Schneider Electric a anunțat o analiză în premieră, care oferă recomandări practice pentru evaluarea și gestionarea riscului de arc electric în arhitecturile de alimentare de 800 VDC. Bazată pe scenarii de implementare inspirate de modelele de proiectare utilizate de marii furnizori de servicii cloud (hyperscalers), analiza compară două arhitecturi emergente de 800 VDC, cu configurații diferite. Rezultatele demonstrează că efectele unui arc electric depind în mare măsură de arhitectură, de amplasarea condensatoarelor și de modul de eliminare a defectelor.
Un rezultat esențial al cercetării este că, chiar și în cele mai solicitante scenarii, în care condensatoarele joacă rolul principal, riscul de arc electric în sistemele de 800 VDC poate fi gestionat și, în multe cazuri, este comparabil cu cel întâlnit în sistemele AC obișnuite. În plus, modelarea îmbunătățită, care utilizează software avansat și gemeni virtuali (digital twins), poate contribui la reprezentarea cu mai mare precizie a riscului de arc electric.
Rezultatele apar într-un moment critic, în care arhitecturile de 800 VDC sunt adoptate pentru a susține rack-uri cu densitate energetică mai mare în centrele de date pentru AI. Sub coordonarea NVIDIA, împreună cu parteneri din domeniul tehnologiei energetice, precum Schneider Electric, tranziția către infrastructura de alimentare de 800 VDC pentru centrele de date va permite centrelor de date de mari dimensiuni și fabricilor de AI (AI Factories) să susțină rack-uri IT de 400 kW și mai mult.
Pe măsură ce industria accelerează tranziția către densități de putere mai ridicate, distribuția de 800 VDC devine o soluție practică pentru alimentarea eficientă a rack-urilor de ordinul megawaților. În același timp, tensiunile de operare mai ridicate necesită o înțelegere mai aprofundată a comportamentului în cazul defectelor, a coordonării protecțiilor și a practicilor de lucru în condiții de siguranță.
„Alimentarea cu 800 VDC reprezintă o schimbare semnificativă în proiectarea centrelor de date, dar introduce și aspecte de siguranță care trebuie studiate în profunzime”, a declarat Manish Kumar, EVP Secure Power & Data Centers, Schneider Electric. „Activitatea noastră alături de unii dintre cei mai importanți furnizori de servicii cloud din lume le oferă inginerilor și specialiștilor în siguranță unul dintre primele cadre practice pentru evaluarea riscurilor asociate arcului electric, oferind o abordare structurată pentru înțelegerea comportamentului în cazul defectelor, stabilirea unor practici de lucru sigure și proiectarea unor scheme de protecție eficiente. Obiectivul nostru este să sprijinim industria în tranziția către arhitecturi cu tensiuni mai ridicate, cu încredere și în condiții de siguranță.”
Analiza riscului de arc electric reprezintă deja o practică standard în centrele de date AC, însă în prezent nu există un standard sau un set de recomandări la nivelul întregii industrii pentru gestionarea pericolelor electrice cu care se poate confrunta personalul în sistemele de 800 VDC alimentate prin convertoare. Acest lucru face ca noua cercetare să fie importantă nu doar pentru evaluarea și gestionarea pericolelor asociate arcului electric, ci și pentru asigurarea unor niveluri de siguranță comparabile cu cele ale sistemelor de alimentare existente în cazul sistemelor de 800 VDC.
Standardele actuale tind să supraestimeze riscul de arc electric, în timp ce analiza de simulare realizată de Schneider Electric demonstrează că software-ul avansat și gemenii virtuali (digital twins) permit o modelare mai precisă a riscului.
Evaluarea realizată pentru două arhitecturi distincte de 800 VDC
Activitatea Schneider Electric stabilește prima analiză practică a riscului de arc electric pentru arhitecturi de 800 VDC la nivelul rack-ului și al întregii instalații, reflectând principalele direcții de implementare care se conturează în industrie. Analiza evaluează metode bazate pe standarde, simularea tranzitorie și modelarea la nivel de sistem. Rezultatele demonstrează că modelele existente pentru analiza arcului electric pot fi aplicate sistemelor de 800 VDC atunci când sunt utilizate într-un mod adaptat arhitecturii și dependent de timp și că alegerile de proiectare influențează rezultatele:
• Arhitecturi de 800 VDC la nivelul rack-ului: Într-un studiu de caz privind un sidecar (denumit și power rack), utilizând metode și ipoteze conservatoare, rezultatele au indicat o energie incidentă cu mult sub pragul de 1,2 cal/cm² pentru echipamentele individuale de protecție (PPE), chiar și în absența dispozitivelor de protecție.
• Arhitecturi centralizate de 800 VDC: Studiul de caz la nivelul întregii instalații indică un potențial nivel ușor mai ridicat al energiei incidente decât în cazul arhitecturilor la nivel de rack, atunci când este luată în considerare, din nou, o arhitectură conservatoare și mai puțin realistă, fără protecție la supracurent. Analiza evaluează, de asemenea, efectul topologiei sistemului și demonstrează modul în care localizarea defectelor, atât în amonte, cât și în aval de diodele de blocare a curentului invers, influențează alimentarea inversă, curentul de vârf și efectele arcului electric. Atunci când contribuția defectului este limitată în timp cu ajutorul dispozitivelor standard de protecție, energia arcului electric este redusă la niveluri adecvate pentru mediile de lucru și, în general, este aliniată cu arhitecturile AC obișnuite.
Strategiile de proiectare și protecție reprezintă factori importanți pentru reducerea riscurilor asociate arcului electric în arhitecturile de 800 VDC. Studiul arată că riscurile generale rămân scăzute și, în multe cazuri, sunt comparabile cu cele ale distribuției AC obișnuite. Chiar și cu dispozitive standard de protecție cu acționare temporizată, energia incidentă poate rămâne sub pragurile importante. Cercetarea a stabilit, de asemenea, că:
• Comportamentul tranzitoriu este important: În sistemele de 800 VDC, arcul electric este determinat de curenți de defect care variază în timp, descărcarea condensatoarelor dominând primele milisecunde ale unui eveniment.
• Simularea îmbunătățește precizia: Software-ul, precum instrumentele de simulare tranzitorie și de analiză a sistemelor de alimentare, arată că metodele simplificate de analiză a arcului electric pentru sistemele DC supraestimează adesea riscul în sistemele dominate de condensatoare. Operatorii pot reduce semnificativ riscul de arc electric prin fundamentarea strategiei de protecție pe software avansat și gemeni virtuali, precum ETAP.
• Alegerile de proiectare reduc riscul: Efectele arcului electric depind de arhitectură și de configurația sistemului, nu doar de distribuția DC, iar amplasarea condensatoarelor, dispozitivele de blocare a curentului invers și protecția la nivel de milisecunde reprezintă elemente-cheie pentru implementarea în siguranță a sistemelor de 800 VDC.
„Standardele din industrie rămân esențiale pentru siguranța electrică și pentru analiza arcului electric, însă metodele tradiționale pot fi excesiv de conservatoare deoarece nu reflectă pe deplin modul în care funcționează sistemele DC complexe”, a declarat Tanuj Khandelwal, CEO al ETAP. „Pentru a înțelege riscul real, inginerii trebuie să evalueze topologia sistemului, comportamentul în cazul defectelor, coordonarea protecțiilor, răspunsul convertoarelor, logica de comutare și schemele de protecție active. ETAP permite echipelor să modeleze și să valideze sistemele de 800 VDC în condiții de funcționare reale, contribuind la trecerea de la ipoteze conservatoare la decizii mai precise, bazate pe fizică și susținute de AI, privind siguranța și operarea.”
Această activitate se bazează pe experiența de zeci de ani a Schneider Electric în testarea siguranței în cazul arcului electric și consolidează angajamentul companiei de a sprijini tranziția industriei către arhitecturi de alimentare de 800 VDC, care reprezintă o cerință esențială pentru sistemele de rack-uri cu densitate ridicată de nouă generație, adoptate pentru centrele de date dedicate AI. Schneider Electric a realizat, de asemenea, teste extinse privind capabilitățile de schimbare a surselor de alimentare sub sarcină (live swap) în sistemele de 800 VDC, pentru a permite efectuarea lucrărilor de mentenanță în condiții de siguranță.
Rezultatele sunt disponibile în prezent în documentul „DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers.”
