Interview

Störenden Strömen auf der Spur.

© VZM GmbH

30.5.2018 (bz) – Jörg Schulz (js) ist Sicherheitsberater und Elektrogutachter der VZM GmbH. Bernd Zimmermann (bz) erklärte er, warum sein Messinstrumentarium in der Sicherheitsberatung Sinn macht.

 

 

"Weil messen sicherer ist als vermuten."

Jörg Schulz, BBA
Elektrogutachter von zur Mühlen'sche GmbH, Bonn
Messgeräte eines VZM-Sicherheitsberaters
Foto: VZM

bz: Jörg, Du bist nicht nur Redaktionskollege vom Sicherheits-Berater, sondern vor allem auch Experte der von zur Mühlen’sche Sicherheitsberatung aus Bonn (VZM). Berater sieht man selten mit solchen Elektromessgeräten herumlaufen, wie sie hier in Deinem Büro zu sehen sind.

js: Das dürfte im Beratungsgeschäft auch ziemlich einzigartig sein – zumindest im Bereich der Sicherheitsberatungen. Ich kann also nur für uns sprechen: Wir haben im Rahmen unserer Gutachter- und Beratertätigkeiten schon immer einige Messungen durchgeführt. Das geschah vorzugsweise bei unseren Schwachstellenanalysen, wenn es darum ging, Fehler aufzudecken. Dabei stößt man immer wieder auf Phänomene, die ohne hochwertige Messgeräte nicht mehr erklärbar sind: So kann zum Beispiel ein überhöhter Oberwellenanteil, eine übermäßige Schieflast oder zu viel Blindleistung ein elektrotechnisches Netz gewissermaßen an den Rand des Wahnsinns bringen. Dann lösen auf einmal Überstromschutzorgane aus, ohne dass es dafür eine augenscheinliche Ursache gibt. Aber es nützt niemandem, wenn man Sicherheits- und Verfügbarkeitsprobleme, zum Beispiel einen drohenden Blackout, nur attestiert – das Problem muss angegangen und gelöst werden. Unser Wunsch, ein elektrotechnisches Versorgungs- und Verteilungssystem sozusagen durchschauen zu können, war also Vater des Gedankens, in professionelles Equipment zu investieren.

bz: Was sagen Dir denn die Daten, die Dir diese Messgeräte liefern?

js: Wir können recht einfach den Auslastungsgrad einer Anlage ermitteln, dies nicht nur als Momentaufnahme, sondern als Langzeitaufzeichnung. Unser Equipment kann hierzu im Niederspannungsbereich dreiphasig bis an die Grenze von 1.000 Ampere eingesetzt werden. Wir können Lastspitzen und Phänomene, die mit Schalthandlungen in Zusammenhang stehen, ermitteln. Hier muss man auch wissen, wonach man suchen muss: Nicht jedem ist bewusst, dass beim Abschalten großer Lasten Spannungsspitzen entstehen können. Bei Funktions- und Härtetests geben uns diese Geräte Informationen über das Lastverhalten und die Redundanzfähigkeit einer elektrotechnischen Anlage. Wir können Isolationsfehler aufdecken und kleine, aber für den Personenschutz gefährliche Leckströme aufspüren. Wir können am Oszilloskop erkennen, wie sich Spannung und Strom im zeitlichen Verlauf verhalten und können die entsprechende Phasenverschiebung beziffern. Weiterhin können wir am Oszilloskop darstellen, wie Schaltnetzteile den Strom dem Netz nicht sinusförmig entnehmen, sondern nur im Scheitelpunkt der Sinuskurve der Spannung.

Foto: VZM

Wir können erkennen, welche Schleifenimpedanz eine Anlage beim Verbraucher hat und den voraussichtlichen Kurzschlusstrom an dieser Stelle prognostizieren.

bz: Ich sehe, es sprudelt nur so aus Dir raus. Sicher hast Du auf Anfrage noch zahllose weitere Beispiele. Mir stellt sich dabei die Frage: Eure Beratungskunden könnten doch ebenso gut einen Elektriker fragen?

js: Das stimmt, auch Installateure besitzen Messequipment. Wir müssen aber feststellen, dass hier häufig die übergeordnete ganzheitliche Sichtweise nicht gegeben ist und die Betrachtung oft einseitig verläuft. So nutzen die Betriebe die Geräte eher, um im Konfliktfall ihre Sichtweise nachzuweisen. Entweder attestieren sie die Fehlerfreiheit der von ihnen installierten Anlage: "Was willst Du denn eigentlich? Hinten kommen doch 230 Volt raus!" oder wenn sie den Bedarf eines großen Auftrages wittern, wird die Anlage in Grund und Boden "gegutachtet" und als akutes Sicherheitsrisiko dargestellt: "Dat muss alles neu!" Und wenn ein Kunde dann einen Elektriker damit beauftragt, ein umfassendes Gutachten zu erstellen, stellt er oft fest, dass das Know-how sehr stark von der ausführenden Person abhängt. Oder der Elektriker holt sich ein externes Gutachterbüro dazu. Da kann der Kunde auch direkt zu uns kommen und kann sicher sein, ein neutrales Ergebnis frei von Interessenkonflikten zu bekommen.

bz: Im Prinzip bist Du ein Elektrotechnik-Forensiker?

js: Einerseits ja, weil wir praktisch Rückschau betreiben. Ein Beispiel: Ein RZ-Betreiber zeigte uns seine 50-kVA-Miet-USV, die aufgestellt wurde, da die Stromversorgung gerade umgebaut wurde. Die alte, inzwischen kaputte USV hatte keinerlei Anzeige. Die Mietanlage hingegen schon. Sie zeigte 30 Prozent Auslastung an. Kurze Zeit später 50 Prozent. Dann wieder 30 Prozent. So ging das weiter. Wir begannen nun, dieses Phänomen ins Netz hineinzumessen und verfolgten die Netzstruktur rückwärts und konnten eine ständig in kurzen Abständen taktende Klimaanlage als Störgröße identifizieren. Daraufhin veränderte der Techniker ein paar Regelparameter und Schwellwerte und schon beruhigte sich das Ganze. Anhand dieses eher harmlosen Beispiels ist vorstellbar, wie kritisch es werden kann, wenn Anlagen im "Blindflug" betrieben werden.

bz: Und wie kannst Du Kunden unterstützen, die sich mit Planungen und Projektierungen beschäftigen?

js: In bestehenden Anlagen mit Sanierungsbedarf zielt unser Messangebot darauf ab, eine Datenbasis zur zukunftssicheren Netz- und Anlagenplanung zu haben. Unsere Messungen ermöglichen hierbei bedarfsorientierte Planungen und Anlagenauslegungen. Hier geht es schließlich darum, dass es gelingt, eine Dimensionierung auf Basis einerseits der tatsächlichen und andererseits der über den Lebenszyklus der Anlage prognostizierten Anlagendaten zu realisieren. Letztendlich ist das Ganze dann auch eine Kostenfrage – überdimensionierte oder schlecht konfigurierte Anlagen verschlingen eben unnötige Kosten. Es passiert aber immer wieder, insbesondere dann, wenn die Anlagen mit der Glaskugel geplant werden. Das können wir besser.

bz: Jaja, die Glaskugel. Kannst Du weitere konkrete Beispiele aus der Projektpraxis nennen?

js: Das Stichwort Redundanz ist eben schon gefallen: Im Zuge einer Schwachstellenanalyse haben wir einmal ein redundantes Versorgungssystem unter die Lupe genommen. Der FM-Verantwortliche war der festen Überzeugung, mit zwei separaten Versorgungssträngen für eine vollständige Redundanz gesorgt zu haben. Sollte einer der beiden Stränge ausfallen, hätte, so die Annahme, der andere übernehmen können. Mit Hilfe unserer Messungen konnten wir hier jedoch eindeutig ein Redundanzversagen nachweisen, da die Lastverhältnisse unausgewogen waren und der Wegfall eines Pfades den verbleibenden Pfad "vor die Wand" gefahren hätte. Diese Erkenntnis führte dann zu einer Fehlerkorrektur, die Anlage wurde an die erhöhte Last angepasst.

Und wir mussten auch schon nachweisen, dass nichts passiert: Die Wartungsfirma einer Brandmeldeanlage wurde den ständigen Fehlern der Anlage nicht Herr und erklärte die Störungen mit "Stromschwankungen" - eine Formulierung, die mir die Haare zu Berge stehen lässt. Daraufhin rückten wir an und durchleuchteten das Netz eine Woche lang auf alle möglichen Störungen, wie Spannungsschwankungen, Transienten, also schnelle Spitzen, Oberschwingungen, Stromstöße usw. Danach attestierten wir zwar keine ideale Netzqualität, aber eine innerhalb der normativen Toleranzen. Daraufhin fühlte sich die Wartungsfirma zur strukturierten Fehlersuche motiviert und tauschte einige Ringleitungsmodule aus. Seitdem läuft die Brandmeldeanlage störungsfrei.

Wir finden im Bestand auch immer wieder Anlagen vor, bei denen mehrere Sternpunkte der Trafos und/oder der NEAs direkt geerdet sind. Früher hat man das so gemacht, der heutige Stand der Technik ist aber ein anderer. Es darf je Netz nur einen Erdungspunkt, den zentralen Erdungspunkt, abgekürzt ZEP, geben, da man bei allen anderen Konstellationen das Erdungssystem dem Neutralleiter parallel schaltet und die Neutralleiterströme dann fatalerweise über das Erdungssystem fließen, zumindest anteilig. Die Folgen sind in der Fachwelt lange bekannt, Ströme auf Schirmen von Datenleitungen, Lochfraß an metallischen Anlagenteilen, schnelle Korrosion bis hin zum Kugellagerverschleiß. Wir kennen Methoden, mit denen man ermitteln kann, ob der zentrale Erdungspunkt wirklich die einzige Erdverbindung einer Anlage ist oder ob es versteckte weitere Erdverbindungen gibt.

Die Liste ließe sich sicher noch weiter fortführen: So können wir Probleme mit Gefahrenmeldeanlagen wie oben bereits erwähnt mit Unterstützung der Messgeräte viel besser identifizieren. In Rechenzentren können wir die Doppelbodenableitfähigkeit testen, die elektrostatische Aufladung von Personen vermeiden soll. Du siehst also, wenn man dieses Equipment einmal besitzt und gelernt hat, damit umzugehen, finden sich immer neue Einsatzarten, die ja letztendlich dem Ziel dienen, Risiken zu minimieren. Genau das ist ja die Aufgabe unserer Tätigkeit. Es geht also ganz konkret um Personenschutz, um Brandvermeidung, um die Sicherstellung von Verfügbarkeit der technischen Infrastruktur, um die angemessene Dimensionierung von Anlagen, um ein Redundanzscreening und vieles mehr.

Sichtbar gemachte Transferlücke
Bildquelle: VZM

bz: Wie genau sind denn diese Messgeräte?

js: Die Geräte genügen durchaus gehobenen Ansprüchen. Ein Beispiel: Ein Transferschalter im Rechenzentrum hat ja die Aufgabe, bei plötzlichem Ausfall des Versorgungsnetzes unterbrechungsfrei auf ein Redundanznetz umzuschalten. Nun passiert diese Umschaltung nicht wirklich komplett unterbrechungsfrei, sondern nur so schnell, dass die zeitliche Lücke durch kapazitive Bauelemente in den Netzteilen der Server abgefangen wird, also binnen weniger Millisekunden. Wenn also der Transferschalter von Netz A auf Netz B umschaltet, kann ich mit einer zeitlichen Auflösung von 4.500 Messungen/Sekunde ermitteln, wie groß die Transferlücke wirklich ist. Das sind 0,22 Millisekunden oder 220 Mikrosekunden zwischen zwei Messungen. Eine Sinuswelle hat bei 50 Hertz eine Zeitdauer von 20 Millisekunden, dieser Zyklus wird mit 90 Messungen mitgeschrieben. Die Abbildung zeigt eine Lücke von fast 10 Millisekunden, also einer Sinus-Halbwelle. Dies ist die maximal mögliche Umschaltzeit, da dieser Transferschalter erst im Nulldurchgang zuschaltet. Fällt der Strom genau am vorhergehenden Nulldurchgang weg, "wartet" die Leistungselektronik des Transferschalters eben 10 Millisekunden lang.

Zudem lassen wir unsere Messgeräte regelmäßig kalibrieren. Hierfür beauftragen wir einen Dienstleister mit einer DAkkS-Kalibrierung. DAkks steht für Deutsche Akkreditierungsstelle. So können wir sicherstellen, dass unsere Messergebnisse zutreffend sind.

bz: Vielen Dank, Jörg Schulz, für das Gespräch.

 

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js@vzm.de (Jörg Schulz)

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bz@sicherheits-berater.de (Bernd Zimmermann)