Arco elettrico data center: studio Schneider Electric sui sistemi a 800 VDC

Di Daniele Preda

Schneider Electric pubblica uno studio sulla valutazione del rischio di arco elettrico nei data center a 800 VDC, in collaborazione con i principali hyperscaler.

L’analisi si basa su scenari derivati dai modelli progettuali degli hyperscaler. Confronta due architetture emergenti a 800 VDC caratterizzate da configurazioni differenti. I risultati evidenziano come gli effetti di un eventuale arco elettrico dipendano dall’architettura adottata. Anche la posizione dei condensatori e la velocità di rilevamento del guasto sono fattori significativi.
Uno dei principali risultati: anche nelle ipotesi più severe dominate dai condensatori, il rischio di arco elettrico nei sistemi a 800 VDC può essere gestito efficacemente. In molti casi risulta comparabile ai tradizionali sistemi in corrente alternata (AC).. Inoltre, l’utilizzo di software avanzati e di digital twin consente una rappresentazione molto più accurata del rischio reale di arco elettrico.

Le architetture a 800 VDC

I risultati arrivano in un momento decisivo, in cui le architetture a 800 VDC vengono adottate per supportare rack a maggiore densità di potenza nei data center per l’intelligenza artificiale. Guidata da NVIDIA insieme a partner come Schneider Electric, la transizione verso infrastrutture a 800 VDC è in corso. Consentirà ai data center su larga scala e alle AI Factory di supportare rack IT da 400 kW e oltre..
Con la crescente richiesta di densità di potenza più elevate, la distribuzione a 800 VDC sta emergendo come una soluzione concreta per alimentare in modo efficiente rack nell’ordine dei megawatt. Il funzionamento a 800 VDC richiede una comprensione più approfondita del comportamento dei guasti. Serve anche padroneggiare il coordinamento delle protezioni e le procedure di sicurezza per queste nuove condizioni.

“La distribuzione elettrica a 800 VDC è un grande cambiamento per i data center. Ma porta anche nuovi aspetti di sicurezza da studiare con attenzione”, ha dichiarato Manish Kumar, EVP Secure Power & Data Centers di Schneider Electric. “Il nostro lavoro svolto in collaborazione con alcuni dei principali hyperscaler mondiali offre a ingegneri e professionisti della sicurezza uno dei primi framework pratici per valutare i rischi di arco elettrico. L’analisi offre un approccio strutturato per comprendere il comportamento dei guasti, definire procedure operative sicure e progettare sistemi di protezione efficaci. Il nostro obiettivo è aiutare il settore a evolvere verso architetture a tensione più elevata in modo sicuro e consapevole.”

Analisi arco elettrico data center: normativa e sicurezza

L’analisi dell’arco elettrico è già una pratica standard nei data center in corrente alternata. Tuttavia, non esistono oggi standard o linee guida di settore per la gestione dei pericoli elettrici cui il personale può essere esposto nei sistemi a 800 VDC alimentati da convertitori. Questa nuova ricerca è importante per valutare e gestire i rischi di arco elettrico. Garantisce inoltre che i sistemi a 800 VDC raggiungano livelli di sicurezza comparabili agli attuali sistemi di alimentazione. I metodi degli standard attuali possono sovrastimare il rischio di arco elettrico. Le simulazioni di Schneider Electric dimostrano invece che i software avanzati e i digital twin permettono di calcolare il rischio in modo più preciso.

Valutazione condotta su due diverse architetture a 800 VDC

Il lavoro di Schneider Electric presenta la prima analisi pratica del rischio di arco elettrico per architetture a 800 VDC sia a livello di rack sia a livello di infrastruttura, riflettendo i principali approcci di implementazione oggi emergenti nel settore. L’analisi prende in considerazione metodi basati sugli standard, simulazioni dei fenomeni transitori e modellazione dell’intero sistema. I risultati dimostrano che gli attuali framework di analisi dell’arco elettrico possono essere applicati ai sistemi a 800 VDC. L’analisi deve però tenere conto dell’architettura e dell’evoluzione temporale del guasto. Le scelte progettuali incidono infatti in modo sostanziale sui risultati:

Architettura a livello di rack

Architetture a 800 VDC a livello di rack

• Architetture a 800 VDC a livello di rack: nel caso di studio relativo a un sistema sidecar, definito anche power rack, l’applicazione di metodi e ipotesi conservative ha evidenziato valori di energia incidente significativamente inferiori alla soglia di riferimento di 1,2 cal/cm² per i dispositivi di protezione individuale (DPI), anche in assenza di dispositivi di protezione. • Architetture centralizzate a 800 VDC: il caso di studio a livello di infrastruttura indica un potenziale di energia incidente leggermente più elevato rispetto alle configurazioni a livello di rack. Questo nell’ipotesi conservativa (e meno realistica) di un’architettura priva di protezione da sovracorrente. . L’analisi considera anche l’effetto della topologia del sistema. Mostra come la posizione del guasto (a monte o a valle dei diodi di blocco) influenzi corrente di ritorno (back-feed), corrente di picco e conseguenze dell’arco elettrico nei data center.. Quando i dispositivi di protezione standard limitano il guasto nel tempo, l’energia dell’arco elettrico scende a livelli sicuri per gli ambienti di lavoro. Questi livelli sono simili a quelli dei sistemi AC tradizionali. Le strategie di progettazione e protezione sono elementi fondamentali per ridurre il rischio di arco elettrico nelle architetture a 800 VDC. Lo studio evidenzia che i rischi complessivi rimangono contenuti e, in molti casi, comparabili a quelli della tipica distribuzione in corrente alternata. Anche con dispositivi di protezione standard, l’energia incidente può rimanere al di sotto delle soglie principali.

Simulazione e progettazione per data center

Comportamento transitorio e arco elettrico nei data center con sistemi 800 VDC

• Il comportamento transitorio è determinante: nei sistemi a 800 VDC, l’arco elettrico è alimentato da correnti di guasto che variano nel tempo; nei primi millisecondi dell’evento, la scarica dei condensatori rappresenta il contributo predominante.
• La simulazione è più precisa: i software di analisi dei sistemi elettrici dimostrano che i metodi semplificati sovrastimano spesso il rischio di arco elettrico nei sistemi in corrente continua con molti condensatori. Gli operatori possono ridurre significativamente il rischio adottando una strategia di protezione supportata da software avanzati e digital twin, come quelli di ETAP.
• Le scelte progettuali riducono il rischio: le conseguenze di un arco elettrico dipendono dall’architettura e dalla configurazione del sistema, non dalla sola scelta della distribuzione in corrente continua. Il posizionamento dei condensatori, i dispositivi di blocco della corrente inversa e protezioni con tempi di intervento dell’ordine dei millisecondi sono leve fondamentali per implementare in sicurezza sistemi a 800 VDC.

“Gli standard di settore sono fondamentali per la sicurezza elettrica e la protezione dall’arco elettrico. Ma i metodi tradizionali sono troppo prudenti: non rappresentano bene come funzionano i sistemi complessi in corrente continua”, ha dichiarato Tanuj Khandelwal, CEO di ETAP. “Per comprendere il rischio effettivo, gli ingegneri devono valutare la topologia del sistema, il comportamento in caso di guasto, il coordinamento delle protezioni, la risposta dei convertitori, la logica di commutazione e gli schemi di protezione attiva. ETAP consente ai team di modellare e validare i sistemi a 800 VDC nelle reali condizioni operative, aiutandoli a passare da ipotesi conservative a decisioni più accurate sulla sicurezza e sull’operatività, basate sulla fisica e supportate dall’AI.”

Questo lavoro si basa su decenni di esperienza di Schneider Electric nei test di sicurezza contro l’arco elettrico e rafforza l’impegno dell’azienda nel supportare la transizione del settore verso architetture di alimentazione a 800 VDC. Tali architetture sono un requisito fondamentale per i nuovi sistemi rack ad alta densità destinati ai data center per l’AI. Schneider Electric ha inoltre condotto test approfonditi sulle funzionalità di sostituzione a caldo (live swap) dell’alimentazione nei sistemi a 800 VDC, per consentire interventi di manutenzione in sicurezza.