USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung)

USV-unterbrechungsfreie Stromversorgung

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Was ist eine USV?

Die AbkĂŒrzung USV steht fĂŒr Unterbrechungsfreie Stromversorgung. Dabei handelt es sich um ein GerĂ€t, das die elektrische Versorgung von Anlagen und GerĂ€ten bei Störungen sicherstellt. Der englische Fachbegriff lautet “Uninterruptible Power Supply” und wird entsprechend mit UPS abgekĂŒrzt.

Eingesetzt werden USV in erster Linie in Rechenzentren, KrankenhĂ€usern, Eisenbahn-Stellwerken und Leitzentren. Auch private Haushalte und KleinbĂŒros wenden sie inzwischen an. Bei den einfacheren Modellen der USV kann die Stromversorgung entgegen ihrer Bezeichnung fĂŒr wenige Millisekunden unterbrochen werden. Angeschlossene Verbraucher tolerieren diese Unterbrechung in der Regel ohne spĂŒrbare Einbußen ihrer Funktion.

Schutz vor Störungen

Der Einbau der USV erfolgt direkt in die StromzufĂŒhrung – der GerĂ€te und Anlagen – die vor StromausfĂ€llen geschĂŒtzt werden sollen. AbhĂ€ngig vom Aufbau schĂŒtzen Unterbrechungsfreie Stromversorgungen vor folgenden StörfĂ€llen:

Die nicht beabsichtigte Unterbrechung eines Stromkreises oder ein Ungleichgewicht zwischen angeforderter und bereitgestellter Leistung können StromausfĂ€lle (englisch: blackout) verursachen. Unterschieden wird nach der Dauer der Unterbrechung sowie nach lokalen/regionalen und ĂŒberregionalen StromausfĂ€llen.
Überschreitet die elektrische Spannung den Toleranzbereich der Nennspannung eines elektrischen Systems, handelt es sich um eine Überspannung. Diese kann Bestandteile oder Bauteile von GerĂ€ten und Anlagen zerstören.
Liegt die elektrische Spannung unterhalb des Toleranzbereiches der Nennspannung, können SchĂ€den an den GerĂ€ten und Anlagen oder – bei Serveranlagen etc. – massive bis vollstĂ€ndige Datenverluste die Folge sein.
Die perfekte Netzfrequenz betrĂ€gt 50 Hertz. In der Praxis schwankt dieser Wert – er steigt bei einem Überangebot an Strom und sinkt bei einem Unterangebot. Zu starke Abweichungen vom idealen Wert können den Zusammenbruch der Stromversorgung zur Folge haben, vor allem bei sinkender Frequenz. Die kritische Marke von 47,5 Hertz darf nicht unterschritten werden.
Bei Oberschwingungen handelt es sich um ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz von 50 Hertz. Sie entstehen durch Inbetriebnahme von GerÀten mit nicht-linearer Kennlinie sowie durch den zunehmenden Einsatz von Schaltnetzteilen in Computern, Halogen-Beleuchtungen etc. Oberschwingungen beeintrÀchtigen die Funktionsweise der GerÀte und können sie letztlich zerstören.

Im westlichen Europa treten grĂ¶ĂŸere StromausfĂ€lle vergleichsweise selten auf. Störungen treten eher durch KurzschlĂŒsse sowie das Einschalten von grĂ¶ĂŸeren Elektromotoren oder Schweißstromquellen auf, und zwar in Form von Spannungsabsenkungen. Werden große Lasten abgeschaltet, kann dies ebenso zu Spannungsanhebungen fĂŒhren wie ein entfernter Blitzeinschlag. Netzspannung und Netzfrequenz werden von den Energieversorgern permanent nachgeregelt, allerdings wird damit lediglich die Summe der Störungen ausgeglichen. Zum Ausgleich lokaler AusfĂ€lle und Schwankungen speisen USV die angeschlossenen GerĂ€te und Anlagen aus Akkumulatoren mit elektrischer Energie. Diese Akkus werden konstant aus dem Stromnetz nachgeladen.

Funktionsweise und Merkmale

Die Leistung einer USV ist abhĂ€ngig von der Belastbarkeit der Stromrichter. SerienmĂ€ĂŸig hergestellte USV bieten ein Leistungsspektrum von ca. 300 VA bis zu mehreren 100 kVA. Von der KapazitĂ€t der Akkumulatoren hĂ€ngt ab, wie lange die Störung maximal ĂŒberbrĂŒckt werden kann. Je nach Bedarf kann diese von wenigen Sekunden bis hin zu mehreren Stunden betragen. Wird die ÜberbrĂŒckungszeit einer USV durch ergĂ€nzende Akkumulatoren verlĂ€ngert, bringt diese eine Leistung von etwa 1.500 VA.

Strom erzeugende Aggregate werden zum Nachladen der Akkumulatoren eingesetzt, wenn der Bedarf sowohl an Leistung als auch an ÜberbrĂŒckungszeit sehr groß ist. DarĂŒber hinaus kann dieser Bedarf mit USV Anlagen gedeckt werden, die kinetische Energie zur Stromgewinnung einsetzen. Diese Energie liefert eine Schwungscheibe mit einem Gewicht von mehreren hundert Kilogramm. Sie wird per Netzspannung angetrieben und gibt die gespeicherte Energie bei StromausfĂ€llen etc. wieder ab. FĂŒr die zeitliche ÜberbrĂŒckung ist diese Variante nur begrenzt geeignet; daher wird in der Regel ein Diesel Aggregat hinzugefĂŒgt.

USV sorgen in kleineren Rechenzentren fĂŒr das kontrollierte Herunterfahren der Computer innerhalb der ÜberbrĂŒckungszeit. Dabei werden geöffnete Dateien geschlossen und Datenverluste vermieden. Die Kommunikation zwischen USV und Server erfolgt in der Regel ĂŒber Ethernet oder SNMP, gelegentlich auch via USB oder der Schnittstelle RS-232.

Zu den grundlegenden Funktionen einer Unterbrechungsfreien Stromversorgung zĂ€hlt der automatische Belastungstest, der alle 24 Stunden durchgefĂŒhrt wird. Dabei werden die Akkumulatoren mit der angeschlossenen Last und im laufenden Betrieb entladen. Ein Austausch der Akkus sollte vor der vom Hersteller genannten Laufzeit stattfinden, damit der Ausfall durch defekte Batterieanlagen verhindert wird.

Klassifizierung

Nach IEC 62040-3 werden USV nach folgenden Betriebsverhalten unterschieden:

Voltage and Frequency Dependent oder auch Offline UPS/USV
Im Normalbetrieb wird der Strom direkt vom Eingang zum Ausgang durchgeleitet – darĂŒber hinaus lĂ€dt ein Gleichrichter die Akkumulatoren. Bei Abbruch der Versorgung, schaltet der Ausgang auf einen Wechselrichter um, der wiederum ĂŒber die Akkumulatoren gespeist wird. Die Verzögerung wĂ€hrend des Umschaltens sowie die Kompensation von Spannungsschwankungen und Spannungsspitzen kann empfindliche GerĂ€te und Anlagen beschĂ€digen.
Voltage Independent oder auch Netzinteraktive UPS/USV
Zentrales Bauteil ist ein bi-direktionaler Wechselrichter, der je nach Bedarf aus der Wechselspannung die fĂŒr das Laden der Akkumulatoren benötigten Gleichspannung erzeugt. Gleichzeitig begrenzt er die Spannungshöhe am Ausgang und sorgt so fĂŒr die UnabhĂ€ngigkeit von der Spannungshöhe am Eingang. Die Umschaltzeit ist deutlich kĂŒrzer als beim VFD. Auch die Wiederumschaltung auf Netzbetrieb erfolgt ohne zeitliche Verzögerung. Diese USV Kategorie schĂŒtzt vor den Folgen eines Versorgungsausfalls sowie vor Unter- und Überspannungen.
Voltage and Frequency Independent auch Online UPS/USV
Im Vergleich zu den beiden bisher genannten haben die GerĂ€te dieser Kategorie den höchsten Bedarf an Eigenstrom. DafĂŒr sind die Funktionen des VI um den Schutz vor Frequenz Schwankungen und Oberschwingungen ergĂ€nzt. Auch ein sporadischer Schutz vor den Folgen von BlitzeinschlĂ€gen und Verzerrungen in der Spannung ist im Funktionsumfang enthalten. Die Versorgung wird ĂŒber eine Bypass Schaltung sichergestellt, die die Kombination aus Gleichrichter und Wechselrichter parallel ergĂ€nzt.

FAQ

Wie lange bleibt die USV an?

Wenn die Batterie bei ungefÀhr 25 ° C betrieben wird, hat Sie dann eine Lebensdauer von ca. 4 Jahren. Wenn sie aber bei 33 ° C betrieben wird, ist von einer Lebensdauer von ca. 2 Jahren sprechen zu können.

Tipp

Wenn Sie noch Fragen bezĂŒglich eines Online Marketing Themas haben, dann können Sie gerne unseren Glossar besuchen und sich ĂŒber das Thema informieren, wo Sie noch speziell Fragen haben.


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