Классический HVDC – надежная основа энергоэффективного ЦОД

Опубликовано 16.06.2026

Совершенно недавно, 26 мая 2026 года в Сокольниках состоялся форум «Data Center Design & Engineering», на котором обсуждались аспекты, посвященные вызовам и тенденциям индустрии ЦОД. И хотя основными глобальными трендами этого события были, конечно, локальная газовая генерация и жидкостное охлаждение высоконагруженных серверных стоек — (ознакомиться с презентацией доклада), имела место еще одна тема, вызвавшая живые вопросы и дискуссии среди участников форума.

И хотя данная тема и не является новинкой, в свете гонки за плотностью мощности серверных стоек для систем искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений она в настоящий момент действительно порождает значительный интерес в рядах строителей крупномасштабных, мегаваттных дата‐центров несмотря на прорыв в развитии традиционной технологии двойного преобразования: из‐за стремительного роста энергопотребления ИИ‐кластеров уже в самое ближайшее время в составе источников бесперебойного питания переменного тока будут использоваться силовые модули 200 кВа/200 кВт, производство которых еще пару лет назад и представить себе было не возможно – мощность шкафа 800х1000х2000 доходит до 1200 кВА.

И тема эта – прямое питания стоек, укомплектованных GPU‐серверами, постоянным током высокого напряжения, в международной терминологии называемое HVDC (High Voltage Direct Current).

Сама технология HVDC появилась в энергетике задолго до появления вычислительных центров – такие линии в промышленных масштабах начали строить еще в середине двадцатого века. Идея прямого питания серверных стоек от шины постоянного тока выросла из общей эволюции DC‐электроснабжения и экспериментов крупных вендоров ИТ‐инфраструктуры в 2000‐2010 годах и началась с задачи повышения энергоэффективности (PUE) – сокращения числа ступеней преобразования: постоянный ток на повышенном напряжении подается непосредственно к стойкам, исключая лишние ступени преобразований AC→DC→АС→DС, характерные для традиционных ИБП, и, таким образом, упрощая резервирование на уровне аккумуляторных батарей. Серьезную роль в этом сыграло исследование Национальной лаборатории Министерства Энергетики США в Беркли, проведшей в 2006 году прямое практическое сравнение эффективности традиционной системы переменного тока (AC) и экспериментальной системы распределения постоянного тока. Ключевым выводом явилось, что использование систем постоянного тока может сократить энергопотребление дата‐центра на 10% и более. После этого идея начала распространяться по миру – ее полностью взял на вооружение передовой японский ЦОД «Ишикари», но массовое внедрение и стандартизацию она обрела в Китае, который в настоящий момент является мировым лидером по применению систем HVDC в ЦОД. После 2010‐х годов крупнейшие местные интернет‐компании, такие как «Tencent» и «Alibaba», а также операторы связи «China Telecom», «China Mobile» и «China Unicom» стали активно продвигать эту концепцию, стремясь снизить эксплуатационные расходы. Китай смог не просто адаптировать технологию, но также несколькими годами позже разработал собственный национальный стандарт GB/T 38833‐2020 для систем 240В и 336В постоянного тока, которые и стали основой для серийного проектирования таких систем в дата‐центрах. Так, только за 2025 год компания Кехуа, являясь ведущим вендором китайского рынка бесперебойного питания, поставила более 2000 комплектов HVDC в адрес местных крупнейших IT‐ и телекоммуникационных компаний.

А ведь стандарты 240В и 336В DC выбраны не случайно: берут они свое начало из старого связистского стандарта постоянного тока ‐48В с «плюсом на земле», но система со сверхнизким, безопасным напряжением не предназначена для передачи больших электрических мощностей и, к сожалению, требует использования толстых проводников. Кроме того, для обеспечения определенной автономии на таком напряжении требуются аккумуляторные батареи ну очень приличной емкости – как свинцово‐кислотные, так и литиевые. К примеру, для обеспечения автономного питания нагрузки 100 кВт в течение 10 минут на 24 двухвольтовых свинцово‐кислотных аккумуляторах по самой грубой прикидке понадобится емкость порядка 800‐1000 А*ч.

Повышение напряжения шины постоянного тока – в этом случае технически верное и при этом компромиссное решение, унаследовавшее проверенную десятилетиями архитектуру надежности ‐48В из мира связи. Кроме того, телекоммуникационные выпрямители этого стандарта напряжения исторически делались модульными, их можно было менять на ходу, не выключая всю систему. А обслуживающий персонал операторов связи и дата‐центров хорошо знаком с такими источниками питания – после 20‐30 лет практического применения их модульная архитектура стала очень зрелой, что позволило накопить большой опыт. Эта идея была полностью заимствована при создании выпрямительных модулей 240/336VDC, в которых используются более высокие напряжения, чтобы снизить токи до приемлемого уровня для эффективной передачи энергии в масштабе ЦОД. Это и было одной из причин, по которой китайские операторы «China Telecom» и «China Mobile» с таким доверием отнеслись к HVDC 240В/336В – для них это был технологически знакомый и понятный путь.

Теперь к вопросу эксплуатационной безопасности таких систем: как упоминалось ранее, «+» проверенной архитектуры ‐48В является глухозаземленным по соображениям электрохимической коррозии, а все кабели и компоненты, подключенные к «‐», имеют усиленную изоляцию, рассчитанную на работу под напряжением ‐48В относительно «+» и, следовательно, земли. При этом согласно как российским, так и международным нормативам, напряжение до 120V DC формально считается «сверхнизким» и, условно, безопасным (необходима защита от удара током, вызванного прямым контактом). В системах HVDC 240В/336В используется система заземления типа IT: точки аккумуляторных систем подключаются к «земле» через большое сопротивление – устройство контроля изоляции (IMD), которое постоянно измеряет сопротивление между обеими шинами и «землей». Так, согласно китайскому стандарту GB/T 38822‐2020, уставка порога срабатывания для систем 240V DC составляет 28кОм, для систем 336V DC – 38кОм. При падении сопротивления ниже этих пороговых значений на конкретном участке линии система подает сигнал тревоги, продолжая при этом подавать питание на серверные стойки. Такие устройства, например, интегрированы в системы HVDC Кехуа серий ZL310 и ZL407, при этом аварийные сигналы о снижении сопротивления изоляции передаются в центральный контроллер и общую систему мониторинга.

Интегрированный пофидерный контроль сопротивления изоляции HVDC Кехуа серии ZL310

И тут возникает закономерный вопрос: что, если еще больше поднять напряжение системы постоянного тока (и, соответственно, аккумуляторной батареи) для еще большего снижения токов, проходящих сквозь проводники, и как следствие, значительного уменьшения их сечений? К примеру, до 800В? Ведь полупроводники на основе карбида кремния (SiC) на сегодняшний день позволяют это реализовать. Системы HVDC с таким номинальным напряжением представляют собой серьезную эволюцию электропитания ЦОД и дают серьезный выигрыш по эффективности электропитания ИИ‐кластеров, но переход на это напряжение сопряжен с качественно новыми рисками для безопасности оборудования и персонала по сравнению с традиционными 240/336В, в которых используются изолированные шины. Основной нюанс состоит в том, что стандарты безопасности, традиции и культура эксплуатации, сформированные для систем 48V DC и даже традиционных 230/400V AC напрямую не применимы к высоковольтным HVDC системам 800В по определенным причинам. Казалось бы, платформа 800V DC находится ниже границы 1500V DC, отделяющей, согласно российским и международным нормативам, низкое напряжение от среднего, и широко распространяется в электромобилях и солнечной энергетике. Но между этими секторами и дата‐центрами есть одно существенное отличие: их системы полностью обесточиваются перед началом любых работ, а ЦОД должен функционировать непрерывно. На напряжении 800V DC проще пробить изоляцию и «зажечь» устойчивую дугу по причине большего запаса энергии в шине, напрямую подключенной к массиву аккумуляторов. Дугу постоянного тока сложнее погасить, поскольку отсутствуют естественные переходы через «0», а значительные мощности HVDC‐шин 800В способствуют росту ее температуры, длины и разрушительной силы. Такое явление меняет подход в выборе специальных коммутационных аппаратов для шин 800V DC, да и вообще в проектировании таких систем в целом, в частности, в изменении категорий изоляции, форм секционирования, воздушных зазоров, применении устройств безопасного разряда шин и пр. Вопрос, к сожалению, усугубляется отсутствием стандартов и устоявшейся практики проектирования – архитектура 800В для дата‐центров пока находится в пилотной стадии и в свой концепции предполагает применение твердотельных трансформаторов (SST), которые пока что существуют только как прототипы. Кроме того, для таких систем необходим иной уровень подготовки персонала.

Переход на 800V DC при круглосуточной работе оборудования требует пересмотра правил работ, применения средств индивидуальной защиты, процедур блокировки и заземления – ошибки обслуживающего персонала при таком напряжении значительно опаснее, чем в классических системах и могут привести к более тяжелым последствиям. Поэтому к архитектуре 800V DC, применяемой в ЦОД, будут предъявляться повышенные требования по электробезопасности, стандартам и культуре эксплуатации.

В целом 800V DC – это инвестиция в будущее. Это требующий значительно более серьезных стартовых инвестиций, технологически сложный и пока не стандартизированный вариант с направленной нишей применения. Все же системы HVDC 240/336В являются проверенным десятилетием применения простым, экономически выгодным и надежным решением с классическим входным трансформатором среднего напряжения и устоявшейся культурой эксплуатации. Оно позволит выжать максимум эффективности из зрелой технологии, оттягивая момент перехода на дорогостоящий апгрейд 800В до тех пор, пока он уже действительно не станет вынужденной необходимостью. Но переход этот точно не будет быстрым. И не простым. Впрочем, рассуждения на тему «HVDC для ЦОД» продолжатся в наших следующих статьях.