Η Schneider Electric παρουσιάζει πρωτοποριακή μελέτη αξιολόγησης του κινδύνου Arc Flash σε data centers 800 VDC

Η Schneider Electric, ο παγκόσμιος ηγέτης της ενεργειακής τεχνολογίας, ανακοίνωσε μια πρωτοποριακή ανάλυση που παρέχει πρακτικές οδηγίες για τον τρόπο αξιολόγησης και διαχείρισης του κινδύνου arc flash σε αρχιτεκτονικές τροφοδοσίας 800 VDC.

Με βάση σενάρια ανάπτυξης που βασίζονται σε πρότυπα σχεδιασμού των hyperscalers, η ανάλυση συγκρίνει δύο αναδυόμενες αρχιτεκτονικές 800 VDC με διαφορετικές διαμορφώσεις. Τα ευρήματα καταδεικνύουν ότι οι συνέπειες μιας ηλεκτρικής εκκένωσης εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την αρχιτεκτονική του κυκλώματος, τη θέση των πυκνωτών και τη συμπεριφορά fault–clearing.

Ένα βασικό αποτέλεσμα της έρευνας είναι ότι, ακόμη και υπό τις πιο απαιτητικές παραδοχές όπου κυριαρχούν οι πυκνωτές, το arc flash risk σε συστήματα 800 VDC μπορεί να αντιμετωπιστεί και, σε πολλές περιπτώσεις, είναι συγκρίσιμο με τα τυπικά συστήματα AC. Επιπλέον, η βελτιωμένη μοντελοποίηση με τη χρήση προηγμένου λογισμικού και  digital twins μπορεί να συμβάλει στην ακριβή απεικόνιση του  arc flash risk.

Τα ευρήματα αυτά έρχονται σε μια κρίσιμη στιγμή, καθώς υιοθετούνται αρχιτεκτονικές 800 VDC για την υποστήριξη denser racks σε AI data centers. Με πρωτοβουλία της NVIDIA, σε συνεργασία με εταίρους στον τομέα της ενεργειακής τεχνολογίας, όπως η Schneider Electric, η μετάβαση σε υποδομές τροφοδοσίας 800 VDC data centers θα επιτρέψει στα  large-scale data centers και στα AI Factories να υποστηρίξουν IT racks ισχύος 400 kW και άνω.

Καθώς ο κλάδος προχωρά με ταχείς ρυθμούς προς αυτές τις υψηλότερες πυκνότητες ισχύος, η διανομή ρεύματος 800 VDC έχει αναδειχθεί ως η πρακτική λύση για την αποδοτική τροφοδοσία megawatt–scale racks. Παράλληλα, οι υψηλότερες τάσεις λειτουργίας απαιτούν βαθύτερη κατανόηση της συμπεριφοράς των βλαβών, του συντονισμού των συστημάτων προστασίας και των πρακτικών ασφαλούς εργασίας.

«Η διανομή ισχύος 800 VDC αποτελεί μια σημαντική αλλαγή στον σχεδιασμό των data centers, αλλά εισάγει επίσης ζητήματα ασφάλειας που πρέπει να μελετηθούν διεξοδικά», δήλωσε ο Manish Kumar, EVP Secure Power & Data Centers, Schneider Electric. «Η συνεργασία μας με μερικούς από τους κορυφαίους παγκοσμίως hyperscalers παρέχει στους μηχανικούς και στους επαγγελματίες της ασφάλειας ένα από τα πρώτα πρακτικά πλαίσια για την αξιολόγηση των arc flash risks, προσφέροντας μια δομημένη προσέγγιση για την κατανόηση της συμπεριφοράς των βλαβών, τη θέσπιση ασφαλών πρακτικών εργασίας και τον σχεδιασμό αποτελεσματικών συστημάτων προστασίας. Στόχος μας είναι να βοηθήσουμε τον κλάδο να προχωρήσει προς αρχιτεκτονικές υψηλότερης τάσης με σιγουριά και ασφάλεια».

Η ανάλυση Arc flash αποτελεί ήδη συνήθη πρακτική στα AC data centers, αλλά προς το παρόν δεν υπάρχει κανένα πρότυπο ή κατευθυντήρια οδηγία σε επίπεδο κλάδου για τη διαχείριση των ηλεκτρικών κινδύνων που ενδέχεται να αντιμετωπίσει το προσωπικό σε συστήματα 800 VDC που τροφοδοτούνται από μετατροπείς, γεγονός που καθιστά την παρούσα έρευνα σημαντική όχι μόνο για την αξιολόγηση και τη διαχείριση των κινδύνων από arc flash hazards, αλλά και για τη διασφάλιση ότι τα συστήματα 800 VDC επιτυγχάνουν επίπεδα ασφάλειας συγκρίσιμα με αυτά των υφιστάμενων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Έχει αποδειχθεί ότι τα ισχύοντα πρότυπα υπερεκτιμούν το arc flash risk, ενώ η ανάλυση προσομοίωσης της Schneider Electric καταδεικνύει, ότι το προηγμένο λογισμικό και τα digital twins αποτυπώνουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τον κίνδυνο.

Αξιολόγηση που πραγματοποιήθηκε για δύο διαφορετικές αρχιτεκτονικές 800 VDC

Η μελέτη της Schneider Electric παρουσιάζει την πρώτη πρακτική ανάλυση κινδύνου arc flash για αρχιτεκτονικές 800 VDC, τόσο σε επίπεδο rack, όσο και σε επίπεδο εγκατάστασης, αντανακλώντας τις κύριες κατευθύνσεις υλοποίησης που αναδύονται στον κλάδο. Η ανάλυση αξιολογεί μεθόδους βασισμένες σε πρότυπα, προσομοίωση μεταβατικών φαινομένων και μοντελοποίηση σε επίπεδο συστήματος. Τα ευρήματα καταδεικνύουν, ότι τα υφιστάμενα πλαίσια για την αντιμετώπιση του arc flash μπορεί να εφαρμοστεί σε συστήματα 800 VDC, όταν χρησιμοποιούνται με τρόπο που λαμβάνει υπόψη την αρχιτεκτονική του συστήματος και εξαρτάται από το χρόνο, και ότι οι σχεδιαστικές επιλογές επηρεάζουν τα αποτελέσματα:

• Rack–level 800 VDC αρχιτεκτονικές: Σε ένα case study σχετικά με το «sidecar» (γνωστό και ως «power rack»), στο οποίο χρησιμοποιήθηκαν συντηρητικές μέθοδοι και παραδοχές, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ενέργεια πρόσκρουσης ήταν σημαντικά χαμηλότερη από το αναφερόμενο όριο των 1,2 cal/cm² για τα μέσα ατομικής προστασίας, ακόμη και χωρίς τη χρήση συσκευών προστασίας.
• Κεντρικές 800 VDC αρχιτεκτονικές: Το case study σε επίπεδο εγκατάστασης δείχνει ότι υπάρχει πιθανότητα ελαφρώς υψηλότερης ενέργειας πρόσκρουσης σε σύγκριση με τις κατασκευές σε επίπεδο rack όταν, και πάλι, λαμβάνεται υπόψη μια συντηρητική, λιγότερο ρεαλιστική αρχιτεκτονική χωρίς προστασία από διακοπτικά μέσα έναντι υπερφόρτισης. Η ανάλυση αξιολογεί επίσης την επίδραση της τοπολογίας του συστήματος και καταδεικνύει πώς η θέση των βλαβών, τόσο προς τα πάνω όσο και προς τα κάτω από τις διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος (reverse-blocking diodes), επηρεάζουν τη λειτουργία από back-feed, το μέγιστο ρεύμα και τις συνέπειες από  arc flash. Όταν η συνεισφορά βλάβης περιορίζεται χρονικά με τη χρήση τυποποιημένων συσκευών προστασίας, η ενέργεια του arc flash μειώνεται σε επίπεδα κατάλληλα για τα περιβάλλοντα εργασίας και, γενικά, ευθυγραμμίζεται με τις συνήθεις αρχιτεκτονικές εναλλασσόμενου ρεύματος.

Οι στρατηγικές σχεδιασμού και προστασίας αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για τη μείωση των κινδύνων από arc flash. Η μελέτη δείχνει ότι οι συνολικοί κίνδυνοι παραμένουν χαμηλοί και, σε πολλές περιπτώσεις, είναι συγκρίσιμοι με αυτούς της τυπικής διανομής εναλλασσόμενου ρεύματος. Ακόμη και με τις τυπικές συσκευές προστασίας, η ενέργεια του συμβάντος μπορεί να παραμείνει κάτω από τα βασικά όρια.

Η έρευνα κατέδειξε επίσης ότι: 

• Η μεταβατική συμπεριφορά έχει σημασία: Στα συστήματα 800 VDC, η εκκένωση του arc flash προκαλείται από ρεύματα βλάβης που εξαρτώνται από το χρόνο, ενώ η εκφόρτιση του πυκνωτή κυριαρχεί στα πρώτα χιλιοστά του δευτερολέπτου ενός συμβάντος.
• Η προσομοίωση βελτιώνει την ακρίβεια: Το λογισμικό (όπως τα εργαλεία προσομοίωσης μεταβατικών φαινομένων και ανάλυσης συστημάτων ισχύος) δείχνει ότι οι απλοποιημένες μέθοδοι ανάλυσης φαινομένου του arc flash για συστήματα συνεχούς ρεύματος συχνά υπερεκτιμούν τον κίνδυνο φαινομένου του arc flash risk σε συστήματα όπου κυριαρχούν οι πυκνωτές. Οι χειριστές μπορούν να μειώσουν σημαντικά τον κίνδυνο από arc flash, βασίζοντας τη στρατηγική προστασίας τους σε προηγμένο λογισμικό και digital twins όπως η ETAP.
• Οι σχεδιαστικές επιλογές μειώνουν τον κίνδυνο: Οι συνέπειες ενός arc flash εξαρτώνται από την αρχιτεκτονική και τη διαμόρφωση του συστήματος, και όχι μόνο από τη διανομή συνεχούς ρεύματος, όπου η τοποθέτηση πυκνωτών, διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος (reverse-blocking diodes) και η προστασία σε κλίμακα χιλιοστών του δευτερολέπτου αποτελούν βασικούς παράγοντες για την ασφαλή εγκατάσταση συστημάτων 800 VDC.

«Τα βιομηχανικά πρότυπα παραμένουν απαραίτητα για την ασφάλεια από ηλεκτρικές εκκενώσεις arc flash και την ηλεκτρολογική ασφάλεια, αλλά οι παραδοσιακές μέθοδοι μπορεί να είναι υπερβολικά συντηρητικές, καθώς δεν αντικατοπτρίζουν πλήρως τον τρόπο λειτουργίας των πολύπλοκων συστημάτων συνεχούς ρεύματος», δήλωσε ο Tanuj Khandelwal, CEO της ETAP. «Για να κατανοήσουν τον πραγματικό κίνδυνο, οι μηχανικοί πρέπει να αξιολογήσουν την τοπολογία του συστήματος, τη συμπεριφορά σε περίπτωση βλάβης, τον συντονισμό των συστημάτων προστασίας, την απόκριση των μετατροπέων, τη λογική ελέγχου και τα ενεργά συστήματα προστασίας. Το λογισμικό ETAP επιτρέπει στους σχεδιαστές συστημάτων  να μοντελοποιούν και να προσομοιώνουν συστήματα συνεχούς ρεύματος 800 V κατά τη λειτουργία τους, συμβάλλοντας στη μετάβαση από συντηρητικές παραδοχές σε πιο ακριβείς, ενισχυμένες με AI αποφάσεις, βασισμένες στις απαιτήσεις σχετικά με την ασφάλεια και τη λειτουργία». 

Το έργο αυτό βασίζεται στην πολυετή εμπειρία της Schneider Electric στον τομέα των δοκιμών ασφάλειας έναντι του arc flash και ενισχύει τη δέσμευσή της να υποστηρίξει τη μετάβαση του κλάδου σε αρχιτεκτονικές τροφοδοσίας 800 VDC, οι οποίες αποτελούν κρίσιμη απαίτηση για τα συστήματα high-density rack που υιοθετούνται στα AI data centers. Η Schneider Electric έχει επίσης πραγματοποιήσει εκτενείς δοκιμές σχετικά με τις δυνατότητες αντικατάστασης εξαρτημάτων υπό τάση σε συστήματα 800 VDC, με στόχο την εξασφάλιση της ασφαλούς συντήρησης.

Τα ευρήματα είναι πλέον διαθέσιμα σε ένα white paper με τίτλο, “DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers.”