Zur Planung von Elt-Installationen für USV-Anlagen

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1 Zur Planung von Elt-Installationen für USV-Anlagen Andreas Haase Geschäftsführer haase-businesstechnik GmbH, Dresden Prof. Dr. Thomas Horn Geschäftsführer IBH IT-Service GmbH, Dresden -

2 Die neue USV Eine schöne neue USV in einem tollen Rechenzentrum angeschlossen an einen räudig aussehenden Verteiler und einen verknoteten Verteiler in einem Haus ohne äußeren und inneren Blitzschutz!? Wer wünscht sich so eine Anlage? 2

3 Gesetze und Verordnungen Arbeitsschutzgesetz Produktsicherheitsgesetz Betriebssicherheitsverordnung 26 Strafvorschriften Mit Freiheitsstrafe bis zu einem Jahr oder mit Geldstrafe wird bestraft, wer 1. eine in 25 Abs. 1 Nr. 2 Buchstabe a bezeichnete Handlung beharrlich wiederholt oder 2. durch eine in 25 Abs. 1 Nr. 1 oder Nr. 2 Buchstabe a bezeichnete vorsätzliche Handlung Leben oder Gesundheit eines Beschäftigten gefährdet. 40 Strafvorschriften Mit Freiheitsstrafe bis zu einem Jahr oder mit Geldstrafe wird bestraft, wer eine in 39 Absatz 1 Nummer 7 Buchstabe a, Nummer 8 Buchstabe b, Nummer 9, 16 Buchstabe a oder Nummer 17 Buchstabe a bezeichnete vorsätzliche Handlung beharrlich wiederholt oder durch eine solche vorsätzliche Handlung Leben oder Gesundheit eines anderen oder fremde Sachen von bedeutendem Wert gefährdet. 26 Straftaten (1) Wer durch eine in 25 Abs. 1 bezeichnete vorsätzliche Handlung Leben oder Gesundheit eines Beschäftigten gefährdet, ist nach 26 Nr. 2 des Arbeitsschutzgesetzes strafbar. (2) Wer eine in 25 Abs. 3 bezeichnete Handlung beharrlich wiederholt oder durch eine solche Handlung Leben oder Gesundheit eines Anderen oder fremde Sachen von bedeutendem Wert gefährdet, ist nach 40 des Produktsicherheitsgesetzes strafbar. 3

4 Ablaufplanung Teil 1 Was sollte betrachtet werden? Teil 1 Netzanschluss Teil 2 Aufstellung Teil 3 Verbraucher 4

5 Ablaufplanung Teil 2 Was sollte betrachtet werden? speisende Netz Aufstellbedingungen Verbraucheranlage Betriebsstörungen Administratoren Fachleute Verantwortlichkeiten ***? Einbau des neuen Systems Test des Systems ( Horror ) 5

6 Ablaufplanung Teil 3 Wo soll die neue USV aufgestellt werden? Ist der Raum dafür geeignet? Sind gegebenenfalls baurechtliche Vorschriften zu beachten? Wo soll die neue USV angeschlossen werden? Sind die Elektroanschlüsse vorhanden? Sind die Elektroanschlüsse für den Anschluss, in Menge und Leistung, ausreichend dimensioniert? Ist die vorgeordnete Elektroverteilung ausreichend dimensioniert? Haben Sie Ihre verantwortliche Elektrofachkraft in diese Maßnahme mit eingebunden? Was soll an die neue USV angeschlossen werden? Server, Switche, Modems, Firewalls, TK-Anlagen,... Lüfter, Klimaanlagen, Alarmanlagen, Videoüberwachungsanlagen,... Welche Betriebsstörungen sind vorgekommen oder möglich? Spannungsausfälle durch den Versorger oder fehlerhafte Schalthandlungen Spannungsausfälle durch planmäßige Wartungsarbeiten oder defekte Anlagenteile Wie können diese Betriebsstörungen kompensiert werden? Versorgung über einen 2. Hausanschluss oder aus einem 2. Mittelspannungsring Versorgung durch ein Notstromaggregat Versorgung über Umschalteinrichtungen aus anderen Anlagenteilen 6

7 Ablaufplanung Teil 4 Administratoren einbinden vorhandene Shutdown Konzepte sofern vorhanden überdenken sofern nicht vorhanden entwickeln Verantwortlichkeiten klären Wer darf Tests unter Betriebsbedingungen bestätigen? Wer darf zusätzliche Leistungen anweisen? Befindlichkeiten Welche zusätzlichen Maßnahmen sind gegebenenfalls erforderlich? äußerer und innerer Blitzschutz - Überspannungsschutz Erdung und Potentialausgleich Brandschutzmaßnahmen Klimatechnische Maßnahmen Unter welchen Umständen muss der Einbau der neuen USV erfolgen? Leise, sauber, ohne Betriebsunterbrechung Test des neuen Systems unter Betriebsbedingungen gefährlich aufregend interessant gewinnbringend 7

8 Wichtige Fragen, die zu klären sind? Standverteiler/Wandverteiler Kabelzuführungen von oben/unten Zuleitungen/Abgänge über Reihenklemmen Schutzklasse und Schutzart für den Verteiler Bemessungskurzzeitstromfestigkeit Anschaltbedingungen - Querschnitte der Zuleitungen (AV/SV) Netzform vor der USV und nach der USV Externer Service-Bypass Eingangsbypass Zusätzlicher Eingang von externem Dieselaggregat Integrierte oder abgesetzte USV-Verteilung Wie viele und welche Abgänge werden benötigt Sind die Abgänge mit Fehlerstromschutzschalter abzusichern Zusätzliche Abgänge von AV/SV Blitz- und Überspannungsschutz Leistungserfassung auf den Zuleitungen 8

9 Auswahl der Versorgungsnetze 1 Aufbau einer klassischen Eaton-USV Bypass-Eingang F2 Gleichrichtereingang Batterieketten Gleichrichter Elektronischer Bypass ~ = = ~ F1 + - Wechselrichter Elektron. Schalter Ausgang Batterieanschlußeinheit (BAE) Netze können unterschiedliche Quellen haben: SV/AV, unterschiedliche Trafos oder MS-Netze Gleichrichtereingang: Drehstromeingang in Dreieckschaltung Phasen werden immer gleichmäßig belastet Qualität der Spannungen ist relativ unwichtig Bypass-Eingang: Drehstromeingang in Sternschaltung Belastung der Phasen hängt von den angeschlossenen Verbrauchern ab Im Bypassbetrieb wird das Netz zu den Verbrauchern durchgeschalten Netz sollte hohe Qualität haben 9

10 Auswahl der Versorgungsnetze 2 Eingangsverteiler zum Anschluss der Versorgungsnetze Schaltverteiler zur Versorgung bzw. Spannungsfreischaltung ist neben der USV (in Sichtweite zur USV) installieren Eingangs-Bypass zur Umschaltung zwischen den Versorgungsnetzen Anschluss einer externen NEA für geplante Umbaumaßnahmen bzw. bei Havarien 10

11 Versorgungsnetze 1 Zur Auswahl der Netzform In allen Eaton USV sind grundsätzlich PE und N isoliert Für die N-Leiter ist in den Eaton-USV eine Neutralleiter-Schiene vorhanden, auf die alle N-Leiter geklemmt werden. Für die PE-Leiter ist in den Eaton-USV eine Potenzialausgleichsschiene (PSA) vorhanden, auf die alle PE-Leiter geklemmt werden. Die PSA ist fest mit dem Gehäuse der USV verbunden. Besonderheiten für die verschiedenen Netzformen TN-C TN-C-S TN-S TT IT 11

12 Versorgungsnetze 2 Quelle: Quelle: 12

13 Anschluss von USV an IT-Netze 1 Einsatzgebiete von IT-Netzen Man setzt diese Netzart in Operationssälen von Krankenhäusern ein, da hier eine Unterbrechung der Stromversorgung eine Lebensgefahr für den Patienten darstellen würde [4] Des Weiteren finden IT-Netze in Industrieanlagen ihre Anwendung, wenn eine Abschaltung der Stromversorgung zu einer Unterbrechung des Produktionsprozesses führen würde und dadurch einen wirtschaftlichen Schaden verursachen würde. Dies ist beispielsweise bei der Glasproduktion und in der chemischen Industrie der Fall [4] Aber auch bei der Energieversorgung in explosionsgefährdeten Bereichen, beispielsweise dem untertägigen Steinkohlenbergbau und in Hüttenwerken, werden IT-Netze verwendet. Weitere Anwendungsgebiete sind Ersatzstromversorgungen auf Schiffen und bei Einsätzen der Feuerwehr [15] Triebfahrzeuge der Deutsche Bahn AG arbeiten ebenfalls mit einem IT-System, damit die Zugfahrt bei einem Isolationsfehler noch beendet werden kann. Quelle: Wikipedia 13

14 Anschluss von USV an IT-Netze 2 Zur Implementierung eines IT-Netzes Alle Eaton USV sind grundsätzlich transformatorlos Zweckmäßig ist es, den Trenntrafo für die galvanische Trennung in den Abgang von der USV-Anlage zu schalten Gleichrichter- Eingang Bypass- Eingang USV USV Ausgang Parallelschiene für l2 l1 Bypass-Spannung kritisch sehr kritisch Parallelschiene für USV-Ausgang 14

15 Vermeidung freischwebender Neutralleiter 1 Neutral-Bezugspotenzial der USV bei TN-S-Verteilsystemen Das Null-Bezugspotenzial wird durch Verbindung des Neutralleiters (N) mit separatem Schutzleiter (PE) nahe der Spannungsquelle gewährleistet. Eine USV ist ebenfalls als Spannungsquelle anzusehen, wobei die Verbindung zwischen N und PE in allen Betriebsarten bestehen muss, um im nachgeschalteten TN-S-Netz die Bezugserde sicherzustellen. In der Regel wird das Bezugspotenzial vom Eingang übernommen. Es muss darauf geachtet werden, dass diese eingangsseitige Bezugsgröße zu keiner Zeit im USV Betrieb unterbrochen wird (IEC/EN , ). Der Einsatz von vierpoligen Schaltgeräten sollte vermieden werden. 15

16 Vermeidung freischwebender Neutralleiter 2 Verbindung des Neutralleiters mit der Schutzerde ist wichtig Sicherheit und störungsfreier Betrieb an ein TN-S-Netz angeschlossener Geräte basiert auf der Annahme, dass das Potenzial des N-Leiters vollständig oder nahezu dem Erdpotenzial entspricht. Wenn die Bezugserde nicht angeschlossen ist, während das System unter Spannung steht, gibt es keine Kontrolle von Über- oder Berührungsspannungen. Wenn das Bezugspotenzial fehlt, kann unvorhersehbares Verhalten auftreten, besonders unter dynamischen Bedingungen. Größere USV-Anlagen verfügen über Schutz- und Überwachungsschaltungen zur Entdeckung abnormer Bedingungen, die sogar zur Abschaltung der USV führen Site Wiring Fault Alarm Alternative: Trenntrafo im Bypass-Eingang und eigener Hauptpotenzialausgleich (HPA) 16

17 Externer Service-Bypass 1 Klassische Realisierung einer externen Handumgehung Einsatz von getrennten Eingangsverteiler und Bypass-Schalter Es besteht die Gefahr von Schleifenströmen im N- und PE-Leiter Einsatz vierpoliger Schalter zur Trennung des N-Leiters Einsatz einer Potenzialausgleichsschiene (PAS) gemäß VDE

18 Externer Service-Bypass 2 Integrierter USV-Verteiler mit externer Handumgehung Integrierte Schaltverteiler mit Eingangsverteilung und Service-Bypass bieten den Vorteil einer gemeinsamen N- und PE-Schiene Einsatz dreipoliger Schalter/NH-Trenner ist unproblematisch Einsatz einer Potenzialausgleichsschiene (PAS) gemäß VDE

19 Blitz- und Überspannungsschutz 1 ITIC-Kurve für Netzteile (Rev. 2000) 30% Unterspannung für die Abschaltung fehlerhafter Geräte (Kurzschlußfestigkeit) 19

20 Blitz- und Überspannungsschutz 2 20

21 Blitz- und Überspannungsschutz 3 Äußerer Blitzschutz Vorhanden / nicht vorhanden? sofern vorhanden technisch in Ordnung? Sind Veränderungen seit der Errichtung vorgenommen worden? die letzte Überprüfung war wann? sofern nicht vorhanden Ist er erwünscht? Ist er eventuell baurechtlich oder durch die Betriebssicherheitsverordnung vorgeschrieben? Ist er notwendig? Lassen Sie sich beraten! 21

22 Blitz- und Überspannungsschutz 4 Erdung und Potentialausgleich als Teil des Äußeren und Inneren Blitzschutzes Blitzschutzpotentialausgleich Schutzpotentialausgleich Innerer Blitzschutz Trennungsabstände 22

23 Blitz- und Überspannungsschutz 5 Maßnahmen zum Überspannungsschutz Vorhanden / nicht vorhanden? sofern vorhanden Ist der Einbau geplant worden? Sind Veränderungen seit der Errichtung vorgenommen worden? Die letzte Überprüfung war wann? Stimmt das Konzept noch? sofern nicht vorhanden Ist er erwünscht? Ist er eventuell vorgeschrieben? Ist er notwendig? Ist er bezahlbar? Irgendwie geht das schon rein! Planen Sie ausreichend Platz! Lassen Sie sich beraten! 23

24 Blitz- und Überspannungsschutz 6 Quelle: Citel Datenblatt db_571_ds130vgs-230_mgs_opt 24

25 Blitz- und Überspannungsschutz 7 Quelle: Citel Datenblatt DS250VG 25

26 Blitz- und Überspannungsschutz 8 Quelle: Citel Einbauanleitung DS15xx 26

27 Blitz- und Überspannungsschutz 9 Grundlagen Eaton USV verfügen auf den Eingängen über einen Feinschutz (Typ 3) Der Grundschutz (Typ 1) muss im HV installiert werden Der Mittelschutz (Typ 2) sollte je nach Gegebenheiten im Eingangsverteiler der USV oder in HV/UV realisiert werden 27

28 Blitz- und Überspannungsschutz 10 Erweiterter Überspannungsschutz Wenn die Einspeisung aus einem anderen Gebäude erfolgt, sollte ein Kombiableiter Typ 1/2 eingesetzt werden. Gegebenenfalls muss auch auf der Sekundärseite der USV ein Kombiableiter Typ 1/2 eingesetzt werden, z.b. wenn Klimaanlagen angeschlossen werden (Splitgerät auf dem Dach etc.) 28

29 Beispiele Quelle: haase-businesstechnik GmbH, aus Sicht des Überspannungsschutzes nicht ideal 29

30 Kurzschlussfestigkeit und Selektivität 1 Eaton kVA Parallelmodul USV-Verteiler Verbraucher ~ = ~ = = ~ 290A (1.100A) ~ 6m, 16mm² = 6m, 16mm² Kurzschlußfestigkeit 145A für max. 300ms 0,006 Ω 0,006 Ω NH00 80A 20m, 25mm² 0,013 Ω Spannungsabfall auf 226V (-1,7%) LS C16A 25m, 2,5mm² 0,168 Ω Spannungsabfall auf 209V (-9%) bei Kurzschluß max. Strom: 624A Das HotSync-Cluster kann aber nur max. 290A liefern Spannungseinbruch auf 123V Umschaltung auf Bypass 30

31 Kurzschlussfestigkeit und Selektivität 2 31

32 Kurzschlussfestigkeit und Selektivität 3 32

33 Kurzschlussfestigkeit und Selektivität 4 Überprüfung der Selektivität und auch der Abschaltbedingungen bei beiden Betriebszuständen Gleichrichterbetrieb Bypassbetrieb gegebenenfalls Maßnahmen erforderlich Austausch von Sicherungseinsätzen Austausch von Sicherungselementen Einbau eines zusätzlichen Schutzpotentialausgleichs Einbau von Fehlerstromschutzschaltern weitere Quelle: ABB Technische Information Auslösecharakteristiken 33

34 Einsatz von RCD s 1 Zusätzlicher Schutz für Endstromkreise - für Steckdosen In DIN VDE 0100 Teil 410 Absatz 411 wird ein RCD für Steckdosen mit einem Bemessungsstrom kleiner gleich 20A gefordert, deren Benutzung durch die Allgemeinheit bzw. Laien erfolgt. 34

35 Einsatz von RCD s 2 aber -es dürfen Ausnahmen gemacht werden zum Beispiel für Steckdosen die für den Anschluss eines bestimmten Servers genutzt werden Bitte beachten Sie die fremden Dienstleister, die keine Ortskenntnis haben und deren Geräte, sehen Sie hier bitte den geforderten Schutz vor! 35

36 Einsatz von RCD s 3 vorhandenes Netz 120/208 V 50Hz! bleiben Sie schön kritisch! 36

37 Vielen Dank! Fragen Sie! Wir antworten