Schneider Electric, specialista globale nelle tecnologie per la gestione dell’energia, presenta un’analisi innovativa che offre indicazioni pratiche per valutare e gestire il rischio di arco elettrico nelle architetture di alimentazione a 800 VDC. Basata su scenari derivati dai modelli progettuali adottati dagli hyperscaler, l’analisi confronta due architetture emergenti a 800 VDC caratterizzate da differenti configurazioni, l’analisi confronta due architetture emergenti a 800 VDC caratterizzate da configurazioni differenti. I risultati evidenziano come gli effetti di un eventuale arco elettrico dipendano in modo significativo dall’architettura adottata, dalla posizione dei condensatori e dalla velocità con cui il guasto viene rilevato e interrotto.
Uno dei principali risultati della ricerca è che, anche nelle ipotesi più severe dominate dalla presenza dei condensatori, il rischio di arco elettrico nei sistemi a 800 VDC può essere gestito in modo efficace e, in molti casi, risulta comparabile a quello dei 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.
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 nel settore delle tecnologie per l’energia come Schneider Electric, la transizione verso infrastrutture di alimentazione a 800 VDC 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. Allo stesso tempo, il funzionamento a 800 VDC richiede una comprensione più approfondita del comportamento dei guasti, del coordinamento delle protezioni e delle procedure di sicurezza necessarie per operare in queste nuove condizioni.
“La distribuzione elettrica a 800 VDC rappresenta un cambiamento significativo nella progettazione dei data center, ma introduce anche aspetti di sicurezza che devono essere analizzati 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.”
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 quindi importante sia per valutare e gestire i rischi di arco elettrico, sia per garantire che i sistemi a 800 VDC raggiungano livelli di sicurezza comparabili a quelli degli attuali sistemi di alimentazione. I metodi previsti dagli standard attuali possono sovrastimare il rischio di arco elettrico; al contrario, le simulazioni di Schneider Electric dimostrano che l’impiego di software avanzati e digital twin consente di modellare il rischio in modo più accurato.
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, purché l’analisi tenga conto dell’architettura e dell’evoluzione temporale del guasto. Le scelte progettuali incidono infatti in modo sostanziale sui risultati:
• 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, sempre nell’ipotesi conservativa e meno realistica di un’architettura priva di protezione da sovracorrente.
L’analisi considera inoltre l’effetto della topologia del sistema e mostra come la posizione del guasto, sia a monte sia a valle dei diodi di blocco della corrente inversa, influenzi fenomeni quali corrente di ritorno (back-feed), corrente di picco e conseguenze dell’arco elettrico. Quando il contributo al guasto viene limitato nel tempo attraverso dispositivi di protezione standard, l’energia associata all’arco elettrico si riduce a livelli adeguati agli ambienti di lavoro e generalmente allineati a quelli delle tradizionali architetture AC.
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. La ricerca ha inoltre stabilito che:
• 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 migliora l’accuratezza: software per la simulazione transitoria e l’analisi dei sistemi elettrici mostrano che i metodi semplificati per l’analisi dell’arco elettrico nei sistemi in corrente continua spesso sovrastimano il rischio nei sistemi dominati dai 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 rimangono essenziali per la sicurezza elettrica e la protezione dall’arco elettrico, ma i metodi tradizionali possono essere eccessivamente conservativi perché non riflettono pienamente il funzionamento di sistemi in corrente continua complessi”, 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.
I risultati sono ora disponibili nel white paper intitolato “DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers”.
