Comment sélectionner une fausse charge pour un groupe électrogène diesel de centre de données

Le choix d'une charge fictive pour un groupe électrogène diesel de centre de données est crucial, car il influe directement sur la fiabilité du système d'alimentation de secours. Vous trouverez ci-dessous un guide complet abordant les principes fondamentaux, les paramètres clés, les types de charges, les étapes de sélection et les bonnes pratiques.

1. Principes fondamentaux de sélection

L'objectif principal d'une charge fictive est de simuler la charge réelle pour des essais et une validation complets du groupe électrogène diesel, afin de garantir sa capacité à prendre immédiatement en charge la totalité de la charge critique en cas de coupure de courant. Les objectifs spécifiques sont les suivants :

1. Élimination des dépôts de carbone : Le fonctionnement à faible charge ou à vide provoque un phénomène d’« encrassement » des moteurs diesel (accumulation de carburant imbrûlé et de carbone dans le système d’échappement). Une charge artificielle permet d’augmenter la température et la pression du moteur, ce qui favorise l’élimination complète de ces dépôts.
2. Vérification des performances : Test visant à déterminer si les performances électriques du groupe électrogène (tension de sortie, stabilité de la fréquence, distorsion harmonique totale (THD) et régulation de la tension) sont dans les limites admissibles.
3. Tests de capacité de charge : vérification que le groupe électrogène peut fonctionner de manière stable à sa puissance nominale et évaluation de sa capacité à gérer l’application et le rejet soudains de la charge.
4. Tests d'intégration du système : Réaliser une mise en service conjointe avec le commutateur de transfert automatique (ATS), les systèmes de mise en parallèle et les systèmes de contrôle afin de garantir le bon fonctionnement de l'ensemble du système.

2. Paramètres et considérations clés

Avant de sélectionner une fausse charge, les paramètres suivants relatifs au groupe électrogène et aux exigences de test doivent être clarifiés :

1. Puissance nominale (kW/kVA) : La puissance totale de la charge fictive doit être supérieure ou égale à la puissance nominale totale du groupe électrogène. Il est généralement recommandé de choisir une valeur comprise entre 110 % et 125 % de la puissance nominale du groupe pour permettre les essais de résistance aux surcharges.
2. Tension et phase : Doit correspondre à la tension de sortie du générateur (par exemple, 400 V/230 V) et à la phase (triphasé à quatre fils).
3. Fréquence (Hz) : 50 Hz ou 60 Hz.
4. Méthode de connexion : Comment sera-t-il connecté à la sortie du générateur ? Généralement en aval du commutateur de transfert automatique (ATS) ou via une armoire d’interface de test dédiée.
5. Méthode de refroidissement :
   • Refroidissement par air : Convient aux puissances faibles à moyennes (généralement inférieures à 1 000 kW), coût moindre, mais bruyant, et l’air chaud doit être correctement évacué de la salle des machines.
   • Refroidissement par eau : Convient aux puissances moyennes à élevées, plus silencieux, efficacité de refroidissement supérieure, mais nécessite un système de refroidissement par eau (tour de refroidissement ou refroidisseur sec), ce qui entraîne un investissement initial plus élevé.
6. Niveau de contrôle et d'automatisation :
   • Commande de base : Chargement/déchargement manuel par étapes.
   • Contrôle intelligent : courbes de charge automatiques programmables (charge progressive, charge par paliers), surveillance et enregistrement en temps réel de paramètres tels que la tension, le courant, la puissance, la fréquence, la pression d’huile et la température de l’eau, et génération de rapports de test. Ceci est essentiel pour la conformité et l’audit des centres de données.

3. Principaux types de charges parasites

1. Charge résistive (charge purement active P)

• Principe : Convertit l'énergie électrique en chaleur, dissipée par des ventilateurs ou un système de refroidissement par eau.
• Avantages : Structure simple, coût réduit, contrôle facile, fournit une puissance active pure.
• Inconvénients : Ne peut tester que la puissance active (kW), ne peut pas tester la capacité de régulation de la puissance réactive (kvar) du générateur.
• Scénario d'application : Principalement utilisé pour tester les composants du moteur (combustion, température, pression), mais le test est incomplet.

2. Charge réactive (charge purement réactive Q)

• Principe : Utilise des inducteurs pour consommer de la puissance réactive.
• Avantages : Peut fournir une charge réactive.
• Inconvénients : Généralement non utilisé seul, mais plutôt associé à des charges résistives.

3. Charge résistive/réactive combinée (charge R+L, fournit P et Q)

• Principe : Intègre des bancs de résistances et des bancs de réacteurs, permettant un contrôle indépendant ou combiné de la charge active et réactive.
• Avantages : Solution privilégiée pour les centres de données. Permet de simuler des charges mixtes réelles et de tester de manière exhaustive les performances globales du groupe électrogène, y compris le régulateur de tension automatique (AVR) et le système de régulation.
• Inconvénients : Coût plus élevé que les charges purement résistives.
• Note de sélection : Faites attention à sa plage de facteur de puissance (PF) réglable, qui doit généralement être ajustée de 0,8 inductif (en retard) à 1,0 pour simuler différentes natures de charge.

4. Charge électronique

• Principe : Utilise la technologie de l'électronique de puissance pour consommer de l'énergie ou la réinjecter dans le réseau.
• Avantages : Haute précision, contrôle flexible, potentiel de régénération d'énergie (économie d'énergie).
• Inconvénients : Extrêmement coûteux, nécessite un personnel de maintenance hautement qualifié et sa propre fiabilité doit être prise en compte.
• Scénario d'application : Plus adapté aux laboratoires ou aux usines de fabrication qu'aux tests de maintenance sur site dans les centres de données.

Conclusion : Pour les centres de données, il convient de sélectionner une « fausse charge résistive/réactive combinée (R+L) » avec contrôle automatique intelligent.

4. Résumé des étapes de sélection

1. Déterminer les exigences en matière d'essais : s'agit-il uniquement d'essais de combustion ou une certification de performance à pleine charge est-elle nécessaire ? Des rapports d'essais automatisés sont-ils requis ?
2. Rassemblez les paramètres du groupe électrogène : indiquez la puissance totale, la tension, la fréquence et l’emplacement de l’interface pour tous les générateurs.
3. Déterminer le type de fausse charge : sélectionnez une fausse charge R+L, intelligente et refroidie par eau (sauf si la puissance est très faible et le budget limité).
4. Calcul de la capacité de puissance : Capacité de charge fictive totale = Puissance unitaire la plus élevée × 1,1 (ou 1,25). Dans le cas d’un système en parallèle, la capacité doit être supérieure ou égale à la puissance totale en parallèle.
5. Sélectionnez le mode de refroidissement :
   • Puissance élevée (>800 kW), espace limité dans la salle des équipements, sensibilité au bruit : choisissez le refroidissement par eau.
   • Faible consommation d'énergie, budget limité, espace de ventilation suffisant : le refroidissement par air peut être envisagé.
6. Évaluer le système de contrôle :
   • Doit prendre en charge le chargement automatique par étapes pour simuler un engagement de charge réel.
   • Doit être capable d'enregistrer et de produire des rapports de test standard, y compris les courbes de tous les paramètres clés.
   • L'interface prend-elle en charge l'intégration avec les systèmes de gestion de bâtiments ou de gestion de l'infrastructure des centres de données (DCIM) ?
7. Comparer l'installation mobile et l'installation fixe :
   • Installation fixe : installée dans une salle ou un conteneur dédié, intégrée à l’infrastructure. Câblage fixe, tests simplifiés, aspect soigné. Solution privilégiée pour les grands centres de données.
   • Solution mobile sur remorque : montée sur une remorque, elle peut desservir plusieurs centres de données ou plusieurs unités. Son coût initial est plus faible, mais son déploiement est complexe et nécessite un espace de stockage et des opérations de connexion.

5. Bonnes pratiques et recommandations

• Planification des interfaces de test : Prévoir des armoires d’interface de test de fausse charge dans le système de distribution électrique afin de rendre les connexions de test sûres, simples et standardisées.
• Solution de refroidissement : Si le refroidissement est assuré par eau, assurez-vous de la fiabilité du système ; si le refroidissement est assuré par air, concevez des conduits d’évacuation appropriés pour empêcher la recirculation de l’air chaud dans la salle des machines ou pour préserver l’environnement.
• La sécurité avant tout : les charges factices génèrent des températures extrêmement élevées. Elles doivent être équipées de dispositifs de sécurité tels qu’une protection contre la surchauffe et des boutons d’arrêt d’urgence. Les opérateurs doivent suivre une formation professionnelle.
• Tests réguliers : Conformément aux normes Uptime Institute, Tier ou aux recommandations du fabricant, effectuez généralement un test mensuel à au moins 30 % de la charge nominale et un test à pleine charge annuellement. La charge simulée est un outil essentiel pour satisfaire à cette exigence.

Recommandation finale :
Pour les centres de données visant une haute disponibilité, il est essentiel de ne pas négliger la gestion de la charge factice. Investir dans un système de charge factice fixe, correctement dimensionné, de type R+L, intelligent et refroidi par eau est indispensable pour garantir la fiabilité du réseau électrique critique. Ce système permet d'identifier les problèmes, de prévenir les pannes et de répondre aux exigences d'exploitation, de maintenance et d'audit grâce à des rapports de tests complets.