Nyt studie undersøger lysbuerisiko i 800 VDC-datacentre
Schneider Electric har offentliggjort en ny analyse af lysbuerisikoen i 800 VDC-strømarkitekturer til datacentre. Studiet er gennemført i samarbejde med førende hyperscalers og skal give branchen et bedre grundlag for sikker implementering af de nye strømforsyningsarkitekturer, der blandt andet forventes at få en central rolle i fremtidens AI-datacentre.
Overgangen til stadig højere effekttætheder stiller nye krav til strømforsyningen i datacentre. Her er 800 VDC-distribution på vej frem som en løsning til kompakte og meget effektkrævende racks.
Schneider Electrics nye analyse fokuserer på, hvordan risikoen for lysbuer – arc flash – kan vurderes og håndteres i disse installationer.
Studiet tager udgangspunkt i implementeringsscenarier inspireret af designprincipper fra hyperscalers. To forskellige 800 VDC-arkitekturer er blevet analyseret og sammenlignet.
Resultaterne viser blandt andet, at forløbet ved en lysbue i høj grad afhænger af systemarkitekturen. Placeringen af kondensatorer og systemets evne til hurtigt at afbryde fejl har også stor betydning.
Risikoen kan håndteres med de rette løsninger
Et centralt resultat er, at lysbuerisikoen i 800 VDC-systemer kan håndteres. Det gælder også under krævende antagelser, hvor kondensatorerne har stor indflydelse på fejlforløbet.
I mange tilfælde vurderes risikoen at være sammenlignelig med den, der findes i traditionelle AC-systemer.
Studiet peger samtidig på avanceret software og digitale tvillinger som vigtige værktøjer. De kan gøre det muligt at analysere fejlscenarier mere præcist og udvikle målrettede beskyttelsesstrategier på både rack- og facilitetsniveau.
Det er særligt aktuelt i forbindelse med udviklingen af AI-datacentre. Under ledelse af NVIDIA og i samarbejde med energiteknologipartnere som Schneider Electric arbejdes der med 800 VDC-infrastruktur til datacentre og AI-fabrikker med IT-racks på 400 kW og derover.
Ved endnu højere effekttætheder kan DC-distribution blive en vigtig del af strømforsyningen til racks i megawatt-klassen.
De højere driftsspændinger stiller imidlertid også større krav til forståelsen af fejlforløb, koordinering mellem beskyttelsessystemer og sikre arbejdsprocedurer.
“800 VDC-strømdistribution repræsenterer et markant skifte i designet af datacentre, men introducerer også sikkerhedsmæssige forhold, som kræver omfattende undersøgelser,” siger Manish Kumar, EVP Secure Power & Data Centers hos Schneider Electric.
Han fremhæver, at arbejdet sammen med førende hyperscalers skal give ingeniører og sikkerhedsspecialister et praktisk grundlag for at forstå fejlforløb, etablere arbejdsprocedurer og udvikle effektive beskyttelsesløsninger.
Digitale modeller giver mere præcise vurderinger
Analyse af lysbuer er allerede en etableret del af arbejdet med AC-baserede datacentre. Der findes imidlertid endnu ikke tilsvarende branchestandarder og retningslinjer specifikt rettet mod de elektriske risici i konverterbaserede 800 VDC-systemer.
Ifølge Schneider Electric kan traditionelle beregningsmetoder i nogle situationer overvurdere risikoen.
Studiet viser, at kombinationen af avancerede simulationer og digitale tvillinger kan give en mere detaljeret model af systemernes faktiske adfærd.
Analysen er udført ved hjælp af ETAP-software og omfatter både standardbaserede beregningsmetoder, transiente simulationer og systemmodellering.
To forskellige 800 VDC-arkitekturer undersøgt
Schneider Electric har undersøgt både rackbaserede og centraliserede 800 VDC-arkitekturer.
I analysen af en rackbaseret såkaldt sidecar-løsning, også betegnet som et strømrack, blev der anvendt konservative metoder og antagelser.
Her viste beregningerne en hændelsesenergi betydeligt under den anvendte PPE-referencegrænse på 1,2 cal/cm². Det var tilfældet selv uden brug af beskyttelsesenheder.
For den centraliserede arkitektur på facilitetsniveau viste analysen mulighed for en lidt højere hændelsesenergi. Det gjaldt især ved en konservativ og mindre realistisk systemarkitektur uden overstrømsbeskyttelse.
Studiet undersøger samtidig betydningen af systemtopologien. Blandt andet analyseres fejlplaceringer før og efter dioder med omvendt blokering og deres betydning for tilbagestrømning, spidsstrøm og lysbueenergi.
Når fejlbidraget begrænses tidsmæssigt ved hjælp af almindelige beskyttelsesenheder, reduceres lysbueenergien. Ifølge analysen kan niveauet dermed bringes ned på et niveau, der generelt svarer til almindelige AC-arkitekturer.
Millisekunder kan være afgørende
Studiet fremhæver især den transiente adfærd i 800 VDC-systemer.
Ved en fejl drives lysbuen af strømme, som ændrer sig meget hurtigt over tid. Afladningen fra kondensatorer kan dominere de første millisekunder og dermed have stor betydning for hændelsesforløbet.
Det betyder også, at forenklede beregningsmetoder ikke nødvendigvis giver et retvisende billede af risikoen.
Ifølge analysen kan software til transient simulering og analyse af elsystemer derfor være et vigtigt supplement. Digitale tvillinger kan eksempelvis bruges til at undersøge forskellige fejlscenarier, før de opstår i den fysiske installation.
Samtidig understreger studiet betydningen af selve systemdesignet. Placering af kondensatorer, brug af komponenter med omvendt blokering samt beskyttelse, der reagerer på millisekundniveau, kan være afgørende for sikkerheden.
“Branchestandarder er fortsat afgørende for lysbue- og elsikkerhed, men traditionelle metoder kan være for konservative, fordi de ikke fuldt ud afspejler den måde, komplekse DC-systemer fungerer på,” siger Tanuj Khandelwal, CEO for ETAP.
Han peger blandt andet på systemtopologi, fejlforløb, koordinering af beskyttelse, konverterrespons og koblingslogik som faktorer, der bør indgå i vurderingen af den reelle risiko.
Sikkerhed bliver central i fremtidens AI-datacentre
Arbejdet bygger videre på Schneider Electrics erfaring med test og analyse af lysbuesikkerhed.
Virksomheden har desuden gennemført test af såkaldt live swap-funktionalitet i 800 VDC-systemer med henblik på at understøtte sikker vedligeholdelse.
Udviklingen hænger tæt sammen med den hastige vækst inden for AI-infrastruktur. Når effekten i de enkelte racks stiger markant, ændres kravene til både strømforsyning, distribution og elektrisk sikkerhed.
Studiet peger på, at 800 VDC kan implementeres med et håndterbart risikoniveau, hvis systemarkitektur og beskyttelsesstrategi indgår aktivt i designet.
De samlede resultater er offentliggjort i Schneider Electrics whitepaper “DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers”.
Lautrupvang 1
2750 Ballerup
Tlf.: 88 30 20 00
