USV
Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, – USV auch USV genannt, garantiert bei Ausfall der externen Stromversorgung den durchgehenden Betrieb der angeschlossenen IT-Geräte. Dadurch wird ein Datenverlust auch bei Überlast oder Netzüberspannung verhindert. Auf diese Art und Weise sind entweder einzelne Personal Computer, ein oder mehrere Server bis hin zu ganzen Rechenzentren abgesichert.
Konzepte
Je nach Arbeitsweise der USV werden verschiedene Konzepte unterschieden. Dabei wird differenziert, in welcher Form und Zeit die Stromversorgung für die abgesicherten Geräte übernommen wird. Unterschieden wird in Bereitschaftsbetrieb und Online-Betrieb.
Bereitschaftsbetrieb im Standby
Der Bereitschaftsbetrieb im Standby ist das übliche Konzept mit der häufigsten Nutzung. Durch das Offline-Konzept erfolgt eine Absicherung in Form einer Notstromversorgung bei Netzstörungen und Netzausfall. Wenn auf die Backup-Versorgung der USV umgeschaltet wird, erfolgt dies innerhalb weniger Millisekunden.
Dabei wird die Spannung, die im normalen Betrieb zur Versorgung der Batteriebank und der Kondensatorbank verwendet wird, von dieser über einen Wechselrichter zur Versorgung der abgesicherten Geräte verwendet.
Durch die maximale Umschaltzeit von 10 Millisekunden kommt es bei abgesicherten Personal Computern zu keinem Datenverlust. Dies kann jedoch nicht für alle Rechnersysteme garantiert werden!
Bereitschaftsbetrieb im Line-Interactive-Konzept
Bei diesem Konzept erfolgt die parallele Absicherung neben der normalen Netzspannungsversorgung. Es handelt sich dabei um netzinteraktive USV-Systeme, die bei Spannungswerten außerhalb der tolerierbaren Grenzwerte eingreifen und mittels Regelung und Spannungsverstärkung die Spannung innerhalb der Grenzwerte einregeln.
Das zentrale Bauteil, um diese permanente Überwachung zu gewährleisten, ist ein bidirektionaler Wechselrichter, der sowohl die Gleichspannung zum Laden der Akkumulatoren erzeugen kann wie auch die Wechselspannung zur Netzversorgung im USV-Betrieb bei Ausfall der Versorgungsspannung. Das Umschalten der Elektronik auf Akkubetrieb dauert dabei nur wenige Millisekunden.
Bereitschaftsbetrieb mit Ferroresonator
Bei diesem Konzept werden die Netzspannung und die Spannung aus den Akkumulatoren über einen Ferroresonator transformiert. Beim Ferroresonator handelt es sich einen Transformator mit speziellem Eisenkern und drei Wicklungen zur Spannungsregelung und – Formung.
Online-Betrieb mit Dauerumwandlung
Im Unterschied zu den Bereitschaftskonzepten erfolgt bei den Onlinekonzepten die primäre Stromversorgung mit der Versorgungsspannung für die USV. Erst nach Umwandlung über einen Gleichrichter werden die Komponenten der USV mit Strom versorgt. Zur weiteren Versorgung der angeschlossenen Geräte wird der Gleichstrom über einen Wechselrichter wieder in Wechselspannung umgewandelt und zur Verfügung gestellt (Dauerumwandlung).
Es kommt daher zu einer Trennung zwischen Netzspannung und Versorgungsspannung. Daher haben Änderungen der Netzspannung innerhalb des Versorgungsnetzes keine Auswirkungen. Da die USV quasi ständig das Versorgungsnetz speist, kommt es bei Ausfall der Netzspannung zu keinen Umschaltzeiten – die Stromversorgung ist durchgehend gewährleistet.
Online-Betrieb mit Delta-Umwandlung
Dieses Online-Konzept ist ähnlich dem Online-Konzept mit Dauerumwandlung. Auch bei diesem Konzept wird die Versorgungsspannung durchgehend vom Wechselrichter erzeugt – bei Störungen in der Netzspannung erfolgt also eine durchgehende, gleichförmige Stromversorgung der abgesicherten Geräte ohne Umschaltzeit. Der Delta-Wandler steuert jedoch auch die Charakteristik der Eingangswechselspannung, die sich lastabhängig ändert. Dadurch muss nur die Differenz (Delta) zwischen Gleichrichter und Wechselrichter vom Delta-Wandler übernommen werden.
Einteilung in USV-Schutzklassen
Zur besseren Vergleichbarkeit sind die verschiedenen Geräte in standardisierte Schutzklassen eingeteilt. Dafür wurden diverse Parameter umfasst. Unterschieden werden VFD (Voltage and Frequency Dependent), VI (Voltage Indipenden) und VFI (Voltage and Frequency Independent) – Geräte.
Schutzklasse 1
Diese Schutzklasse stellt die höchste Schutzklasse dar. Die Geräte arbeiten im Online-Betrieb und stellen somit eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sicher.
Schutzklasse 2
Die Schutzklasse 2 ist durch eine Umschaltzeit zwischen 2 und 4 Millisekunden charakterisiert. Die Leistung ist mit 5 Kilo-Volt-Ampere (kVA) limitiert.
Schutzklasse 3
Die Schutzklasse 3 ist die niedrigste Schutzklasse und garantiert eine Umschaltzeit von maximal 10 Millisekunden bei einer maximalen Leistung von 1 Kilo-Volt-Ampere.
Unabhängig von der ausgelegten Leistung werden USV-Anlagen auch anhand ihres Wirkungsgrades unterschieden. Der Wirkungsgrad verhält sich dabei exponentiell zu den entstehenden Energiekosten. 90 Prozent Wirkungsgrad erzeugt zirka doppelt so hohe Stromkosten wie 95 Prozent Wirkungsgrad!
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