AMPLEUR DES DOMMAGES DANS LES DATA CENTERS

L’importance des coûts associés aux défaillances (blackouts) dans les Data Centers a rendu nécessaire la réalisation d’études spécifiques sur cette problématique. Aux États-Unis et au Royaume-Uni, la quantification statistique de ces coûts est active depuis plusieurs années et est généralement exprimée en Loss per Record. Dès 2010, le Ponemon Institute du Michigan évaluait la Loss per Record à 215 €. La perte totale associée à l’événement le plus grave enregistré a été estimée à 625 000 €. Le même Institut, en analysant en détail 51 cas de blackouts dans des Data Centers de petite et moyenne taille opérant dans 15 secteurs différents, notamment les secteurs industriel et tertiaire, a constaté qu’en cas d’interruption de service, le temps moyen de rétablissement est d’environ 130 minutes, avec un coût pour l’entreprise pouvant atteindre 480 000 €, soit une perte de 3 690 € par minute. Pour les entreprises opérant dans les secteurs des télécommunications et du commerce électronique, les pertes peuvent atteindre 8 000 € par minute. Ces données sont explicites et expliquent clairement pourquoi la protection doit être mise en œuvre au plus haut niveau et prise en compte dès la phase de conception.

SOURCES DES DOMMAGES

Les impacts directs de foudre constituent les principales sources d’effets destructeurs majeurs ; les décharges indirectes et les perturbations électromagnétiques conduites à haute fréquence sont à l’origine de nombreux dommages dont la cause n’est pas facilement identifiable, mais dont les effets sont tout aussi sévères pour les installations où la continuité de service est essentielle. Tous ces phénomènes doivent être correctement interceptés afin de protéger les installations raccordées au réseau d’alimentation et d’en garantir l’intégrité ainsi que la continuité de fonctionnement indispensable. Cet aspect est particulièrement critique lorsque les équipements à protéger sont constitués de serveurs installés dans des Data Centers, des centres de traitement de données (DPC), des systèmes de télécommunications ou des systèmes DCS destinés à la supervision et au contrôle des procédés industriels, pour lesquels la continuité de service et l’intégrité des données représentent des exigences fondamentales. À la lumière de ces considérations, il est indispensable d’installer des dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) conçus non seulement pour se prémunir contre les décharges directes ou indirectes, mais également capables de gérer toutes les problématiques de sécurité et de continuité opérationnelle pouvant survenir en fin de vie ou du fait de la dégradation naturelle durant le cycle d’exploitation. À cette fin, il est nécessaire de sélectionner et d’installer des SPDs présentant des performances élevées sur l’ensemble de leurs paramètres. Sous-estimer ou banaliser cette problématique peut conduire à des événements catastrophiques. Il s’agit d’un domaine qui doit être traité exclusivement par des spécialistes de la protection contre la foudre et les surtensions.

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PARAMÈTRES DE DIMENSIONNEMENT ET DE SÉLECTION DES SPD

Afin de mieux comprendre ce que l’on entend par « niveau de performance élevé » requis pour ces dispositifs de protection (SPD) contre les surtensions, les perturbations électromagnétiques à haute fréquence et pour résister aux contraintes générées au sein même du réseau d’alimentation (telles que les surtensions de manœuvre et les surtensions temporaires TOV provoquées par des défauts d’isolement dans les systèmes MT et BT), il est essentiel d’analyser et d’évaluer les paramètres suivants :

SPD Type 1+2 Triphasé avec Neutre Modèle L 25/100 230 t ff 4

SPD Type 1+2 Monophasé Modèle L 25/100 230 t ff 2

• ampleur des surtensions et des surintensités d’origine atmosphérique, de manœuvre et TOV ;
• niveaux de protection vis-à-vis des différentes amplitudes de courants impulsionnels et de leurs formes d’onde ;
• tenue au courant de court-circuit ;
• caractéristique de comportement en présence de surtensions temporaires ; U_TOV ;
• temps de réponse ;
• surveillance progressive du niveau de dégradation du SPD et signalisation d’alarme préventive correspondante.

Les points susmentionnés, optimisés dans les SPD de type 1+2, sont analysés individuellement ci-après.

SURTENSIONS ET SURINTENSITÉS D’ORIGINE ATMOSPHÉRIQUE ET DE MANŒUVRE

Les SPD, en fonction des paramètres du courant de foudre qu’ils doivent écouler vers la terre, sont soumis à des essais et classifiés différemment conformément aux normes IEC 61643-01 (2024-12) et IEC 61643-11 (2025-06), qui les répartissent comme suit :

• SPD de Type 1 : testés avec un courant impulsionnel I_imp (10/350 μs) ;
• SPD de Type 2 : testés avec un courant nominal de décharge I_n (8/20 μs) ;
• SPD de Type 3 : testés à l’aide d’un générateur combiné appliquant une tension à vide U_oc (1,2/50 μs) et, en condition de court-circuit, un courant prospectif I_cw (8/20 μs) ;

SURTENSIONS TEMPORAIRES (TOV)

Les surtensions temporaires, également désignées TOV, sont caractérisées par deux paramètres : la durée et l’amplitude. La durée dépend principalement du type de régime de neutre du réseau d’alimentation (y compris les réseaux moyenne et basse tension), tandis que l’amplitude U dépend de la tension maximale permanente de service du réseau basse tension. Il est essentiel que la caractéristique de comportement du SPD en présence de TOV soit une capacité de tenue (« withstand capability ») et non une simple condition de « sécurité », qui admet en pratique la fin de vie du dispositif dans de telles circonstances. Afin que le SPD puisse supporter ces défauts éventuels du réseau sans subir de dommages, qu’ils soient générés côté MT ou BT, la tension maximale permanente de service du SPD Uc doit être au minimum de 335 V pour un système 230/400 V AC.

NIVEAU DE PROTECTION

Le niveau de protection offert par le système SPD doit être coordonné avec la tension de tenue aux chocs des équipements à protéger, également appelée niveau de tenue (« withstand level »). Le niveau de protection, en fonction de l’immunité de l’utilisateur (immunity level), doit être coordonné avec la tension impulsionnelle susceptible de provoquer des dysfonctionnements, des erreurs ou des défaillances des équipements à protéger. Dans le cas du niveau de tenue, la vérification est réalisée à l’aide d’un générateur avec un courant impulsionnel minimal I_imp 25 kA (10/350 μs) et U_p ≤ 1250 V.

Les paramètres qualificatifs relatifs au niveau de protection doivent être évalués pour un courant nominal de décharge I_n non inférieur à 60 kA (8/20 µs) avec U_p ≤ 1700 V, pour un courant impulsionnel I_imp non inférieur à 25 kA (10/350 µs) avec U_p ≤ 1250 V, et pour une valeur de courant de crête faible de 1 kA avec U_p ≤ 750 V. En respectant ces valeurs, les équipements sensibles conformes aux niveaux de tenue et d’immunité exigés par les normes applicables sont généralement protégés de manière adéquate.

TENUE AU COURANT DE COURT-CIRCUIT

Pendant sa fonction de protection contre les surtensions, le SPD est également traversé par le courant de court-circuit. Le SPD doit empêcher l’écoulement du courant de suite provenant du réseau d’alimentation (NFC – No Follow Current) afin d’éviter toute dégradation lors de son fonctionnement protecteur normal. La valeur du courant maximal de court-circuit au point d’installation des parafoudres I_sccr dépend de l’installation, mais dans cette application elle ne dépasse généralement pas 50 kA rms.

TEMPS DE RÉPONSE

Le temps de réponse du SPD n’est pas traité par la norme produit IEC 61643-11 Ed. 2 (2025-06). Toutefois, les temps de destruction des semi-conducteurs présents dans les équipements électroniques rendent cet aspect non négligeable. Les surtensions impulsionnelles se produisant dans l’installation sont de l’ordre de la microseconde, les temps de réponse des SPD sont de l’ordre de la nanoseconde, tandis que les temps de dégradation de certains semi-conducteurs sont de l’ordre de la picoseconde. Cette simple considération conduit à la conclusion que plus la rapidité d’intervention du SPD est élevée, meilleures sont ses performances. Une valeur de temps de réponse adaptée à cette application est ≤ 25 ns.

INDICATION PROGRESSIVE DE L’ÉTAT DU SPD

L’activité de vérification du système de protection contre les surtensions et la foudre, telle que requise par le Guide CEI 81-2 (2013-02), est essentielle non seulement pour la conformité réglementaire mais surtout pour garantir la continuité d’exploitation et prévenir les effets catastrophiques précédemment évoqués. Cette fonction est affichée localement par un changement de couleur de la fenêtre d’indication d’état. Le passage de la couleur verte initiale (pleine performance) à la couleur jaune complète (performance minimale) s’effectue de manière progressive. La couleur indique ainsi la performance résiduelle réelle du parafoudre, fournissant des informations complètes et nécessaires par rapport à une simple indication de fin de vie. Le passage ultérieur du jaune au rouge indique que le parafoudre a atteint la fin de vie. L’avantage de l’indication progressive de la dégradation des performances permet au personnel de maintenance d’optimiser la décision de remplacement. Les parafoudres doivent être équipés d’un contact inverseur pour la signalisation d’alarme à distance. Il est très important que le contact soit activé lorsque les performances sont réduites au niveau minimal (indicateur entièrement jaune) et non lorsque le parafoudre a atteint la fin de vie (indicateur rouge). L’alarme à distance a donc un caractère préventif : le parafoudre est encore actif et capable d’assurer la protection, bien qu’avec des performances réduites.

UTILISATION DE PARAFOUDRES AVEC PD3 DANS DES ENVIRONNEMENTS À FORTE POLLUTION CONDUCTRICE (PD3)

Les équipements électriques et électroniques d’un Data Center sont principalement installés dans des environnements à température contrôlée. Cependant, il est souvent négligé que les unités de traitement d’air (AHU – Air Handling Units) sont généralement installées à l’extérieur, typiquement en toiture. Les AHU, qui remplissent une fonction essentielle dans un Data Center, sont soumises à la formation naturelle de condensation et donc à une pollution conductrice. Les SPD doivent également être évalués quant à leur capacité à résister à ces conditions environnementales sévères. Des exigences strictes doivent être imposées en matière de pollution conductrice. Le degré de pollution 3 (Pollution Degree 3), représentant le degré maximal applicable, répond à cette exigence. Les distances d’isolement internes standards des parafoudres, ainsi que la capacité à long terme des matériaux isolants à résister au cheminement électrique (tracking), se sont révélées inadéquates. Conformément à l’exigence de fonctionnement en environnements « critiques », la température maximale de service doit également satisfaire à la classification Temperature Extended Range.

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