Utrulling av fiberstruktur til nettstasjoner i Demo Steinkjer DS-rapport 004 Steinkjer 07.09.2014 Gunnar Vist
Innhold 1. Bakgrunn... 1 2. Formål... 1 3. Prosjektmål (leveranser)... 1 4. Resultater og erfaringer... 1 4.1 Overordnede føringer for valg av kommunikasjonsutrustning og instrumentering.... 2 4.2 Valg av nettstasjoner... 2 4.3 Skap og instrumentering... 3 4.3.1 Instrumentering... 3 4.4 Kravspesifikasjon for nye nettstasjoner med hensyn til kommunikasjons- og overvåkingsutstyr... 7 4.5 Kostnadseffektiv etablering av fiberkommunikasjon... 7 4.5.1 Kost-/nytte... 7 4.5.2 Planlegging av framtidige nett... 8 4.6 Andre erfaringer... 8 5. Vedlegg... 9
1. BAKGRUNN Dette prosjektet tok sikte på å etablere fiberkommunikasjon ut til noen utvalgte nettstasjoner langs 22GU Steinkjer Trafo Disse utvalgte er nettstasjoner med ledig plass for instrumentering. Nettsentralen har i mange tilfeller liten oversikt over mindre feil i distribusjonsnettet. Ved å etablere sikker kommunikasjon vil man kunne instrumentere nettstasjonen slik at man kan overvåke driften av den. Fiberinfrastruktur ble valgt for å ha størst mulig fleksibilitet i forhold til fremtidige testkrav i Demo Steinkjer, både med tanke på real-time løsninger men også på overføring av større datamengder fra flere instrumenteringer over samme kanal. Det var ønskelig at eksisterende fiberinfrastruktur skulle kunne utnyttet til demoformål. Instrumentering i nettstasjoner vil være en viktig faktor for å utløse nettnytte-potensialet i AMS og fjernstyring/overvåkning av distribusjonsnettet. 2. FORMÅL Etablere fremtidsrettet fiberinfrastruktur i Demo Steinkjer. Finne ut om dette kan gjøres kostnadseffektivt i områder med eksisterende infrastruktur og hvordan man eventuelt kan planlegge nye nett for å ivareta nettselskapenes interesse. 3. PROSJEKTMÅL (LEVERANSER) Etablere fiberinfrastruktur til 5 nettstasjoner i Demoområdet. Finne ut om etablering av fiberinfrastruktur kan gjøres kostnadseffektivt i områder med eksisterende infrastruktur og hvordan man eventuelt kan planlegge nye nett for å ivareta nettselskapenes interesse. Utvikle «NTE standard» for skap for terminering av fiber og plassering av overvåkingsutstyr Utvikle kravspesifikasjon for nye nettstasjoner med hensyn til kommunikasjons og overvåkingsutstyr 4. RESULTATER OG ERFARINGER Det er i skrivende stund 6 nettstasjoner som har fått fiberkommunikasjon inn til NTEs hovedkontor. 5 av disse har også fått montert instrumentering for overvåking av lavspentsiden av nettstasjonen. Overvåkingsutstyr for den 6. nettstasjonen er anskaffet og venter nå på å bli montert. Data og Side 1
eventuelle alarmer fra overvåkningsløsningen sendes kontinuerlig inn til en egen sikker server plassert hos NTE. Data og alarmer presenteres så i et webgrensesnitt for operatør. Det er også mulig å konfigurere serveren til å sende epost ved definerte alarmer/hendelser. Presentasjon i overliggende systemer er også mulig men ikke satt opp hos Demo Steinkjer pr i dag. 4.1 Overordnede føringer for valg av kommunikasjonsutrustning og instrumentering. NTE Nett flagget tidlig at de ønsket at prosjektet skulle ta fram en «NTE-standard» for instrumentering av eksisterende nettstasjoner, en såkalt «retrofit»-løsning. Den skulle være mulig å montere på eksisterende nettstasjoner av varierende typer. Klima var også en viktig faktor å ta hensyn til både med tanke på temperatur (høy og lav) og fuktighet. Det ble derfor valgt en løsning der termineringsbokser, fibersvitsj og overvåkingsutstyr ble montert i et låsbart aluminiumsskap som kunne plasseres på yttervegg på nettstasjonene og som også hadde plass til strømforsyning med batteribackup og et varmeelement som automatisk slås på når temperatur faller under et visst nivå. 4.2 Valg av nettstasjoner Nettstasjonene ble valgt ut etter følgende kriteria: Nærhet til eksisterende fiber for å minimalisere graving og kostnader Variasjon i type nettstasjonskiosk (innvendig betjent, utvendig betjent, eldre modeller) Måtte være mulig å feste skap for instrumentering på yttervegg på en sikker måte. Noen nettstasjoner har ytre bekledning av tre som kan gi dårlig feste for skapet med instrumentering og fiberkommunikasjonsutrustning Gjennomføring av kabler for instrumentering /sensorer inne i nettstasjon måtte kunne gjøres slik at det ble sikret mot skader / beskyttet mot ytre påvirkning og som f.eks. hærverk. Lastprofil Totale kostnader Ved utvelgelse av nettstasjoner brukte vi dokumentasjonen i Nettinformasjonssystemet i tillegg til at vi foretok en «besiktigelse» av nettstasjonen ved hjelp av Google Streetview. På denne måten reduserte vi risikoen for nettstasjonene vi valgte skulle være uegnet. Før endelig valg ble det foretatt en befaring ute i felten der man hadde med skapet som skulle monteres for å verifisere at det var mulig Side 2
å gjennomføre montasjen. Det viste seg at alle nettstasjonene som ble valgt ut på bakgrunn av kriteriene og ved hjelp av dokumentasjon i Nettinformasjonssystemet og «besiktigelse» med Streetview var egnet. 4.3 Skap og instrumentering REN-blad NR 4021 VER 1.0 ble brukt som utgangspunkt for valg av instrumentering. Dette er ikke en detaljert standard for nettstasjonsovervåking men gir en grei oversikt over hvilke parametere som skal / bør / kan overvåkes. I samarbeid med Smart Grid Norway AS, NTE Nett og NTE Bredbånd ble det utviklet en spesifikasjon på utstyret som skulle ha plass i skapet. På bakgrunn av denne spesifikasjonen tilpasset Eltjeneste AS et skap som hadde plass til nødvendig instrumentering. Skapet er i eloksert aluminium og har veggfester samt beskyttelsesdeksel på undersiden for ledninger som føres gjennom kioskveggen. Skapet har også integrert GSM-antenne for lokasjoner som ikke har muligheter for fibertilknytning. Denne er ikke i bruk i Demo Steinkjer. Skapet har luftekanaler / åpninger på baksiden som skal gi ventilasjon på varme dager og forhindre kondens når det er kjølig. Skap for instrumentering og fiberkommunikasjonsutstyr montert på yttervegg av nettstasjon Det er også plassert et varmeelement i skapet som slås på når temperaturen faller under en definert grense og slår seg av igjen etter en viss tid. 4.3.1 Instrumentering 4.3.1.1 Innhold i skapet: DIN-skinner Fibertermineringsboks Datasvitsj for fiber / Ethernet To forskjellige typer er brukt. Cisco IE-2000-4TS-G-B (rugged) tåler lave og høye temperaturer, sjokk og vibrasjoner Icotera IGW 3000 (ikke rugged) Side 3
Varmeelement Nettanalysator (multiinstrument) CVM-MINI er et instrument som måler, beregner og viser de vanligste elektriske parametere i et tre-fase anlegg (både balansert og ubalansert). Målingene er av sann RMS type og utføres via tre AC spenningsinnganger og tre AC strøminnganger. (Via In/5A eller In/1A strøm trafoer). irtu (intelligent RTU) irtu er en kompakt industri-pc for nettstasjonsovervåking og AMS målerinnsamling via GPRS eller LAN tilkobling. Den har flere serieporter for tilkobling av RS485 Modbus, M-Bus, PLC eller 1-wire kommunikasjon. Programvaren i boksen kan fjernoppdateres for å f. eks implementere støtte for nye kommunikasjonsprotokoller. 230 Volt stikkontakt 230V til 12V DC strømforsyning med batteribackup Strømtrafoer for overvåking av last på transformator Det ble valgt to forskjellige typer datasvitsjer. En såkalt «rugged» type og en vanlig type beregnet for innendørs bruk. Vi har ennå ikke kjørt utstyret en hel sesong så det gjenstår å se om vi får driftsproblemer med den billige «kontorsvitjsen» når vinteren setter inn. Det er stor prisforskjell på de to typene. Icoteraen koster 800 Kr. mot 4-5000 Kr. for Cisco-svitsjen. En prisforskjell på 3-4000 per enhet er en bra besparelse hvis det viser seg at svitsjen klarer driftsforholdene i skapet på vinters tid. Vi har i 2014 hatt en rekordvarm sommer og ingen av svitsjene har hatt problemer med det så langt. En annen fordel med Icotera-svitsjen er at den er meget enkel å sette opp. Boksen er i bruk i NTE Markeds bedriftsportefølje, og det er en automatisert verdikjede knyttet til den for tanking av software og konfigurasjon. Enkel utrulling med andre ord. Boksen trenger ikke innom NTE før den settes opp. Begge typer svitsjer ligger i alle NTE Marked sine standard management- og overvåkingssystemer. Dette var viktig ved valg av svitsj. En Svitsj som eventuelt var ny for driftspersonalet og systemene ville sannsynligvis vært både dyrere å sette opp og drifte. Om nettselskapet skulle ha driftet løsningen Side 4
og derfor uansett ville ha måttet bygge opp kompetanse og systemer på drifting, ville det muligens ha stilt seg annerledes. Dette er imidlertid ikke noe som er blitt viet mye oppmerksomhet i prosjektet. Bilde av ferdig montert skap med innhold. 4.3.1.2 Samband, database og presentasjon Samband Fiberbredbånd 10 Mbit Lag 3 VPN, alle oppkoblet på felles switch i Sjøfartsgata 3 Discover Web Server (Server) Side 5
Systemskisse nettstasjonsovervåking Demo Steinkjer. Komponenter merket med gult nummer er i bruk i Demo Steinkjer: Side 6
4.4 Kravspesifikasjon for nye nettstasjoner med hensyn til kommunikasjons- og overvåkingsutstyr Svaret vi fikk fra NTE nett når vi tok opp dette spørsmålet var at alle nye prefabrikkerte nettstasjoner nettselskapet bestilte skulle ha et avsatt rom for plassering av kommunikasjons- og overvåkingsutstyr. For øvrig ville man forholde seg til standarder som blir utviklet i bransjen gjennom arbeidet i REN bl.a. REN-blad 6025. 4.5 Kostnadseffektiv etablering av fiberkommunikasjon Kan etablering av fiberkommunikasjon gjøres kostnadseffektivt i områder med eksisterende infrastruktur og hvordan kan man eventuelt planlegge nye nett for å ivareta nettselskapenes interesse? Hvis vi ser på selve fiberinfrastrukturen ble gjennomsnittlig kostnad pr nettstasjon slik: Framføring av fiber (uten elektronikken): 35.000 kr. Pr nettstasjon (fra 25 til 40 ) Kommunikasjonselektronikk (svitsj og termineringsbokser:) Mellom 1000-5000 pr nettstasjon Skap med strømforsyning, sikringer, overspenningsvern, varmeelement etc.: ca. 20.000,- I tillegg kommer montasje av utstyret i skapet, montering ute i felt og oppsett av VPN-sambandet. Anslagsvis 3-6000,- pr nettstasjon. Dette er for å etablere kommunikasjonen. Skal man ha nytte av kommunikasjonen må man også ha instrumentering (nettanalysator, irtu og server for mottak og presentasjon av data / alarmer). Her er det en grunnlagsinvestering knyttet til server for mottak av data. Hvis vi ser bort fra denne kommer enhetskostnaden på instrumenteringen på ca. 6-8000,- På bakgrunn av dette kan vi estimere en gjennomsnittlig kostnad på i underkant av 70 per nettstasjon. Driftskostnader kommer på toppen av dette. 4.5.1 Kost-/nytte Er det tilstrekkelig kost-/nytte i dette? Det kommer vel an på driftssituasjonen i den enkelte nettstasjonen. Et kanskje viktigere spørsmål er om det er nødvendig med fiberkommunikasjon hvis man kun skal overvåke. En intelligent RTU som filtrerer alarmer og data vil redusere behovet for Side 7
båndbredde betraktelig. Da vil man antakelig i mange tilfeller greie seg med GSM-kommunikasjon og slipper antakelig unna med en investering ned mot en tredjedel av kostnaden i forhold til fiber. Skal man imidlertid også fjernstyre brytere og komponenter i nettstasjonen er antakelig saken en annen. Da vil hurtigheten og sikkerheten i et fiberbasert VPN være overlegent annen kommunikasjonsteknologi. 4.5.2 Planlegging av framtidige nett Hvis man planlegger for felles infrastruktur for målerdatainnsamling ved for eksempel å plassere konsentratorer eller gatewayer for radiobasert kommunikasjon (eller annen teknologi f.eks. PLC) mot AMS-målerne i tilknytning til nettstasjoner med fiber, vil det antakelig bidra til å bedre regnestykket. Noen energiselskaper som f.eks. NTE, er også en tilbyder av fiberkommunikasjon ut i markedet og ytterligere synergi kan kanskje oppnås ved også å legge fordelingsskap for fiberen i samme skap som nettstasjonsovervåkingen og målerdatainnsamlings-gatewayer. Dette vil kreve større skap enn de vi har brukt i Demo Steinkjer og kanskje også to eller tre separate låsbare avdelinger i skapet. 4.6 Andre erfaringer Vi har hatt noen driftsavbrudd på overvåkningsløsningen på en av nettstasjonene. Dette skyldes trøbbel med strømforsyning og ikke overvåkingsutstyret i seg selv. Et annet tilfelle var at nettverkskabelen mellom irtu og datasvitsj ikke var satt i. Slik det er organisert nå må vi sende ut en elektromontør for å montere samt søke og rette feil på det som har med strømtrafoer, strømforsyning, nettanalysator og sikringer å gjøre, mens en annen data-/telemontør kobler fiber og en tredje må ta seg av feilsøking som har med irtu og kommunikasjonsutstyret å gjøre. Det er klart dette blir unødvendig kostbart og behovet for å utdanne smart grid montører er tydelig. Denne rapporten tar ikke med noe om resultat og nyttebetraktninger fra de data som samles inn ved hjelp av overvåkningsløsningen. Dette ligger utenfor mandatet til delprosjektet. For informasjon om dette vil vi vise til rapporter fra forskningsprosjektet DeVID som ser på dette. Side 8
5. VEDLEGG Vedlegg 1: Instrumentering Nettstasjoner i Demo Steinkjer, beskrivelse-dataark.pdf Side 9
Demo Steinkjer rapportserie (DS-rapport) Demo Steinkjer (2012). Utrulling Demo Steinkjer. Byafossen. Sluttrapport. DS-rapport nr. 1. Steinkjer. Demo Steinkjer (2012). Utrulling delprosjekt 2.1 Demo Steinkjer. Sluttrapport (2012). DSrapport nr. 2. Steinkjer. Inger Anne Tøndel, Martin Gilje Jaatun & Maria Bartnes Line (2012). Security Threats in Demo Steinkjer. Report from the Telenor-SINTEF collaboration project on Smart Grids. DSrapport nr. 3. Trondheim: SINTEF. Gunnar Vist (2014). Utrulling av fiberstruktur til nettstasjoner i Demo Steinkjer. Rapport fra delprosjekt 4, fase 1. DS-rapport nr. 4. Steinkjer: Demo Steinkjer. Demo Steinkjer (2014). PowerHack 2014. Dokumentasjon og evaluering. DS-rapport nr. 5. Steinkjer. Demo Steinkjer (2014). IKT-arkitektur og tilgang til data i Demo Steinkjer. Bakgrunn, vurderinger og løsninger. DS-rapport nr. 6. Steinkjer. Side 10