Stromversorgung für KI-Rechenzentren Schneider Electric untersucht Störlichtbogenrisiken bei 800 VDC

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Mit steigenden Rack-Leistungen gewinnt die 800-Volt-Gleichstromversorgung an Bedeutung. Eine Studie von Schneider Electric untersucht, wie sich Störlichtbögen in solchen Architekturen verhalten und welche Faktoren das Risiko beeinflussen.

Schneider Electric hat eine Analyse zu Störlichtbogenrisiken in 800-VDC-Architekturen von Rechenzentren veröffentlicht. Die Untersuchung betrachtet zwei unterschiedliche Konfigurationen, die sich an typischen Designansätzen von Hyperscalern orientieren. Im Mittelpunkt stehen das Fehlerverhalten, die Schutzmaßnahmen und der Einfluss der Systemarchitektur.

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800 VDC gilt als ein Ansatz für Rechenzentren mit besonders hohen Leistungsdichten. Die Technologie soll unter anderem den Betrieb von Racks mit 400 kW und mehr ermöglichen. Mit steigender Spannung verändern sich jedoch auch die Anforderungen an Schutzkonzepte und sichere Wartungsarbeiten.

Architektur beeinflusst das Störlichtbogenrisiko

Die Untersuchung betrachtet eine 800-VDC-Architektur auf Rack-Ebene sowie eine zentralisierte Variante auf Anlagenebene. Bei der Rack-Konfiguration liegt die berechnete einfallende Energie laut Schneider Electric auch unter konservativen Annahmen deutlich unter einem Schwellenwert von 1,2 Kalorien pro Quadratzentimeter (cal/cm²) für die persönliche Schutzausrüstung.

Bei der zentralisierten Architektur fällt die berechnete Energie unter bestimmten konservativen Annahmen etwas höher aus. Die Analyse berücksichtigt dabei unter anderem Fehlerstellen vor und hinter Rückstromsperrdioden sowie deren Auswirkungen auf Rückspeisung und Spitzenströme.

Werden Schutzmechanismen eingesetzt, die den Fehlerstrom innerhalb kurzer Zeit begrenzen, sinkt die Störlichtbogenenergie laut Studie auf ein für die jeweilige Arbeitsumgebung angemessenes Niveau. Die Werte liegen dabei vielfach in einer Größenordnung, die Schneider Electric mit gängigen Wechselstromarchitekturen vergleicht.

Transiente Vorgänge erschweren die Bewertung

Ein wesentlicher Faktor ist laut Untersuchung das zeitliche Verhalten des Fehlerstroms. In den ersten Millisekunden eines Störereignisses wird das Verhalten demnach insbesondere von der Entladung der im System vorhandenen Kondensatoren bestimmt.

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Schneider Electric kommt deshalb zu dem Schluss, dass vereinfachte Verfahren das Risiko in kondensatordominierten Gleichstromsystemen überschätzen können. Transiente Simulationen, bei denen der zeitliche Verlauf elektrischer Vorgänge berücksichtigt wird, sollen eine genauere Bewertung ermöglichen. Auch Digitale Zwillinge, also digitale Modelle realer Systeme, können dabei eingesetzt werden.

Neben der Modellierung spielen laut Studie die Platzierung von Kondensatoren, Rückstromsperren und schnell reagierende Schutzmechanismen eine wesentliche Rolle. Das Störlichtbogenrisiko ergibt sich demnach nicht allein aus der Verwendung einer 800-VDC-Verteilung, sondern aus dem Zusammenspiel von Topologie, Komponenten und Schutzkonzept.

Noch keine einheitlichen Leitlinien

Während Störlichtbogenanalysen in Wechselstrom-Rechenzentren etabliert sind, fehlen laut Schneider Electric bislang allgemeingültige Vorgaben für die Bewertung entsprechender Gefahren bei umrichtergespeisten 800-VDC-Systemen. Die Studie soll daher einen praxisorientierten Ansatz für die Bewertung auf Rack- und Anlagenebene liefern.

Schneider Electric verweist zugleich darauf, dass bestehende Standards für die elektrische Sicherheit weiterhin maßgeblich bleiben. Die Untersuchung soll ergänzend zeigen, wie sich das tatsächliche Fehlerverhalten komplexer Gleichstromsysteme mit detaillierteren Modellen erfassen lässt.

Die Ergebnisse sind im Whitepaper „DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers“ veröffentlicht.

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