A mesterséges intelligenciát kiszolgáló adatközpontok növekvő teljesítményigénye az energiaellátási infrastruktúrával szemben is új követelményeket támaszt. A nagy teljesítménysűrűségű rackek kiszolgálásának egyik lehetséges megoldása a 800 VDC-s, vagyis 800 voltos egyenáramú elosztási architektúra, amelynek villamosbiztonsági sajátosságait a Schneider Electric új elemzésben vizsgálta.
A vállalat extrém nagy méretű, úgynevezett hyperscale adatközpontok tervezési mintái alapján két eltérő konfigurációjú 800 VDC-s architektúrát hasonlított össze. Az eredmények szerint az ívzárlat következményeit nem önmagában az egyenáramú elosztás határozza meg: jelentős szerepe van a rendszer felépítésének, a kondenzátorok elhelyezésének, a védelmi megoldásoknak és a hiba elhárításához szükséges időnek is.
A Schneider Electric elemzése szerint megfelelő kialakítás mellett még szigorú vizsgálati forgatókönyvek esetén is kezelhető az ívzárlat kockázata a 800 VDC-s rendszerekben. Sok esetben a kockázati szint a hagyományos AC, vagyis váltakozó áramú rendszerekével összevethető mértékűre csökkenthető. A pontosabb kockázatértékeléshez a fejlett szimulációs szoftverek és a digitális ikrek alkalmazása is hozzájárulhat.
400 kW fölé nőhet a rackek teljesítménye
A 800 VDC-s architektúrák terjedését elsősorban az AI-infrastruktúra gyorsan növekvő teljesítményigénye hajtja. Az NVIDIA vezetésével, többek között a Schneider Electrichez hasonló energiatechnológiai partnerek közreműködésével zajló átállás célja olyan adatközponti tápellátási infrastruktúra kialakítása, amely 400 kW-os vagy ennél nagyobb teljesítményű IT-rackek kiszolgálására is alkalmas.
A 800 VDC-s elosztás a megawattos nagyságrendhez közelítő vagy azt elérő rackek energiaellátásának egyik lehetséges műszaki megoldása. A magasabb feszültség ugyanakkor szükségessé teszi a hibalehetőségek, a védelmi rendszerek és a biztonságos munkavégzés feltételeinek részletes vizsgálatát.
Az ívzárlati elemzés az AC-adatközpontok tervezésében már bevett gyakorlat, a Schneider Electric szerint ugyanakkor jelenleg nincs olyan iparági szabvány vagy iránymutatás, amely kifejezetten a 800 VDC-s rendszerek esetében jelentkező elektromos veszélyeket kezelné.
„A 800 VDC-s áramelosztás komoly változást jelent az adatközpontok tervezésében, ugyanakkor olyan biztonsági szempontokat is felvet, amelyeket alaposan meg kell vizsgálni”
– mondta Manish Kumar, a Schneider Electric Secure Power & Data Centers területért felelős ügyvezető alelnöke.
Két architektúrát vizsgáltak
A Schneider Electric elemzése rackszintű és központosított, létesítményszintű 800 VDC-s architektúrákra is kiterjedt. A kutatás szabványokon alapuló számítási módszereket, szimulációt és rendszerszintű modellezést egyaránt alkalmazott.
A rackszintű architektúráknál a konzervatív módszerekkel és forgatókönyvekkel kapott eredmények szerint az incidensenergia még védelmi eszközök nélkül is az egyéni védőfelszerelések esetében alkalmazott 1,2 cal/cm²-es referenciaérték alatt maradt.
A központosított, létesítményszintű architektúránál ennél nagyobb incidensenergia alakulhat ki egy konzervatív, túláramvédelem nélküli forgatókönyvben. A vizsgálat szerint ugyanakkor szabványos védelmi eszközök megfelelően gyors működésével az ívzárlat energiája a munkakörnyezet számára megfelelő szintre csökkenthető, és megközelítheti a hagyományos AC-architektúráknál jellemző értékeket.
Az eredményeket a rendszer topológiája is befolyásolja. A fordított áramot blokkoló diódákhoz viszonyított hibahely például hatással lehet a visszatáplálásra, a csúcsáramra és ezáltal az ívzárlat következményeire.
Milliszekundumok is számítanak
A kutatás egyik fontos megállapítása, hogy a 800 VDC-s rendszerekben az ívzárlati esemény első milliszekundumaiban meghatározó lehet a kondenzátorok kisülése. Emiatt a rendszer tranziens viselkedésének modellezése és a gyors védelmi beavatkozás egyaránt fontos tervezési szempont.
A Schneider Electric szerint az architektúra kialakítása, a kondenzátorok elhelyezése, a visszaáramot gátló eszközök és a milliszekundumos időskálán működő védelem egyaránt jelentősen befolyásolhatja a biztonságot.
A hagyományos számítási módszerek mellett ezért egyre nagyobb szerephez juthat a rendszerszintű szimuláció. Az elemzés szerint a fejlett szoftverek és digitális ikrek segítségével pontosabban modellezhető a 800 VDC-s infrastruktúra működése és az egyes hibafolyamatok lefolyása. A vizsgálatban az ETAP villamosenergia-rendszerek modellezésére és elemzésére szolgáló megoldása is szerepet kapott.
A Schneider Electric elemzésének eredményeit a DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers című fehér könyv foglalja össze.
A cikk és a borítókép forrása: Schneider Electric
