatissimi requisiti di affidabilità, è caratterizzato da:

• protezioni contro le sovratensioni di origine atmosferica per fulminazione diretta;
• protezione dalle variabilità e dalle perturbazioni della rete;
• stabilizzazione della tensione;
• ricreazione di regime diverso di distribuzione attraverso il trasformatore d’isolamento;
• sezionamento, protezione e manovra di parte dell’infrastruttura elettrica sottesa.

Tutte le apparecchiature sono progettate per ricevere la doppia alimentazione a monte, quindi da rete, o da gruppi elettrogeni azionati da motori endotermici, con tempi di avviamento relativamente brevi.
A valle di queste apparecchiature sono stati installati dei gruppi di continuità (UPS), con la funzione di garantire l’alimentazione degli impianti sottesi durante il tempo di avviamento dei gruppi elettrogeni.
Lo stabilizzatore di tensione infatti non è in grado di supplire alla mancanza di rete; per contro, il gruppo di continuità non ha la capacità di accettare variazioni ampissime della tensione di rete. Le due macchine per questo si integrano molto bene.
“In BTicino – spiega Agnes – abbiamo apprezzato molto il servizio di supporto alla progettazione, grazie al quale ci è stato possibile fornire al cliente soluzioni personalizzate con l’obiettivo comune del raggiungimento della migliore proposta possibile. Data l’ampiezza dell’installazione, per questioni di sicurezza, abbiamo scelto di gestire tutto il progetto con un partner in grado di fornire anche i trasformatori, come BTicino: il vantaggio dei trasformatori isolati in resina è che non hanno perdite di olio e in questo caso sicuramente sono più indicati”.
Il criterio di dimensionamento del trasformatore è guidato dallo specifico contesto di applicazione, considerando le due condizioni estreme di funzionamento corrispondenti alla situazione di esercizio con di rete di ingresso minima e di rete di ingresso massima. Al fine di garantire il corretto funzionamento del trasformatore nelle due condizioni, è stato necessario adottare particolari criteri di dimensionamento del circuito avvolto e del circuito magnetico.
I trasformatori sono stati progettati tenendo conto di entrambe le condizioni di lavoro, che variano in maniera dinamica in relazione alla variazione della tensione di rete.

Dovendo dimensionare anche i circuiti ausiliari per le significative variazioni di tensione imposte, si è integrato all’interno di ciascun quadro elettrico uno stabilizzatore di tensione IREM di piccola taglia con la funzione di Power Supply per tutta la parte di automazione del quadro.

Il test preliminare della macchina è stato eseguito in IREM attraverso un apposito banco di collaudo in grado di erogare 8000 A in uscita.
La sezione quadri è stata testata in stabilimento BTicino a Tradate, Varese.