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Ferndiagnose der Netzparameter - HAAG Elektronische Messgeräte ...

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netzpraxis<br />

VWEW Energieverlag GmbH: www.vwew.de<br />

Son<strong>der</strong>druck (Nr. 07 159) aus Jg. 46 (2007), Heft 5, S.24-28<br />

Netzanalyse via VPN-Technologie<br />

<strong>Ferndiagnose</strong> <strong>der</strong> <strong>Netzparameter</strong><br />

Neuentwicklungen auf dem<br />

Sektor <strong>der</strong> Mobilfunk-Datenkommunikation<br />

ermög lichen<br />

es nun zu vertretbaren Kosten,<br />

vom Ein satz ort unabhängige<br />

Haag-Netzanalysatoren über die<br />

VPN-Technologie mit dem eigenen<br />

Firmen- o<strong>der</strong> Heim-Netzwerk<br />

zu verbinden. VPN steht<br />

für »Virtuelles Privates Netzwerk«<br />

und bedeutet, dass über<br />

das Internet ein sicherer »Funk-<br />

Daten-Tunnel« mit Verschlüsselung<br />

vom eigenen Netzwerk zu<br />

einem Messgerät aufgebaut<br />

wird.<br />

Rolf Schreiber, Leiter Netzqualität, Elektrizitätswerke<br />

des Kantons Zürich, Zürich<br />

Dr. Hans-Joachim Haag, Geschäftsführer <strong>der</strong><br />

Haag Elektro nische <strong>Messgeräte</strong> GmbH, Waldbrunn<br />

Bild 1: »Omni-Quant mobil«<br />

Diese neue Technologie steht nun<br />

auch für Mobilfunk (GSM/UMTS)<br />

zur Verfügung. Infolge <strong>der</strong> sinkenden<br />

Internet- und Mobilfunk-Verbindungskosten<br />

wird sie zudem immer<br />

kostengünstiger und ist in <strong>der</strong><br />

Anwendung deutlich einfacher als<br />

eine Wählverbindung. Voraussetzung<br />

am Einsatzort: GSM (UMTS)-<br />

Empfang und eine Spannungsversorgung.<br />

Haag macht nun nach einer längeren<br />

Testphase diese Technik zu<br />

einem ergänzenden Feature <strong>der</strong> eigenen<br />

<strong>Messgeräte</strong>. Alle Haag-Netzanalysatoren<br />

»Euro-Quant«, »Combi-Quant«<br />

und »Omni-Quant« können<br />

nachträglich mit dieser Technik<br />

ergänzt werden.<br />

Der Nutzen für die einzelnen Anwendungen<br />

liegt in <strong>der</strong> eingesparten<br />

Zeit des Fachpersonals, in <strong>der</strong><br />

Fahrkostenreduzierung und dem<br />

schnellen Zugriff auf externe und<br />

neue Messstellen.<br />

1 Mobile Messungen mit »Omni-<br />

Quant« mobil<br />

Bei mobilen Messungen hat <strong>der</strong><br />

Messtechniker vielfach das Prob -<br />

lem, dass er das mobile Messgerät<br />

(Bild 1) auf den Zustand einstellen<br />

muss, den er vorfindet. Da sich die<br />

Netzzustände än<strong>der</strong>n können, bietet<br />

sich ihm nun die Möglichkeit,<br />

direkt von seinem Arbeitsplatz aus<br />

verän<strong>der</strong>te Bedingungen zu überprüfen<br />

und z. B. die Schwellwerte<br />

in dem entfernten Messgerät zu<br />

verän<strong>der</strong>n o<strong>der</strong> neue bzw. vergessene<br />

Parametrierungen vorzunehmen.<br />

Mitarbeiter mit weniger explizitem<br />

Fachwissen installieren die<br />

Netzanalysatoren, <strong>der</strong> Spezialist<br />

stellt dann von seinem Arbeitsplatz<br />

o<strong>der</strong> irgendeinem Ort via Internet<br />

und VPN-Technologie die Verbindung<br />

zu den Geräten her, parametriert<br />

sie, bewertet die Messwerte<br />

online, liest die Daten aus und erstellt<br />

mit Haag-Software automatisierte<br />

Protokolle.<br />

Diese enormen wirtschaftlichen<br />

Vorteile potenzieren sich, wenn<br />

qualifiziertes Personal bisher in regelmäßigen<br />

Abständen die Messstellen<br />

selbst aufsuchen musste,<br />

um die Messdaten zu kontrollieren<br />

und abzurufen.<br />

2 Erweiterung des Aktionsradius<br />

Bei zahlreichen Anwen<strong>der</strong>n ist<br />

<strong>der</strong> messtechnische Aktionsradius<br />

<strong>der</strong>zeit begrenzt. Mit dem VPN-<br />

Router sind jetzt erstmals Messwerte<br />

aus Geräten von Orten zu erhalten,<br />

die bisher datentechnisch<br />

noch nicht erschlossen waren o<strong>der</strong><br />

durch unzugängliches Gelände<br />

nicht zugängig waren.


np FACHTHEMA<br />

Netzanalyse<br />

3 Konzentration auf Fachkräfte<br />

und ihre Fernunterstützung<br />

Der Trend, Dienstleistungen auszulagern<br />

und durch Personaloptimierung<br />

zahlreiche langjährige<br />

Mitarbeiter in den Ruhestand zu<br />

verabschieden, führt zum Verlust<br />

umfangreichen Know-hows in vielen<br />

technischen Sparten, einschließlich<br />

<strong>der</strong> Messtechnik. Übrig<br />

bleibt eine Anzahl – vielfach überfor<strong>der</strong>ter<br />

– Spezialisten.<br />

Immer wie<strong>der</strong> stellt man dann<br />

bei Störungen fest, dass diese Experten<br />

selten dort sind, wo sie gerade<br />

gebraucht werden.<br />

Mit dem schnellen drahtlosen Internetzugang<br />

können sich Techniker<br />

bei Bedarf problemlos die Unterstützung<br />

durch Spezialisten von<br />

außen holen. So können Spezialis -<br />

ten ortsungebunden die Messungen<br />

an<strong>der</strong>er Mitarbeiter betreuen.<br />

Sie »sehen« dem jeweiligen Techniker<br />

bei den Messungen über die<br />

Schulter und helfen online bei <strong>der</strong><br />

richtigen Parametrierung und<br />

Bild 2:<br />

»Combi-<br />

Quant« mit<br />

Funkrouter<br />

(links)<br />

eventuell später bei <strong>der</strong> Auswertung<br />

(Bild 2).<br />

Applikation: Aktivfilter im<br />

Höchstspannungsnetz –<br />

<strong>Ferndiagnose</strong> <strong>der</strong> Netzqualität<br />

Die Region »Unterengadin« liegt<br />

in <strong>der</strong> südlichsten Schweiz inmitten<br />

<strong>der</strong> Alpen. Das regionale Verteilnetzwerk<br />

wird vom Umspannwerk<br />

Pradella (Bild 3) versorgt.<br />

Die Station Pradella ist in <strong>der</strong><br />

Schweiz mit dem Netzknoten »Sils«<br />

verbunden sowie in das europä ische<br />

Netz eingebunden. Im Jahr 1991<br />

wurde das Höchstspannungs-Verbundnetz<br />

mit einer Doppelleitung<br />

nach Westtirol (A) erweitert. Seit Inbetriebnahme<br />

dieser Erweiterung<br />

sind im Unterengadin (CH) Prob -<br />

leme mit Oberschwingungen aufgetreten.<br />

Die gemessenen Pegel übersteigen<br />

zum Teil über längere Zeit die<br />

Grenzwerte gemäß <strong>der</strong> EN 50 160.<br />

Durchgeführte Studien und umfangreiche<br />

Messungen <strong>der</strong> Netzqualität<br />

mittels Haag-<strong>Messgeräte</strong>n bele-<br />

Bild 3:<br />

Umspannwerk<br />

Pradella<br />

gen, dass die hohen Oberschwingungsspannungen<br />

durch Re so nan -<br />

zen im 380-kV-Netz verursacht<br />

werden. Diese Resonanzen liegen<br />

im Bereich <strong>der</strong> 5. und 7. Oberschwingung.<br />

Die von <strong>der</strong> Leitung »Westtirol«<br />

eingeprägten sowie die in den ört -<br />

lichen Verteilnetzen erzeugten Ober -<br />

schwingungsströme schaukeln sich<br />

an den Resonanzen auf und führen<br />

in den unterlagerten Netzen zu<br />

störenden Oberschwingungsspannungen.<br />

Kritische Störpegel entstehen<br />

vor allem dann, wenn die Anbindung<br />

an den Verbundnetzknoten<br />

Sils (CH) fehlt. An<strong>der</strong>seits geht <strong>der</strong><br />

Störpegel auf Normalwerte zurück,<br />

wenn die Verbundleitung zwischen<br />

Pradella und »Westtirol« aufgetrennt<br />

wird. Mit einer Variantenstudie wurden<br />

verschiedene Lösungen (Passivfilter,<br />

Sperrfilter und Aktivfilter) zur<br />

Kompensation <strong>der</strong> Oberschwingungsströme<br />

untersucht und aus<br />

technischen und wirtschaftlichen<br />

Gesichtspunkten die Installation eines<br />

Aktivfilters (Leistung 2400 kvar)<br />

an <strong>der</strong> 11-kV-Tertiärwicklung des<br />

380/220-kV-Transformators in Pradella<br />

gewählt (Bild 4).<br />

Ein bereits früher installiertes Aktivfilter<br />

(Leistung 440 kvar) für die<br />

Region Martina/Samnaun wird belassen,<br />

da dieses die lokale Situation<br />

bezüglich Oberschwingungen<br />

erheblich verbessert hat.<br />

Die Elektrizitätswerke des Kantons<br />

Zürich (Fachstelle Netzqualität)<br />

wurden mit <strong>der</strong> Realisierung<br />

dieses Projektes beauftragt. Ausschlaggebend<br />

für diesen Auftrag<br />

waren die guten Erfahrungen mit<br />

dem Filter für Samnaun, ein Festpreisangebot<br />

und die Möglichkeit,<br />

durch Fernparametrierung die Aktivfilter<br />

an verän<strong>der</strong>te Gegebenheiten<br />

anzupassen.<br />

Angesichts <strong>der</strong> großen Kompensationsleistung<br />

werden zwei Stück<br />

Aktivfilter parallel geschaltet und<br />

über einen Spezial-Transformator<br />

11/0,5 kV mit <strong>der</strong> Tertiärwicklung<br />

verbunden. Dazu musste berück -<br />

sichtigt werden, dass im Transformator<br />

nahezu keine 50-Hz-Signale<br />

son<strong>der</strong>n nur Oberschwingungen<br />

übertragen werden. Die Reglersignale<br />

für die Aktivfilter werden aus<br />

den Stromwandlern auf <strong>der</strong> 220-kV-<br />

Ebene abgeleitet.<br />

Baulich wurden die Aktivfilter<br />

und <strong>der</strong> Transformator sowie Steu -


er einrichtungen in einem Container<br />

untergebracht (Bild 5). Ein zentraler<br />

Aspekt stellt die Belüftung<br />

die ses Containers dar.<br />

Die Filter weisen zusammen eine<br />

Verlustleistung von 60 kW auf, bei<br />

einer erfor<strong>der</strong>lichen Kühlluftmenge<br />

von 11.000 m 3 /h. Dabei kann sich<br />

die Außentemperatur in einem Bereich<br />

von -20 bis 30 °C än<strong>der</strong>n. Die<br />

zulässige Temperatur im Container<br />

soll 20 °C ±10 °C betragen. Angesichts<br />

<strong>der</strong> großen Kühlluftmenge,<br />

<strong>der</strong> Platzverhältnisse und <strong>der</strong> vorgegebenen<br />

Werte wird die Lüftungsanlage<br />

in einem Monoblock auf<br />

dem Containerdach angebracht. Im<br />

Containerdach sind dann zwei Öffnungen<br />

von 1 m 2 für die Zu- bzw.<br />

Abluft erfor<strong>der</strong>lich (Bild 6).<br />

Der gesamte Container wurde in<br />

einem dafür geeigneten Montagewerk<br />

bestückt und verkabelt und<br />

danach anschlussfertig an den Einsatzort<br />

(Pradella) transportiert. Dort<br />

wurden vorgängig die entsprechenden<br />

Fundamente und Zuleitungen<br />

erstellt, so dass <strong>der</strong> fertige Container<br />

darauf abgesetzt werden konnte.<br />

Dank guter Zusammenarbeit<br />

und dem Engagement vieler Mitarbeiter<br />

wurde dieses Projekt termingerecht<br />

realisiert. Die Anlage ging<br />

Ende September 2006 in Betrieb.<br />

Schon in <strong>der</strong> Projektierungsphase<br />

wurde darauf geachtet, dass die<br />

gesamte Anlage hinsichtlich Überwachung<br />

und Parametrierung sehr<br />

flexibel ist und damit auch die<br />

Möglichkeit besteht, von einem externen<br />

Standort aus Einfluss auf<br />

den Betrieb zu nehmen.<br />

Zu diesem Zweck werden die beiden<br />

Aktivfilter und die Lüftungsanlage<br />

von einer speicherprogrammierbaren<br />

Steuerung (SPS) aus gesteuert.<br />

Zur Netzqualitätskontrolle<br />

wurde zudem ein Haag »Omni<br />

Quant« auf <strong>der</strong> 500-V-Ebene (Ausgang<br />

<strong>der</strong> beiden Aktivfilter) fest<br />

eingebaut.<br />

In den Aktivfiltern ist je ein<br />

»Commissioning and Service Interface«<br />

(COSI) vorhanden, über welches<br />

das Filter parametriert werden<br />

kann. Alle diese Komponenten weisen<br />

eine Ethernet-Schnittstelle (RJ-<br />

45-Ports) auf und sind gemeinsam<br />

mit einem Switch verbunden.<br />

Nun stellte sich die Frage, wie können<br />

diese Geräte in ein IP-Netzwerk<br />

eingebunden werden, da am Standort<br />

kein Netzwerk vorhanden ist;<br />

Prinzipschema<br />

Sils (CH)<br />

60 kV Unterengadin 110 kV Martina/Samnaun<br />

(regionales Verteilnetzwerk)<br />

ein entsprechendes Netzwerk wird<br />

durch den Anlagebetreiber erst zu<br />

einem späteren Zeitpunkt er stellt.<br />

Die Lösung des Prob lems heißt<br />

»Digi Connect VPN Router«, ein<br />

Ethernet zu Mobile Netzwerk Router<br />

zur Anbindung dezentraler o<strong>der</strong><br />

entfernter Ge räte über den gängigen<br />

Mobilfunkstandard GSM<br />

(GPRS, Edge) und die neuen Standards<br />

UMTS und HSDPA. Damit<br />

wird eine leistungsstarke Wireless-<br />

Kommunikation über einen Mobil-<br />

Netz-Anbieter (z. B. Swisscom) erreicht.<br />

Je nach Standort und Auslas -<br />

tung <strong>der</strong> Mobile-Netze wird bei einem<br />

angemeldeten »Digi Connect<br />

VPN Router« (Bild 7), auch wäh -<br />

380 kV<br />

11 kV<br />

240 MVA<br />

220 kV<br />

Bild 4: Prinzipschema mit Anbindung Aktivfilter<br />

Bild 5: Grundriss des Containers<br />

Westtirol (A)<br />

Aktivfilter<br />

2,5 MVA<br />

11/0,5 kV<br />

rend <strong>der</strong> Datenübertragung, die<br />

entsprechende Übertragungstechnologie<br />

automatisch umgeschaltet.<br />

Dabei können die in Tafel 1 genannten<br />

Übertragungsraten realis -<br />

tisch erreicht werden.<br />

Es sei nicht verschwiegen, dass<br />

das Programmieren des Digi Con -<br />

nect spezifische Fachkenntnisse<br />

voraussetzt; die lokalen Vertreter<br />

<strong>der</strong> Haag <strong>Elektronische</strong> <strong>Messgeräte</strong><br />

GmbH waren jedoch dabei behilflich.<br />

Ist das Digi Connect einmal programmiert,<br />

so ist es ein Kin<strong>der</strong>spiel,<br />

eine Verbindung damit aufzubauen.<br />

Für die Haag-<strong>Messgeräte</strong> muss<br />

in <strong>der</strong> Auswertesoftware »Damon«<br />

zunächst die Schnittstelle pro-


np FACHTHEMA<br />

Netzanalyse<br />

Bild 6: Ansicht des Containers mit aufgesetzter Lüftungsanlage Bild 7: Digi Connect VPN Route<br />

grammiert werden, wobei unter<br />

»Net« bei <strong>der</strong> »IP-Adresse« <strong>der</strong> entsprechende<br />

»Host und Domain<br />

Name«, analog <strong>der</strong> Programmierung<br />

im Digi Connect, einzugeben<br />

ist. Vorzugsweise wird diese Einstellung<br />

in <strong>der</strong> Geräteliste abgespeichert.<br />

Danach ist das entsprechende<br />

Messgerät (z. B. »Combi-<br />

Quant«) auszuwählen und den Button<br />

»Online-Messen« zu drücken.<br />

Dadurch wird die Verbindung zum<br />

Messgerät innerhalb weniger Sekunden<br />

aufgebaut und die Online-<br />

Sicht steht zur Verfügung. Auf die<br />

gleiche Art und Weise kann mittels<br />

Übertragungsraten<br />

Technologie Übertragungsrate<br />

GPRS bis 40 kBit/s<br />

EDGE Uplink bis 100 kBit/s<br />

Downlink bis 200 kBit/s<br />

UMTS Uplink bis 64 kBit/s<br />

Downlink bis 384 kBit/s<br />

HSDPA etwa 1 bis 2 MBits/s)<br />

Tafel 1: Übertragungsraten unterschiedlicher<br />

Technologien<br />

Netzqualität<br />

Edited by Foxit PDF Editor<br />

Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004<br />

For Evaluation Only.<br />

dem Button »Aufzeichnen« auf das<br />

Ge rät zugegriffen werden, um Messdaten<br />

herunter zu laden o<strong>der</strong> die<br />

Messparameter zu verän<strong>der</strong>n.<br />

Der Zugriff auf die übrigen in <strong>der</strong><br />

Station Pradella vorhandenen Kom -<br />

ponenten (SPS, COSI) findet über<br />

den Internet Explorer statt, wobei<br />

in <strong>der</strong> Regel <strong>der</strong> »Host und Domain<br />

Name« ergänzt mit dem gewünschten<br />

Port einzugeben ist, <strong>der</strong> vorgängig<br />

im Digi Connect entsprechend<br />

pro grammiert wurde.<br />

Diese Verbindung über das Internet<br />

aus dem Büro in Zürich in die<br />

rd. 200 km entfernte Schaltstation<br />

Pradella funktioniert seit<br />

Herbst 2006 perfekt.<br />

Damit wird es möglich,<br />

die Situation in Pradella<br />

bezüglich Oberschwingun-<br />

gen permanent zu überwachen<br />

und falls erfor<strong>der</strong>lich,<br />

die Parametrierung <strong>der</strong> Aktivfilter<br />

zu optimieren.<br />

Die Investition in einen<br />

»Digi Connect VPN Router«<br />

von rd. 1.000,– € hat<br />

sich schnell bezahlt ge -<br />

macht, bedenkt man, dass<br />

allein die Fahrzeit von<br />

Zürich nach Pradella drei Stunden<br />

beträgt.<br />

Konsequenzen dieser durchweg<br />

positiven Erfahrungen mit dem<br />

»Digi Connect VPN Router« sind,<br />

dass bei den EKZ kein Haag-Messgerät<br />

»Combi-Quant« mehr in den<br />

Einsatz kommt, ohne dass ein »Digi<br />

Connect VPN Router« angeschlossen<br />

wird. Die Vorteile dieser Lösung<br />

sind bestechend und bringen nicht<br />

zuletzt auch für den Kunden einen<br />

Gewinn, denn Effizienz und Flexibilität<br />

werden heute erwartet.<br />

Die Installation von <strong>Messgeräte</strong>n<br />

wird einfacher, zumal dazu auch<br />

Personal mit weniger explizitem<br />

Fachwissen eingesetzt werden<br />

kann. Der Fachexperte wird dann<br />

nach einer durchgeführten Installation<br />

vom Schreibtisch aus den korrekten<br />

Anschluss des <strong>Messgeräte</strong>s<br />

überprüfen und die Parametrierung<br />

vornehmen.<br />

rolf.schreiber@ekz.ch<br />

drh@haag-messgeraete.de<br />

www.ekz.|ch<br />

www.haag-messgeraete.de<br />

Uns geht jede Störung ins Netz:<br />

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