Smart Energy & Power Quality Solutions made in Germany

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1 Smart Energy & Power Quality Solutions Energietransparenz, Netzqualität & RCM in Rechenzentren Smart Energy & Power Quality Solutions made in Germany

2 Wir sind die Spezialisten für

3 Janitza Solutionpartner Seite: 3

4 EnMS; Energiemanagementkreislauf nach ISO Die wichtigsten Aspekte eines EnMS Kontrolle + Korrektur Kontrolle + Korrektur (Kontrolle der Zielerreichung, (Kontrolle der Zielerreichung, Überwachung der Umsetzung Überwachung der Umsetzung von Maßnahmen) von Maßnahmen) Datenerfassung + Messung (Energieeinsatz, Kosten, Produktionsdaten) Planung + Konzeption (Definition und Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen) Analyse + Kennzahl (Soll-Ist-Vergleich, Bildung von Kennzahlen) 4

5 EMS: Vergleiche erstellen 30kW Differenz Motor A Motor B Ziel erreicht! 5

6 EMS: Systemarchitektur und Kommunikation 6

7 Netzqualität erfordert schnelle Messtechnik 12

8 Warum Netzqualität messen? Automatische Alarme & Interaktionen (präventive Aktionen) Frühes Erkennen von Problemen Versorgungsunterbrechungen stoppen Produktionsausfälle vermeiden Abschaltungen vorhersehen Alarmmanagement Identifizierung von Netzverunreinigern (starke Oberschwingungsbelastung) Nachweise erstellen Infrastruktur planen 13 Seite: 13

9 Anforderungen zitiert aus der DIN EN (VDE ):September Befähigung zur Energieeffizienz und Leistungsverteilung Die Messtechnik wird in drei unterschiedliche Stufen unterteilt: Stufe 1: Für Primär- und Sekundärversorgungen (Trafos, Generatoren, Quellen) Stufe 2: Zwischenpunkte an Primärverteilungseinrichtungen und endgültigen Sekundärverteilungseinrichtungen (NSHV, USV, UV) Stufe 3: Messung der Kennwerte der Spannungsqualität an den Steckdosen und Systeme zur Regelung der Umgebungsbedingungen Für Stufe 1-2 Die Verteilungseinrichtungen müssen so ausgewählt werden, dass Spannung, Strom, Leistungsfaktor und Energieverbrauch auf allen anliegenden Phasen und auch auf dem Neutralleiter gemessen werden können. Die verwendeten Einrichtungen müssen für die gemessenen Parameter folgende Genauigkeitsklassen aufweisen: Für Stufe 3 Die Verteilungseinrichtungen müssen so ausgewählt werden, dass Ausgangsspannung, -strom und -leistungsfaktor auf allen anliegenden Phasen und auch auf dem Neutralleiter gemessen werden können. Die verwendeten Einrichtungen müssen für die gemessenen Parameter folgende Genauigkeitsklassen aufweisen: Für alle Stufen aber nur eine Empfehlung Der Mehrwert der Messung der Gesamt-Oberschwingungsverzerrung des Stroms (THDI) und der Gesamt- Oberschwingungsverzerrung der Spannung (THDU) sollte in Betracht gezogen werden. Allgemeines: Gewerke die nicht direkt zum Rechenzentrum (Mehrzweckgebäude) müssen ebenfalls erfasst werden, damit eine getrennte Überwachung möglich wird. 14

10 Anforderungen zitiert aus der DIN EN (VDE ):September Anforderungen: Wenn von den Herstellern der Einrichtungen, die an die geschützten Steckdosen anzuschließen sind, keine alternativen Anforderungen festgelegt wurden, muss die Stromqualität zwischen der USV und den geschützten Steckdosen EN :2002, Klasse 1, erfüllen. Mit einem Messreport nach EN kann dieser Nachweis erbracht werden 15

11 Praxisbeispiel EN Report 16

12 Netzqualitätsüberwachung als Nachweis der Hochverfügbarkeit Permanente Überwachung der Netzqualität als Nachweis und zur aktiven Kontrolle der elektrischen Hochverfügbarkeit und Zustandskontrolle der Verbraucher 17

13 Elektrische Hochverfügbarkeit auswerten :42:14' :42:16'136 1,359 Sekunden Unterspannung L3 206,97 V 93,05 V 104,61 V 198,40 V :42:14' :42:16'143 1,359 Sekunden Unterspannung L1 206,97 V 93,36 V 144,77 V 198,28 V :42:15' :42:16' ,882 ms Unterspannung L2 206,97 V 94,31 V 96,52 V 101,70 V :13:09' :13:09' ,930 ms Unterspannung L1 206,97 V 163,06 V 167,28 V 186,89 V :27:05' :27:06' ,032 ms Unterspannung L2 206,97 V 174,85 V 178,62 V 199,82 V :13:10' :13:10' ,857 ms Unterspannung L1 206,97 V 189,24 V 196,08 V 199,91 V :13:10' :13:10' ,857 ms Unterspannung L2 206,97 V 189,26 V 194,97 V 199,20 V Downtime der Versorgungsspannung 18

14 Netzersatzanlagenbetrieb & Reaktionszeiten (Stresstest) Bei einem Netzausfall wird das Zusammenspiel zwischen NEA und USV-Anlagen protokolliert. Der Betrieb wird wie eine Art Flugschreiber mitgeschrieben. 19

15 Anforderungen zitiert aus der DIN EN (VDE ):September Granularitätsniveau Anforderungen Die Verteilungseinrichtungen müssen so ausgewählt werden, dass Spannung, Strom und Leistungsfaktor auf allen anliegenden Phasen und auch auf dem Neutralleiter gemessen werden können.. Teilbare Stromwandler zur Nachrüstung ohne Abschaltung 20

16 Praxisfall zu Stromoberschwingungen Dritte Stromoberschwingungen addieren sich im Neutralleiter Der Neutralleiterstrom ist hier deshalb weitaus höher als die einzelnen Phasenströme Schlechte Netzteile eingebaut? Ein Ausfall des Neutralleiters durch Stromüberlastung hat fatale Folgen 21

17 Praxisfall Stromoberschwingungen 22

18 Praxisfall Stromoberschwingungen Mit einem Belastungstest an den verbauten Netzteilen, konnte die hohe Stromverzerrung der Netzteile nachgewiesen werden 1.5 Current 1.0 Amps rms 1Ø Amps Current 1Ø 0.0, 2,55, 7,510,12,515,17, DC Harmonic msec 23

19 Anforderungen zitiert aus der DIN EN (VDE ):Septermber-2014 Empfehlung für alle Granularitätsstufen Der Mehrwert der Messung der Gesamt-Oberschwingungsverzerrung des Stroms (THCD) und der Gesamt-Oberschwingungsverzerrung der Spannung (THVD) sollte erwogen werden Spannungsqualität Die Spannungsqualität muss der EN50160 entsprechen 25

20 Praxisfall: Gesamt-Oberschwingungsverzerrung Eine Stromverzerrung von bereits 10% macht hier den Generatorbetrieb unmöglich. Die resultierende Spannungsverzerrung liegt bei 13% Verbraucher steigen aus 26

21 Praxisfall: Gesamt-Oberschwingungsverzerrung Bei dieser Versorgungsspannung ist ein fehlerfreier Betrieb unmöglich Abhilfe leistet ein zusätzlicher Generator um das Netz zu stärken oder aktive Oberschwingungsfilter 27

22 Praxisfall: Gesamt-Oberschwingungsverzerrung 28

23 Anforderungen zitiert aus der DIN EN (VDE ): Einzelphasenmessungen und Neutralleitermessungen L1,L2,L3,IN EN50160 EN

24 Power Quality Management mit Watchdogs UMG511mit EN50160 Watchdog UMG511mit IEC Watchdog 30

25 EMS: Messen über alle Ebenen 10kV G Trafoeinspeisung, Generatoren und USV-Anlagen Messgerät zur PQ-Analyse EN50160 Klasse A Maße IEC Analyse von Kurzzeitunterbrechungen und Transienten Flicker und Oberschwingungsanalyse bis zur 63. Harmonischen Genauigkeit 0,1 U/I und 0,2S for kwh Hauptschalter und Haupteinspeisung (z.b. Kühlung, ) Analyse von Kurzzeitunterbrechungen und Transienten Oberschwingungsanalyse bis zur 40. Harmonischen Genauigkeit 0,2 U/I und 0,2/0,5S für kwh Integrierte Modbus /TCP / IP Gatewayfunktion Überwachung NSHV, UV; Lichtverteilung; Mieter, PDUs & etc. Energieverbräuche, Ströme, Spannungen, Lastgänge, Oberschwingungen, Hohe Messgenauigkeit Einfache Systemanbindung UMG103 UMG104 UMG96RM UMG20CM UMG511/512 UMG605 UMG508/509 UMG604 31

26 RCM im TN-S-System Alle Leiter in dem spezifischen Messpunkt werden überwacht mit Ausnahme des - Erdleiters (PE= Schutzerde) - d.h. alle Leiter (L1, L2, L3, N) werden durch den Stromwandler geführt. In einem fehlerfreien System ist die Summe aller Ströme NULL, so dass im Stromwandler kein Strom induziert wird. Wenn ein Fehlerstrom gegen Erde oder anderweitig fließt, induziert der Differenzstrom im Differenzstromwandler einen Strom, der von den UMG Messgeräten erkannt wird. L1 L2 L3 N Fehlerstrom = 0 Anlage ist okay Summe >> 0 Fehler in der Anlage 32

27 RCM im Rechenzentrum Sicherheitsvorschriften für elektrische Anlagen bis 1000 Volt VdS 2046 : (11) 3.2 Erhalten des ordnungsgemäßen Zustandes Um die Sicherheit in elektrischen Anlagen auf Dauer zu gewährleisten, wenn Isolationswiderstandsmessungen aus örtlichen oder betrieblichen Gegebenheiten nicht durchgeführt werden können, müssen Ersatzmaßnahamen getroffen werden. Solche Maßnahmen werden in der Publikation Schutz bei Isolationsfehlern (VdS 2349) beschrieben Ersatzmaßnahme ist hier eine permanente RCM Überwachung 33

28 RCM im Rechenzentrum BGV A3 (DGUV) Prüfung? Entbindet nicht folgende Punkte durchzuführen: Sichtprüfung auf äußerlich erkennbare Mängel Schutzmaßnahmen und Abschaltbedingungen Schleifenwiderstände (Prüfung der Durchgängigkeit von Schutzleitern) Funktionsprüfung Folgender Punkt wird ein kontinuierliches RCM erfüllt: Isolationswiderstände Die Prüfschärfe und Umfang kann durch eine kontinuierliche Überwachung reduziert werden. Die Prüffristen und Umfang sind anwendungsbedingt festzulegen. Sprechen Sie mit dem Bettreiber und holen Sie falls erforderlich einen Sachverständigen und oder die Berufsgenossenschaft mit ins Boot! 34

29 RCM im Rechenzentrum Hochverfügbarkeit So schreibt die BITKOM in Ihrem Leitfaden Betriebssichere Rechenzentren wie folgt: In Rechenzentren werden höchste Verfügbarkeitsanforderungen gestellt. Entsprechend ist die Energieversorgung nachhaltig sicherzustellen. Geradezu selbstverständlich ist die Forderung, dass die Stromversorgung des Rechenzentrums selbst und aller Bereiche im gleichen Gebäude, zu denen Datenkabel laufen, als TN-S System ausgeführt sein muss. Unbedingt nötig für den sicheren Betrieb ist eine permanente Selbstüberwachung eines sauberen TN-S Systems (z. B. mit RCMs) und die Aufschaltung der Meldungen an eine ständig besetzte Stelle, z. B. an die Leitzentrale. Die Elektrofachkraft erkennt dann über entsprechende Meldungen den Handlungsbedarf und kann durch gezielte Servicemaßnahmen Schäden vermeiden. Erfüllung des Sicherheitskriteriums RCM-Fehlerstromüberwachung in Datencentern 35

30 Überwachung des Zentralen Erdungspunktes UMG509/512 UMG96RME 36 Es darf grundsätzlich nur EINE einzige Verbindung zwischen dem Neutralleiter (N) und dem Erdungssystem (PA) bzw. Schutzleiter (PE) geben! ZEP

31 Überwachung des Zentralen Erdungspunktes Grenzwert für den ZEP: 2mA pro A in Abhängigkeit zur Gesamtleistung Fehl- Differenzstrom ~ 5A 2. Erweiterung 3. Erweiterung ~18A 1. Erweiterung ~0,1A Februar???? =5000mA Fehlerstrom Fehl- Differenzstrom ~ 0,1A TN-S Netzform Ertüchtigung TNS-System OK! 37

32 RCM auf allen Ebenen: UMG512 für Einspeisungen und ZEP Netzqualität nach Norm Zustand des TN-S-Systems 38

33 RCM auf allen Ebenen: UMG96RME für Unterverteiler Unterverteiler für Racks und Großrechner ausgestattet mit dem RME mit RCM Energiemessung Energiequalität Auslastung der Verteilung Differenzstromüberwachung Strom- und Spannungswächter 39

34 RCM auf allen Ebenen: UMG20CM für Endstromkreise 40

35 RCM auf allen Ebenen (Fehler im TN-S-System) 41

36 RCM auf allen Ebenen (TN-S-System OK) 42

37 RCM auf allen Ebenen UMG512 für den ZEP (ZEP) UMG96RME Unterverteillungen UMG20CM einzelne Stromkreise 43

38 RCM im TN-S-System Vermeidung von Leck- und Fehlerströmen Frühzeitige Erkennung von Fehlern durch kontinuierliche Überwachung von Fehlerströmen Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit Vermeidung von Anlagenausfällen Verbesserter Brandschutz Reduzierung von EMV-Problemen durch Vermeidung von Störströmen und Magnetfeldern Reduzierter Prüfaufwand für ortsfeste elektrische Anlagen und Betriebsmittel Eine Isolationsmesung und damit verbundene Abschaltung ist nicht notwendig Permanete Überprüfung der Korrektheit von TNS-Systemen 44

39 Ihr Nutzen eines kontinuierlichen EMS Transparenz aller Verbräuche Flächendeckende Kostenstellenerfassung Reduktion der Energiekosten im Sinne der DIN EN ISO / Green IT Kennzahlenbildung (PUE) Effektive Nutzung und Planung der bestehenden Infrastruktur 45

40 Ihr Nutzen eines kontinuierlichen PQ-Monitoring und RCM Höhere Verfügbarkeit der elektrischen Anlagen Präventive Überwachung wichtiger Nenngrößen Vermeidung von Störungen und Engpässen Dokumentation der Hochverfügbarkeit EN EN50160 Permanente Kontrolle von TN-S-Systemen und Erleichterung von BGVA3 Prüfungen 46

41 Fragen und Antworten 47