Een weinig bekend maar ernstig risico: de ‘floating neutral’ in het datacenter

Spanningsonbalans en daaruit voortvloeiende storingen kunnen al snel leiden tot uitval van apparatuur en onvoorziene downtime. Voor datacenters betekent dat bedrijfsonderbrekingen en verlies van klantenvertrouwen. Een “floating neutral” is een mogelijke oorzaak van spanningsonbalans. Dit probleem treedt op wanneer de neutrale geleider in een elektrisch systeem niet goed is aangesloten op de aarde of is losgeraakt. Oorzaken variëren van ontwerp- en installatieproblemen, onderhoudsfouten, verouderde of beschadigde infrastructuur, of een defecte verbinding. 

In een driefasensysteem kan dit leiden tot onbalans in de spanning, waarbij de spanningsniveaus kunnen schommelen en ongelijk worden verdeeld over de verschillende fasen. Over- of onderspanning kan schade aan gevoelige elektronische apparatuur veroorzaken of ervoor zorgen dat apparaten niet correct functioneren - of helemaal niet werken. 

Beschermingsapparaten zoals stroomonderbrekers en zekeringen zijn afhankelijk van een stabiel neutraal punt om correct te functioneren. Een floating neutral kan ervoor zorgen dat deze apparaten niet adequaat werken, en dus mogelijk niet, of niet op tijd, reageren op fouten in het systeem. Dit vergroot de kans op brand en andere gevaren in datacenters. Een floating neutraal verhoogt ook het risico op elektrische schokken. Als de neutrale draad niet goed geaard is, kan deze een potentiaaldrager worden. Dat is gevaarlijk is voor onderhoudspersoneel en andere werknemers in het datacenter en kan leiden tot ernstige, zelfs dodelijke verwondingen. Een “floating neutral” kan ook de Power Usage Effectiveness (PUE) negatief beïnvloeden.

Oplossen van een floating neutral probleem in de praktijk

Het datacenter van een HyTEPS-klant biedt meer dan 30.000 vierkante meter ruimte en uitgebreide redundantie. Het datacenter huisvest meer dan 100 carriers en cloud-providers, en heeft directe verbindingen met belangrijke internetknooppunten. Deze uitgebreide connectiviteit maakt het een ideale locatie voor bedrijven die behoefte hebben aan snelle, betrouwbare netwerktoegang.

De locatie biedt schaalbare oplossingen, van enkele rekken tot op maat gemaakte multi-megawatt oplossingen, en heeft een eigen netstroomvoorziening. Het datacenter is direct verbonden met het nationale net. Het datacenter kreeg te maken met een "floating neutral" probleem tijdens gepland onderhoud. Dit probleem werd geïdentificeerd toen hoge weerstandswaarden (ongeveer 10Ω) werden gemeten tussen "N" (neutraal) en "PE" (beschermingsaarde). Metingen werden afgebroken om nader onderzoek uit te kunnen voeren.

We hebben uitgebreide visuele inspecties en analyses van de installatie verricht. Het doel: inzicht krijgen in de opzet van het systeem, en identificeren van de oorzaak van het floating neutral probleem. De inspectie onthulde dat het sterpunt van de transformator niet goed was geaard en dat de "PEN" (gecombineerde neutraal en aarde) geleider niet correct was aangesloten in het verdeelbord. De eerste stap van de oplossing was het ontkoppelen van de aarding van het sterpunt. Deze aanpassing was cruciaal om ervoor te zorgen dat het neutrale punt niet langer incorrect was geaard. Vervolgens moest de "PEN" geleider, die de beschermingsaarde en neutrale functies combineert, worden opgesplitst in een aparte "N" (neutraal) en "PE" (beschermingsaarde) geleiders binnen het verdeelbord. Deze scheiding is essentieel voor het behouden van een duidelijk, betrouwbaar pad voor zowel de neutrale als aarde-verbindingen, wat de algehele veiligheid en prestaties verbetert.

Na deze wijzigingen was het essentieel om gedetailleerde weerstand- en lusimpedantiemetingen uit te voeren. Deze tests zullen nauwkeurige gegevens opleveren over de elektrische eigenschappen van het systeem, zodat kan worden bevestigd dat de recente wijzigingen het floating neutral probleem effectief hebben opgelost en dat het systeem optimaal functioneert. We stelden voor om het gebruik van 5-aderige kabels te overwegen voor verbeterde aarding. Deze kabels bevatten een aparte PE-geleider en bieden een meer robuuste en betrouwbare aardingsoplossing. 

Deze aanpak voorkomt problemen met aarding en waarborgt een consistente stroomkwaliteit. Door deze stappen te implementeren, werd het elektrische systeem stabieler, veiliger, en betrouwbaarder. Door nauwkeurige weerstandmetingen en beter kabelbeheer nam de kans op storingen en operationele onderbrekingen af. Bovendien waarborgen de aanpassingen volledige naleving van de relevante installatie richtlijnen en normen. 

Het modelleren van een datacenter vereist overigens een gedetailleerd begrip van alle componenten, inclusief servers, koelsystemen, stroomvoorziening, netwerkverbindingen, en beveiligingssystemen. Dynamische interacties en afhankelijkheden en complexe interconnecties tussen verschillende systemen en apparatuur kunnen moeilijk te modelleren zijn. De complexiteit neemt toe naarmate meer componenten en subsystemen worden geïntegreerd in het model.

Beschermen van mensen, uptime, en PUE

Een floating neutral in een datacenter komt weliswaar niet heel vaak voor maar de gevolgen kunnen ernstig zijn. Daarom raden we preventieve maatregelen aan, zoals regelmatige inspecties en onderhoud, monitoring, en beveiligingscontroles. In een datacenter is gegarandeerde, ononderbroken beschikbaarheid van cruciaal belang, evenals het beheersen van PUE en kosten. Het vermijden van problemen met spanningsinstabiliteit is dus essentieel, ook om waardevolle tijd en middelen te besparen. Voorkomen van een floating neutral is een belangrijke prioriteit voor datacenterbeheerders om betrouwbaarheid en veiligheid te waarborgen. 

Jorlan Peeters is Managing Director HyTEPS