Yapay zekâ veri merkezlerinde 800 VDC için ark parlaması araştırması

Schneider Electric’in yayımladığı yeni araştırma, yapay zekâ veri merkezlerinde kullanılmaya başlanan 800 VDC güç mimarilerindeki ark parlaması risklerini inceliyor. ETAP yazılımları ve dijital ikizlerden yararlanılarak gerçekleştirilen analiz, doğru mimari ve koruma sistemleriyle risklerin tipik AC dağıtım sistemlerindeki seviyelere indirilebileceğini ortaya koyuyor.

Yapay zekâ uygulamalarının hızla yaygınlaşması, veri merkezlerinde güç yoğunluğunu ve enerji ihtiyacını artırırken elektrik dağıtım altyapılarında da yeni çözümleri gündeme getiriyor. Schneider Electric, bu dönüşümün önemli bileşenlerinden biri olarak değerlendirilen 800 VDC güç mimarilerinde ark parlaması riskinin nasıl analiz edilip yönetilebileceğine ilişkin yeni bir çalışma yayımladı.

Dünyanın önde gelen hiper ölçekli veri merkezi işletmecilerinin tasarım yaklaşımlarından hareketle hazırlanan araştırmada, farklı konfigürasyonlara sahip iki 800 VDC mimarisi karşılaştırıldı. Çalışmanın bulguları; ark parlamasının etkilerinin sistem mimarisine, kapasitörlerin yerleşimine, ters akımın kontrolüne ve arızanın giderilme süresine bağlı olarak önemli ölçüde değişebildiğini gösterdi.

Araştırmaya göre, kapasitör etkisinin baskın olduğu en zorlu senaryolarda dahi 800 VDC sistemlerde ark parlaması riski yönetilebilir seviyelerde tutulabiliyor. Birçok durumda riskin, veri merkezlerinde yaygın olarak kullanılan AC güç sistemleriyle karşılaştırılabilir olduğu belirtiliyor.

800 VDC neden gündemde?

Yapay zekâ veri merkezlerinde kullanılan işlemci ve hızlandırıcıların güç ihtiyacı arttıkça, geleneksel elektrik dağıtım altyapılarının daha yüksek yoğunluklu kabinleri verimli biçimde beslemesi zorlaşıyor. Bu nedenle sektör, enerji kayıplarını azaltabilecek ve megawatt ölçeğindeki kabinleri destekleyebilecek yeni güç mimarilerine yöneliyor.

NVIDIA’nın öncülüğünde ve Schneider Electric gibi enerji teknolojileri şirketlerinin katkısıyla geliştirilen 800 VDC veri merkezi altyapısının, büyük ölçekli veri merkezleri ile “AI Factory” olarak tanımlanan yapay zekâ tesislerinde 400 kW ve üzerindeki IT kabinlerinin kullanımını desteklemesi hedefleniyor.

Ancak daha yüksek çalışma gerilimleri; arıza davranışı, koruma koordinasyonu, ekipman tasarımı ve güvenli bakım uygulamalarının yeniden ele alınmasını gerektiriyor. AC veri merkezlerinde ark parlaması analizleri standart uygulamalar arasında yer alırken, dönüştürücü beslemeli 800 VDC sistemlerde çalışan personelin karşılaşabileceği tehlikelere ilişkin sektör genelinde kabul edilmiş kapsamlı bir standart veya kılavuz henüz bulunmuyor.

Schneider Electric Güvenli Güç ve Veri Merkezlerinden Sorumlu Başkan Yardımcısı Manish Kumar, 800 VDC dağıtımın veri merkezi tasarımında önemli bir değişimi temsil ettiğini belirterek şunları söyledi:

“800 VDC güç dağıtımı veri merkezi tasarımında önemli bir değişimi temsil ediyor ancak aynı zamanda kapsamlı biçimde incelenmesi gereken yeni güvenlik konularını da beraberinde getiriyor. Dünyanın önde gelen hiper ölçekli veri merkezi işletmecilerinden bazılarıyla yürüttüğümüz çalışmalar, mühendislere ve güvenlik profesyonellerine ark parlaması risklerini değerlendirmek için ilk pratik çerçevelerden birini sunuyor.”

Kumar, geliştirilen yaklaşımın arıza davranışının anlaşılması, güvenli çalışma uygulamalarının oluşturulması ve etkili koruma sistemlerinin tasarlanması için yapılandırılmış bir yöntem sunduğunu ifade etti.

Kabin ve tesis seviyesindeki mimariler incelendi

Schneider Electric’in araştırmasında, sektörde gelişmekte olan başlıca uygulama yaklaşımlarını temsil eden kabin ve tesis seviyesindeki iki ayrı 800 VDC mimarisi değerlendirildi. Analizlerde standartlara dayalı yöntemler, geçici durum simülasyonları ve sistem seviyesindeki modellemeler birlikte kullanıldı.

Kabin seviyesindeki mimaride, “sidecar” veya güç kabini olarak adlandırılan tasarım incelendi. Muhafazakâr varsayımlarla gerçekleştirilen vaka çalışmasında, herhangi bir koruma cihazının bulunmadığı senaryoda bile maruz kalınan enerji seviyesinin 1,2 cal/cm² olarak referans alınan kişisel koruyucu ekipman eşiğinin oldukça altında kaldığı tespit edildi.

Merkezi 800 VDC mimarisini ele alan tesis seviyesindeki çalışmada ise aşırı akım korumasının bulunmadığı varsayımsal bir sistem değerlendirildi. Bu mimaride maruz kalınan enerjinin kabin seviyesindeki tasarımlara göre daha yüksek olabileceği görüldü.

Analiz ayrıca ters akımı engelleyen diyotların yukarısında ve aşağısında oluşabilecek arızaların geri besleme, tepe akımı ve ark parlaması üzerindeki etkilerini de inceledi. Arıza süresinin standart koruma cihazlarıyla sınırlandırılması durumunda ark parlaması enerjisinin çalışma ortamları için uygun seviyelere düştüğü ve yaygın AC mimarileriyle karşılaştırılabilir hale geldiği belirlendi.

Kapasitör deşarjı ilk milisaniyelerde belirleyici

Araştırmanın öne çıkardığı başlıklardan biri, 800 VDC sistemlerde ark parlamasının sabit değil, zamana bağlı bir olay olması. Özellikle arızanın ilk milisaniyelerinde kapasitörlerin boşalması, oluşan akım ve enerji üzerinde belirleyici rol oynuyor.

Bu nedenle yalnızca standart ve basitleştirilmiş hesaplama yöntemlerine dayanan değerlendirmeler, özellikle kapasitör etkisinin yüksek olduğu sistemlerde riski olduğundan fazla gösterebiliyor. Geçici durum simülasyonları ise arızanın farklı aşamalarındaki akım değişimlerini hesaba katarak daha gerçekçi sonuçlar elde edilmesine yardımcı oluyor.

ETAP’ın gelişmiş güç sistemi analiz yazılımları ve dijital ikizleri kullanılarak gerçekleştirilen modellemeler; sistem topolojisi, dönüştürücü tepkileri, anahtarlama mantığı ve koruma koordinasyonu gibi değişkenlerin birlikte değerlendirilmesini sağlıyor. Böylece işletmeciler, koruma stratejilerini daha ayrıntılı veriler üzerine kurabiliyor.

ETAP CEO’su Tanuj Khandelwal, endüstri standartlarının elektrik güvenliği açısından vazgeçilmez olduğunu ancak geleneksel yöntemlerin karmaşık DC sistemlerin çalışma biçimini her zaman tam olarak yansıtamadığını belirtti.

Khandelwal, “Gerçek riski anlayabilmek için mühendislerin sistem topolojisini, arıza davranışını, koruma koordinasyonunu, dönüştürücü tepkilerini, anahtarlama mantığını ve aktif koruma sistemlerini birlikte değerlendirmesi gerekiyor” dedi.

Tasarım tercihleri güvenlik seviyesini belirliyor

Çalışmaya göre 800 VDC altyapılarında güvenliği yalnızca kullanılan gerilim seviyesi belirlemiyor. Kapasitörlerin sistem içindeki konumu, ters akımı engelleyen bileşenler, sistem topolojisi ve milisaniyeler içinde devreye giren koruma ekipmanları, ark parlaması sonuçları üzerinde doğrudan etkili oluyor.

Standart koruma cihazlarının doğru biçimde seçilmesi ve koordine edilmesi, maruz kalınan enerjiyi kritik eşiklerin altında tutabiliyor. Araştırma, bu tasarım ve koruma önlemleri uygulandığında genel riskin düşük kaldığını ve birçok senaryoda geleneksel AC dağıtım sistemleriyle benzer seviyelere getirilebildiğini gösteriyor.

Schneider Electric, araştırmanın yanı sıra 800 VDC sistemlerde bakım sırasında güvenliği artırmayı amaçlayan “live swap” teknolojileri üzerinde de testler gerçekleştiriyor. Bu teknoloji, belirli güç bileşenlerinin sistem çalışmayı sürdürürken güvenli biçimde değiştirilebilmesini hedefliyor.

Araştırmanın ayrıntılı sonuçları, Schneider Electric tarafından yayımlanan “DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers” başlıklı teknik dokümanda yer alıyor.