Exponentielle Wachstumsraten von KI-Workloads erhöhen den Strombedarf in Rechenzentren weiter. Die 54-V-Stromverteilung im Rack wurde nicht konzipiert, um Racks im Megawattbereich (MW) zu unterstützen…
Hintergrund
Die Grenzen herkömmlicher Stromversorgungssysteme bei modernen KI-Racks:
Aktuelle Racks in KI-Fabriken basieren typischerweise auf einer 54-VDC-Stromverteilung, bei der große Kupferstromschienen den Strom von den im Rack montierten Stromversorgungsmodulen zu den Recheneinheiten leiten. Sobald die Leistung der Racks jedoch beginnen, 200 Kilowatt zu übersteigen, stößt dieser Ansatz an physikalische Grenzen.
NVIDIA strebt den Übergang zu einer 800-VDC-Stromversorgungs-Infrastruktur an, die laut dem Unternehmen ab 2027 IT-Racks mit einer Leistung von 1 MW und mehr unterstützen soll. Um die Einführung zu beschleunigen, arbeitet NVIDIA nach vorliegenden Informationen mit führenden Branchenpartnern aus dem Bereich der Rechenzentrums-Stromversorgung zusammen, darunter:
Halbleiterhersteller: Analog Devices, Infineon, Innoscience, MPS, Navitas, OnSemi, Renesas, ROHM, STMicroelectronics, Texas Instruments.
Komponenten für Stromversorgungssysteme: Delta, Flex Power, Lead Wealth, LiteOn, Megmeet.
Data center power systems: Unter der Führung von NVIDIA und gemeinsam mit Energietechnologie-Partnern wie Schneider Electric, Eaton und Vertiv soll 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.Die Initiative hat zum Ziel, eine entsprechend leistungsfähige Stromversorgung für KI-Workloads der nächsten Generation zu etablieren, sowie mehr Zuverlässigkeit bei geringerer Infrastrukturkomplexität zu gewährleisten.
Studie zur Beurteilung von Störlichtbogenrisiken in 800-VDC-Rechenzentren
Das Unternehmen Schneider Electric hat dazu jetzt eine erste Analyse vorgestellt, die praktische Hinweise zur Beurteilung und Beherrschung von Störlichtbogenrisiken in 800-VDC-Architekturen liefern soll. (1)
Basierend auf Einsatzszenarien, die sich an den für Hyperscalern typischen Designmustern orientieren, vergleicht die Analyse zwei neu entstehende 800-VDC-Architekturen mit unterschiedlichen Konfigurationen. Die Ergebnisse sollen laut Entwickler zeigen, dass die Auswirkungen von Störlichtbögen „in hohem Maße von der Architektur, der Platzierung der Kondensatoren und dem Verhalten bei der Störungsbeseitigung abhängen.“
Übersicht zu Resultaten der Studie (Quelle, Schneider Electric):
„Das 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. 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 Störlichtbogenanalyse gehört in Wechselstrom-Rechenzentren bereits zum Standard. Bislang gibt es jedoch weder einen branchenweit gültigen Standard noch generelle Leitlinien für den Umgang mit elektrischen Gefahren, die bei Arbeiten an Umrichter-gespeisten 800-VDC-Systemen für das Personal entstehen können.
Die aktuelle Untersuchung ist daher laut Verfasser 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 laut den Verfassern der Untersuchung 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.
Zur Bewertung zweier unterschiedlicher 800-VDC-Architekturen
Die Untersuchung liefert laut Anbieter die erste praxisorientierte Störlichtbogenanalyse für 800-VDC-Architekturen auf Rack- und Anlagenebene. Damit berücksichtigt sie nach eigenen Angaben 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.“
Abb.: Five guiding principles for 800 VDC deployments. 5 Principles for 800 VDC in AI Data Centers: Rack-level Architectures as the Immediate Enabler, Figure1 (Bildquelle: Schneider Electric – Data Center Research & Strategy White Paper 213 / Version 1 von März 2026).
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 kam 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.
Schneider Electric hat zudem umfangreiche Tests zu Live-Swap-Funktionen in 800-VDC-Systemen durchgeführt, um sichere Wartungsarbeiten zu ermöglichen.“
Kommentarauszug Tanuj Khandelwal, CEO von ETAP: „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.
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.“
Fazit
Ein Übergang zu 800-VDC-Architekturen stellt nach den beteiligten Unternehmen eine zentrale Voraussetzung für neue Hochleistungs-Racksysteme dar, die in KI-Rechenzentren künftig zum Einsatz kommen sollen.
Stand: 25. August 2026
Quellenangabe:
(1) Die Ergebnisse der Studie stehen im Whitepaper „DC Arc Flash Analysis: A Practical Study on 800 VDC in Data Centers“ unter diesem externer Link zur Verfügung > https://www.se.com/us/en/download/document/SPD_WP219_EN/
Weitere Informationen zum Thema: Necessary Considerations for Designing DC Architectures in Data Centers > https://www.se.com/de/de/download/document/SPD_WP47_EN/?ssr=true
Querverweis:
Unser Beitrag > Herausforderung "Kühlung von HPC- und KI-Workloads": Schneider Electric stellt neue Lösungen & Services vor
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