Differenzstromüberwachung
Sichere Elektrizität
Primäres Ziel aller Verantwortlichen in Rechenzentren und der Gebäudesystemtechnik ist eine hohe Personen-, Betriebs- und Anlagensicherheit. Die Planung, Ausführung und der Betrieb einer IT-Infrastruktur in betriebssicheren Rechenzentren stellt daher eine große Herausforderung dar.Trotz normgerechter Ausführung verursachen moderne Verbraucher zunehmend Störungen in elektrischen Anlagen, die zu ungewollten Betriebsunterbrechungen, Sach- und Brandschäden, EMV-Störungen und hohen Kosten führen können. Durch den Einsatz einer Differenzstrom-Überwachung lassen sich Veränderungen des Isolationsniveaus einer Stromversorgung frühzeitig erkennen, bevor ein hoher Personen- und brandgefährlicher Fehlerstrom das Auslösen von Schutzmechanismen zur Folge hat. Dieser Zeitgewinn macht Gegenmaßnahmen planbar und trägt zur Hochverfügbarkeit der Stromversorgung und somit der Anlage bei. Mit geeigneten PDUs - etwa dem Modell Bachmann Bluenet - erfolgen diese Fehlerstrommessungen nicht nur an zentralen Messpunkten, sondern direkt an den Steckdosen der Verbraucher. Die mit der Firma Bender gemeinsam entwickelte normgerechte Differenzstrom-Technik soll neben einer hohen physischen Granularität ein Höchstmaß an Sicherheit und Hochverfügbarkeit, so der Hersteller. Alle Fehlerstromarten in modernen Stromversorgungen mit Schaltnetzteilen sind mit dieser allstromsensitiven Messtechnik überwachbar. Daher sieht der Hersteller seine neue Differenzstrom-PDU besonders für die Anwendung im IT-Bereich geeignet. Ungewollte Betriebsunterbrechungen und Störungen in Stromversorgungen verursachen stets hohe Kosten - und zwar gleichgültig, ob es sich dabei um den Ausfall einer Lüftungs- oder Klimaanlage oder Störungen in einem umfangreichen, vernetzten EDV-System handelt. Ursachen sind zum einen Isolationsfehler, "vagabundierende" Ströme, Überlastungen von N-Leiter durch Oberschwingungen, Unterbrechungen von PE- und N-Leiter und nicht zuletzt EMV-Beeinflussungen. Zum anderen sind es Auswirkungen wie ungewollte Betriebsunterbrechungen, Brandschäden, Auslösen von Schutzeinrichtungen, unerklärliche Funktionsstörungen und Schäden etwa an TK-, Brandmelde- und EDV-Anlagen, Korrosion an Rohrleitungs- und Blitzschutzsystemen. Abhängig vom nach Schadensort können leicht Kosten über 100.000 Euro entstehen. Ein Isolationsfehler ist in den VDE-Bestimmungen als fehlerhafter Zustand einer Isolierung definiert. Isolationsfehler entstehen infolge von mechanischen, thermischen oder chemischen Beschädigungen elektrischer Isolierungen. Auch Verschmutzung, Feuchtigkeit oder Schäden durch Flora und Fauna können die Isolierung so schädigen, dass über die Isolationsfehlerstellen ein ungewollter Fehlerstrom fließt. Die Höhe dieses Stroms ist von der Leistung der Spannungsquelle, vom Erdungswiderstand und dem Isolationsfehler RF bestimmt. Dieser Fehlerstrom kann zwischen aktiven, stromführenden Leitern oder von aktiven, stromführenden Leitern über den Isolationsfehler oder leitfähigen Teile zur Erde fließen. Ist der Strom groß genug (nur bei vollkommenem Kurz- oder Erdschluss), löst die vorgeschaltete Schutzeinrichtung aus und trennt den fehlerbehafteten Verbraucher oder das Anlagenteil vom Netz. Reicht der Fehlerstrom nicht aus, um die Schutzeinrichtung zum Ansprechen zu bringen (unvollkommener Kurz- oder Erdschluss), besteht akute Brandgefahr, wenn die Fehlerleistung einen Wert von rund 60 Watt an der Fehlerstelle übersteigt (rund 260 mA bei 230 V). Einen sicheren und zuverlässigen Schutz dagegen bieten Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs), die mit einem Bemessungsstrom unter 300 mA eine sichere Abschaltung im Gefahrenfall bewirken. Da in der Informationstechnik eine Abschaltung weitreichende Folgen hat, verzichten viele Installationen auf den Einsatz von RCDs. Ergänzend zu den bekannten Schutzeinrichtungen arbeiten Differenzstrom-Überwachungsgeräte (RCM, Residual Current Monitor) nach DIN VDE 0663. Sie ermöglichen eine gezielte Überwachung von Einzelgeräten oder Anlagenteilen und versenden wahlweise eine Meldung, bevor der eigentliche Ansprechwert der Schutzeinrichtung erreicht ist. Obwohl Experten seit längerer Zeit aus EMV-Gründen ein TN-S System fordern (zum Beispiel VDE 0800, VDE 0100-540), sieht die Praxis oft anders aus. Anlagen sind vor allem unter Berücksichtigung des Personenschutzes und der Kostenoptimierung konzipiert, sodass der N-Leiter ab einem Querschnitt von 10 mm2 gemeinsam mit dem PE als PEN-Leiter gestattet ist. Dadurch kann sich ein Teil des Rückleiterstroms (N-Leiter) über alle Erdungssysteme und Potenzialausgleichsleitungen verteilen, da der N-Leiter in jedem Etagenverteiler mit dem PE/PA-System verbunden ist. Vagabundierende Ströme Als Folge fließen im gesamten Gebäude über alle leitfähigen (metallenen) Leitungen (Wasserrohre, Heizsysteme etc.) hohe Ausgleichsströme, die zum Teil zu hohen elektromagnetischen Feldern führen, undefinierte Ausfälle verursachen und für schwer zu findende Fehler an elektronischen Systemen verantwortlich sind. Grundsätzlich muss - wie in vielen VDE-Bestimmungen dokumentiert - in allen Stromversorgungen, in denen der Einsatz von IT-Komponenten erwartet wird, das TN-S System zum Einsatz kommen. Rückleiterströme aus den Einphasenverbrauchern gelangen dort gezielt zur speisenden Quelle zurück und können nicht "vagabundierend" über niederohmige Erdungsverbindungen zum Trafosternpunkt fließen. Der (PE)N-Leiter darf dabei nur am zentralen Erdungspunkt (ZEP) mit dem PE-/PA-System in Verbindung setzen, und zwar vorzugsweise in der Niederspannungshauptverteilung. Diese Verbindung sollte ein Differenzstrom-Überwachungssystem (RCM) permanent überwachen. Das RCM zeigt den im Normalfall fließenden kleinen Ausgleichsstrom an, löst einen Alarm aus, wenn ein bestimmter Wert durch eine zusätzliche N-PE-Verbindung oder durch einen lsolationsfehler zwischen Phase, N und Erde überschritten ist. Zusätzlich sollte auch das PE-System mit einem RCM überwacht werden, um die Stromfreiheit zu kontrollieren. In einem TN-C System teilt sich in den N-PE-Brücken der N-Leiterstrom auf. Ein Teil fließt über den PEN-Leiter und ein unerwünschter Störstrom über Schirmleitungen und Gebäudekonstruktionsteile zum Trafo zurück. Der Schutzleiter, die Schirmleitungen und die Gebäudekonstruktion führen keinen Störstrom. Zusätzliche N-PE-Verbindungen erkennt das RCM sofort und lokalisiert sie. Differenzstrom-Überwachungsgeräte sind in der Lage, Fehler- oder Differenzströme und Betriebsströme ab 5 mA zu erfassen. Dazu erkennt die Elektronik über einen Messstromwandler den Strom oder Differenzstrom und wertet ihn aus. Eine optische oder akustische Anzeige signalisiert, ob der eingestellte Ansprechwert und Ansprechzeit überschritten sind. Mit dem eingebauten Meldekontakt lassen sie sich wahlweise zum Melden oder Schalten einsetzen. Eine Meldung hat den Vorteil, dass keine unerwartete Abschaltung erfolgt, wenn die Verfügbarkeit der Anlage absolute Priorität hat. Außerdem sind durch die Messwertanzeige auch schleichende Veränderungen leicht erkennbar. RCMs entsprechen der DIN EN 62020 (VDE 0663). In komplexen Elektroinstallationen bieten sich mehrkanalige Differenzstrom-Auswertegeräte (RCMS460) an, die über die dazugehörigen Messstromwandler Fehler-, Differenz- und Betriebsströme erfassen und auswerten. Eine zentrale Stelle, zum Beispiel die Leitwarte, überwacht dann permanent ein Rechenzentrum oder Versorgungsabschnitt. Fazit An die Stromversorgung in Anlagen der Informationstechnik gelten hohe Anforderungen, denn ein Ausfall kostet viel Geld und verursacht viel Ärger. Der Einsatz eines Differenzstrom-Überwachungssystems kann dazu beitragen, diese Kosten entscheidend zu senken, die Verfügbarkeit zu erhöhen und die geforderten Personen- und Brandschutzanforderungen im Sinne eines modernen Facility-Managements zu erfüllen. Die Bluenet-Differenzstrom-Überwachung ist in der Lage, Differenzströme ab 5 mA zu erfassen. Dies gilt sowohl für Gleich- als auch Wechselstrom-Fehlerströme. In der Software lassen sich Differenzstrom-Ansprechwerte einstellen.
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