Verheerende Brände wie die in der Notre-Dame werfen immer wieder ein trauriges Schlaglicht auf fehlerhafte elektrische Anlagen. Versicherer weltweit identifizieren in ihren Jahresberichten auch für 2020 erneut mangelhafte Elektrik mit gut 30 Prozent als Hauptursache für Feuerunfälle. Über die Hälfte hiervon sind auf Wartungsfehler und ein Viertel auf lose Verbindungen zurückzuführen. Um diese Ursachen zu beheben, ist die Qualität der Fachausbildung in der Elektrobranche seit Jahren immer anspruchsvoller geworden, DIN-Normen definieren Standards und spezifizierte Verfahrensanweisungen sollen den späteren sicheren Betrieb gewährleisten. Aber es geht noch mehr.
Traditionelle Wartung verschlingt Budget
Mit Blick auf die Servicegewohnheiten bei Mittelspannungsschaltanlagen wird sehr schnell deutlich, dass Wartungsarbeiten in den überwiegenden Fällen nach traditionellem Muster durchgeführt werden. Mit anderen Worten, Wartung findet zyklisch oder periodisch vorbeugend statt. Bei dieser Vorgehensweise bleibt allerdings das Ausfallrisiko zwischen zwei Wartungsfenstern bestehen. Im Besonderen erhöht sich dieses sogar, wenn der Einsatz von Anlagen und Geräten nicht den Herstellervorgaben entsprechen und die Belastung, Temperatur oder Verschmutzung über der Norm liegen.
Weil spontane Reparaturen nicht vorhersehbar sind, greifen sie darüber hinaus mit negativen Effekten in die Personalplanung ein. Denn ungeplante Ausfälle nehmen keine Rücksicht auf Feierabend oder Wochenende und Einsätze außerhalb der regulären Arbeitszeit werden üblicherweise und gemäß Arbeitsschutzgesetzen extra vergütet. Auch Material muss in kürzester Zeit beschafft werden, um die Versorgungssicherheit aufrecht erhalten zu können. In den Betriebskosten schlagen diese Aspekte mit hohen Summen zu Buche – ganz zu Schweigen vom Reputationsverlust eines Energieversorgungsunternehmens, wenn es zu längeren oder häufigeren Stromausfällen kommt.
Hinter verschlossenen Türen lauern Gefahren
Der Blick in eine Schaltanlage gibt viele Informationen preis und lässt Rückschlüsse auf mögliche Gefahrenursachen zu. Auch wenn meist der klassische Störlichtbogen für Brände verantwortlich ist, gibt es auch andere Auslöser. Lose Verbindungen wegen fehlerhafter Montage oder Verschleiß, thermische Belastungen durch zu hohe Temperatur in der Umgebungsluft, Feuchtigkeit aufgrund von Kondenswasserbildung an Komponenten oder auch zu hoher Druck innerhalb einer Schaltanlage können elektrische Fehler auslösen und brandgefährlich werden.
Schutzrelais funktionieren beispielsweise schon nicht mehr richtig oder fallen komplett aus, wenn eine zu hohe Luftfeuchtigkeit im Kabelraum herrscht. Die traditionelle Wartung kann diese Fehler nicht erkennen und das Ausfallrisiko bleibt bestehen. Ganz anders sieht es aus, wenn sich eine Schaltanlage selbst bemerkbar machen würde, sobald sich ein Fehler anbahnt.
Neue Generation nutzt digitale Vernetzung
Was in der Industrie schon länger als „machine health“ bekannt ist, lässt sich auch auf Mittelspannungsanlagen übertragen: Messwerte der Anlage werden aufgenommen, analysiert, mit historischen Daten abgeglichen und das Ergebnis wird schließlich in vorbeugende Wartungsarbeiten umgesetzt. Wichtige Voraussetzung für dieses Szenario ist, dass alle Komponenten miteinander kommunizieren und der Gesundheitszustand der Anlage transparent ist. Die neueste Generation von intelligenten Sensoren und Messgeräten von Schneider Electric kann kommunizieren und liefert Erkenntnisse: Mit den Easergy-Sensoren TH110 und CL110 lassen sich beispielsweise thermische Abweichungen, hervorgerufen durch lose Verbindungen respektive Umgebungsbedingungen wie Luftfeuchtigkeit, überwachen. Diese drahtlosen Sensoren nutzen das Kommunikationsprotokoll ZigBee, welches sich durch extreme Zuverlässigkeit in Netzwerken mit kurzen Reichweiten bis 100 Metern auszeichnet. Selbst die Drucküberwachung von Schalter- und Sammelschienenräumen wird in Echtzeit ermöglicht. Angebunden über Modbus-RTU-Kommunikation können die Werte einfach über ein Vamp P1P-Relais in jedes SCADA-System integriert werden.
Diese durchgängige Kommunikationsfähigkeit aller Komponenten und das Zusammenspiel mit den unternehmensseitig existierenden SCADA-, MES- und ERP-Systemen eröffnet ein noch viel weitreichenderes Optimierungspotenzial. Denn es ist nicht nur die einzelne Anlage, die – vorausschauend gewartet – sicherer und zuverlässiger arbeitet. Der Vergleich mehrerer Betriebsstätten, Anlagen oder neudeutsch Assets, offenbart viele weitere Stellschrauben zur Effizienzsteigerung innerhalb eines Unternehmens.
Asset Advisor hat alles im Blick
Daten in Echtzeit sammeln und Transparenz herstellen ist bei allen Maßnahmen für mehr Effizienz nur der erste Schritt. Die richtigen Daten, die relevanten, zu identifizieren, kann schon ein langwieriges Unterfangen werden, denn nicht immer ist zu Beginn eines Prozesses ersichtlich, aus welcher Datenlage nach der Analyse ein Mehrwert geschaffen werden kann. Jeder Analyst stellt sich daher zunächst zwei Fragen aus zwei Perspektiven: Was will ich wissen und welche Daten brauche ich dafür? Welche Daten stehen zur Verfügung und welche Erkenntnisse bringen sie? Die Schnittmenge ist schon Teil der Antwort und mithilfe von cloudbasierten digitalen Analysetools wie dem Asset Advisor von Schneider Electric lassen sich – basierend auf Konnektivität und Sensortechnologie – Auswertungen mit hohem Mehrwert generieren. Wenn diese dann noch für alle Anlagen, Betriebshöfe oder Umspannwerke zur Verfügung stehen, bieten sie nicht nur eine valide Datengrundlage für vorausschauende Wartung – sie identifizieren auch Benchmarks, die helfen, die Best-Performer zu benennen. Aber auch hier gilt, analoge Prozesse auf digitale umzustellen, ist noch nicht der ganze Trick – ein ineffizienter analoger Prozess würde so lediglich zu einem ineffizienten digitalen Prozess. Der Asset Advisor deckt auf, legt den Finger in die Wunde und identifiziert Potenziale. Diese zu heben und die Wartungsstrategie zu optimieren, obliegt am Ende den Betreibern.
Unterstützt werden sie von einem großen Expertennetzwerk, das mit fundiertem Wissen über Gerätearchitektur, Technologie, Features und Integration der Schaltanlagen rund um die Uhr verfügbar ist. Dafür hat Schneider einen dedizierten Support, den Connected Service Hub, eingerichtet, der weit über präventive Empfehlungen zur Wartung hinaus geht. Auch betriebswirtschaftliche Einschätzungen, die CapEx- und OpEx-Entscheidungen lenken, werden von den Schneider-Experten aufgrund der Analysen des Asset Advisors erarbeitet. Das Zusammenspiel aller Komponenten muss natürlich in einem sicheren Umfeld stattfinden. Zur Orientierung für die Erfüllung von Cybersicherheit dient die IEC 62443. In dieser europäischen Norm sind vier Security Level (SL) festgesetzt, die von SL 1 für beiläufige Verstöße bis SL 4 für nationale Angriffe reichen. SL 1 wird bereits durch die sicherheitszertifizierten Hauptkomponenten des EcoStruxure Asset Advisors von Schneider Electric erreicht. Level 2 ist in der Finalisierung und wird ebenfalls kurzfristig zur Anwendung kommen.
Nicht ganz im Hosentaschenformat und als Spielerei konzipiert, ist die hochperformante digitale Analyse von Schaltanalgen und Energieverteilungsnetzen doch erstaunlich handlich. Auf handelsüblichen Smartphones mit Android Betriebssystem lassen sich Funktionen wie beispielsweise thermische Überwachung ausführen – in sicherem Abstand von 10 Metern zu der MS-Anlage. Mit einem simplen ZigBee-Dongle und dem eingescannten NFC-Tag installiert sich die App „Thermal Collect“ und die Zustandsüberwachung beginnt – ganz ohne Infrarotkamera oder Thermofenster.
Im Kontrollzentrum und auf Multi-Media-Bildschirmen lässt sich der Betrieb einer Anlage natürlich auch im XXL-Format überwachen. So können verschiedene Dashboard-Ansichten die Übertragung der Sensordaten auf mehreren Bildschirmen parallel visualisieren und ermöglichen neue Interpretationen oder das einfache Erkennen von Kausalzusammenhängen.
Fazit
Fehler in einer Energieverteilung vermeiden und damit Sicherheit für Menschen und Anlagen erhöhen, Ausfälle vermeiden und Kosten senken – so die ureigene Aufgabe von Wartungsarbeiten. Damit diese nicht nur zwischen zwei Intervallen einen statischen Wert ermittelt, sondern die Gesundheit von Mittelspannungsanlagen in Echtzeit überwacht, hat Schneider Electric mit Easergy TH110 und CL110 eine neue Generation von Sensoren entwickelt, die kommunikationsfähig sind und eine 24/7 Echtzeit-Überwachung der Anlagen ermöglichen. Damit verringern sich nicht nur Ausfallzeiten und Gesamtbetriebskosten. Durch die Anbindung an cloudbasierte Analysetools wie Asset Advisor und den Support von Mitarbeitern des Connected Service Hub sind auch betriebswirtschaftliche Betrachtungen möglich, die operative und strategische Unternehmensentscheidungen validieren.
