Centra danych potrzebuje więcej mocy i przechodzą na 800 VDC. Czy jest to bezpieczne?
Centra danych AI potrzebują coraz więcej mocy, dlatego branża przechodzi na zasilanie 800 VDC. Większe napięcie budzi jednak pytania o bezpieczeństwo, zwłaszcza ryzyko wystąpienia łuku elektrycznego. Schneider Electric przeprowadził jedno z pierwszych praktycznych badań tego zjawiska i sprawdził, czy wyższe napięcie faktycznie oznacza większe zagrożenie.
Procedury dotyczące wykorzystania prądu przemiennego (AC) w centrach danych są już przebadane i uregulowane. Inaczej wygląda sprawa w przypadku prądu stałego (VDC). Problem polega na tym, że rozwiązania AC przestają wystarczać przy rosnącym zapotrzebowaniu na moc, dlatego giganci branży (m.in. NVIDIA) przechodzą na architekturę 800 VDC.
Nowe napięcie stawia pytania dotyczące bezpieczeństwa, zwłaszcza w kontekście ryzyka wystąpienia łuku elektrycznego, czyli niebezpiecznego wyładowania powstającego przy zwarciu, które w ułamku sekundy uwalnia dużą ilość energii cieplnej i świetlnej, stanowiąc zagrożenie dla osób pracujących w pobliżu instalacji elektrycznej.
Architektura 800 VDC zaczyna być wdrażana przy zasilaniu szaf rack o mocy liczonej w megawatach. Schneider Electric przeprowadził badania w tym zakresie i podzielił się pierwszymi wnioskami.
Architektura systemu ważniejsza niż samo napięcie
Według przedstawionych danych kluczowe znaczenie dla ryzyka wystąpienia łuku elektrycznego mają: architektura systemu, rozmieszczenie kondensatorów oraz sposób i czas wyłączenia zwarcia.
W badaniu uwzględniono obowiązujące normy, symulacje stanów przejściowych oraz modelowanie na poziomie całego systemu. Z analizy wynika, że obecne metody oceny ryzyka można odnieść również do systemów 800 VDC, pod warunkiem uwzględnienia architektury systemu, zmienności zjawisk w czasie oraz przyjętych decyzji projektowych.
Na potrzeby analizy architektury 800 VDC typu sidecar, czyli układu, w którym zasilanie znajduje się w oddzielnej szafie ustawionej obok szafy IT, przy zastosowaniu „konserwatywnych metod i założeń”, osiągnięto wartość energii padającej (czyli ilości energii cieplnej, jaka dotarłaby do osoby znajdującej się w pobliżu potencjalnego łuku elektrycznego) niższą od przyjętego progu 1,2 cal/cm2 dla środków ochrony indywidualnej (ang. personal protective equipment, PPE) i to bez uwzględnienia dodatkowych środków zabezpieczających.
W przypadku scentralizowanej architektury całego obiektu analiza wykazała możliwość wystąpienia nieco wyższej energii padającej niż przy architekturze typu sidecar, przy podobnych założeniach.
Brakuje branżowych norm
Mimo wyższej wartości energii padającej, wynik w obu przypadkach mieści się w akceptowalnych granicach, pod warunkiem zastosowania odpowiednich środków ochronnych i właściwego zaprojektowania systemu zabezpieczeń.
W badaniu zwrócono uwagę na istotny problem: obecnie brakuje ogólnobranżowych norm i wytycznych dotyczących zagrożeń elektrycznych w systemach 800 VDC. W przypadku prądu przemiennego ocena ryzyka łuku elektrycznego jest już standardową praktyką, natomiast dla architektur VDC branża dopiero zaczyna wypracowywać spójne zasady. Wraz z rosnącą gęstością mocy w centrach danych AI znaczenie takich regulacji będzie rosło.
Schneider Electric zaznacza również, że obowiązujące dziś normy, opracowane pierwotnie z myślą o systemach AC, mogą w niektórych przypadkach zawyżać rzeczywisty poziom ryzyka dla systemów 800 VDC. Dokładniejsze modelowanie, oparte na oprogramowaniu ETAP (specjalistycznym narzędziu do symulacji i analizy systemów elektroenergetycznych) oraz cyfrowych bliźniakach (wiernych, komputerowych odwzorowaniach rzeczywistej instalacji), pozwala precyzyjniej odwzorować zachowanie systemu i uniknąć nadmiarowych, kosztownych zabezpieczeń tam, gdzie nie są one konieczne.
Poza analizą ryzyka łuku elektrycznego firma przeprowadziła także testy tzw. live swap, czyli wymiany komponentów pod napięciem, w systemach 800 VDC. Chodzi o to, by umożliwić bezpieczne prowadzenie prac serwisowych bez konieczności wyłączania całej instalacji, co przy szafach rack o mocy liczonej w megawatach ma duże znaczenie dla ciągłości pracy centrum danych.
Centra danych w Polsce
Inwestycje w centra danych weszły w fazę boomu, jednak jego skalę mogą zmniejszyć ograniczone możliwości sieci elektroenergetycznych. Ponadto, jak pisała redakcja Gramwzielone.pl, skala wniosków o przyłączenie centrów danych do sieci przesyłowej w Polsce wyraźnie się skurczyła po zmianie przepisów, która wprowadziła obowiązek wnoszenia zaliczki na poczet opłaty za przyłączenie oraz opłaty za złożenie wniosku. Więcej na ten temat można przeczytać w tekście: Prawdziwych chętnych na centra danych w Polsce jest kilkanaście, nie setki.
Jednym z istotniejszych problemów dotyczących centrów danych jest dostarczenie wymaganej ilości energii. Według prognoz Polskich Sieci Elektroenergetycznych centra danych w Polsce mogą zużywać do 2040 roku około 29 TWh energii rocznie, co będzie stanowiło 11 proc. całego krajowego zapotrzebowania. Eksperci ostrzegają jednocześnie, aby nie mylić zapowiedzi inwestycji z ich realizacją. Więcej na ten temat piszemy w artykule: Bez energii nie będzie AI. Centra danych stają się wyzwaniem dla energetyki.
Marcin Karwowski
marcin.karwowski@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
