Schneider Electric publie une étude pionnière sur les risques d'arc électrique dans les centres de données en 800 VCC, en phase avec les grands hyperscalers mondiaux.
Schneider Electric, leader mondial des technologies de l'énergie, publie une analyse inédite qui fournit des orientations pratiques pour évaluer et gérer les risques d'arc électrique dans les architectures d'alimentation en 800 VCC (VDC en anglais). Fondée sur des scénarios de déploiement inspirés des pratiques des hyperscalers, l'analyse compare deux architectures 800 VCC émergentes avec des configurations différentes. Les résultats montrent que les conséquences d'un arc électrique dépendent fortement de l'architecture, du positionnement des condensateurs et du comportement lors de l'élimination des défauts.
L'un des enseignements clés de l'étude est que, même dans les hypothèses les plus contraignantes dominées par les condensateurs, le risque d'arc électrique dans les systèmes 800 VCC peut être maîtrisé et se révèle, dans de nombreux cas, comparable à celui des systèmes CA classiques. Par ailleurs, une modélisation plus poussée à l'aide de logiciels avancés et de jumeaux numériques permet de représenter le risque d'arc électrique avec plus de précision.
Ces résultats arrivent à un moment charnière, alors que les architectures 800 VCC sont adoptées pour répondre aux besoins des racks à haute densité dans les centres de données IA. Sous l'impulsion de NVIDIA, en collaboration avec des partenaires en technologies de l'énergie comme Schneider Electric, la transition vers une infrastructure d'alimentation en 800 VCC permettra aux centres de données à grande échelle et aux AI Factories de prendre en charge des racks IT de 400 kW et au-delà.
À mesure que le secteur accélère vers ces densités de puissance plus élevées, la distribution en 800 VCC s'impose comme la solution la plus viable pour alimenter efficacement des racks à l'échelle du mégawatt. Dans le même temps, des tensions de fonctionnement plus élevées exigent une compréhension approfondie du comportement en cas de défaut, de la coordination des protections et des bonnes pratiques de sécurité.
« La distribution d'énergie en 800 VCC représente un tournant majeur dans la conception des centres de données, mais elle introduit également des considérations de sécurité qui méritent une étude approfondie », a déclaré Manish Kumar, Vice-Président Exécutif Secure Power & Data Centers chez Schneider Electric. « Notre collaboration avec certains des plus grands hyperscalers mondiaux offre aux ingénieurs et aux professionnels de la sécurité l'un des premiers cadres pratiques pour évaluer les risques d'arc électrique : une approche structurée pour comprendre le comportement en cas de défaut, définir des pratiques de travail sécurisées et concevoir des schémas de protection efficaces. Notre objectif est d'aider le secteur à adopter les architectures haute tension en toute confiance et en toute sécurité. »
L'analyse d'arc électrique est déjà une pratique standard dans les centres de données CA. Aucune norme ni recommandation sectorielle n'existe pourtant à ce jour pour gérer les risques électriques auxquels le personnel peut être exposé dans les systèmes 800 VCC alimentés par des convertisseurs. Cette étude revêt donc une importance capitale, non seulement pour évaluer et gérer les risques d'arc électrique, mais aussi pour garantir que les systèmes 800 VCC atteignent des niveaux de sécurité comparables aux installations existantes. Les normes en vigueur ont tendance à surestimer le risque d'arc électrique, tandis que l'analyse par simulation de Schneider Electric démontre que des logiciels avancés et des jumeaux numériques permettent de modéliser ce risque avec plus de précision.
Évaluation réalisée pour deux architectures 800 VCC distinctes
Les travaux de Schneider Electric constituent la première analyse pratique d'arc électrique portant à la fois sur des architectures 800 VCC au niveau du rack et des installations, reflétant les deux grandes voies de mise en œuvre qui émergent dans le secteur. L'analyse évalue les méthodes normatives, la simulation transitoire et la modélisation au niveau système. Les résultats montrent que les cadres d'analyse d'arc électrique existants peuvent s'appliquer aux systèmes 800 VCC à condition d'être utilisés de manière adaptée à l'architecture et en tenant compte de la dimension temporelle, et que les choix de conception influent sur les résultats :
- Architectures 800 VCC au niveau du rack :Dans une étude de cas en configuration sidecar (ou rack d'alimentation), avec des méthodes et hypothèses conservatives, les résultats affichent une énergie incidente bien en deçà du seuil de référence de 1,2 cal/cm² pour les EPI, même sans dispositif de protection.
- Architectures 800 VCC centralisées : L'étude de cas au niveau des installations révèle un potentiel d'énergie incidente légèrement supérieur aux architectures au niveau du rack, toujours dans le cadre d'une architecture conservative et peu réaliste, sans protection contre les surintensités. L'analyse évalue également l'effet de la topologie du système et montre comment les emplacements de défaut en amont et en aval des diodes à blocage inverse influencent le courant de retour, le courant de crête et les conséquences d'un arc électrique. Lorsque la contribution au défaut est limitée dans le temps par des dispositifs de protection standard, l'énergie d'arc est ramenée à des niveaux adaptés aux environnements de travail et généralement alignés sur les architectures CA courantes.
Les stratégies de conception et de protection jouent un rôle déterminant dans la réduction des risques d'arc électrique dans les architectures 800 VCC. L'étude montre que les risques globaux restent faibles et se révèlent, dans de nombreux cas, comparables à ceux d'une distribution CA classique. Même avec des dispositifs de protection standard, l'énergie incidente peut rester en deçà des seuils clés. L'étude établit également que :
- Le comportement transitoire est déterminant : Dans les systèmes 800 VCC, l'arc électrique est généré par des courants de défaut variables dans le temps, la décharge des condensateurs dominant les premières millisecondes d'un événement.
- La simulation améliore la précision :Les outils logiciels (simulation transitoire et analyse des systèmes d'alimentation, notamment) montrent que les méthodes simplifiées d'analyse d'arc électrique pour les systèmes CC surestiment souvent le risque dans les systèmes à dominante capacitive. Les exploitants peuvent réduire sensiblement ce risque en éclairant leur stratégie de protection à l'aide de logiciels avancés et de jumeaux numériques comme ETAP.
- Les choix de design réduisent les risques : Les conséquences d'un arc électrique dépendent de l'architecture et de la configuration du système, et non de la seule distribution CC. Le positionnement des condensateurs, les dispositifs à blocage inverse et les protections à l'échelle de la milliseconde sont les principaux leviers pour un déploiement 800 VCC sécurisé.
« Les normes sectorielles restent indispensables pour la sécurité électrique et la protection contre les arcs, mais les méthodes traditionnelles peuvent s'avérer trop conservatives car elles ne reflètent pas pleinement le fonctionnement des systèmes CC complexes », a déclaré Tanuj Khandelwal, PDG d'ETAP. « Pour appréhender le risque réel, les ingénieurs doivent évaluer la topologie du système, le comportement en cas de défaut, la coordination des protections, la réponse des convertisseurs, la logique de commutation et les schémas de protection actifs. ETAP permet aux équipes de modéliser et de valider les systèmes 800 VCC tels qu'ils fonctionnent réellement, pour passer d'hypothèses conservatives à des décisions de sécurité et d'exploitation plus précises, augmentées par l'IA et fondées sur la physique. »
Ces travaux s'inscrivent dans la continuité des décennies d'expertise de Schneider Electric en matière de tests de sécurité contre les arcs électriques et témoignent de son engagement à accompagner la transition du secteur vers les architectures d'alimentation en 800 VCC, condition essentielle au déploiement des systèmes de racks à haute densité pour les centres de données IA. Schneider Electric a également réalisé des tests approfondis sur les capacités de remplacement à chaud dans les systèmes 800 VCC pour garantir une maintenance en toute sécurité.
Les résultats sont désormais disponibles dans un livre blanc intitulé "DC Arc Flash Analysis : A Practical Study on 800 VCC in Data Centers.”
Ressources liées :
- DC Arc Flash Analysis:A Practical Study on 800 VCC Data Centers
- Schneider Electric Highlights Innovation in 800 VDC Power Systems in support of NVIDIA’s next generation GPUs
- 5 Principles for 800 VDC in AI Data Centers: Rack-level Architectures as the Immediate Enabler
- Necessary Considerations for Designing DC Architectures in Data Centers
- Arc Flash Considerations for Data Center IT Space
