アーク フラッシュの危険性
★アークフラッシュ現象とは、電気回路の短絡や異常な使用によって発生する電気的爆発です。高電圧電流を原因として、空気中で激しい電気火花を伴いながら放電します。高熱電気アーク は最大20,000°Cで、太陽表面温度以上となります。
日野自工工場跡地に建設されようとしているハイパースケールデータセンターは、日本で2番目の大きさと言われており、数百メガワットの電力が必要になる可能性があります。これは、発電所や変電所のようなプラント、つまり高密度の電気システムと電力負荷の増加を意味します。容量の増加は、故障電流の増加リスクの増大にもつながります。
したがって、巨大なデータセンターは、電力プラントと同じく常にアークフラッシュの危険性があります。
電力プラントと同等であれば、風力発電や原子力発電プラントと同じような開発規制は必要です。
Hyperview社の社長兼CEO Jad Jebara氏の警告
「築7年を超える施設は現在の基準では時代遅れとみなされる」「時限爆弾です」
データセンター業界の現実は厳しく、憂慮すべきものです。IDCによると、平均的なデータセンターの築年数は9年です。ガートナーはこの懸念をさらに強調し、築7年を超える施設は現在の基準では時代遅れとみなされると述べています。業界を詳しく見てみると、データセンターの3分の1で、少なくとも一部の施設が築6年から10年の間に老朽化していることがわかります。さらに懸念されるのは、運用中のデータセンターの約17%が10年以上も経過していることです。
この老朽化したインフラストラクチャは、単に最適なパフォーマンスの問題というだけではなく、次の領域で効率、信頼性、安全性を損なう時限爆弾です。
非効率的な電力利用：古い機器は動作に多くの電力を必要とすることが多く、エネルギーコストの上昇や電気回路の過負荷につながる可能性があります。こうした電力消費の増加は、データセンターの二酸化炭素排出量に影響を与えるだけでなく、老朽化が進む電気システムにさらなる負担をかけます。
パフォーマンスの低下：ITインフラストラクチャの経年劣化は、処理時間の遅延、ストレージ容量の減少、レイテンシの増加につながります。これらのパフォーマンスの問題は広範囲に及ぶ影響を及ぼし、従業員の生産性、顧客満足度、そして現代の業務ニーズへの企業全体の対応能力に悪影響を及ぼします。
障害とダウンタイムのリスク増大：老朽化したインフラにおける最も重大な問題は、機器の故障リスクの増大です。これは計画外の停止やダウンタイムにつながり、生産性の低下、納期遅延、そして直接的な収益損失につながります。さらに、頻繁な停止は企業の評判に永続的なダメージを与え、顧客の信頼を損なう可能性があります。
安全上の問題: 老朽化したインフラストラクチャは、最も危険な潜在的結果の 1 つであるアークフラッシュ事故を引き起こす原因となります。
衝撃的な危険：アークフラッシュ事故
老朽化したインフラを抱える現代のデータセンターが直面する最も深刻な脅威の一つは、アークフラッシュ事故のリスクの増大です。こうした爆発的な電気系統の故障は、機器に壊滅的な損傷を与え、人命に重大なリスクをもたらす可能性があります。米国労働統計局の報告によると、あらゆる業界で毎日5～10件のアークフラッシュ事故が発生しており、労働安全衛生局（OSHA）は、これらの事故により年間2,000人の労働者が火傷センターに搬送されていると推定しています。
老朽化したデータセンターにおけるアークフラッシュ事故のリスクは、いくつかの要因から生じます。
絶縁体の劣化: 時間の経過とともに電気部品の絶縁体が劣化し、電気アークが発生するリスクが高まります。
時代遅れの安全機構: 古いデータ センターには、アーク フラッシュ インシデントを防止または軽減するように設計された最新の安全機能が備わっていない場合があります。
電気負荷の増加: データ センターが拡張され、機器が追加されると、老朽化したシステムにかかる電気負荷が増加し、安全な動作限界を超えてしまう可能性があります。
電気安全防護具メーカーの警告 （英米の最大手「Skanwear」） 【英語から翻訳】
電気安全防護具メーカーの最大手「スキャンウェア」は、最新の大型データセンターでのアークフラッシュの発生リスクを警告しています。
データセンターにおけるアークフラッシュのリスクを理解する
データセンターでは多くの電気機器が稼働しており、アークフラッシュの危険性が大きくなるのも不思議ではありません。
アークフラッシュとは、電気系統の故障（故障電流とも呼ばれます）によって引き起こされる、突発的で爆発的なエネルギー放出です。アークフラッシュは重傷、機器の損傷、さらには壊滅的なダウンタイムを引き起こす可能性があります。データセンターの停止は、事業の中断、収益の損失、生産性の低下など、壊滅的な影響を及ぼす可能性があります。
データセンターの最新電気システムに関連するアークフラッシュのリスク
電気バスウェイのような現代の電気システムは、合理化された設計と優れた柔軟性により、従来のシステムよりも優れた電気安全性を提供します。しかし、故障やリスクが全くないわけではありません。
データ センターの電気機器を管理する際には、電気バスウェイ システムに関連するアーク フラッシュのリスクに注意する必要があります。
高効率設計
電気バスウェイシステムは電力効率を向上させるように設計されています。これにより、UPSや変圧器からの電力損失が大幅に削減されます。
データセンターの設計者は、電力損失を最小限に抑えるために、変圧器の数を減らし、容量を大きくすることがよくあります。このアプローチは効率を高める一方で、ITラックに流れる故障電流の量も増加させます。故障電流の潜在的可能性が高まると、アークフラッシュ事故のリスクが高まります。そのため、潜在的な危険を軽減するために、綿密な安全対策を講じる必要があります。
ラック密度の向上
現代のデータセンターのラック密度は1ラックあたり6～12kW程度にまで急上昇しており、一部のデータセンター運営者は1ラックあたり40kW以上の電力供給を目指しています。これは、私たちが過去に経験したことのないほどの急激な増加です。
ラック密度が高まると、電流回路の定格容量と配線の太さが増す必要が生じます。こうした配線サイズと電流回路の増大により、ラックの故障電流は従来のデータセンターの10倍にも達する可能性があります。
データセンターの容量増加
高密度データ センターは、より小さな設置面積により多くのコンピューティング能力を詰め込み、戦略的に容量を増やすように設計されています。
現代のデータセンターは、1,000kWを超えるIT負荷に対応するように構築されることが多くなっています。一方、大規模なハイパースケールデータセンターでは、数十から数百メガワットの電力が必要になる場合があります。
私たちの社会がデジタル技術に大きく依存している現状では、データセンターの容量レベルを上げる必要があるのは当然のことです。
しかし、容量の増加は、故障電流の増加リスクの増大にもつながります。データセンターの容量増加は、公共設備への接続により、中電圧変圧器の低電圧側に50kAを超える故障電流が流れることを意味します。
リモート電源パネル（RPP）
RPPはデータセンター内の電力分配において重要な役割を果たします。RPP内の通電部品はアークフラッシュのリスクを伴います。RPPにおけるアークフラッシュの原因としては、電気接触不良、部品の老朽化、絶縁不良、不適切なメンテナンスなどが挙げられます。
RPPSにおけるアークフラッシュのリスクは、保守作業時に特に高くなります。RPP内の遮断器の交換が必要な場合、保守作業は通常、電力導体が露出した状態で通電状態で行われます。この作業は、作業員が通電中の回路に触れたり、コネクタ間でアークを発生させたりするリスクを高めます。
電気バスウェイシステム
配電盤の代わりに使用される電気バスウェイ システムは、IT ラックの上に 4 本または 5 本のバスバーのセットで設置されます。
天井設置型設計により、接近制限境界（LAB）から適切な距離を確保し、故障電流による感電リスクを軽減しながらバスウェイエリアに接近することができます。なお、アークフラッシュ境界はLABよりも遠い距離にあることにご注意ください。不適切な設計や設置は、感電やアークフラッシュ事故を引き起こす可能性があります。
電気バスウェイシステムの配置は、ITラックのすぐ近くに高い故障電流が存在することを意味します。この近接性により、通電中のコンポーネントが高密度に配置されるため、故障発生時にアークフラッシュ事故のリスクが高まります。
配電ユニット（PDU）
PDUはデータセンターにおいて重要なコンポーネントであり、絶縁トランスと複数のパネルボードを備えています。絶縁トランスは入力と出力に同じ電圧を処理し、故障電流のインピーダンス源として機能します。しかし、これによってリスクが完全に排除されるわけではありません。
PDUの高い電力密度は、アークフラッシュ事故のリスクを高める可能性があります。故障発生時に回路遮断器を閉じると、アークフラッシュ事故が発生する可能性があります。この潜在的な危険性は、PDUの取り扱いやメンテナンスを行う際に、適切な安全プロトコルを遵守し、アークフラッシュ保護具を使用することの重要性を強調しています。
UPS（無停電電源装置）
UPSシステムは、停電時に即座にバックアップ電源を供給するため、データセンターに不可欠な機器と考えられています。そのため、UPSは電力系統を停電から保護し、ダウンタイムの防止にも役立ちます。
UPSは効率を高めるために設計されており、大量の電気エネルギーを取り扱うことになります。そのため、低電圧機器に比べてアークフラッシュの危険性が高まり、非常に危険な場合があります。
UPSシステムは、データセンター内で継続的な電力供給を確保するように設計されています。ユニット自体の電源がオフになっている場合でも、UPSシステムは別の電源から電力供給を受け続ける場合があります。そのため、エンジニアがUPSシステムのメンテナンス作業を行う必要がある場合、特に稼働中の機器で作業する必要がある場合は、アークフラッシュのリスクが特に高くなります。
新しいデータセンター機器はアークフラッシュのリスクが少ないという神話を打破する
よく耳にする誤解の一つに、新しい電気機器はより安全で使いやすく、アークフラッシュのリスクも軽減されるというものがあります。一見すると理にかなっているように思えますが、実際にはそうではありません。
最新の機器は高度な安全機能を備えていたり、損傷した機器を使用するよりも安全な代替手段であったりする場合もありますが、高エネルギー機器や環境に関連するリスクが自動的に軽減されるわけではありません。
新しい機器は、多くの場合、高密度の電気システムと電力負荷の増加を伴います。機器がどれほど新しく、どれほど先進的であるかにかかわらず、これらはいずれもアークフラッシュのリスクを高める可能性があります。
新しいデータセンター機器が安全性を保証しない理由
現代の電気システムや新しいデータセンター機器には安全機能が強化されているかもしれませんが、高エネルギー環境に伴う固有の危険性が排除されるわけではありません。新しい機器の電力容量、複雑さ、密度の増加は、適切に管理されなければリスクを高める可能性があります。
新しいデータセンター機器に盲目的に信頼を置くと、警戒を怠り、基本的な電気安全手順を遵守しなくなる可能性があります。新しいデータセンター機器を使用する場合でも、データセンター内では電気安全を最優先事項とする必要があります。
現代の電気システムの複雑さ
新しい機器は、複雑な回路設計や馴染みのない電気システムを導入するため、データセンター技術者にとって作業の複雑さを増す可能性があります。スタッフが新しい機器や電気システムの安全な使用方法に精通していない場合、人為的ミスのリスクが高まります。このリスクを軽減するために、すべてのスタッフが新しいシステムに関する徹底的なトレーニングを受けるようにしてください。
機器のメンテナンス手順を必ず守り、電気システムの過負荷も避けてください。
製造、設計、設置上の欠陥
最後に、新しい機器であっても、製造上の欠陥、設計上の欠陥、不適切な設置といった問題から逃れられるわけではありません。これらはすべてアークフラッシュのリスクを高める可能性があります。最新の技術であっても、早期に特定・対処しなければ壊滅的な事故につながる可能性のある脆弱性が潜んでいる可能性があります。
「アークフラッシュ現象は、電気系統が期待通りに動作しないときに発生します」と彼は説明する。「簡単に言えば、雷が落ちるようなものです。35,000°F（約17,000℃）近くの熱を帯びて放出され、1平方インチあたり最大2,100ポンド（約1100kg）の圧力爆発を引き起こすことがよくあります。これは、感電することなく人を死に至らしめるには十分な圧力です。」
なぜこのようなことが起こるのかについて、一部の専門家は、事故は起こるものだと指摘しています。エスティロウ氏は「例えば」として、技術者が何の気なしにブレーカーをオンにし、アーク放電を引き起こす可能性があると指摘しました。ブレーカーで制御されている電気系統のボックスに野ネズミが作った巣がショートしただけなのです。
電気が使用される場所であればどこでも、偶発的にアークフラッシュ現象が発生する可能性はあります。科学者やエンジニアが予防策を見つけ出すまでは。しかし、クロスビー氏の懸念はより的を射ています。データセンター業界に携わる彼は、データセンターにおけるアークフラッシュ現象の多さに警鐘を鳴らしています。
よく知られている例としては、シボーン・ゴーマン氏が2013年にウォール・ストリート・ジャーナルに寄稿した記事「メルトダウンでNSAデータセンターが機能不全に」が挙げられる。ゴーマン氏によると、13ヶ月間で10件のメルトダウンが発生し、その主な原因はバックアップ発電機のアーク故障だったという。ゴーマン氏はさらに、ある職員が、高さ2フィートの箱の中で雷が落ち、それが激しい爆発を引き起こしたと説明しているとも付け加えている。
クロスビー氏は、可用性への過度のこだわりが問題を悪化させていると考えています。データセンター運営者が100%の稼働率を保証すると、スタッフは顧客対応機器の稼働を維持するために、通電中の機器で作業することになります。
クロスビー氏とエスティロウ氏によると、通電中の機器を扱う理由は 3 つだけであり、これがデータ センターでアーク フラッシュ イベントが発生する主な理由です。
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電気を遮断すると人命が危険にさらされる
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電源を遮断すると生命を脅かす状況がさらに悪化する
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機器に通電した状態でのみ実行できる特定の電気テスト
クロスビー氏は、データセンター内の通電中の機器に対して、上記以外の理由で作業が行われるケースが数多くあると主張しています。また、クロスビー氏は、そのような理由が存在するべきではないとも主張しています。データセンターが100%の稼働率を提供している場合、その保証を満たすために必要な冗長性が確保されている必要があり、同様の冗長性によって、電気システムへの作業は通電されていない状態でも実施できるはずです。