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Hauptresultat der Untersuchung ist, dass sich Störlichtbogenrisiken in 800-VDC-Systemen selbst unter besonders anspruchsvollen, von Kondensatoren dominierten angenommenen Rahmenbedingungen beherrschen lassen. In vielen Fällen sind sie mit den Risiken in typischen Wechselstromsystemen vergleichbar. Darüber hinaus können eine bessere Modellierung mithilfe fortschrittlicher Software und der Einsatz digitaler Zwillinge dazu beitragen, das tatsächliche Störlichtbogenrisiko präziser abzubilden.

800-VDC-Architekturen kommen zunehmend zum Einsatz, um noch höhere Rack-Dichten in KI-Rechenzentren zu ermöglichen. Unter der Führung von NVIDIA und gemeinsam mit Energietechnologiepartnern wie Schneider Electric wird der Übergang zu einer 800-VDC-Infrastruktur insbesondere große Rechenzentren und KI-Fabriken dabei unterstützen, IT-Racks mit 400 kW Leistung und mehr zu betreiben.

Da die Branche den Wandel zu höheren Leistungsdichten beschleunigt, hat sich die 800-VDC-Verteilung als praktikabler Weg etabliert, um Racks auch im Megawattbereich effizient mit Energie zu versorgen. Gleichzeitig erfordern die höheren Betriebsspannungen ein tieferes Verständnis des Störungsverhaltens, der Schutzkoordination sowie sicherer Arbeitsverfahren.

„Die Stromverteilung mit 800 VDC stellt einen bedeutenden Meilenstein im Design von Rechenzentren dar. Sie bringt jedoch auch Sicherheitsfragen mit sich, die umfassend untersucht werden müssen“, sagt Manish Kumar, Executive Vice President Secure Power & Data Centers bei Schneider Electric. „Unsere Zusammenarbeit mit einigen der weltweit führenden Hyperscalern bietet Entwicklern und Sicherheitsexperten eines der ersten praxisbezogenen Frameworks zur Bewertung von Störlichtbogenrisiken überhaupt. Er ermöglicht ein strukturiertes Vorgehen, um das Fehlerverhalten zu verstehen, sichere Arbeitsverfahren festzulegen und wirksame Schutzkonzepte zu entwickeln. Unser Ziel ist es, die Branche dabei zu unterstützen, den Übergang zu Architekturen mit höheren Spannungsbereichen sicher und mit dem nötigen Vertrauen zu vollziehen.“

Die Störlichtbogenanalyse gehört in Wechselstrom-Rechenzentren bereits zum Standard. Bislang gibt es jedoch weder einen branchenweit gültigen Standard noch generelle Leitlinien für den Umgang mit elektrischer Gefährdung, die bei Arbeiten an umrichtergespeisten 800-VDC-Systemen für das Personal entstehen können. Die aktuelle Untersuchung ist daher nicht nur für die Bewertung und Beherrschung von Störlichtbogengefahren wichtig, sondern auch dafür, in solchen Architekturen ein mit bestehenden Stromversorgungssystemen vergleichbares Sicherheitsniveau zu gewährleisten. Es zeigt sich nun, dass aktuelle Standards das Störlichtbogenrisiko überschätzen. Die Simulationsanalysen von Schneider Electric belegen hingegen, dass sich das Risiko mithilfe fortschrittlicher Software und Digitaler Zwillinge genauer modellieren lässt.

Bewertung zweier unterschiedlicher 800-VDC-Architekturen

Die Untersuchung von Schneider Electric liefert nun die erste praxisorientierte Störlichtbogenanalyse für 800-VDC-Aarchitekturen auf Rack- und Anlagenebene. Damit berücksichtigt sie die wichtigsten Implementierungsansätze, die sich derzeit in der Branche herausbilden. Die Analyse untersucht standardbasierte Methoden, transiente Simulationen und Modellierungen auf Systemebene. Die Ergebnisse zeigen, dass sich bestehende Verfahren zur Störlichtbogenbewertung auch auf 800-VDC-Systeme anwenden lassen – vorausgesetzt, Architektur und zeitlicher Verlauf werden angemessen berücksichtigt. Zudem wird deutlich, dass Designentscheidungen die Ergebnisse maßgeblich beeinflussen:

• 800-VDC-Architekturen auf Rack-Ebene: In einer Fallstudie zu einem Sidecar bzw. „Power Rack“ lag die berechnete einfallende Energie selbst bei konservativen Annahmen und Methoden deutlich unter dem zugrunde gelegten PSA-Schwellenwert von 1,2 cal/cm² – sogar ohne den Einsatz von Schutzeinrichtungen.
• Zentralisierte 800-VDC-Architekturen: Die Fallstudie auf Anlagenebene zeigt, dass bei einer erneut konservativ angenommenen, weniger realistischen Architektur ohne Überstromschutz eine geringfügig höhere einfallende Energie auftreten kann als bei Designs auf Rack-Ebene. Die Analyse untersucht außerdem die Auswirkungen der Systemtopologie. Sie zeigt, wie sich Fehlerstellen vor und hinter Rückstromsperrdioden auf Rückspeisung, Spitzenstrom und die Folgen eines Störlichtbogens auswirken. Wird der Fehlerstrombeitrag mithilfe üblicher Schutzeinrichtungen zeitlich begrenzt, sinkt die Störlichtbogenenergie auf ein für die jeweilige Arbeitsumgebung angemessenes Niveau und entspricht im Allgemeinen den Werten gängiger Wechselstromarchitekturen.

Design- und Schutzstrategien sind wichtige Faktoren für die Verringerung von Störlichtbogenrisiken in 800-VDC-Architekturen. Die Studie zeigt, dass die Gesamtrisiken gering bleiben und in vielen Fällen mit denen typischer Wechselstromverteilungen vergleichbar sind. Selbst bei Verwendung zeitabhängig arbeitender Standardschutzeinrichtungen kann die einfallende Energie unter den maßgeblichen Schwellenwerten bleiben. Darüber hinaus kommt die Untersuchung zu folgenden Ergebnissen:

• Das transiente Verhalten ist entscheidend: In 800-VDC-Systemen werden Störlichtbögen durch zeitabhängige Fehlerströme bestimmt. In den ersten Millisekunden eines Ereignisses dominiert die Entladung der Kondensatoren.
• Simulationen erhöhen die Genauigkeit: Software, etwa für transiente Simulationen und die Analyse elektrischer Energiesysteme, zeigt, dass vereinfachte Verfahren zur Störlichtbogenanalyse in Gleichstromsystemen das Risiko in kondensatordominierten Systemen häufig überschätzen. Betreiber können das Störlichtbogenrisiko deutlich reduzieren, indem sie ihre Schutzstrategie mithilfe fortschrittlicher Software und Digitaler Zwillinge wie ETAP entwickeln.
• Die richtigen Designentscheidungen reduzieren das Risiko: Die Auswirkungen eines Störlichtbogens hängen von der Architektur und der Systemkonfiguration ab, nicht allein vom Einsatz einer Gleichstromverteilung. Die Platzierung der Kondensatoren, Rückstromsperren und innerhalb von Millisekunden reagierende Schutzmechanismen sind entscheidende Stellhebel für den sicheren Einsatz von 800-VDC-Systemen.

„Branchenstandards bleiben für den Schutz gegen Störlichtbogen sowie bei allgemeiner Arbeit mit Elektrik unverzichtbar. Traditionelle Methoden können jedoch übermäßig konservativ sein, da sie die Funktionsweise komplexer Gleichstromsysteme nicht vollständig abbilden“, sagt Tanuj Khandelwal, CEO von ETAP. „Um das tatsächliche Risiko zu verstehen, müssen Entwickler die Systemtopologie, das Fehlerverhalten, die Schutzkoordination, die Reaktion der Umrichter, die Schaltlogik und aktive Schutzkonzepte untersuchen. Mit ETAP lassen sich 800-VDC-Systeme entsprechend ihrem tatsächlichen Betriebsverhalten modellieren und validieren. Damit unterstützt ETAP den Übergang von konservativen Annahmen zu präziseren, KI-gestützten und physikbasierten Entscheidungen rund um Sicherheit und Betrieb.“

Diese Arbeit baut auf der jahrzehntelangen Erfahrung von Schneider Electric bei der Prüfung von Störlichtbogensicherheit auf. Zugleich unterstreicht sie das Engagement des Unternehmens, die Branche beim Übergang zu 800-VDC-Architekturen zu unterstützen. Diese sind eine zentrale Voraussetzung für neue Hochleistungs-Racksysteme, die in KI-Rechenzentren zum Einsatz kommen. Schneider Electric hat zudem umfangreiche Tests zu Live-Swap-Funktionen in 800-VDC-Systemen durchgeführt, um sichere Wartungsarbeiten zu ermöglichen.

Die Ergebnisse der Studie stehen ab sofort im Whitepaper „DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers“ zur Verfügung.