Wartung & Prävention ist immer eine unternehmerische Entscheidung !

Im Handel, Verwaltung oder in der Industrie wird man sich immer wieder die Frage stellen müssen, ob es sinnvoll ist, eine elektrische Anlage regelmäßig warten zu lassen.

Ist es doch in der Regel immer eine Entscheidung, die man auch unter der Berücksichtigung von Kosten treffen muss. Doch welche Kosten sind es, die letztendlich zu Buche schlagen?

Entscheidungsträger machen es sich im Allgemeinen nicht leicht, eine Entscheidung zu treffen. Insbesondere wenn es darum geht, durch einen möglichen Ausfall einer Maschine oder Anlage einen höheren Schaden in der Produktion zu verhindern. Was würde in so einem Fall der Worst Case bedeuten? Bzw. was würde den Kostenfaktor schnell auf Werte springen lassen, die man eigentlich im Vorfeld nicht wirklich im Fokus hat?

Hierzu gehören definitiv der Stillstand der Produktion, d.h. von Wartezeiten für das Personal und Verzögerungen im Materialfluss bis zur Nichteinhaltung von zugesagten Lieferterminen. Ebenfalls besteht in den meisten Fällen ein Risiko das durch das defekte Gerät, mangels nicht eingehaltener Wartung. Es können Folgeschäden innerhalb der Anlage, den Versorgungsleitungen oder an Gebäudeteilen entstehen. Solche Szenarien sind nicht selten und gehen je nach Größenordnung mit Schlagzeilen durch die Medien.

Datencenter

Bei den Meldungen kommt dabei immer wieder zum Vorschein, dass z. B. Datencenter ein kritischer Punkt sind, wenn es um die Betrachtung von Folgeschäden geht. Daten sind ein extrem wichtiger Faktor geworden, sie sind essentiell und von höchster Bedeutung für jeden Bürger, Banken, Industrie aber auch für Regierungen und Ämter. Somit ist es absolute Notwendigkeit diese Daten zu schützen und jederzeit für den Nutzer zur Verfügung zu stellen.

Deshalb wurde der Fokus zum Aufbau von Datencentern auf Punkte gelegt, die es ermöglichen, durch den Einsatz der bestehenden Infrastruktur, ein hohes Maß an Sicherheit für die Daten und die Nutzer zu gewährleisten.

Abbildung 1: Ohne Strom ist der Zugang zu Daten nahezu unmöglich geworden.

Im Kern bestehen Datencenter einfach ausgedrückt aus Räumlichkeiten, die durch Sicherstellung der benötigten Raumtemperatur und der Verfügbarkeit von elektrischer Energie den sicheren Betrieb der installierten Server rund um die Uhr gewährleisten.

Somit gibt es neben weiteren wichtigen Faktoren, die die eigentlichen Daten betreffen, zusätzlich zwei entscheidende Kernpunkte. Diese bedürfen aber einer besonderen Aufmerksamkeit:

  • Klima und Lüftung
  • Energieversorgung

Was verbindet jedoch beide Kernpunkte miteinander bzw. wo liegt ggf. ein gemeinsamer Schnittpunkt?

Abbildung 2: Server in einem Datencenter

Zuerst betrachten wir das Thema Klima und Lüftung. Um die erforderliche Umgebungstemperatur im Serverraum oder anderen Gebäudeteilen sicher zu stellen, ist es erforderlich entsprechende Kühlaggregate zu installieren. Sowie die gewonnene kalte Luft an die Stellen zu bringen wo sie benötigt wird. Wir möchten jedoch nicht von Luftschächten, Zwischenböden oder sonstigen klimatechnischen Einrichtungen sprechen, sondern das Augenmerk auf den elektrischen Teil dieser Anlagen lenken.

Nach dem aktuellen Stand der Technik, werden dort zur Regelung und Einhaltung der Prozessparameter Komponenten der Leistungselektronik eingesetzt. Somit sind Frequenzumrichter, Stellantriebe und hochdrehende Kompressoren mit Magnetlagertechnik installiert, die einen sicheren Betrieb gewährleisten sollen. Auf der anderen Seite jedoch vermindern Sie leider, durch prinzipbedingte Rückwirkungen auf das Stromnetz, die Spannungsqualität.

Somit kommt es zu einem uns bereits bekannten Problem aus der Sicht der Power Quality, was wir z. B. in unserem anderen Blogbeitrag zu Netzrückwirkungen beschrieben haben. Die Netzrückwirkungen der Klimatechnik auf das Versorgungsnetz sollten so gering wie möglich gehalten werden. Ebenfalls sollte die thermische Überlastung der Versorgungsinfrastruktur durch Oberschwingungen nicht vernachlässigt werden.

Energieversorgung

Abbildung 3: Thermographie der Stromversorgungskomponeten ist hier eine geeignete Maßnahme um erhöhte Temperaturen frühzeitig erkennen zu können und damit eine Überhitzung zu verhindern.

Ein anderer wichtiger Punkt ist die Energieversorgung. Dazu gehört auch die kontinuierliche Energieversorgung im Datencenter, falls es zu einem unbeabsichtigten Blackout auf der Seite vom Energieerzeuger kommt.

Das muss nicht immer eine längerfristige Störung sein, es kann sich auch um Kurzunterbrechungen handeln. Diese sind jedoch für die installierten Server nicht zu vernachlässigen, denn diese steuern dadurch unter Umständen auf eine Abschaltung oder Datenverlust zu.

Um das zu verhindern ist es möglich ein System der „Unterbrechungsfreien Stromversorgung“ (USV) zu installieren. Mit einer USV ist es möglich, sensible Verbraucher wie z. B. Datenserver mit konstanter Energie zu versorgen. Durch eingebaute Energiespeicher in der USV ist es deshalb möglich, kurzzeitige Unterbrechungen in der Spannungsversorgung durch den Energieversorger zu überbrücken. Ebenfalls können durch die USV die angeschlossenen Verbraucher mit einer stabilen Netzspannung und Netzfrequenz versorgt werden, unabhängig von (kurzzeitigen) Ereignissen im Versorgungsnetz.

Das hört sich im Großen und Ganzen doch alles sehr gut an und wo liegt jetzt eigentlich das Problem? Weshalb hebt die Ceno PQ hier dennoch den Finger zur Vorsicht?

Abbildung 4: Struktur eines Datencenters, nahezu alles ist heutzutage direkt oder indirekt von Servern in Datencentern abhängig

Betriebssicherheit

Auch hier macht es wieder mal das Zusammenspiel der USV mit den angeschlossenen Lasten. In den meisten Fällen besteht die Last aus unzähligen Servern, die als elektronische Verbraucher einphasig an den Ausgang der USV angeschlossen werden. Wir wissen ja bereits über das Problem Bescheid, dass elektronische Verbraucher, bedingt durch das interne Netzteil, den Laststrom verzerren können und somit ein Spektrum an Oberschwingungen erzeugen, siehe „Die unterschätzen Einflüsse der Energieversorung“.

Das Oberschwingungsspektrum und die zusätzliche Belastung vom Neutralleiter, bedingt somit für manche USV Anlage eine technische Herausforderung. In bestimmten Fällen kann das zu einer thermischen Überlastung oder kurzzeitigen Abschaltung der USV oder anderer Komponenten führen. Ein unkontrollierter Stillstand der Energieversorgung der Server durch die installierte USV ist jedoch auf keinen Fall erwünscht und muss durch gezielte Maßnahmen verhindert werden.

Die Lösung wäre z. B. der Anschluss von einem aktiven harmonischen Filter (AHF) am Ausgang der USV. Mit Hilfe vom AHF ist es möglich, die Belastung an Oberschwingungen und die Belastung auf dem Neutralleiter (Laststromsymmetrierung) für die USV zu reduzieren. Durch diese Kombination ist es definitiv möglich, die Betriebssicherheit zu erhöhen und die Verluste im System zu reduzieren.

Nach all dem was wir jetzt betrachtet haben, kann man mit der Installation und dem Zusammenspiel diverser elektronischer Geräte ein hohes Maß an Betriebssicherheit aufbauen. Doch was passiert, wenn dieses Gleichgewicht außer Balance gerät oder ein technischer Defekt das Zusammenspiel zum Kippen bringt?

Hier hilft nur die vorbeugende Wartung und Prävention, wie man es auch aus der persönlichen Erfahrung mit seinem eigenen Pkw kennt. Ein AHF oder eine USV sind komplexe Produkte der Leistungselektronik und müssen einer regelmäßigen Wartung unterzogen werden, um den gewünschten Lebenszyklus zu erhalten. Ebenfalls sollte in einem turnusmäßigen Intervall eine Power Quality Messung durchgeführt werden, um im Vorfeld kritische Punkte aufzuspüren und notfalls Maßnahmen zu ergreifen, die einen ununterbrochenen Betrieb weiterhin über 24-7 gewährleisten.

Was passieren kann, wenn man diese Vorgaben nicht einhält oder gar nicht beachtet kann man aus den diversen Berichten über Brandursachen in Datencentern und Industrieanlagen rund um den Globus immer wieder lesen.

Ein Brand mit folgenschweren Auswirkungen ist keine Seltenheit und teilweise als Ursache für nicht durchgeführte Wartungen am Produkt oder fehlende bzw. nicht sorgfältige Untersuchungen der Power Quality im Stromnetz zu sehen.

Abbildung 5: Brand in einem Industriegebäude

Hier muss durch die Verantwortlichen in der Technik und die CEOs der Unternehmen rechtzeitig und vorausschauend gehandelt werden. Nur durch eine verantwortungsbewusste Handlungsweise und entsprechende Überwachung der Spannungsqualität, können Unregelmäßigkeiten im Vorfeld erkannt werden. Größere Schäden und ein längerer Betriebsausfall können dadurch verhindert werden.

Wir von Ceno PQ kennen uns mit Problemstellungen dieser Art aus und unterstützen Sie bei Ihrer individuellen Power Quality Herausforderung. Sprechen Sie uns bitte an, wir unterstützen Sie gerne, sowohl online als auch vor Ort.

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