800 VDC w centrach danych AI. Czy wyższe napięcie oznacza większe ryzyko?

Rosnąca moc szaf serwerowych wykorzystywanych do obsługi AI zwiększa zainteresowanie architekturami zasilania 800 VDC. Badanie Schneider Electric pokazuje, że ryzyko łuku elektrycznego można skutecznie ograniczyć, a w odpowiednio zaprojektowanych systemach może ono być porównywalne z rozwiązaniami prądu przemiennego (AC). Kluczowe znaczenie mają jednak topologia infrastruktury, rozmieszczenie kondensatorów i szybkość działania zabezpieczeń.

Rozwój infrastruktury AI sprawia, że centra danych potrzebują coraz większej mocy. Architektura 800 VDC, rozwijana m.in. przez NVIDIA ma umożliwić zasilanie szaf o mocy 400 kW i większej. Wyższe napięcie pozwala efektywniej dystrybuować energię, ale wymaga również dokładnej analizy zachowania systemu podczas zwarć i odpowiedniego doboru zabezpieczeń.

Schneider Electric przeanalizował dwie architektury 800 VDC, odzwierciedlające rozwiązania stosowane przez operatorów hiperskalowych centrów danych. Badanie objęło zarówno poziom pojedynczej szafy rack, jak i całego obiektu.

Ryzyko łuku zależy od konstrukcji systemu

W przypadku architektury typu sidecar, określanej również jako power rack, analiza przeprowadzona przy konserwatywnych założeniach wykazała, że energia padająca była znacznie niższa od poziomu 1,2 cal/cm², przyjmowanego jako próg dla środków ochrony indywidualnej (PPE), nawet bez dodatkowych urządzeń zabezpieczających.

Z kolei w scentralizowanej architekturze 800 VDC poziom energii był nieco wyższy. Badanie wykazało jednak, że zastosowanie standardowych zabezpieczeń nadprądowych pozwala ograniczyć czas trwania zwarcia i zmniejszyć energię łuku do poziomów zasadniczo zgodnych z typowymi systemami AC.

Jak się okazuje, na ryzyko wpływają m.in. miejsce wystąpienia zwarcia, rozmieszczenie kondensatorów, elementy blokujące przepływ prądu wstecznego oraz czas reakcji zabezpieczeń.

„Dystrybucja energii przy napięciu 800 VDC stanowi istotną zmianę w projektowaniu centrów danych, ale wiąże się również z kwestiami bezpieczeństwa, które wymagają szeroko zakrojonych badań” – powiedział Manish Kumar, EVP Secure Power & Data Centers w Schneider Electric. „Nasza współpraca z niektórymi z wiodących operatorów hiperskalowych centrów danych na świecie pozwala zapewnić inżynierom i specjalistom ds. bezpieczeństwa jeden z pierwszych praktycznych modeli oceny ryzyka wystąpienia łuku elektrycznego, oferując ustrukturyzowane podejście do analizy zachowania systemu w warunkach zwarcia, opracowywania zasad bezpiecznej pracy oraz projektowania skutecznych systemów ochrony” – dodał.

Symulacje pozwalają dokładniej ocenić zagrożenie

Jednym z ważniejszych wniosków wspomnianego badania jest znaczenie zjawisk przejściowych. W systemach 800 VDC prąd zwarciowy zmienia się w czasie, a w pierwszych milisekundach istotną rolę odgrywa rozładowanie kondensatorów. Eksperci Schneider Electric wskazują, że uproszczone metody oceny mogą w takich warunkach zawyżać ryzyko. Dokładniejszą analizę umożliwiają symulacje stanów przejściowych, modelowanie systemów elektroenergetycznych i cyfrowe bliźniaki.

„Normy branżowe pozostają kluczowe dla bezpieczeństwa związanego z łukiem elektrycznym i bezpieczeństwa elektrycznego, jednak tradycyjne metody mogą być zbyt konserwatywne, ponieważ nie odzwierciedlają w pełni sposobu działania złożonych systemów DC” – stwierdził Tanuj Khandelwal, CEO ETAP. Jak dodaje, właściwa ocena ryzyka wymaga analizy m.in. topologii systemu, zachowania podczas zwarcia, koordynacji zabezpieczeń, reakcji przekształtnika, logiki przełączania oraz aktywnych systemów ochrony.

800 VDC wymaga nowych podejść do bezpieczeństwa

Analiza Schneider Electric jest jedną z pierwszych praktycznych ocen ryzyka łuku elektrycznego dla architektur 800 VDC na poziomie zarówno szafy rack, jak i całego obiektu. Jej wyniki wskazują, że ryzyko można ograniczyć poprzez odpowiednie decyzje projektowe i strategie zabezpieczeń. Jednocześnie firma zwraca uwagę na brak ogólnobranżowych norm i wytycznych dotyczących zagrożeń elektrycznych w systemach 800 VDC. Wraz z rosnącą gęstością mocy w centrach danych AI znaczenie takich zasad będzie więc rosło.

Badanie pokazuje, że samo przejście z AC na 800 VDC nie przesądza o poziomie zagrożenia. Decydujące znaczenie ma sposób zaprojektowania całego systemu – od topologii i rozmieszczenia elementów po szybkość działania zabezpieczeń. Wyniki analizy Schneider Electric opublikowano w white paperze „DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers”.