Hochverfügbarkeit durch 3-in-1-Monitoring
(pressebox) Lahnau, 04.05.2015 - Verursachte vor Jahren ein kurzer Spannungseinbruch gerade mal ein Flackern in der Beleuchtung, kann er heute ganze Betriebe lahmlegen. Deswegen ist eine genaue Überwachung der gesamten Infrastruktur Pflicht. Hierfür muss der Anwender nicht mit einer Vielzahl von Instrumenten arbeiten. Ein einziges modernes Monitoring-System kann dies komfortabel und zuverlässig übernehmen.
Hochautomatisierte Fertigungsanlagen, Rechenzentren aber auch Anlagen mit kontinuierlichen Prozessen (z.B. Lebensmittel, Kabelfabriken, Papierfertigung) erfordern eine zuverlässige Stromversorgung - oft sogar Hochverfügbarkeit von mindestens 99,9 %. Dem kommt die kontinuierliche Überwachung mit einer integrierten Messtechnik für Energiemanagement, Spannungsqualitäts- und Differenzstromüberwachung entgegen. Nebenher verbessert die Differenzstromüberwachung den vorbeugenden Brandschutz.
Hierfür hat Janitza, der Spezialist für digitale Messtechnik und Monitoring-Systeme in der Energieversorgung, seine neuen Baureihen UMG 512, UMG 96RM-E und UMG 20CM zur Überwachung auf drei Ebenen entwickelt. Zusammen mit der Software GridVis® und dem integrierten Alarmmanagement vereinen sie Differenzstrommessung (Residual Current Monitoring, kurz RCM), Energiemanagement nach ISO 50001 und Spannungsqualitäts-Überwachung in einer gemeinsamen Systemumgebung und nur einem Messgerät je Messstelle. Dies hat den großen Vorteil, dass sowohl die Montage und Installation als auch die restliche Infrastruktur (Stromwandler, Kommunikationsleitungen und -einrichtungen, Datenbank, Software, Analyse-Tools und Reporting-Software ...) nur ein einziges Mal benötigt werden. Ferner sind alle Daten zentral in einer Datenbank erfasst und lassen sich bequem mit nur einer Software verarbeiten. Der umfassende und schnelle Überblick über alle Daten macht Störungen sichtbar, die separate Systeme nur teilweise oder gar nicht wahrnehmen würde.
Universalwerkzeug RCM: Mehr Sicherheit, mehr Anlagenverfügbarkeit, weniger Brandgefahr
Vor allem bei kontinuierlichen Prozessen und besonders sensitiven Applikationen wie Rechenzentren, Krankenhäuser oder Halbleiterfabriken bauen die Anwender auf RCM, um reagieren zu können, bevor Sicherungen oder Fehlstromschutzschalter betroffene Anlagen oder Steckdosenstromkreise abschalten (Bild 1).
RCM kann aber noch mehr, nämlich die Brandgefahr reduzieren! Bei einem niederohmigen Schluss wird die vorgeschaltete Schutzeinrichtung auslösen. Ist der Fehlerstrom jedoch zu klein, reagiert die Schutzeinrichtung nicht. Brandgefahr besteht jedoch bereits, wenn die eingetragene Fehlerleistung einen Wert von ca. 60 Watt (ca. 261 mA bei 230 V) übersteigt. Die Funktionsweise des Differenzstromprinzips wird vereinfacht in Bild 2 dargestellt. In der Praxis laufen alle drei Phasen und der Neutralleiter durch den Summenstromwandler. Im Normalfall ist der Summenstrom Null oder nahe Null. Fließt hingegen bei einem Defekt ein Fehlerstrom gegen Erde ab, verursacht die Stromdifferenz im Sekundärkreis einen Strom, den das RCM-Messgerät erfasst und auswertet. Durch Parametrieren (d.h. Festlegen des typischen Fehlerstromes in "GUT"-Zustand) der Anlage im Neuzustand und das kontinuierliche Monitoring können auch schleichend wachsende Fehlerströme erkannt werden.
Herausforderung Hochverfügbarkeit
EDV-Technik an sich stellt bereits hohe Ansprüche an die Versorgung. Besonders kritisch sind jedoch Anwendungen, in denen ein Datenverlust einfach nicht vorkommen darf. So schreibt die BITKOM in ihrem Leitfaden "Betriebssichere Rechenzentren" wie folgt: "Unbedingt nötig für den sicheren Betrieb ist eine permanente Selbstüberwachung eines "sauberen" TN-S-Systems und die Aufschaltung der Meldungen an eine ständig besetzte Stelle, z.B. an die Leitzentrale." Die Empfehlungen des Verbands der Sachversicherer VdS zum Thema Oberschwingungen / Errichten der Stromversorgungssystems gehen in die gleiche Richtung.
Energiemessung und elektrische Standardparameter
Neben der sicheren Energieversorgung spielt die Energieeffizienz eine immer größere Rolle. Die normative Grundlage für die Einführung eines Energiemanagementsystems ist die ISO 50001. Es handelt sich dabei, in Anlehnung an andere Managementsysteme wie ISO 9001 oder ISO 14001, um eine Methodik, Ziele zu setzen, diese systematisch umzusetzen und dabei den Faktor Zufall weitestgehend auszuschalten. Als Beispiel sei hier der Beschluss des Rats der IT-Beauftragten vom Februar 2013 zitiert: "Der IT-Rat strebt weiterhin bis Ende 2013 einen hohen Anteil von kontinuierlichen Messungen an und bittet die Ressorts, weiterhin den Einsatz permanenter Messgeräte unter Berücksichtigung des Wirtschaftlichkeitsgrundsatzes voranzutreiben."
Überwachung der Spannungsqualität
Der letzte Punkt der 3-in-1-Überwachung ist die Spannungsqualität. Das zuverlässige Betreiben moderner Anlagen und Systeme setzt immer eine hohe Versorgungszuverlässigkeit und gute Spannungsqualität (Power Quality) voraus. Aber in der modernen Energieversorgung kommen vom Industrienetz bis hin zum Bürogebäude eine Vielzahl ein- und dreiphasiger, nichtlinearer Verbraucher zum Einsatz, die erhebliche Störungen verursachen können (Bild 3). Dazu gehören Beleuchtungstechnik, wie z.B. Lichtregler für Scheinwerfer oder Energiesparlampen, zahlreiche Frequenzumrichter für Automatisierungstechnik, HKL-Anwendungen oder Aufzüge sowie die IT-Infrastruktur mit geregelten Schaltnetzteilen. Vielerorts findet man heute auch Wechselrichter für Photovoltaikanlagen und unterbrechungsfreie Stromversorgungen. Janitza bietet mit einer breiten Palette an UMG-Messgeräten die Möglichkeit, die verschiedenen Parameter der Spannungsqualität zu erfassen und zu analysieren. Standardisierte Spannungsqualitätsberichte in der GridVis® Software (z.B. für die EN 50160, EN 61000-2-4 und ITIC: "CBEMA-Kurve") erlauben die Berichterstellung für gängige Normen quasi auf Knopfdruck.
Monitoring-Lösungen in der Praxis
Das Ziel mit den 3-in1-Monitoring Lösungen, eine integrierte Messung von Energie, Spannungsqualität und RCM, erfordert die Messung aller Leiter (L1, L2, L3, N) + ZEP (Zentraler Erdungspunkt) + RCM mit einem einzigen Messgerät. Ein leistungsfähiges Messgerät mit 6 Messstromeingängen für die 3-in-1-Messung ist das UMG 96RM-E für Zwischenverteiler oder das UMG 512 (Bild 4) für Hauptknotenpunkte und ZEP von Janitza. Die IP-basierten Messgeräte lassen sich über Ethernet einfach in bestehende Kommunikationsnetze integrieren. In komplexen Elektroinstallationen mit einer Vielzahl an zu überwachenden Punkten bieten sich die 20-kanaligen UMG 20CM an. Diese Messgeräte können über die dazugehörigen Messstromwandler (z.B. CT-6-20) Fehler-, Differenzstrom und Betriebsströme beliebig kombinierbar erfassen, kontinuierlich aufzeichnen und analysieren.
Spezielle Differenzstromwandler mit praktischen Sonderbauformen erlauben auch die kostengünstige Nachrüstung bei Bestandsanlagen ohne elektrische Verbraucher abschalten zu müssen.
Alarm an der richtigen Stelle
Über die Integration der RCM-Messgeräte in die GridVis®-Software mit seinen umfangreichen Meldemöglichkeiten des Alarmmanagements wird sichergestellt, dass die Meldung schnell den richtigen Empfänger erreicht. Mit beliebigen Eskalationsstufen und Logbuchfunktion stehen dem Überwachungsleitstand alle Tools für eine effiziente Überwachung zur Verfügung.
Neutralleiter und ZEP
Der Neutralleiter (Betriebsstrom Rückleiter) ist heute der wichtigste Leiter geworden. Damit das Erdungssystem "sauber" bleibt, ist der strombelastete N-Leiter fern vom PE-Leiter anzuordnen. Verbindungen zwischen N- und PE-Leiter führen nämlich dazu, dass sich "vagabundierende" Betriebsströme über das PE-System, über Datenleitungen und alle metallenen Gebäudeteile verteilen und induktive Einkopplungen verursachen. Vielfältige Störungen in den elektrischen Anlagen, EDV-Netzen und Rohrsystemen der Gebäudeinstallation sind die Folgen. Dagegen muss die Installation bis zur speisenden Quelle geschützt werden. Dies ermöglichen TN-S-Systeme, in denen der N-Leiter nur einmal, am so genannten ZEP (zentraler Erdungspunkt von N zu PE) mit dem Erdungssystem verbunden ist. Wird dieser z.B. mit dem UMG 512 von Janitza überwacht, lassen sich Isolationsfehler oder galvanische Verbindungen zwischen N und PE sofort erkennen. Es erlaubt eine gesamtheitliche Betrachtung von Netzqualität und EMV. Mit dieser Strategie lassen sich hohe Anlagenverfügbarkeit, Energieeffizienz und Brandschutz mit einem einzigen System realisieren.
Quellenangaben
BGW: BGV A3 Unfallverhütungsvorschrift
Elektrische Anlagen und Betriebsmittel
Fassung: Januar 1997 (Erster Nachtrag)
VDS (Verband der Sachversicherer)
Autoren:
Dipl.-Ing. (FH) Gerald Fritzen
Key Account Manager
Dipl.-Phys. Martin Witzsch
Freier Journalist im Auftrag von der Janitza electronics GmbH
((Bildquelle)) Janitza electronics GmbH
Hochautomatisierte Fertigungsanlagen, Rechenzentren aber auch Anlagen mit kontinuierlichen Prozessen (z.B. Lebensmittel, Kabelfabriken, Papierfertigung) erfordern eine zuverlässige Stromversorgung - oft sogar Hochverfügbarkeit von mindestens 99,9 %. Dem kommt die kontinuierliche Überwachung mit einer integrierten Messtechnik für Energiemanagement, Spannungsqualitäts- und Differenzstromüberwachung entgegen. Nebenher verbessert die Differenzstromüberwachung den vorbeugenden Brandschutz.
Hierfür hat Janitza, der Spezialist für digitale Messtechnik und Monitoring-Systeme in der Energieversorgung, seine neuen Baureihen UMG 512, UMG 96RM-E und UMG 20CM zur Überwachung auf drei Ebenen entwickelt. Zusammen mit der Software GridVis® und dem integrierten Alarmmanagement vereinen sie Differenzstrommessung (Residual Current Monitoring, kurz RCM), Energiemanagement nach ISO 50001 und Spannungsqualitäts-Überwachung in einer gemeinsamen Systemumgebung und nur einem Messgerät je Messstelle. Dies hat den großen Vorteil, dass sowohl die Montage und Installation als auch die restliche Infrastruktur (Stromwandler, Kommunikationsleitungen und -einrichtungen, Datenbank, Software, Analyse-Tools und Reporting-Software ...) nur ein einziges Mal benötigt werden. Ferner sind alle Daten zentral in einer Datenbank erfasst und lassen sich bequem mit nur einer Software verarbeiten. Der umfassende und schnelle Überblick über alle Daten macht Störungen sichtbar, die separate Systeme nur teilweise oder gar nicht wahrnehmen würde.
Universalwerkzeug RCM: Mehr Sicherheit, mehr Anlagenverfügbarkeit, weniger Brandgefahr
Vor allem bei kontinuierlichen Prozessen und besonders sensitiven Applikationen wie Rechenzentren, Krankenhäuser oder Halbleiterfabriken bauen die Anwender auf RCM, um reagieren zu können, bevor Sicherungen oder Fehlstromschutzschalter betroffene Anlagen oder Steckdosenstromkreise abschalten (Bild 1).
RCM kann aber noch mehr, nämlich die Brandgefahr reduzieren! Bei einem niederohmigen Schluss wird die vorgeschaltete Schutzeinrichtung auslösen. Ist der Fehlerstrom jedoch zu klein, reagiert die Schutzeinrichtung nicht. Brandgefahr besteht jedoch bereits, wenn die eingetragene Fehlerleistung einen Wert von ca. 60 Watt (ca. 261 mA bei 230 V) übersteigt. Die Funktionsweise des Differenzstromprinzips wird vereinfacht in Bild 2 dargestellt. In der Praxis laufen alle drei Phasen und der Neutralleiter durch den Summenstromwandler. Im Normalfall ist der Summenstrom Null oder nahe Null. Fließt hingegen bei einem Defekt ein Fehlerstrom gegen Erde ab, verursacht die Stromdifferenz im Sekundärkreis einen Strom, den das RCM-Messgerät erfasst und auswertet. Durch Parametrieren (d.h. Festlegen des typischen Fehlerstromes in "GUT"-Zustand) der Anlage im Neuzustand und das kontinuierliche Monitoring können auch schleichend wachsende Fehlerströme erkannt werden.
Herausforderung Hochverfügbarkeit
EDV-Technik an sich stellt bereits hohe Ansprüche an die Versorgung. Besonders kritisch sind jedoch Anwendungen, in denen ein Datenverlust einfach nicht vorkommen darf. So schreibt die BITKOM in ihrem Leitfaden "Betriebssichere Rechenzentren" wie folgt: "Unbedingt nötig für den sicheren Betrieb ist eine permanente Selbstüberwachung eines "sauberen" TN-S-Systems und die Aufschaltung der Meldungen an eine ständig besetzte Stelle, z.B. an die Leitzentrale." Die Empfehlungen des Verbands der Sachversicherer VdS zum Thema Oberschwingungen / Errichten der Stromversorgungssystems gehen in die gleiche Richtung.
Energiemessung und elektrische Standardparameter
Neben der sicheren Energieversorgung spielt die Energieeffizienz eine immer größere Rolle. Die normative Grundlage für die Einführung eines Energiemanagementsystems ist die ISO 50001. Es handelt sich dabei, in Anlehnung an andere Managementsysteme wie ISO 9001 oder ISO 14001, um eine Methodik, Ziele zu setzen, diese systematisch umzusetzen und dabei den Faktor Zufall weitestgehend auszuschalten. Als Beispiel sei hier der Beschluss des Rats der IT-Beauftragten vom Februar 2013 zitiert: "Der IT-Rat strebt weiterhin bis Ende 2013 einen hohen Anteil von kontinuierlichen Messungen an und bittet die Ressorts, weiterhin den Einsatz permanenter Messgeräte unter Berücksichtigung des Wirtschaftlichkeitsgrundsatzes voranzutreiben."
Überwachung der Spannungsqualität
Der letzte Punkt der 3-in-1-Überwachung ist die Spannungsqualität. Das zuverlässige Betreiben moderner Anlagen und Systeme setzt immer eine hohe Versorgungszuverlässigkeit und gute Spannungsqualität (Power Quality) voraus. Aber in der modernen Energieversorgung kommen vom Industrienetz bis hin zum Bürogebäude eine Vielzahl ein- und dreiphasiger, nichtlinearer Verbraucher zum Einsatz, die erhebliche Störungen verursachen können (Bild 3). Dazu gehören Beleuchtungstechnik, wie z.B. Lichtregler für Scheinwerfer oder Energiesparlampen, zahlreiche Frequenzumrichter für Automatisierungstechnik, HKL-Anwendungen oder Aufzüge sowie die IT-Infrastruktur mit geregelten Schaltnetzteilen. Vielerorts findet man heute auch Wechselrichter für Photovoltaikanlagen und unterbrechungsfreie Stromversorgungen. Janitza bietet mit einer breiten Palette an UMG-Messgeräten die Möglichkeit, die verschiedenen Parameter der Spannungsqualität zu erfassen und zu analysieren. Standardisierte Spannungsqualitätsberichte in der GridVis® Software (z.B. für die EN 50160, EN 61000-2-4 und ITIC: "CBEMA-Kurve") erlauben die Berichterstellung für gängige Normen quasi auf Knopfdruck.
Monitoring-Lösungen in der Praxis
Das Ziel mit den 3-in1-Monitoring Lösungen, eine integrierte Messung von Energie, Spannungsqualität und RCM, erfordert die Messung aller Leiter (L1, L2, L3, N) + ZEP (Zentraler Erdungspunkt) + RCM mit einem einzigen Messgerät. Ein leistungsfähiges Messgerät mit 6 Messstromeingängen für die 3-in-1-Messung ist das UMG 96RM-E für Zwischenverteiler oder das UMG 512 (Bild 4) für Hauptknotenpunkte und ZEP von Janitza. Die IP-basierten Messgeräte lassen sich über Ethernet einfach in bestehende Kommunikationsnetze integrieren. In komplexen Elektroinstallationen mit einer Vielzahl an zu überwachenden Punkten bieten sich die 20-kanaligen UMG 20CM an. Diese Messgeräte können über die dazugehörigen Messstromwandler (z.B. CT-6-20) Fehler-, Differenzstrom und Betriebsströme beliebig kombinierbar erfassen, kontinuierlich aufzeichnen und analysieren.
Spezielle Differenzstromwandler mit praktischen Sonderbauformen erlauben auch die kostengünstige Nachrüstung bei Bestandsanlagen ohne elektrische Verbraucher abschalten zu müssen.
Alarm an der richtigen Stelle
Über die Integration der RCM-Messgeräte in die GridVis®-Software mit seinen umfangreichen Meldemöglichkeiten des Alarmmanagements wird sichergestellt, dass die Meldung schnell den richtigen Empfänger erreicht. Mit beliebigen Eskalationsstufen und Logbuchfunktion stehen dem Überwachungsleitstand alle Tools für eine effiziente Überwachung zur Verfügung.
Neutralleiter und ZEP
Der Neutralleiter (Betriebsstrom Rückleiter) ist heute der wichtigste Leiter geworden. Damit das Erdungssystem "sauber" bleibt, ist der strombelastete N-Leiter fern vom PE-Leiter anzuordnen. Verbindungen zwischen N- und PE-Leiter führen nämlich dazu, dass sich "vagabundierende" Betriebsströme über das PE-System, über Datenleitungen und alle metallenen Gebäudeteile verteilen und induktive Einkopplungen verursachen. Vielfältige Störungen in den elektrischen Anlagen, EDV-Netzen und Rohrsystemen der Gebäudeinstallation sind die Folgen. Dagegen muss die Installation bis zur speisenden Quelle geschützt werden. Dies ermöglichen TN-S-Systeme, in denen der N-Leiter nur einmal, am so genannten ZEP (zentraler Erdungspunkt von N zu PE) mit dem Erdungssystem verbunden ist. Wird dieser z.B. mit dem UMG 512 von Janitza überwacht, lassen sich Isolationsfehler oder galvanische Verbindungen zwischen N und PE sofort erkennen. Es erlaubt eine gesamtheitliche Betrachtung von Netzqualität und EMV. Mit dieser Strategie lassen sich hohe Anlagenverfügbarkeit, Energieeffizienz und Brandschutz mit einem einzigen System realisieren.
Quellenangaben
BGW: BGV A3 Unfallverhütungsvorschrift
Elektrische Anlagen und Betriebsmittel
Fassung: Januar 1997 (Erster Nachtrag)
VDS (Verband der Sachversicherer)
Autoren:
Dipl.-Ing. (FH) Gerald Fritzen
Key Account Manager
Dipl.-Phys. Martin Witzsch
Freier Journalist im Auftrag von der Janitza electronics GmbH
((Bildquelle)) Janitza electronics GmbH
