Telefónica Deutschland ist einer der größten Telekommunikationsnetzbetreiber in Deutschland. „Angesichts der aktuellen Anforderungen, die mit Themen wie der digitalen Industrie 4.0 und deren Produktion in Echtzeit einhergehen, kommt dem Mobilfunk als kritische Infrastruktur eine besondere Bedeutung zu. Wichtig ist dabei die permanent hohe Verfügbarkeit wichtiger zentraler Systembereiche, die wir stets aufs Neue überprüfen und mit Hilfe neuer Techniken stetig weiter erhöhen“ berichtet Oliver Tananow, der bei Telefónica Deutschland unter anderem für die Anlagenplanung und -umsetzung zuständig ist.
Ein wesentlicher Baustein zur Steigerung der Verfügbarkeit ist der ganzheitliche Einsatz von Blitz- und Überspannungsschutzkomponenten. Die Sicherstellung der Energieversorgung ist bei der Erstellung eines Blitzschutzkonzeptes von elementarer Bedeutung. Ein Ausfall der Stromversorgung durch transiente Ereignisse wird durch den konsequenten Einsatz von Blitz- und Überspannungsschutzgeräten effektiv vermieden.
Schutzmaßnahmen
Um eine Telekommunikationsanlage, egal ob Mobilfunksystem oder Datencenter, umfassend vor den Auswirkungen von Blitzeinschlägen und Überspannungen zu schützen, bedarf es mehrerer aufeinander abgestimmter Schutzmaßnahmen und -vorrichtungen. Dabei spielt ein koordiniertes System von Blitz- und Überspannungsschutzgeräten (englisch SPD – Surge Protective Device) eine maßgebliche Rolle.
Unter einem koordinierten SPD-System versteht man ein mehrstufiges, aufeinander abgestimmtes System von Blitz- und Überspannungsschutzgeräten. Das sogenannte Blitzschutzzonen-Konzept bestimmt die Einbauorte von SPDs innerhalb der Installation einer Anlage. Dieses Konzept orientiert sich an der Blitzschutz-Norm IEC 62305-4. Dabei gilt es, die Anlage in Blitzschutzzonen (LPZ – Lightning Protection Zone) zu unterteilen, und zwar von außen nach innen mit abnehmendem Gefährdungspegel. In diesem Zusammenhang wurden folgende, wesentliche zu schützende Bereiche identifiziert und mit Blitz- und Überspannungsschutzgeräten ausgestattet:
Netzeinspeisung Energieversorgung: Der Übergabepunkt des Energieversorgers in das Datencenter ist die erste kritische Schnittstelle, bei der es zu hohen Blitzströmen kommen kann. Deshalb sorgt hier ein leistungsfähiger Kombiableiter Typ 1+2 für den nötigen Schutz.
AC-Hauptverteilung: In der Hauptverteilung kommen die Leitungen aus der Einspeisung und der Notstromversorgung zusammen. Weil auch in diesem Anlagenteil mit Blitzströmen und Überspannungen gerechnet werden kann, kommt hier eine kompakte Gerätekombination Typ 1+2 aus Blitzstromableiter und Überspannungsschutz zum Einsatz.
DC-Stromversorgung: Aufgrund der räumlichen Nähe zur AC-Hauptverteilung können in diesem Bereich weitere Einkopplungen ausgeschlossen werden, daher war der Einsatz weiterer SPDs an dieser Stelle nicht notwendig.
Notstromversorgung: Sollte es wider Erwarten zu einem Ausfall der Hauptstromversorgung kommen, wird die Notstromversorgung aktiviert. Zunächst überbrückt ein großer Batteriespeicher die Zeit, bis der festinstallierte Dieselgenerator angelaufen und seinen stabilen Arbeitspunkt erreicht hat. In diesem speziellen Anwendungsfall wird eine direkte Blitzstrom-Einkopplung in die Anlagenteile des Generators ausgeschlossen, allerdings sind Teilblitzströme in diesem Bereich nicht völlig unwahrscheinlich. Denn: Auch das Umschalten auf Notstrombetrieb birgt die Gefahr von Überspannungseinkopplungen. Um diese Gefahr deutlich zu minimieren, kommt an dieser Stelle ein SPD vom Typ 1+2 für kleinere Teilblitzströme zum Einsatz.
Klimatisierung: Eine weitere wichtige Komponente im Datencenter ist die Klimatisierung. Ein Ausfall der Klimaanlage lässt die Temperatur in den Serverräumen massiv ansteigen. Eine mögliche Folge wäre das automatische Herunterfahren der Server oder im schlimmsten Fall der Ausfall von Server-Racks aufgrund von Überhitzung. Ausfälle in Folge von Überspannungen werden in diesem Fall mit einem Überspannungsschutz vom Typ 2 vermieden.
AC- und DC-Verbraucherabgänge: Zu den wichtigsten Räumen eines Datencenters gehören die Serverräume. Diese befinden sich in der Regel im inneren Kreis der Schutzzone und haben typischerweise 48-V-DC- und 230-V-AC-Verbraucher. Hier genügt ein Überspannungsschutz von Typ 2, um Störungen von den Geräten fern zu halten.
Vorausschauende Wartung
Allein der Einsatz von Blitz- und Überspannungsschutz ist der Telefónica Deutschland noch nicht genug. Mit der Echtzeitüberwachung der Schutzgeräte und der Anlage geht man hier sogar noch einen Schritt weiter, um die Anlagenverfügbarkeit weiter zu steigern.
Eine Statusanzeige bei Blitz- und Überspannungsschutzgeräten für den Netzschutzbereich gehört mittlerweile zum Standard. Allerdings lässt sich die tatsächliche Belastung der einzelnen Schutzpfade aus einer einfachen Anzeige, die nur zwei Zustände kenntlich macht, nicht bestimmen. Schlimmstenfalls zeigt die Anzeige heute noch Grün und springt nach dem nächsten Überspannungsereignis auf Rot (= „defekt“) um, ohne dass eine vorherige Warnung erfolgt wäre. Ein Austausch des Schutzsteckers ist erforderlich.
Hier kommt das intelligente Assistenzsystem für Überspannungsschutz ImpulseCheck von Phoenix Contact zum Einsatz: Es misst transiente Ereignisse auf allen stromführenden Leitungen. Die Messergebnisse werden in die Proficloud von Phoenix Contact übermittelt, wo sie analysiert und interpretiert werden. Anschließend ruft der ImpulseCheck die Ergebnisse aus der Proficloud wieder ab und kann diese an die jeweilige Überwachungseinrichtung, wie zum Beispiel an die Gebäudeleittechnik weitergeben. Somit ist jederzeit der aktuelle Zustand der installierten SPDs erkennbar.
Vorschädigungen werden erkannt und der „State of health“ wird in der Cloud oder am Gerät durch ein gelbes Signal sichtbar gemacht. Gelb bedeutet hier, dass das normativ vorgeschriebene Ableitvermögen des SPDs erreicht ist. Das Schutzgerät ist noch funktionsfähig, allerdings wird ein Austausch empfohlen. Zusätzlich zu der Überwachung der Schutzgeräte bietet ImpulseCheck auch einen Blick in die Anlage. Aufgrund der elektromagnetischen Störungen, die über Sensoren an den stromführenden Leitungen gemessen werden, können Rückschlüsse auf den Zustand der Anlage getroffen werden.
Der Vorteil für Telefónica
Überspannungsschutz ist an allen Technik-Standorten der Telefónica Deutschland installiert. Zusätzlich werden in sensiblen Bereichen, die für den verlässlichen Betrieb notwendig sind, die SPDs mit ImpulseCheck überwacht.
„Wir können ImpulseCheck auch an unsere Bestandssysteme problemlos andocken und so über die gesamte Technologie Daten erfassen und langfristig auswerten und überwachen. Zusätzlich profitieren wir bei dem cloudbasierten Ansatz von den Weiterentwicklungen, die Phoenix Contact in diesem Bereich macht“, weiß Robert Krüger, der bei Telefónica für die Implementierung des ImpulseChecks in die Gebäudeleittechnik zuständig war.
Das Assistenzsystem erkennt zum einen die Belastung der Schutzgeräte und ermöglicht so eine noch bessere Planung von Serviceeinsätzen. Zum anderen werden Auffälligkeiten in der Installation sichtbar und lassen sich beheben, bevor es zu einem Ausfall kommt.
Investition in die Zukunft
Mobilfunkmasten sind aufgrund ihrer Höhe und des metallischen Aufbaus anfällig für Blitzeinschläge. „An einem 60 m hohen Mobilfunkmast erhoffen wir uns mit dem Einsatz von ImpulseCheck weitere Daten zum Thema Blitzeinschlag zu gewinnen: Wie häufig tritt sowas auf? Wie ist die Stromaufteilung ins System? Das war auch der Grund dafür, ImpulseCheck nicht nur im Bereich von Hochverfügbarkeit einzusetzen, sondern auch im klassischen Mobilfunk-Umfeld“, so Oliver Tananow.
Fazit
Das Assistenzsystem ImpulseCheck bietet tiefgreifende Analysemöglichkeiten im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit innerhalb einer Anlage. Unter anderem die Möglichkeit zu handeln, bevor es zum Ausfall einer zentralen Komponente kommt – das Ergebnis ist die erhebliche Steigerung der Verfügbarkeit.
