Ryzyko łuku elektrycznego w centrach danych 800 VDC – wyniki badań

Schneider Electric opublikował badanie dotyczące oceny ryzyka wystąpienia łuku elektrycznego w systemach zasilania 800 VDC. Analizę opracowano we współpracy z wiodącymi operatorami hiperskalowych centrów danych.

Badanie dostarcza praktycznych wskazówek dotyczących projektowania i zabezpieczania infrastruktury zasilającej. Jest to szczególnie istotne wraz z rozwojem centrów danych obsługujących sztuczną inteligencję.

Architektury 800 VDC są rozwijane z myślą o szafach rack o bardzo dużej gęstości mocy. Jednocześnie wyższe napięcie wymaga dokładnej analizy zachowania systemu podczas zwarcia.

Według Schneider Electric ryzyko wystąpienia łuku elektrycznego zależy przede wszystkim od architektury systemu. Znaczenie ma również rozmieszczenie kondensatorów oraz sposób i czas wyłączenia zwarcia.

Ryzyko może być porównywalne z systemami AC

Jednym z najważniejszych wniosków badania jest możliwość skutecznego ograniczenia ryzyka w systemach 800 VDC. Ponadto w wielu analizowanych przypadkach pozostaje ono porównywalne z typowymi systemami zasilania prądem przemiennym.

Dotyczy to także wymagających scenariuszy, w których istotną rolę odgrywają kondensatory. Ich rozładowanie dominuje jednak przede wszystkim w pierwszych milisekundach zwarcia.

Schneider Electric wskazuje, że tradycyjne metody oceny ryzyka mogą być zbyt konserwatywne. Dlatego firma wykorzystała również symulacje stanów przejściowych oraz modelowanie całego systemu.

Pomocne mogą być także cyfrowe bliźniaki. Dzięki nim inżynierowie mogą dokładniej odwzorować zachowanie infrastruktury podczas zwarcia.

– Dystrybucja energii przy napięciu 800 VDC stanowi istotną zmianę w projektowaniu centrów danych. Wiąże się jednak z kwestiami bezpieczeństwa, które wymagają szeroko zakrojonych badań – powiedział Manish Kumar, EVP Secure Power & Data Centers w Schneider Electric.

Dwie architektury 800 VDC poddane analizie

Badanie objęło dwie różne architektury zasilania 800 VDC. Analizowano zarówno rozwiązania na poziomie pojedynczej szafy rack, jak i systemy scentralizowane dla całego obiektu.

W przypadku architektury typu sidecar, nazywanej również power rack, uzyskane wartości energii padającej były znacznie niższe od przyjętego progu 1,2 cal/cm². Co ważne, dotyczyło to również konserwatywnych założeń analizy.

Natomiast w przypadku architektury scentralizowanej wartości energii mogły być nieco wyższe. Kluczowe znaczenie miały jednak topologia systemu oraz miejsce wystąpienia zwarcia.

Badanie wykazało również wpływ diod blokujących przepływ prądu wstecznego. Zastosowanie odpowiednich zabezpieczeń ograniczających czas trwania zwarcia pozwala natomiast zmniejszyć energię łuku elektrycznego.

W rezultacie uzyskiwane poziomy mogą być zasadniczo zgodne z poziomami występującymi w typowych architekturach AC.

Znaczenie zabezpieczeń i cyfrowych bliźniaków

Według Schneider Electric istotne znaczenie mają decyzje podejmowane już podczas projektowania infrastruktury. Charakterystyka łuku elektrycznego nie zależy bowiem wyłącznie od zastosowania prądu stałego.

Znaczenie mają między innymi rozmieszczenie kondensatorów i topologia systemu. Kluczową rolę odgrywają również zabezpieczenia działające w skali milisekund.

Firma podkreśla ponadto znaczenie zaawansowanego oprogramowania. Narzędzia do symulacji pozwalają dokładniej analizować zjawiska przejściowe.

W badaniu wskazano między innymi na rozwiązania cyfrowego bliźniaka, takie jak ETAP. Według autorów uproszczone metody mogą zawyżać ocenę ryzyka w systemach, w których dominującą rolę odgrywają kondensatory.

800 VDC dla centrów danych AI

Rozwój architektur 800 VDC wiąże się ze wzrostem zapotrzebowania na moc obliczeniową. Centra danych AI wymagają bowiem coraz większej gęstości mocy.

Transformacja infrastruktury zasilającej ma umożliwić obsługę szaf IT o mocy 400 kW i większej. W przyszłości dystrybucja energii przy napięciu 800 VDC może również wspierać zasilanie systemów o mocy liczonej w megawatach.

Jednocześnie branża nadal potrzebuje wspólnych norm dotyczących zagrożeń elektrycznych w systemach 800 VDC. Obecnie analiza ryzyka łuku elektrycznego jest standardową praktyką przede wszystkim w systemach AC.

Schneider Electric kontynuuje również testy dotyczące bezpieczeństwa systemów 800 VDC. Firma bada między innymi możliwość wymiany komponentów pod napięciem, czyli live swap.

Wyniki najnowszego badania opublikowano w white paper „DC Arc Flash Anastasis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers”. Pobierz white paper Schneider Electric

RE na podstawie informacji Schneider Electric