数据中心高压直流 (HVDC) - 厦门赛尔特电子股份有限公司 - SETsafe

数据中心高压直流 (HVDC)

High Voltage Direct Current (HVDC) 电路安全保护赛尔特(SETsafe | SETfuse)解决方案与产品

概述

数据中心高压直流（HVDC，High Voltage Direct Current）是一种利用高压直流电为数据中心设备供电的电力传输技术，通过将交流电转换为直流电，减少能量转换损耗。其主要用途是为大规模数据中心的服务器、存储设备和冷却系统提供高效、稳定的电力支持，满足云计算、人工智能和高性能计算等高密度计算需求。HVDC的特点包括高能效、低损耗和强稳定性。相比传统交流电系统，HVDC可减少10%-20%的能量损耗，降低运营成本；其直流特性减少电网干扰，支持可再生能源整合，并降低冷却需求，有助于构建绿色、可持续的数据中心。

为什么数据中心HVDC系统需要电路安全保护

数据中心高压直流（HVDC，High Voltage Direct Current）系统需要在高电压、高功率运行环境中进行电路安全保护，以确保设备安全、系统稳定和人员安全，同时满足法规和行业标准的要求。以下从专业角度详细列出HVDC电路安全保护的必要性及其涉及的认证标准。

防止设备损坏

HVDC系统通常以200-400V（如240V或380V）的高压直流供电，电压或电流异常（如过电压、过电流）可能损坏服务器、整流模块、电池或其他关键组件，导致昂贵的维修或替换成本。

确保系统可靠性

数据中心对电力供应的连续性要求极高（通常需达到99.999%以上的可用性）。电路保护可防止短路、过载或过热引发的系统中断，保障云计算、AI训练等高密度计算任务的稳定运行。

降低火灾和安全风险

虽然直流电相较交流电触电风险较低，但高压直流仍可能引发电弧或过热，导致火灾或人身伤害。保护措施（如绝缘监测、断路器）能有效降低这些风险。

应对负载和电网波

HVDC系统常与可再生能源（如太阳能、风能）结合，电网输入或负载变化可能导致电压/电流波动。电路保护可快速响应异常，确保系统稳定。

延长设备寿命

通过过温度保护和电流限制等措施，减少设备在异常条件下的应力，延长服务器、电池和配电设备的使用寿命。

符合法规和行业要求

数据中心需遵守电气安全和行业标准（如IEC、UL），未配备适当保护措施可能导致法律责任、设备认证失败或保险拒赔。

支持绿色数据中心目标

HVDC系统因高效率和低损耗常用于绿色数据中心，但需通过保护措施确保与可再生能源整合时的稳定性和安全性，降低碳足迹。

认证标准和法规要求 (仅供参考，请以最新的标准为准)

国际电工委员会（IEC）标准

IEC 60364-7-729：

低压和高压直流系统的电气安装要求，适用于数据中心HVDC配电系统的安全设计和保护措施。

IEC 62040-5-3：

直流不间断电源（DC-UPS）系统的技术规范，涵盖HVDC系统的安全性和保护机制。

美国标准

UL 1449：

浪涌保护设备标准，适用于HVDC系统中的过电压保护装置，确保设备能承受瞬态电压冲击。

NFPA 70（National Electrical Code, NEC）：

美国国家电气规范，2020版新增了直流微电网和HVDC系统的安全要求，包括接地、绝缘和保护装置的规定。

UL 1973：

电池系统安全标准，适用于HVDC系统中使用的储能电池，确保电池在过充、过放或过热时的安全性。

欧盟标准

低电压指令（LVD, 2014/35/EU）：

要求HVDC设备符合电气安全标准，确保设备在高压直流环境下的安全运行。

EN 50600系列：数据中心基础设施和设备标准，涵盖电力系统的安全性和可靠性要求。

中国标准

GB/T 51371：

数据中心设计规范，规定了HVDC系统的电气安全和保护要求。

CCC认证（中国强制性产品认证）：

HVDC相关设备（如整流器、断路器）需通过CCC认证，确保符合中国市场的安全标准。

GB 4943.1：

信息技术设备的安全标准，适用于HVDC系统中的服务器和配电设备。

行业标准

TIA-942：

数据中心电信基础设施标准，强调电力系统的冗余性和安全性，间接要求HVDC系统配备完善的保护机制。

ASHRAE TC9.9：

数据中心电力和冷却技术委员会指南，涉及HVDC系统的能效和安全设计要求。

Uptime Institute Tier认证：

Tier III/IV数据中心要求高可用性电力系统，HVDC系统需通过严格的保护设计验证。

其他地区性要求

日本JIS标准：

如JIS C 4411，涉及直流电源系统的安全规范。

澳大利亚AS/NZS 3000：

电气安装规范，包含直流系统的接地和保护要求。

数据中心HVDC系统需要电路安全保护以防止设备损坏、确保系统可靠性和安全性、应对电网波动，并满足法规和绿色数据中心需求。涉及的认证标准包括国际IEC标准、美国UL/NEC、欧盟LVD/EMC、中国CCC等，以及TIA-942、ASHRAE等行业规范。这些标准通过强制性认证和测试，确保HVDC系统的设计和运行达到高安全性和可靠性要求，为数据中心的连续运行和可持续发展提供保障。

常见的HVDC电路保护方式

过温度保护：

防止整流模块、电池、服务器或配电单元因过热导致性能下降、老化加速或损坏，尤其在高负载或冷却系统故障时。

应用场景：

高密度机架、电池储能系统、整流器模块。

过电压保护：

防止输入或输出电压超过设备耐受范围，避免损坏敏感电子元件或引发绝缘击穿。

应用场景：HVDC配电系统入口、可再生能源接入点、服务器电源输入。

过电流保护：

防止过大电流导致线路过热、设备烧毁或短路，尤其在负载突变、短路或设备故障时。

应用场景：

配电总线、机架级配电、电池放电回路。