O estudo providencia alguns dos primeiros dados do setor sobre gerir os riscos de segurança associados a 800 VDC e a adoção segura de novas arquiteturas de energia para Data Centers de IA.
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As simulações e análises do risco de arco elétrico avaliaram duas arquiteturas representativas a 800 VDC, que refletem configurações comuns baseadas nos contributos de líderes do setor.
A avaliação dos riscos com o software avançado e os gémeos digitais da ETAP permite modelar com precisão cenários de falha, apoiando estratégias de proteção eficazes ao nível dos racks e da instalação.
A Schneider Electric, líder global em tecnologia energética, apresentou uma análise pioneira que fornece orientações práticas sobre como avaliar e gerir o risco de arco elétrico em arquiteturas de energia a 800 VDC. Tendo por base cenários de implementação definidos a partir de padrões de design utilizados por hyperscalers, a análise compara duas arquiteturas emergentes a 800 VDC com diferentes configurações. As conclusões demonstram que os efeitos de um arco elétrico dependem fortemente da arquitetura, da localização dos condensadores e do comportamento do sistema na eliminação de falhas.
Uma das principais conclusões da investigação é que, mesmo nos pressupostos mais exigentes, em que predomina o efeito dos condensadores, o risco de arco elétrico em sistemas a 800 VDC pode ser gerido e, em muitos casos, é comparável ao dos sistemas de corrente alternada convencionais. Para além disso, uma modelação mais rigorosa, com recurso a software avançado e gémeos digitais, pode ajudar a representar com precisão o risco de arco elétrico.
Estas conclusões surgem num momento crítico, em que as arquiteturas a 800 VDC estão a ser adotadas para suportar racks de maior densidade nos Data Centers de IA. Liderada pela NVIDIA, em conjunto com parceiros de tecnologia energética como a Schneider Electric, a transição para infraestruturas elétricas de Data Centers a 800 VDC vai permitir que Data Centers de grande escala e fábricas de IA suportem racks de TI de 400 kW ou mais.
À medida que o setor avança para estas densidades de potência mais elevadas, a distribuição a 800 VDC afirma-se como um caminho prático para alimentar, de forma eficiente, racks à escala do megawatt. Simultaneamente, tensões de funcionamento mais elevadas exigem um conhecimento mais aprofundado do comportamento das falhas, da coordenação das proteções e das práticas de trabalho seguras.
“A distribuição de energia a 800 VDC representa uma mudança significativa no design dos Data Centers, mas introduz também considerações de segurança que têm de ser estudadas de forma aprofundada,” afirmou Manish Kumar, EVP Secure Power & Data Centers da Schneider Electric. “O nosso trabalho com alguns dos principais hyperscalers mundiais proporciona aos engenheiros e profissionais de segurança um dos primeiros frameworks práticos para avaliar os riscos de arco elétrico, através de uma abordagem estruturada que permite compreender o comportamento das falhas, estabelecer práticas de trabalho seguras e conceber esquemas de proteção eficazes. O nosso objetivo é ajudar o setor a progredir, com confiança e segurança, para arquiteturas de tensão mais elevada.”
A análise do arco elétrico já é uma prática habitual nos Data Centers em corrente alternada (AC). No entanto, não existem atualmente normas ou orientações aplicáveis a todo o setor para gerir os riscos elétricos a que os profissionais podem estar expostos em sistemas a 800 VDC alimentados por conversores. Esta investigação é, por isso, importante – não apenas para avaliar e gerir os riscos de arco elétrico, mas também para garantir que os sistemas a 800 VDC atingem níveis de segurança comparáveis aos dos sistemas de energia existentes. O estudo demonstra que as normas atuais sobrestimam o risco de arco elétrico, enquanto a análise de simulação da Schneider Electric mostra que o software avançado e os gémeos digitais permitem modelar esse risco com maior precisão.
Avaliação de duas arquiteturas distintas a 800 VDC
O trabalho da Schneider Electric constitui a primeira análise prática de arco elétrico em arquiteturas a 800 VDC ao nível do rack e da instalação, refletindo as principais vias de implementação que estão a surgir no setor. A análise avalia métodos baseados em normas, simulações transitórias e modelação ao nível do sistema. As conclusões demonstram que os enquadramentos existentes para a análise de arco elétrico podem ser aplicados a sistemas a 800 VDC, desde que sejam utilizados de forma sensível à arquitetura e dependente do tempo. Demonstram também que as opções de design influenciam os resultados:
Arquiteturas a 800 VDC ao nível do rack: Num estudo de caso com um sidecar, também designado por rack de potência, que recorreu a métodos e pressupostos conservadores, os resultados revelaram uma energia incidente muito abaixo do limiar de referência de 1.2 cal/cm² para a utilização de equipamento de proteção individual (EPI), mesmo sem dispositivos de proteção.
Arquiteturas centralizadas a 800 VDC: O estudo de caso ao nível da instalação revela a possibilidade de uma energia incidente ligeiramente superior à dos designs ao nível do rack quando se considera, uma vez mais, uma arquitetura conservadora e menos realista, sem proteção contra sobrecorrentes. A análise avalia também o efeito da topologia do sistema e demonstra como a localização das falhas, tanto a montante como a jusante dos díodos de bloqueio inverso, influencia o retorno de corrente, a corrente de pico e os efeitos do arco elétrico. Quando a contribuição para o defeito é limitada no tempo através de dispositivos de proteção convencionais, a energia do arco elétrico é reduzida para níveis adequados aos ambientes de trabalho e, de um modo geral, alinhados com os das arquiteturas comuns em corrente alternada.
As estratégias de design e proteção são fatores importantes para reduzir os riscos de arco elétrico em arquiteturas a 800 VDC. O estudo demonstra que os riscos globais permanecem baixos e são, em muitos casos, comparáveis aos da distribuição convencional em corrente alternada. Mesmo com dispositivos de proteção convencionais com atuação temporizada, a energia incidente pode manter-se abaixo dos principais limiares. A investigação concluiu ainda que:
O comportamento transitório importa: Nos sistemas a 800 VDC, o arco elétrico é determinado por correntes de falha que variam ao longo do tempo, sendo a descarga dos condensadores predominante nos primeiros milissegundos do evento.
A simulação melhora a precisão: Software (como a simulação transitória e análise de sistemas elétricos) demonstra que os métodos simplificados de análise de arco elétrico em sistemas de corrente contínua sobrestimam frequentemente o risco nos sistemas em que predomina o efeito dos condensadores. Os operadores podem reduzir significativamente o risco de arco elétrico ao fundamentarem a sua estratégia de proteção em software avançado e gémeos digitais, como a ETAP.
As opções de design reduzem o risco: Os efeitos de um arco elétrico dependem da arquitetura e da configuração do sistema, e não apenas da distribuição em corrente contínua. A localização dos condensadores, os dispositivos de bloqueio inverso e as proteções com tempos de atuação na ordem dos milissegundos são fatores essenciais para implementações seguras a 800 VDC.
“As normas do setor continuam a ser essenciais para a segurança elétrica e contra arcos elétricos, mas os métodos tradicionais podem ser excessivamente conservadores, uma vez que não refletem plenamente o funcionamento dos sistemas complexos de corrente contínua,” disse Tanuj Khandelwal, CEO da ETAP. “Para compreender o risco real, os engenheiros têm de avaliar a topologia do sistema, o comportamento das falhas, a coordenação das proteções, a resposta dos conversores, a lógica de comutação e os esquemas de proteção ativa. A ETAP permite às equipas modelar e validar o desempenho real dos sistemas a 800 VDC, ajudando-as a passar de pressupostos conservadores para decisões operacionais e de segurança mais precisas, apoiadas por IA e baseadas na física.”
Este trabalho assenta em décadas de experiência da Schneider Electric na realização de ensaios de segurança contra arcos elétricos e reforça o seu compromisso com apoiar a transição do setor para arquiteturas de energia a 800 VDC, um requisito essencial para os novos sistemas de racks de alta densidade adotados nos Data Centers de IA. A Schneider Electric realizou também ensaios exaustivos às capacidades de substituição sob tensão em sistemas a 800 VDC, com vista a permitir operações de manutenção seguras.
As conclusões estão agora disponíveis num White paper intitulado “ DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers ”.