RCM erhöht Betriebssicherheit
Differenzstrom-Messtechnik
Eine umfassende 24/7-Betriebsbereitschaft im Datacenter erfordert unter anderem ein Höchstmaß an elektrischer Sicherheit in der Stromversorgung. Mit Hilfe einer permanenten Überwachung der sicherheitsrelevanten Stromkreise auf Fehler-, Differenz- und Betriebsströme sowie vagabundierende Ströme lassen sich Einsparpotenziale beim Betrieb und bei der wiederkehrenden Prüfung nach der DGUV-Vorschrift 3 nutzen.
Mit der Differenzstromüberwachung (Residual Current Monitoring, RCM) lassen sich kritische Betriebszustände frühzeitig erkennen und effizient beheben. Mögliche Personengefährdungen, Brand- und Sachschäden sowie EMV-Störungen kann ein Betreiber auf diese Weise vermeiden. Dies unterstützt die Betriebssicherheit von Elektroinstallationen sowie Anlagen und dient dem Personenschutz. Die DIN EN 50600 definiert die Anforderungen an Verfügbarkeits- und Schutzklassen sowie an die Energieeffizienz, die bereits bei Planung und Ausführung zu beachten sind. Die Norm EN 50600 Teil 2-2 verweist darauf in den zusätzlichen Betrachtungen (Punkt 6.5.1) so: Es sind Einrichtungen zu installieren, die in der Lage sind, Fehlerströme an der Verbindung zwischen den Schutzleitern und den Neutralleitern des Stromverteilungssystems der Gebäude des Rechenzentrums zu messen und aufzuzeichnen. Allstromsensitive (Typ B) Differenzstrom-Messgeräte eignen sich zur Überwachung dieser Anforderung und können zur permanenten Überprüfung von Fehlerströmen in geerdeten Netzen (TN-S-Systemen) dienen. Für die Erhaltung und zur Sicherstellung des Betriebs dieser Netze empfiehlt es sich, die elektrische Infrastruktur mit einer durchgängigen RCM-Messeinrichtung zu überwachen. Fehler wie falsch angeschlossene Betriebsmittel, PE- und N-Vertauschungen, defekte Netzteile, schlechte Kontaktierung oder auch brandgefährliche Isolationsfehler kann ein Betreiber damit schnell und sicher detektieren und lokalisieren.
Auf diese Weise kann er reagieren, bevor ein kritischer Level erreicht ist. Dies gilt vor allem für schleichend steigende Differenzströme, beispielsweise ausgelöst durch Isolationsfehler, zu hohe Betriebsströme oder anderweitige Überlastungen von Anlagenteilen oder Verbrauchern.
Die Bereitstellung und Aufrechterhaltung der Stromversorgung in der Form eines TN-S-Systems ist die Basis der Hochverfügbarkeit, die es vorrangig zu gewährleisten gilt. Diese Netzform ist normativ gefordert und entspricht auch dem aktuellen Stand der Technik. Maßgeblich dafür ist die DIN VDE 0100-Teil 4-444. Danach muss bei einer Neuinstallation mit informationstechnischen Betriebsmitteln ein 5-Leiter-TN-S-System aufgebaut und dessen Betrieb und Erhaltung durch entsprechende Maßnahmen (zum Beispiel durch ständige messtechnische Differenzstromüberwachung) sichergestellt sein.
Störungsfreie Ströme
Ströme, die betriebsmäßig nicht über das elektrische Leitungsnetz L1 bis L3 und N oder PEN fließen, beeinträchtigen die Infrastruktur durch Korrosion oder Lochfraß. Das Senden störender Magnetfelder, Einkopplungen von niederfrequenten Feldern oder Spannungsverschleppungen wirken sich ebenfalls negativ aus. Dieser Einfluss, hervorgerufen durch nicht lineare Verbraucher, spielt bei vagabundierenden Strömen eine immer größere Rolle. Mit der sich ständig weiter entwickelnden Vernetzung ist bei der Auslegung elektrischer Installationen die Funktionsfähigkeit zu beachten, ohne den Personenschutz zu vernachlässigen. Das heißt auch: Elektrische Systeme müssen in einer definierten Umgebung bestimmungsgemäß funktionieren, ohne dass sie andere Systeme stören oder durch sie gestört werden.
Planung
Bei der Planung einer Differenzstromüberwachung für ein Rechenzentrum gilt es, weitere Punkte zu beachten. Eine RCM-Lösung ist abhängig von der Art der Anlage und ihrer Betriebsmittel sowie auf Basis einer Gefährdungsbeurteilung zu gestalten. Ziel einer RCM-Überwachung ist stets eine aussagekräftige Messung. Abhängig davon, welches Ziel es zu erfüllen gilt, muss ein Betreiber die Platzierung von Messstellen definieren und die passenden Messgeräte einsetzen.
Dabei geht es nicht allein um die Differenzströme, sondern ebenfalls darum, die in den Leitern und Potenzialausgleichssystemen fließenden Ableit- und/oder Fehlerströme zu erfassen und die von diesen möglicherweise ausgehenden Betriebsstörungen zu erkennen. Dazu muss die zuständige Elektrofachkraft oder der Anlagenverantwortliche den Zusammenhang des ermittelten Differenzstroms, des Betriebsstromes und/oder Schutzleiterstroms mit den anderen Strömen sowie deren Ursachen, Wege, Folgen und Störungen vollständig überblicken.
Abhängig vom Messort, den zu überwachenden Betriebsmitteln und dem im Messmoment vorhandenen Zustand der Anlage wird der jeweils gemessene Differenzstrom anders „zusammengesetzt“ sein. Das heißt, er kann andere Anteile von Ableit- und Fehlerströmen enthalten.
Dies bedeutet: An einer bestimmten Messstelle kann der ermittelte Messwert in jedem Moment durch eine andere Zusammensetzung der Ableit-/Fehlerströme entstanden sein und somit stets andere Ursachen haben.
Fazit
Auf Basis der beschriebenen Messungen, der Kommunikation der Systeme und einem Betriebskonzept ist der Betreiber bestens in der Lage, einen hochverfügbaren 24/7-Betrieb seiner elektrischen Anlage zu gewährleisten und diesen auch aktuell zu reporten und zu dokumentieren.
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