Battery-Kutter - Ihr Partner für mobile Energie!

  • Warenkorb: 0 Artikel

Rufen Sie uns an: 040 / 6116310

Battery-Kutter News

USV erklärt: Was sind eigentlich unterbrechungsfreie Stromversorgungen?
05.03.2019

USV erklärt: Was sind eigentlich unterbrechungsfreie Stromversorgungen?

Fast jeder hat schon einmal erfahren wie es ist, wenn wichtige Daten auf dem Computer durch einen  Stromausfall plötzlich nicht mehr zur Verfügung stehen. Für derartige Fälle wünscht man sich eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV). Diese ist zwischen der Steckdose und dem Verbraucher - wie Computer, Telefonanlage, Netzwerkkomponente etc. - angebracht und versorgt Monitor und Computer akkugestützt mit Energie, wenn es erforderlich ist.

Man unterscheidet zwischen verschiedenen USV-Technologien, die für diverse Netzprobleme einen geeigneten Schutz bilden:

Einfache USVs werden auch als Offline-/Standby- oder VFD-Systeme (Voltage and Frequency Dependent) bezeichnet. Diese eher preisgünstigen USVs sind für den Schutz eines einzelnen PCs oder einer einzelnen Workstation gedacht. Ein Bürorechner mit Monitor kann hiermit drei bis zehn Minuten lang im Stützbetrieb versorgt werden, so dass offene Daten gespeichert werden und der PC heruntergefahren werden kann. Man nennt sie Offline-Systeme, weil die USV-Schaltung auch nur bei einem Spannungsausfall aktiviert wird. Unterschreitet die Spannung einen bestimmten Wert, wechseln die Anlagen über einen Schalter zur Batteriespannung, allerdings mit minimaler Verzögerung, die Umschaltzeit genannt wird. Im Anschluss wird die Gleichspannung durch einen Wechselrichter in der USV in Wechselspannung umgewandelt. Offline-Systeme schützen gegen Stromausfall, Spannungseinbruch und Überspannung.

Einen weiteren USV-Typ nennt man Line Interactive oder VI (Voltage Independent). Dieser ist in der Lage kleine Schwankungen und Unregelmäßigkeiten der Netzspannung zu korrigieren, ohne sofort den Stützbetrieb zu wechseln. Line Interactive-Systeme schützen neben den Spannungsproblemen Stromausfall, Spannungseinbruch und Überspannung, auch gegen Kurzschluss und Leitungsrauschen. Als elektrisches Leitungsrauschen wird eine Hochfrequenzstörung (Radio Frequency Interference – RFI) oder elektromagnetische Störung (Electromagnetic Interference – EMI) bezeichnet. Zu den Störungsquellen gehören z.B. Elektromotoren, Relais, Rundfunkübertragungen oder Gewitter.

Einfache USVs beinhalten einen Blei-AGM-Akku mitsamt Ladeelektronik, einen Wechselrichter, sowie eine Spannungsüberwachung. Im Normalbetrieb beschränkt sich der Energieverbrauch der USV auf die Erhaltungsladung des Akkus, sowie die Netzspannungskontrolle. Die Kontrolle der Netzspannung regelt i.d.R. ein Mikrocontroller. Wenn die Netzspannung unter einen Wert von ca. 170 Volt absinkt, muss auf Batteriespannung gewechselt werden. Durch die USV wird der Wechselrichter (Inverter) in Aktion versetzt. Dieser produziert aus der Gleichspannung des Akkus dann 230V Wechselspannung. Im Anschluss schaltet eine elektrische Schaltvorrichtung auf den Wechselrichterausgang um, der PC und Monitor mit Energie versorgt, ein sogenannter Stützbetrieb. Dieser Umschaltvorgang nimmt lediglich 4-10 Millisekunden in Anspruch.

Bei Modellen mit hoher Nennleistung wird ein bidirektionaler Wechselrichter verwendet, welcher die Ladespannung des Akkus generiert und Wechselspannungsschwankungen am Ausgang reguliert. Die Frequenz folgt dabei der Eingangsspannung. Bei kleineren und preiswerten VI-USVs gibt es einen großen Trafo mit verschiedenen Anzapfstellen. Der Mikrocontroller schaltet sofort auf eine geeignete Anzapfung des Trafos um, sobald er eine bestimmte Abweichung der Eingangsspannung in eine Richtung registriert. Bei stärkeren Abweichungen geht die USV in den Stützbetrieb über und es wird ein Alarmsignal ausgelöst.

Der dritte USV-Typ, die Online-USV oder VFI (Voltage and Frequency Independent), kommt v.a. für Server und Hochverfügbarkeitsrechner zum Einsatz, also für geschäftskritische Anwendungen. Bei diesem Typ werden die angeschlossenen Geräte komplett vom Stromnetz abgekoppelt, die Netzspannung wird kontinuierlich in Gleichspannung umgewandelt. Der Netzeingang lädt nur das Akkupack im Normalstatus, der Wechselrichter läuft permanent. Online-Systeme schützen neben den fünf bisher genannten Spannungsproblemen darüber hinaus auch gegen hohe Spannungsspitzen, Frequenzabweichung, Schaltspitzen und harmonische Oberwellen. Hochspannungsspitzen sind normalerweise auf Blitzschläge in der Umgebung zurückzuführen, Schaltspitzen dagegen auf Lichtbogen-Fehler und statische Entladung. Als harmonische Oberwellen bezeichnet man Verzerrungen der normalen Wellenform.

Online-USVs sind aufwändiger und teurer als die anderen beiden USV-Typen und benötigen selbst deutlich mehr Strom. Während Offline- und Line Interactive USVs einen Wirkungsgrad von 95-98% besitzen, liegt der Wirkungsgrad von Online-USVs bei nur ca. 85%.

 

Quellen:

https://www.heise.de/hintergrund/USVs-Unterbrechungssichere-Stromversorgungen-erklaert-4182408.html  (05.10.2018, Rudolf Opitz)

Invensys Power Systems, Product Development Department: http://www.plug.at/pl/usvfaq.pdf