Kontakt

Strona główna

Zakłócenia i ryzyka utraty funkcjonalności

We współczesnym świecie, coraz bardziej specjalizowane urządzenia, posiadające coraz bardziej złożoną konstrukcję, wymagają coraz lepszej jakości energii.

W punktach zasilania, oczekuje się zarówno niezawodnej (bezprzerwowej) dostawy energii elektrycznej jak i jakości tej energii, która umożliwia prawidłowe działanie tych odbiorników. Idealne źródło zasilania prądu przemiennego, to niczym nie zakłócony sygnał sinusoidalny o częstotliwości 50 Hz (Europa).Na podstawie pomiarów oraz badań sieci można stwierdzić, że spotykany w praktyce prąd przemienny nie ma przebiegu czysto sinusoidalnego. Przyczyną takich zjawisk są generowane zakłócenia zarówno po stronie dostawcy jak również po stronie odbiorcy energii.
Jakość energii elektrycznej jest opisana szeregiem parametrów wielkości fizycznych związanych z napięciem, tj. wartość skuteczna, częstotliwość, współczynnik odkształcenia THDu, zawartość harmonicznych, itd.

W celu poszerzenia wiedzy, polecamy zapoznać się z artykułem Pana Zbigniewa Hanzelka z AGH pt. "Jakość energii elektrycznej - wyższe harmonicze" dostępnej do pobrania tutaj

Wysoki poziom harmonicznych w sieci zasilającej powoduje nieprawidłową pracę wielu urządzeń oraz jest przyczyna uszkodzeń i zniszczeń odbiorników. W przypadku zasilania infrastruktury krytycznej, jakość energii staje się więc jednym z kluczowych czynników wpływających na dostępność do jej usług.
Urządzenia elektroniczne i energoelektroniczne takie jak: przemienniki częstotliwości silników i napędów, UPS, świetlówki i żarówki energooszczędne, sprzęt komputerowy, zasilacze prądu stałego są jednymi z powszechnie wykorzystywanych urządzeń, które generują harmoniczne wskutek pobierania niesinusoidalnego prądu. Generalnie im więcej urządzeń elektronicznych i energoelektronicznych w systemie, tym mogą wystąpić większe zniekształcenia i większe współczynniki THD (Total Harmonic Distortion).

Duży poziom odkształceń wpływa na nieprawidłową pracę zabezpieczeń elektroenergetycznych, wyłączników różnicowoprądowych, urządzeń sterowania i regulacji, sieci transmisji danych, komputerów, sterowników, itp. Harmoniczne mogą być przyczyną przeciążenia i uszkodzeń baterii kondensatorów, transformatorów, silników indukcyjnych, urządzeń przekształtnikowych, kabli zasilających, itp. Zakłócenia w sieci zasilającej pochodzące od wyższych harmonicznych są odpowiedzialne m.in. za wzrost mocy biernej i mocy odkształceń, zwiększenie strat przesyłowych, niestabilną pracę układu zasilania, rezonansowe wzrosty napięcia oraz inne niepożądane zjawiska negatywnie wpływające na prace i trwałość urządzeń.
Harmoniczne (określane w stosunku do prądu lub napięcia) to sygnały o częstotliwości będącej wielokrotnością częstotliwości znamionowej zniekształcające swoją obecnością sygnał zasilający, wpływając na jego przebieg przez zmianę parametrów zasilania.

W większości instalacji technicznych o znaczeniu krytycznym konsekwencją zaniedbań w ciągłym śledzeniu jakości energii może być skrócenie żywotności urządzeń poniżej oczekiwanych czasów MTBF (skutki odsunięte) lub po prostu, niespodziewane awarie (skutki natychmiastowe) odczuwalne jako przerwy w zasilaniu wywołane przez przełączanie torów zasilających odstawianych przez zabezpieczenia, losowe przepięcia lub zadziałanie wyzwalaczy podnapięciowych wyłączników rozdzielnic głównych, zadziałanie zabezpieczeń termicznych urządzeń, itp.

Skutki odsunięte nie są odczuwalne natychmiast, jednakże przyczyniają się do zwiększonej awaryjności odbiorników, a także powodują wymierne straty finansowe. Te zjawiska powodowane głównie przez odbiorniki nieliniowe, powodujące szereg niekorzystnych zjawisk mogących wystąpić w sieci wewnętrznej, w tym:

  • pojawienie się dodatkowej straty energii przetwarzanej na ciepło w silnikach indukcyjnych na skutek występowania prądów wirowych od harmonicznych prądu w wyniku zjawiska histerezy magnetycznej,
  • pojawienie się dodatkowej straty mocy czynnej w silnikach indukcyjnych na skutek występowania harmonicznych napięcia tego samego rzędu, powodując że nagrzewanie nawojowych uzwojeń w których, izolacja pod wpływem wzrostu temperatury ulega stopniowemu nagrzewaniu, tracąc przy tym swoje właściwości, co w konsekwencji doprowadzić może do powstania zwarcia,
  • zwiększenie strat energii na przesyle (kable i transformatory) na skutek przegrzania wywołanych zwiększeniem wartości skutecznej prądu, w tym:
    1. wystąpienie przegrzania izolacji przewodu N zasilania odbiorników niskiego napięcia zasilanych przez lokalne transformatory, w których dolne uzwojenie nawinięte jest w gwiazdę, co w przypadku zasilania odbiorników niesymetrycznych powoduje zamknięcie wszystkich prądów fazowych na przewodzie neutralnym i znaczny wzrost tego prądu w stosunku do wartości w przewodach fazowych i w konsekwencji jego przegrzanie,
    2. nawet kilkukrotnie szybsza degradacja izolacji kabli, uzwojeń silników i transformatorów, na skutek zwiększonej temperaturą pracy w efekcie wystąpienia zjawiska naskórkowości,
    3. nawet 2 krotne zwiększenie straty prądu w samym rdzeniu transformatora na skutek powstania prądów wirowych oraz zwiększenie strat przewodzenia na skutek tzw. zjawiska naskórkowości powodujących nadmierne ich nagrzewanie, często połączone z pogorszeniem odprowadzenia ciepła,
  • Wywoływanie odkształcenia napięcia na elementach rozdzielczych, głównie transformatorach, co powoduje dodatkowe odkształcanie prądu i jego przepływ przez elementy liniowe,
  • przeciążanie elementów pojemnościowych, np. kondensatorów w bateriach i obwodach pośredniczących prądu stałego na skutek przepływu dodatkowych prądów pojemnościowych od wyższych harmonicznych,
  • odkształcenia napięcia powodujące zakłócenia w pracy urządzeń elektronicznych: sterowników, falowników, itp.

spalony transformatornagrzany dławikuszkodzone baterie kondensatorów

W celu wyeliminowania zjawiska pogarszania jakości energii należy prowadzić ciągły pomiar. Pomiary prowadzone nie rejestrują zmienności parametrów w czasie. Ciągłe pomiary parametrów sieci polegają na rejestrowaniu szeregu wielkości charakteryzujących energię elektryczną. Analizator mierzy wartość każdego parametru z określoną częstotliwością (np. 50 razy na sekundę), co przy analizie zmian przebiegu wielkości mierzonych pozwala na lokalizację źródeł występowania zakłóceń w wewnętrznej sieci rozdzielczej. Ciągłe pomiary dają również możliwość oceny dostarczanej jakości energii elektrycznej muszą w punkcie poboru od dostawcy. W razie zmian w konfiguracji infrastruktury technicznej ciągłe pomiary pozwalają na pomiary poprawności doboru baterii kondensatorów w celu oceny działania kompensacji mocy biernej.

Aktualnie jedynie poprawnym i sprawdzonym sposobem eliminacji wyższych harmonicznych jest stosowane aktywnych filtrów harmonicznych w sieci. Poprawnie dobrane filtry umożliwiają:

  • Poprawę współczynnika mocy,
  • Redukcję zakłóceń harmonicznych sieci,
  • Redukcję prądu przewodu neutralnego,
  • Redukcję nierównomiernego obciążenia faz,
  • Redukcję spadków napięć na transformatorach i kablach,
  • Zmniejszenie prądu rozruchowego pobieranego z sieci,
  • Obniżenie zapotrzebowania na moc transformatorów,
  • Obniżenie zapotrzebowania na moc agregatów prądotwórczych,
  • Redukcję temperatury transformatorów i kabli,
  • Ustanie ryzyka występowania rezonansu harmonicznych,
  • Obniżenie kosztów wytwarzania i przesyłu energii elektrycznej.

Zastosowanie filtru aktywnego redukuje również koszty:

  • energii elektrycznej związane z wprowadzaniem mocy biernej indukcyjnej i pojemnościowej,
  • koszty materiałowe (brak konieczności przewymiarowania przewodów neutralnych i transformatorów czy agregatów),
  • ryzyka uszkodzenia urządzeń elektronicznych spowodowanych zakłóceniami w sieci elektrycznej
  • zysk związany z brakiem przewymiarowania agregatów prądotwórczych n/p zniekształceń,
  • wydłuża okres eksploatacji urządzeń i kabli,

Nigdy nie mamy 100% pewności, że nie dojdzie do zdarzenia powodującego odstawienie dostępu do usługi świadczonej przez Infrastrukturę Krytyczną. Przyczyn incydentów mogą być dziesiątki, a jedną z najczęstszych jest człowiek. Promowana na niniejszym portalu IDEA zapewnienia funkcjonalności infrastruktury technicznej o znaczeniu krytycznym polega na zminimalizowaniu tego ryzyka. Warto ocenić możliwe koszty wynikające z braku ciągłość dostępu do usług infrastruktury krytycznej na wypadek wystąpienia niespodziewanej sytuacji kryzysowej rozpatrywanych w kontekście kosztów ponoszonych na przygotowanie infrastruktury technicznej o znaczeniu krytycznym oraz przygotowanie organizacyjno merytoryczne służb utrzymania ruchu tej infrastruktury.
Należy przeprowadzić kalkulację ryzyk związanych z zatrzymaniem dostępu do usług zanim jeszcze do niej dojdzie. Podstawą jest założenie, że w każdej chwili może dojść do awarii, o trudnym do oszacowania zasięgu, co w konsekwencji wpłynie na działanie całości lub części dostępu do usług świadczonych przez Infrastrukturę Krytyczną.

Model kosztu awarii skład się 11 grup kosztowych, które można zidentyfikować w pełnym (lub częściowym) udziale w trakcie wystąpienia i usuwania zdarzenia mającego charakter awarii:
• 9 podstawowych kategorii kosztowych jest związanych bezpośrednio i pośrednio z reakcją na brak dostępu do usługi świadczonej przez infrastrukturę krytyczną,
• 2 kategorie kosztów są związane z utraconymi korzyściami, a więc , reprezentujące koszty niezwiązane bezpośrednio z usuwaniem awarii

Koszty pośrednie i bezpośrednie:
• Koszt wykrycia - działania związane z początkowym wykryciem i badaniem całkowitej lub częściowej przerwy w działaniu.
• Koszt ograniczenia - działania i koszty, które pozwalają zapobiec rozprzestrzenianiu się awarii.
• Koszt naprawy - działania i koszty, które odnoszą się do przywrócenia głównych systemów do stanu gotowości.
• Koszty „ex-post” reakcji – wszystkie koszty nadzwyczajne, powstałe po wystąpieniu i usunięciu awarii.
• Koszt sprzętu - koszt wyposażenia nowych zakupów i remontów uszkodzonego sprzętu.
• Koszty personelu - stracony czas personelu świadczącego bezpośrednio usługę biznesową, do której ustał dostęp w wyniku awarii i związane z nim wydatki.
• Koszty utraty produktywności użytkownika końcowego - stracony czas Użytkownika Końcowego i związane z tym koszty.
• Koszt zleceniobiorców - koszt wykonawców, konsultantów, biegłych i innych specjalistów, zaangażowanych w celu wyjścia z nieplanowanych przestojów.

Koszty utraconych korzyści:
• Koszt utraconych przychodów - całkowita utrata potencjalnych i rzeczywistych przychodów (wynikających z umów) z powodu niezdolności do uzyskania dostępu do usług w okresie trwania awarii.
• Koszt przerwania działalności (konsekwencje przerwy) - łączna strata gospodarcza z tytułu przerwy w działaniu, wliczając w to: utratę reputacji, rezygnację klientów, utratę szans biznesowych itp.

 

Przytoczone poniżej dane pochodzą ze źródeł:

1. Ponemon Institute - instytucja, która prowadzi niezależne badania dotyczące prywatności, ochrony danych i polityki bezpieczeństwa informacji. Ponemon Institute jest organizacją macierzystą Amerykańskiej Rady Odpowiedzialnego Zarządzania Informacją (RIM).

2. Emerson Network Power - spółka z grupy Emerson zajmująca się infrastrukturą techniczną o znaczeniu krytycznym w serwerowniach, sieciach łączności, opiece zdrowotnej i obiektach o znaczeniu krytycznym. Firma dostarcza oprogramowanie, sprzęt i usługi, które zwiększają dostępność, potencjał i wydajność przedsiębiorstw.
Dane pochodzą z ankiet przeprowadzonych w latach 2010-2013 i dotyczą 41 obiektów o wielkości minimalnej powyżej 230 m2 na terenie USA, w których wystąpiła minimum 1 awaria w ciągu 12 miesięcy poprzedzających badanie. Dane można pobrać z poniższego linku.

Kategoria kosztu Razem ($) Średnia ($) Mediana ($) Min. ($) Max. ($)
Wykrycie 916 245 22 347 16 138 519 48 178
Przywrócenie 856 226 20 884 15 899 - 48 178
Działania "ex-post" 391 015 9 537 10 261 - 26 332
Sprzęt 371 586 9 063 6 369 357 52 136
Czas personelu IT 1 743 738 42 530 23 861 - 24 509
Użytkownik końcowy 3 945 269 96 226 67 904 1 251 599
Zleceniobiorcy 287 331 7 008 6 097 - 21 634
Utracony przychód 4 841 270 118 080 - - 755 077
Przerwa w prowadzeniu biznesu 7 372 922 179 827 98 065 - 912 263
KOSZT ŁĄCZNIE 20 725 602 505 502 507 052 38 969 1 017 746

W kontekście tych kosztów, warto zauważyć, że:

  1. koszty bezpośrednie awarii to tylko 38% kosztów całkowitych,
  2. średni koszt minuty przestoju to $5600,
  3. przy średnim czasie trwania 90 minut, awaria powoduje koszty na poziomie $500 000,
  4. najdroższe awarie dotykają sektor telekomunikacyjny i bankowy (około $1 000 000)
  5. najmniej kosztowne awarie dotykają sektor hotelarstwo i turystykę (około $85 000),
  6. porównując ogólne koszty badanych incydentów infrastruktury krytyczne według topologii TIER 3 i TIER 4, można zauważyć, że przy różnuicy w braku dostępności pomiędzy TIER 3 i TIER 4 wynoszącej około 72 minuty, koszty całkowite awarii mogą być niższe o około $403 000 rocznie.
  7. najczęstszy powód awarii to usterki UPS i błędy niestandardowe (związane z codzienną obsługą),
  8. paradoksalnie, do najrzadszych przyczyn należą awarie sprzętu IT,
  9. mimo, że sprzęt IT ulega awariom najrzadziej, jego łączne średnie koszty są najwyższe!
  10. błąd ludzki lub niestandardowy, mimo, że niemal najczęstszy, sumarycznie powoduje najniższe koszty awarii.

Power supply7Dysfunkcje infrastruktury technicznej są najczęściej związane niewłaściwym nadzorem lub serwisem urządzeń i systemów.

Można do nich zaliczyć: 

  • złe parametry zasilania lub brak zasilania podstawowego wraz z odstawieniem zasilania rezerwowego;

  • przekroczenie wartości  parametrów środowiska lub zbyt szybki przyrost gradientu parametru fizycznego grożący dysfunkcją lub odstawieniem pomieszczeń z przeznaczeniem na cele specjalne;

  • zalanie lub zapylenie lub zadymienie; 

  • zakłócenia pracy urządzeń oraz dysfunkcje mogące wystąpić w trakcie dokonywania przełączeń z układów podstawowych na układy rezerwowe;

  • awarie urządzeń lub systemów będące następstwem zaniechań lub zaniedbań obsługi lub serwisu,

drycoolery6

Dysfunkcje infrastruktury technicznej są najczęściej związane z brakiem lub niewłaściwym serwisem i nadzorem urządzeń i systemów. Można do nich zaliczyć:

i) złe parametry zasilania lub brak zasilania podstawowego wraz z odstawieniem zasilania rezerwowego;
ii) przekroczenie wartości parametrów środowiska lub zbyt szybki przyrost gradientu parametru fizycznego grożący dysfunkcją lub odstawieniem pomieszczeń z przeznaczeniem na cele specjalne;
iii) zalanie lub zapylenie lub zadymienie;
iv) zakłócenia pracy urządzeń oraz dysfunkcje mogące wystąpić w trakcie dokonywania przełączeń z układów podstawowych na układy rezerwowe;
v) awarie urządzeń lub systemów będące następstwem zaniechań lub zaniedbań obsługi lub serwisu,
Ryzyka utraty „Funkcjonalności Infrastruktury Technicznej” są najczęściej konsekwencją jednego lub wielu czynników w sposób bezpośredni związanych z błędami ludzkimi.

Najczęściej popełniane błędy są następstwem:

  1. braku właściwego serwisu lub nadzoru urządzeń i systemów,
  2. niewłaściwego przygotowania lub rutyny wynikającej z braku doświadczenia pracowników odpowiedzialnych za utrzymania ruchu;
  3. zbyt małej obsady załogi wymaganej dla właściwego zapewnienia utrzymania ruchu,
  4. braku właściwych lub nie przestrzegania obowiązujących procedur eksploatacyjnych, serwisowych lub awaryjnych, co świadczy o braku profesjonalizmu obsady i krótkowzroczności właściciela;
  5. nie wykonywania terminowych czynności serwisowych urządzeń i systemów, co jest związane prowadzeniem niewłaściwej polityki eksploatacyjnej lub barkiem nadzoru ze strony właściciela;
  6. brakiem profesjonalnych szkoleń i re-certyfikacji służb technicznych jako następstwo cięcia kosztów w obszarach, które powinny pozostawać pod specjalnym nadzorem;
  7. braku wyobraźni właściciela, szczególnie w odniesieniu do konsekwencji zaniechań, zaniedbań, braku nadzoru pracy służb technicznych oraz niewłaściwego budżetowania serwisu i nadzoru ruchu.
  8. braku dostępu w wymaganym czasie do właściwych części zamiennych lub odpowiedniego wsparcia przez serwis zewnętrzny urządzeń.

Zapewnienie właściwego poziomu „Funkcjonalności” na etapie eksploatacji jest następstwem wdrożonej polityki utrzymania ruch oraz rezultatem pracy szeregu służb.
Co ważniejsze, przeważająca większość kosztów całkowitych ponoszonych na instalacje i budynki w cyklu ich życia, jest generowana po stronie operacyjnej, od momentu przekazania inwestycji do ruchu, w związku z tym, większość potencjalnych strat (lub możliwych oszczędności) jest generowana po stronie operacyjnej. Straty lub oszczędności są ściśle związana z podejściem Właściciela do profesjonalnego utrzymania ruchu i serwisu. Najczęściej jednak, wysoki poziom automatyzacji stwarza pokusę redukcji kosztów operacyjnych generowanych przez służby utrzymania ruchu, co w większości przypadków stoi w sprzeczności z polityką właściwej eksploatacji krytycznej infrastruktury technicznej.

Polecane artykuły

  • Zasady utrzymania dostępności do usług infrastruktury krytycznej

    Prawidłowe prowadzenie usługi utrzymania ruchu ma na celu zminimalizowanie ryzyka zatrzymania dostępu do usług świadczonych przez infrastrukturę krytyczną (np. przetwarzanie danych w serwerowniach, świadczenie statutowej działalności w administracji państwowej, dostęp do usług finansowych banku, zapewnienie Read More
  • O ekstremalnych lokalizacjach DC

    Nie ma wątpliwości, że jedną z najważniejszych decyzji towarzyszących budowie centrum danych jest wybór lokalizacji. Dostęp do sieci i koszty energii elektrycznej, łączność, bezpieczeństwo, warunki pogodowe i topografi czne – to wszystko składa się na decyzję o zlokalizowaniu Read More
  • Terminologia – data center czy to coś znaczy?

    Krzysztof Szczygieł Autor jest Prezesem Polskiego Instytutu Data Center S.A. i ekspertem w CENELEC TC215 WG03 w zespole opracowującym zespół norm EN 50600 „Data centre infrastructure and facilities” Terminologia – data center czy to coś Read More
  • Szanse i zagrożenia rozwoju rynku serwerowni w Polsce

    Globalne trendyWzrost zapotrzebowania na usługi sieciowe jest efektem rozwoju społeczeństwa w dobie cyfryzacji, a także wyzwań strukturalnych stojących przed społeczeństwem cyfrowym.Gigantyczny wzrost ruchu cyfrowego (informacyjnego) w Internecie jest niezaprzeczalnym faktem. Raport opracowany w 1994 r. Read More
  • 1

Serwerownie info o autorze

  
O administratorze serwisu

 

Absolwent Akademii Morskiej w Gdyni na wydziale budowy eksploatacji siłowni okrętowych. Posiada ponad 20-letnie doświadczenie w systemach nadzoru instalacji technicznych. Swoje doświadczenie zdobywał w pracy w międzynarodowych koncernach: Honeywell, Schneider Electric i Johnson Controls. Pasjonat procesu zapewnienia funkcjonalności jak również podnoszenia efektywności energetycznej i budownictwa zrównoważonego.

FOIL ATS736 Wrobel 140710 cmyk

Posiada akredytację Uptime Institute nr.736 

W przypadku pytań: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.poczta1

  • Misja portalu

    W kontekście bezpieczeństwa funkcjonowania państwa często występuje pojęcie „infrastruktura krytyczna”, która opisuje obiekty fizyczne, systemy zaopatrzenia, technologie informacyjne i sieci informatyczne, które w wyniku zniszczenia, zakłócenia funkcjonowania czy uszkodzenia stają się niedostępne przez dłuższy okres, przez co mogą znacząco uderzać w społeczne lub ekonomiczne warunki społeczeństwa, lub wpływać na możliwości zapewnienia obrony Read More
  • Notaka o Uptime Institute

    Niezależna organizacja z sektora badań, edukacji i doradztwa w sektorze centrów przetwarzania danych (serwerownie), która w swej działalności skupia się na podnoszeniu bezpieczeństwa funkcjonalnego, niezawodności i wydajności infrastruktury technicznej oraz organizacji służb utrzymania ruchu.Od początku lat 90-tych promuje klasyfikację TIER odnoszącą się do określenia poziomu dostępności i niezawodności infrastruktury (fizycznej Read More
  • Koszty awarii

    Nigdy nie mamy 100% pewności, że nie dojdzie do zdarzenia powodującego odstawienie dostępu do usługi świadczonej przez Infrastrukturę Krytyczną. Przyczyn incydentów mogą być dziesiątki, a jedną z najczęstszych jest człowiek. Promowana na niniejszym portalu IDEA zapewnienia funkcjonalności infrastruktury technicznej o znaczeniu krytycznym polega na zminimalizowaniu tego ryzyka. Warto ocenić możliwe Read More
  • 1