Schneider Electric publiceert nieuw onderzoek naar vlamboogrisico's in 800 VDC-datacenters van hyperscale-niveau.
Schneider Electric, wereldwijd leider op het gebied van energietechnologie, publiceert vandaag een baanbrekende analyse die praktische handvatten biedt om vlamboogrisico's in 800 VDC-stroomarchitecturen te beoordelen en te beheersen. De analyse, gebaseerd op implementatiescenario's die voortkomen uit ontwerpprincipes van hyperscalers, vergelijkt twee opkomende 800 VDC-architecturen met verschillende configuraties. De resultaten laten zien dat de impact van een vlamboog sterk afhangt van de gekozen architectuur, de plaatsing van condensatoren en de snelheid waarmee fouten worden afgeschakeld.
Uit het onderzoek kwam naar voren dat, zelfs onder de meest conservatieve aannames waarbij condensatoren een dominante rol spelen, vlamboogrisico's in 800 VDC-systemen beheersbaar zijn. In veel gevallen zijn deze risico's vergelijkbaar met die van gangbare AC-systemen. Daarnaast blijkt dat geavanceerde software en digital twins een veel nauwkeuriger beeld geven van vlamboogrisico's, waardoor organisaties betere afwegingen kunnen maken bij het ontwerp en de beveiliging van datacenters.
De onderzoeksresultaten komen op een cruciaal moment. Om de toenemende vermogensdichtheid van racks in AI-datacenters te ondersteunen, kiezen steeds meer organisaties voor 800 VDC-architecturen. Onder aanvoering van NVIDIA en in samenwerking met partners op het gebied van energietechnologie, waaronder Schneider Electric, maakt de overstap naar een 800 VDC-stroominfrastructuur het mogelijk om grootschalige datacenters en AI-fabrieken te realiseren die IT-racks van 400 kW en meer kunnen ondersteunen.
Nu de sector versneld opschaalt naar hogere vermogensdichtheden, geldt 800 VDC-stroomdistributie als de meest praktische oplossing om racks op megawattschaal efficiënt van stroom te voorzien. Tegelijkertijd vragen de hogere bedrijfsspanningen om een beter inzicht in storingsgedrag, een goede afstemming van beveiligingssystemen en veilige werkwijzen voor installatie en onderhoud.
'800 VDC-stroomdistributie betekent een ingrijpende verandering in het ontwerp van datacenters. Tegelijkertijd brengt het ook veiligheidsvraagstukken met zich mee die grondig moeten worden onderzocht', zegt Manish Kumar, Executive Vice President Secure Power & Data Centers bij Schneider Electric. 'Onze samenwerking met enkele van 's werelds grootste hyperscalers biedt engineers en veiligheidsprofessionals een van de eerste praktische kaders om vlamboogrisico's te beoordelen. Het biedt een gestructureerde aanpak om storingsgedrag beter te begrijpen, veilige werkwijzen vast te stellen en effectieve beveiligingsstrategieën te ontwikkelen. Ons doel is om de sector in staat te stellen met vertrouwen én op een veilige manier de overstap naar hogere spanningsarchitecturen te maken.'
Hoewel vlambooganalyses al de standaard zijn in AC-datacenters, bestaat er momenteel nog geen sectorbrede norm of richtlijn voor het beheersen van de elektrische risico's waarmee medewerkers te maken kunnen krijgen in 800 VDC-systemen met vermogensconverters. Dit onderzoek levert daarom een belangrijke bijdrage aan het beoordelen en beheersen van vlamboogrisico's en ondersteunt de ontwikkeling van 800 VDC-systemen met een veiligheidsniveau dat vergelijkbaar is met dat van bestaande stroomvoorzieningssystemen. Daarnaast laat het onderzoek zien dat de huidige normen het vlamboogrisico vaak overschatten. De simulatieanalyses van Schneider Electric tonen aan dat geavanceerde software en digital twins vlamboogrisico’s veel nauwkeuriger in kaart kunnen brengen. Hierdoor kunnen organisaties beter onderbouwde keuzes maken bij het ontwerp en de beveiliging van 800 VDC-infrastructuren.
Onderzoek uitgevoerd voor twee verschillende 800 VDC-architecturen
Met dit onderzoek presenteert Schneider Electric de eerste praktische vlambooganalyse van zowel rack- als faciliteitsniveau binnen 800 VDC-architecturen. Hiermee worden de belangrijkste implementatietrajecten weergegeven die zich in de sector aftekenen. De analyse evalueert op normen gebaseerde methoden, transiënte simulatie en modellering op systeemniveau. De resultaten laten zien dat bestaande methodieken voor vlambooganalyses ook toepasbaar zijn op 800 VDC-systemen, mits rekening wordt gehouden met de specifieke architectuur en het tijdsafhankelijke gedrag van het systeem. Daarnaast blijkt dat ontwerpkeuzes een grote invloed hebben op de uiteindelijke uitkomsten:
- 800 VDC-architecturen op rackniveau:In een casestudy van een sidecar-configuratie (ook wel power rackgenoemd) bleek dat de energie die vrijkomt bij een vlamboog ruim onder de referentiewaarde van 1,2 cal/cm² voor persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) blijft. Dit geldt zelfs wanneer wordt uitgegaan van conservatieve rekenmethoden en aannames én zonder toepassing van beveiligingsvoorzieningen.
- Gecentraliseerde 800 VDC-architecturen:De casestudy op datacenterniveau laat zien dat de berekende vlamboogenergie iets hoger kan uitvallen dan bij architecturen op rackniveau. Dit is echter gebaseerd op conservatieve aannames waarbij geen overstroombeveiliging aanwezig is, een situatie die in de praktijk minder realistisch is. Daarnaast onderzoekt de analyse de invloed van verschillende systeemtopologieën en laat zien hoe foutlocaties vóór en achter de blokkeerdiodes (reverse-blocking diodes) van invloed zijn op de terugvoeding, piekstroom en de uiteindelijke vlamboogrisico. Wanneer de foutduur wordt beperkt door standaard beveiligingsvoorzieningen, neemt de vlamboogenergie aanzienlijk af tot niveaus die geschikt zijn voor de werkomgeving. Deze niveaus zijn doorgaans vergelijkbaar met die van conventionele AC-architecturen.
Ontwerp- en beveiligingsstrategieën zijn belangrijke factoren om de risico's van vlambogen in 800 VDC-architecturen te beperken. Uit het onderzoek blijkt dat deze risico's over het algemeen laag blijven en in veel gevallen vergelijkbaar zijn met die van gangbare AC-distributiesystemen. Zelfs met standaard beveiligingscomponenten blijft de vrijkomende vlamboogenergie vaak onder kritieke drempelwaarden.
Het onderzoek toont daarnaast aan dat:
- Transiënt gedrag bepalend is:in 800 VDC-systemen wordt een vlamboog voornamelijk beïnvloed door tijdsafhankelijke foutstromen, waarbij de ontlading van condensatoren de eerste milliseconden van een incident domineert.
- Simulaties nauwkeurigere inzichten leveren:software voor transiënte simulaties en vermogenssysteemanalyses laat zien dat vereenvoudigde analysemethoden voor DC-systemen het risico op een vlamboog in condensator gedomineerde systemen vaak overschatten. Door geavanceerde software en digital twins, zoals ETAP, in te zetten bij het opstellen van de beveiligingsstrategie kunnen operators het risico op een vlamboog aanzienlijk verkleinen.
- Ontwerpkeuzes het risico beperken:de impact van een vlamboog wordt bepaald door de systeemarchitectuur en -configuratie, niet alleen door het gebruik van DC-distributie. De positionering van condensatoren, het toepassen van reverse blocking-apparaten en beveiliging die binnen milliseconden ingrijpt, zijn cruciale factoren voor een veilige implementatie van 800 VDC-systemen.
'Industriestandaarden blijven essentieel voor de elektrische veiligheid en het beperken van vlamboogrisico's, maar traditionele analysemethoden zijn vaak te conservatief omdat ze onvoldoende rekening houden met de manier waarop complexe DC-systemen in de praktijk functioneren', zegt Tanuj Khandelwal, CEO van ETAP. 'Om het werkelijke risico te bepalen, moeten engineers kijken naar de systeemtopologie, het gedrag van foutstromen, de coördinatie van beveiligingssystemen, de reactie van converters, de schakellogica en actieve beveiligingsmechanismen. Met ETAP kunnen teams 800 VDC-systemen modelleren en valideren op basis van daadwerkelijke prestaties. Zo maken zij de stap van conservatieve aannames naar nauwkeurigere, fysisch onderbouwde en door AI ondersteunde veiligheids- en operationele beslissingen.'
Dit onderzoek bouwt voort op Schneider Electric’s jarenlange ervaring met het testen van vlamboogveiligheid en onderstreept de inzet van het bedrijf om de overgang naar 800 VDC-voedingsarchitecturen te ondersteunen. Deze architecturen zijn essentieel voor de nieuwe generatie high-density racks die worden ingezet in AI-datacenters. Daarnaast heeft Schneider Electric uitgebreid getest met live swap-functionaliteit in 800 VDC-systemen, zodat onderhoud veilig kan worden uitgevoerd zonder de stroomvoorziening te onderbreken.
De onderzoeksresultaten zijn gebundeld in de whitepaper DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers.
Meer informatie:
- DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC 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
