Wie funktioniert eine USV-Anlage
USV = Unterbrechungsfreie Stromversorgung
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Ing. Gerhard Muttenthaler Hadrawagasse 36 A – 1220 Wien |
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Index
1......... Einleitung zum Thema unterbrechungsfreie Stromversorgung......................................... 3
2......... Was heißt "USV"?............................................................................................................. 3
3......... Welche USV-Typen gibt es, und wie funktionieren sie?..................................................... 4
3.1...... OFF-Line (Standby) USV................................................................................................. 4
3.2...... Line interactive (Hybrid USV)........................................................................................... 5
3.3...... On-line USV (Dauerwandler / Doppelwandler (Double-Conversion) USV's)......................... 7
4......... Spezielle USV-Typen......................................................................................................... 8
5......... Vergleich der verschiedenen USV..................................................................................... 9
6......... Worauf muss ich beim USV-Kauf achten:.......................................................................... 9
7......... Dimensionierung der USV (Kapazität ermitteln)............................................................... 10
7.1...... Wie hoch ist der abzusichernde Leistungsbedarf (Strombedarf )?.................................... 10
7.2...... Scheinleistung, Nennleistung und Wirkleistung................................................................ 10
7.3...... Richtwerte: Nennscheinleistung (möglicher Verbrauch).................................................... 11
7.4...... Was ist die erforderliche Überbrückungszeit?................................................................. 11
7.5...... Wie sensibel reagieren die jeweilige Anwendung auf Spannungs- / Stromstörungen?........ 11
8......... Einsatzgebiete................................................................................................................. 12
9......... Umgebungsbedingungen einer USV................................................................................ 12
10....... Wie lange funktioniert ein Computer ohne Spannungszufuhr?........................................ 12
11....... USV im Netzwerkbetrieb.................................................................................................. 12
12....... Welche Elemente sind zu welchem Zweck in einer USV enthalten?................................. 13
12.1.... Gleichrichter................................................................................................................. 13
12.2.... Akkumulator (Batterie)................................................................................................... 13
12.3.... Wechselrichter (Inverter)................................................................................................ 13
12.4.... AVR............................................................................................................................. 13
12.5.... Störspannungsschutz.................................................................................................... 13
12.6.... Steuerelektronik............................................................................................................ 13
12.7.... Bypass oder Umgehung................................................................................................ 13
13....... Welche Spannungsformen weisen USVs auf?................................................................. 14
13.1.... Sinuswelle.................................................................................................................... 14
13.2.... Stufenwelle................................................................................................................... 14
13.3.... Rechteckwelle............................................................................................................... 15
14....... Welche Wellenform ist für PCs die beste?....................................................................... 15
15....... Was sind die Gründe für Störungen im Elektroversorgungsnetz?................................... 15
16....... Wie sieht die gestörte Netzspannung aus?...................................................................... 15
17....... Was sind Oberwellen und woher kommen sie?............................................................... 16
18....... Was sind Spannungsspitzen?......................................................................................... 17
19....... USV-Klassifizierung nach IEC 62040-3............................................................................. 18
20....... USV Zukunft.................................................................................................................... 18
1. Einleitung zum Thema unterbrechungsfreie Stromversorgung
Bei „USV“ geht es um die andere Art der Datensicherheit. Den Störungen kommen nicht nur über das LAN- oder Inter-Net(z) sondern auch über das Energie-Netz.
Statistisch gesehen ist knapp die Hälfte aller Rechnerausfälle und Datenverluste auf Netzspannungsprobleme zurückzuführen, und dabei wiederum ist Unterspannung (Spannungsabfälle: wie z.B. gleichzeitiges Einschalten von mehreren Geräten) der Grund für etwa 60% aller Störungen. 30% gehen auf Überspannungen (z.B. Abschalten verbrauchsstarker Geräte), ca. 8% auf Anlagenausfall durch Hochspannungspulse (Spannungsspitzen: z.B. Kraftwerke die nach Störfällen wieder auf volle Leistung schalten) und Transienten zurück. Mit dieser Auflistung ergeben sich die wichtigsten Anforderungen, die an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu stellen sind:
- Schutz vor Spannungsverlust und
Unterspannung
- Schutz vor Netzüberspannungen
- Schutz vor energiereichen Störimpulsen
USV's können Systemcrash (Systemabsturz), Datenverlust, Betriebsstillstand, Produktionsausfall, irreparable Hardwareschäden usw. verhindern.
USV ist die Abkürzung für "Unterbrechungsfreie Strom-Versorgung". (Engl. "UPS" (uninterrupted power supply))
In der heutigen computerisierten
Zeit sind Daten und Programme in Computeranlagen so wichtig, dass keine Fehler
auftreten dürfen. Kein zeitgemäßer EDV-Anwender kann heute noch Datenverluste
verantworten, welche durch Störungen oder Unterbrüche der Energieversorgung
verursacht werden.
Die USV filtert die Netzspannung und schützt vor Spannungsspitzen und Spannungsunterbrüchen.
Sie ist verantwortlich für ein einwandfreies Funktionieren der ihr
angeschlossenen Geräte und lässt dem Anwender genügend Zeit, angefangene
Arbeiten bei Netzausfall zu beenden, und die Geräte korrekt abzuschalten.
Selbstverständlich beschränkt sich der Gebrauch von USV nicht nur auf
PC-Anwender sondern ist überall angezeigt, wo aus Sicherheitsgründen eine
stete, regelmäßige Spannungsversorgung nötig ist; wie z.B. bei
Notbeleuchtungen, Alarmanlagen, Überwachungsanlagen…
3. Welche USV-Typen gibt es, und wie funktionieren sie?
Es werden generell drei Typen unterschieden:
Schutz vor:
Stromausfall
/ Netzausfall
Spannungseinbruch
/ Spannungsabfall
Spannungsstösse
Funktionsschema:
Funktionsbeschreibung:
Im Normalfall wird der Strom durch die USV ohne Spannungswandlung an die angeschlossene Geräte (Rechner) weitergeleitet. Treten Spannungsschwankungen oder Spannungsausfälle auf, schaltet die Offline - USV automatisch auf Batteriebetrieb um. Die Umschaltung auf Akkubetrieb erfolgt innerhalb von ca. 2 - 6 ms.
Vorteil:
Wirkungsgrad[1] bis zu 100%
Kleine,
kompakte Bauweise
Niedriger
Preis ca. €100 bis €400
Nachteil:
Keine
Filterwirkung gegen Oberwellen und Spannungsverzerrungen
Keine
Filterwirkung gegen Frequenzänderungen
Kein Inselbetrieb
möglich (Starten ohne Netz)
Keine
dauernde Überwachung der Batterie
Manche
LAN-Komponenten wie z.B. HUB’s vertragen die Umschaltunterbrechung nicht
Einsatzbereich:
Bis max.
2kVA
PC's und
Peripheriegeräte
Notlampen
kleine
TK-Anlagen
3.2. Line interactive (Hybrid USV)
Auch, Off-line USV + AVR, Netzinteraktive-, Delta-Conversion- u. Single-Conversion USV's.
Schutz vor:
Stromausfall
/ Netzausfall
Spannungseinbruch
/ Spannungsabfall
Spannungsstösse
Unterspannung
Überspannung
Funktionsschema:
Funktionsbeschreibung:
Bei diesem Mischverfahren zwischen Online- und Offline-Technik wird der Gleichrichter ständig zum Laden der Akkus betrieben, die Last aber normalerweise vom Netz versorgt. Über ein Mikroprozessor wird die Spannungsqualität des Netzes überwacht und im Falle von Unter-, Überspannungen oder Spannungsausfällen (Stromausfällen / Stromstörungen), die einen bestimmten Grenzwert überschreiten, springt sofort die USV ein und versorgt das angeschlossene System mit stabilisierter Spannung. Die USV ist daher aktiv/interaktiv.
Im Unterschied zur Offline-USV bietet die Line-Interaktive-USV eine stabilere Ausgangsspannung.
Vorteile:
extrem
kurze Umschaltzeit
hoher Wirkungsgrad
(ca. 98%)
hohe
Filterleistung
gutes
Preis- / Leistungsverhältnis ca. €150 bis €800
Merkmale:
AVR =
Automatic Voltage Regulator, sorgt für konstante Ausgangsspannung
Im
Normalbetrieb wird die Netzspannung durch den Spannungskonstanthalter (AVR)
geregelt. Der Wechselrichter wird erst bei Netzstörung oder -unterbruch
aktiviert.
Nachteil:
Keine
Filterwirkung gegen Frequenzänderungen
Kein
Inselbetrieb möglich (Starten ohne Netz)
Keine
dauernde Überwachung der Batterie
Einsatzbereich:
Bis max.
4kVA
PC's und
kleine Server
grössere
Telekommunikationsanlagen
Kleinere
Server-Systeme und Netzwerke
3.3. On-line USV (Dauerwandler / Doppelwandler (Double-Conversion) USV's)
Schutz vor:
Stromausfall
/ Netzausfall
Spannungseinbruch
/ Spannungsabfall
Spannungsstösse
Unterspannung
Überspannung
Frequenzschwankungen
Schaltspitzen
Harmonische
Oberwellen
Störspannungen
Funktionsschema:
Funktionsbeschreibung:
Online USV's beliefern den Stromverbraucher (PC / Server) konstant mit künstlicher Spannung. Die Netzspannung dient nur zum Laden der Akkus. Die Spannung wird durch Umwandlung von Wechsel- zu Gleichstrom und wieder zurück vollkommen regeneriert. Deshalb werden Online-USV's auch als Dauerwandler bezeichnet.
Die USV Anlage überwacht sich selbst. Sollte jedoch ein Fehler in der Anlage erkannt werden, schaltet sie automatisch auf direkten Netzbetrieb um. Dies nennt man auch Bypass oder Umgehung. Diese Funktion kann im Servicebetrieb auch manuell aktiviert werden.
Vorteile:
gleichbleibende
Stromqualität am Ausgang gewährleistet
keine
Umschaltzeit
lange
Autonomiezeit
Volle
Filterwirkung
Dauernde
Batterieüberwachung
Reduntanzfähigkeit
Nachteile:
höhere
Investitionskosten
grösserer
Eigenenergieverbrauch (schlechterer Wirkungsgrad ca. 90%)
Akku
Lebensdauer zwischen 3 - 4 Jahren
Merkmale:
ON-Line
heisst immer Energieversorgung über Wechselrichter, gleichgültig ob eine Netzstörung
oder ein Netzunterbruch besteht.
In der
Regel besteht bei Anlagen unter 10 kVA kein spezieller Service-by-pass wird
aber immer öfter angeboten.
Bei hohen
Leistungen sind 3phasige Systeme (3x230V) üblich.
Einsatzbereich:
Ab 1kVA bis
1MVA und im Sonderfall auch weiter.
Schutz von
Risiko-Anwendungen in einer Umgebung mit häufigen Störungen im Versorgungsnetz
Hochsensible
Netzwerkserver und Datenkommunikationssysteme
Der Vollständigkeit halber sollte man noch spezielle Sondertypen von USV nennen:
Rotierende
USV: Motor (Benzin oder Diesel) mit Generator, auch Netzersatz (z.B.
Krankenhäuser)
Rotierende
USV: Dauerläufer, durch ein Schwungrad wird gespeicherte Energie zurück
übertragen
Gleichstrom
USV: hier fehlt der Wechselrichterteil (Telekom und Industrieanwendungen)
ZSV Anlage:
Notstromanlage für Krankenhaus OP, besondere Einrichtungen
Notbeleuchtungsanlage:
Gleichstrom USV für Not- und Fluchtwegsbeleuchtung
5. Vergleich der verschiedenen USV
|
|
Funktion |
Komplexität |
Leistung |
Wirkungsgrad |
Preis |
|
Offline |
* |
* |
< 2kVA |
*** |
tief |
|
Line interactive (mit AVR) |
** |
** |
< 4kVA |
** |
mittel |
|
Online |
*** |
*** |
> 1kVA |
* |
hoch |
6. Worauf muss ich beim USV-Kauf achten:
Die USV
sollte im Netzspannungsbereich von min. 200V bis max. 250V im Normalbetrieb
arbeiten können.
Die
Ausgangsspannung der USV von 230 Volt darf max. um ± 5 % abweichen.
Es muss
eine Überlast- und Kurzschlusssicherung vorhanden sein.
Die USV
muss Unter- und Überspannungen ausgleichen können.
Sie muss äußerst
zuverlässig arbeiten.
Die
USV-Leistung sollte größer sein als alle Verbraucher zusammen, die an die USV
angeschlossen werden sollen; in der Regel um 25%.
Die
Autonomiezeit vom Netz muss mindestens 5 - 10 Minuten bei voller Last betragen.
Bei Anlagen
ab 4kVA muss eine sinusförmige Stromentnahme gewährleistet sein.
Bei großen
Anlagen ist die Aufstellgröße bzw. Fläche wichtig.
Bauform „Stand
Alone“ – allein stehendes Gerät oder für 19“ Schrank.
Der Geräuschpegel
bei Aufstellung in einem Arbeitsraum.
Die Abwärme
bzw. Kühlung der Anlage ist für die Lebensdauer wichtig
Die
Verbraucher sollten so nah wie möglich bei der Anlage sein (Leitungsweg).
Der
Hersteller des Produktes muss eine einwandfreie Qualität garantieren und einen
funktionierenden Service (Ersatz innerhalb 24 h) bieten.
Ist ein
Servicevertrag möglich.
Die USV
sollte für das Arbeiten mit Software im Netzwerkbetrieb vorgesehen werden.
Neben der zu sichernden Last sind lange Akkulaufzeiten und ein elektrisch sauberes Ausgangssignal die wichtigen Eigenschaften einer USV.
Die
Akkulaufzeit hängt von der Kapazität der mitgelieferten Akkus ab.
7. Dimensionierung der USV (Kapazität ermitteln)
7.1. Wie hoch ist der abzusichernde Leistungsbedarf (Strombedarf )?
Auflisten aller Geräte, die mit einer USV abzusichern sind. Nicht zu
vergessen sind dabei auch Bildschirme, Terminals, externe Datenspeichergeräte
sowie andere kritische Peripheriegeräte. Jedes der zu schützenden Systeme gibt
auf einem Typenschild die Anschlussleistung in Volt-Ampere (VA) (Scheinleistung
/ (S)) oder Watt (W) (Wirkleistung) an. Alle VA-Werte oder Watt-Werte von den
abzusichernden Verbrauchsgeräten (PC Netzteil, Monitor, Drucker usw.) ablesen
und zusammenzählen.
Umrechung:
|
VA in Watt |
VA * 0.65 = Watt |
Näherungswert! |
|
Watt in VA |
Watt * 1.55 = VA |
Näherungswert! |
|
VA |
Volt * Ampère = Voltampère |
|
Hinweis: Kommt man z.B. nach Addition aller Komponenten auf 460 VA, wird
empfohlen eine USV von z.B. 750 VA oder 1000 VA einzusetzen. Eine 500 VA USV
würde eventuell knapp ausreichen um in der Anfangsphase die Geräte bei einem
Stromausfall zu überbrücken, da aber die Akkus mit fortgeschrittener
Lebensdauer an Kapazität verlieren ist eine gewisse Überdimensionierung von
Vorteil. Auch Spannungsspitzen wie sie beim Einschalten von Geräten entstehen,
sollten berücksichtigt werden. Und nicht zuletzt sollte die Kapazität für
eventuelle spätere System-Erweiterungen ausreichend dimensioniert werden.
7.2. Scheinleistung, Nennleistung und Wirkleistung
Unter Scheinleistung (S) (Nennleistung) versteht man die Dauerleistung
des in einer USV integrierten Wechselrichters und wird in Voltampere (VA)
angegeben.
Die tatsächliche Wirkleistung (P) ermittelt man gemeinsam mit dem
Leistungsfaktor cos φ nach der Gleichung P = S * cos φ. Bei
Computerlasten (Schaltnetzteile) nimmt man einen cos φ=0,65 an (siehe
oben).
7.3. Richtwerte: Nennscheinleistung (möglicher Verbrauch)
|
Tower PC: |
300VA |
|
Unix-Workstation: |
400VA |
|
Pentium Server: |
500VA |
|
17" CRT Monitor: |
150VA |
|
21" CRT Monitor: |
220VA |
|
15" TFT Monitor: |
40VA |
|
18" TFT Monitor: |
70VA |
|
Laserdrucker: |
450VA |
|
Netzwerklaserdrucker: |
1000VA |
|
Modem |
30VA |
|
Fax |
130VA |
7.4. Was ist die erforderliche Überbrückungszeit?
Die Überbrückungszeit, auch Autonomiezeit genannt, ist abhängig von der
entnommenen Leistung und der Batteriekapazität. Der übliche Standard ist 5 - 10
Minuten bei Volllast der USV Anlage.
Wenn man längere Überbrückungszeiten benötigt, muss die USV entsprechend größer
dimensionieren.
Beispiel: Für einen PC mit TFT - Bildschirm ohne zusätzliche Peripheriegeräte reicht eine 500VA USV. Soll aber eine größere Überbrückungszeit gewährleistet sein kann z.B. eine 1500VA oder eine 2000 VA USV eingesetzt werden.
Man kann auch die Batteriekapazität durch zusätzliche Batterien erhöhen. Das funktioniert aber nur begrenzt, da die Gleichrichter in der USV nur bis zu einer bestimmten Leistung dimensioniert sind. Am besten sich vom Lieferanten beraten lassen.
7.5. Wie sensibel reagieren die jeweilige Anwendung auf Spannungs- / Stromstörungen?
PC's sind nicht allzu empfindlich, da die Netzteile bereits kleine Schwankungen ausgleichen können. D.h. für einen normalen PC braucht es im Normalfall keine Online USV. Eine Line Interactive USV bietet im Preis/Leistungsverhältnis den optimalen Schutz. Netzwerk Peripherie ist sensibler und sollte mit höherer Filterwirkung geschützt werden.
USV Anlagen finden ihr Einsatzgebiet hauptsächlich in folgenden Bereichen:
PC
Server
LAN-Knoten
Telefonanlagen
(Telecom-Systeme)
Steuerungen
Klimaanlagen
Notstromversorgungen
(z.B. Notbeleuchtungen)
Alarmanlagen
Überwachungsanlagen
Kassensysteme
Automationsanlagen
der Industrie
Zutrittskontrollsysteme
9. Umgebungsbedingungen einer USV
Um für das Individuelle Einsatzgebiet die richtige USV zu finden, ist es wichtig, vor dem Kauf die Umgebungsbedingungen zu analysieren:
Ist die
Netzspannung schwankend (nicht konstant)?
Wird das
Netz durch eigene/fremde Verbraucher beeinträchtigt?
Welcher
Verbraucher soll bei einem Netzausfall weiter versorgt werden und wie lange?
Wo habe ich
Platz für die Anlage bzw. wie kurz ist der Leitungsweg zu den Verbrauchern.
10. Wie lange funktioniert ein Computer ohne Spannungszufuhr?
Ohne USV:
ca. 8 - 20 Millisekunden, je nach Typ.
Mit
USV: 10 - 30 Minuten und auf Wunsch mehr
Mehr und mehr Leute arbeiten in einem lokalen Netzwerk und keiner kümmert sich um den Hauptcomputer. Dieser muss bei Netzausfall vollautomatisch die Dateien schließen und geordnet abschalten, damit keine Daten verloren gehen. Dies besorgt eine spezielle Software (Shutdown - Pogramm), welche zusammen mit der dafür vorgesehenen USV verwendet werden kann. (In Windows 2000 und XP bereits integriert.)
12. Welche Elemente sind zu welchem Zweck in einer USV enthalten?
Er wandelt die Eingangsspannung von 230V 50Hz (AC) in Gleichspannung (DC) für die Akkuaufladung um. Bei On-Line Anlage versorgt er gleichzeitig die Verbraucher und muss deshalb größer dimensioniert werden.
Er ist der Energiespeicher der USV und ist in der Lage, bei Spannungsunterbrüchen die angeschlossenen Geräte mit Spannung zu versorgen. Verwendet werden Blei-Gel Batterien, sie sind die günstig und einfach in der handhabe. Bei Kleinanlagen gibt es auch schon Lithium-Ionen Akkus, die jedoch wesentlich teuer sind
12.3. Wechselrichter (Inverter)
Er wandelt die Gleichspannung (DC) aus dem Akkumulator in Wechselspannung (Netzspannung) (AC) und ist auf die maximale Last ausgelegt.
(Automatic Voltage Regulator - Automatischer Spannungsregler) (Line Interactive)
Er regelt die Ausgangsspannung der USV und hält sie in einem Bereich konstant und verhindert somit begrenzt Unter- und Überspannung.
Er entfernt Störspannungsspitzen, um die angeschlossenen Geräte zu schützen. Die Geräte haben jedoch keinen Blitzschutz, der extern installiert werden muss.
Sie prüft ständig die Netzspannung und erkennt Spannungsspitzen, Spannungsschwankungen oder Spannungsausfälle und kontrolliert die Ladung der Akkumulatoren. Sie überwacht auch den Ausgang auf Überlast und meldet Probleme.
Gibt es nur bei On-Line USV. Wird von der Steuerelektronik aktiviert wenn die Anlage eine Störung im System erkennt. Kann meistens auch manuell bedient werden.
13. Welche Spannungsformen weisen USVs auf?
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Vorteile: |
Nachteile: |
|
sie entspricht der Wellenform aus dem Netz |
hohe Kosten des USV-Gerätes |
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sie genügt allen Ansprüchen modernster Elektronik |
aufwendiges USV-Gerät mit komplizierter Elektronik |
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Ausgangsspannung mit hoher Stabilität |
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Vorteile: |
Nachteile: |
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eine Wellenform zwischen Sinuswelle und Rechteckwelle |
nicht ausreichende Qualität für den Einsatz bei gewissen hochsensiblen Geräten |
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mittlere Kosten des USV-Gerätes |
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einfacheres USV-Gerät mit weniger Elektronik |
erhöhter Oberwellengehalt |
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Vorteile: |
Nachteile: |
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tiefe Kosten des USV-Gerätes |
nicht empfehlenswert bei Geräten mit induktiver Last (Elektromotoren, Drucker, etc.) |
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einfaches USV-Gerät |
instabile Ausgangsspannung des USV-Gerätes, stark abhängig von den angeschlossenen Geräten |
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Minimum an Elektronik |
hoher Oberwellengehalt |
14. Welche Wellenform ist für PCs die beste?
Natürlich ist die Sinuswellenform zu bevorzugen. Die Stufenwellenform ist bei kleinen Anwendungen auch möglich, aber kann im schlechtesten Fall, durch den Oberwellengehalt eine Störursache sein.
Von der Rechteckwelle ist abzuraten, wird aber auch nur bei billigen Kleinstgeräten eingesetzt.
15. Was sind die Gründe für Störungen im Elektroversorgungsnetz?
Naturereignisse:
Stürme, Blitze, Erdbeben
Ereignisse
von Menschenhand: Unfälle (z.B. Baugerät trennt Erdkabel), ungewollte und normale
Stromabschaltungen
Ereignisse
im System: Überstromabschaltung, Fehlerstromabschaltung
Oberwellen elektromagnetische
und hochfrequente Störungen in der Industrie
16. Wie sieht die gestörte Netzspannung aus?
17. Was sind Oberwellen und woher kommen sie?
Der Strom, der von den Kraftwerken erzeugt wird, ist ein sinusförmiger Wechselstrom mit einer Frequenz von 50Hz. So sollte er auch bei uns ankommen.
Derzeit ist es jedoch so, dass alle modernen Verbraucher (PC, Laser Drucker usw.), die am Versorgungsnetz angeschlossen sind, das Netzsignal verändern (Spannung und Strom). Diese „nicht lineare“ Verbraucher produzieren Oberwellenströme und über den Widerstand des Netzes auch Spannungen.
Die Frequenz der Ströme, auch einfach Oberwellen genannt, sind Vielfache der Grundfrequenz von 50Hz.
Man definiert den Oberwellengrad als das Verhältnis zwischen der Frequenz der Oberwelle und der Grundwellenfrequenz.
Beispiel: Die 3. Oberwelle hat eine Frequenz von 50Hz x 3 = 150Hz
Ein Maß für die Oberwellen ist der Oberwellenfaktor oder THD (total harmonic distortion), der oft fälschlicher Weise auch Klirrfaktor genannt wird.
Der Oberwellenfaktor gibt den Anteil der Oberwellen in Bezug zur Grundwelle an und wird in Prozent angegeben. Ist der Faktor kleiner, ist er besser. In normalen Netzen sind 3 bis 5% üblich. 8% sollte als Grenze angesehen werden.
Mit Oberwellen muss man heute leben, man kann sie nicht ausschließen. Auch USV Anlagen produzieren Oberwellen, da auch sie einen nicht linearen Verbraucher darstellen.
Ein zu hoher Oberwellengehalt kann zu Störungen im System führen bzw. trägt zu Alterung in Geräten bei.
Deshalb sollte auch der Ausgang der USV-Anlage nur eine geringe Oberwellenbelastung (nahe Sinus) aufweisen.
18. Was sind Spannungsspitzen?
Gerne wird Netzwerkausfällen Spannungsspitzen, auch Transiente genannt, als Ursache vermutet. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass es sich meistens um Oberwellen oder Erdschleifen handelt.
Eine Spannungsspitze ist eine kurzzeitige Über- oder Unterspannung mit steilen Flanken.
Das Maß der Spannungsspitz ist die Spitzenamplitude und die Dauer der Amplitude (in Mikrosekunden). Voraussetzung für die Zerstörkraft einer Spannungsspitze ist die Fläche, die von der normalen Sinusschwingung abweicht. Sie ist mit dem Strom das Maß der Energie, die in der Spitze steckt. Eine Störspitze benötigt genügend Energie um innerhalb eines Leitungsnetzes zum Verbraucher vorzudringen (Impedanzen und Wellenwiderstand der Leitung).
Hohe Spannungen zerstören Halbleiter und Kondensatoren und beeinflussen Regelkreise.
Die Herkunft solcher Spitzen ist klassisch der Blitz, Laständerungen oder Schaltvorgänge, Kommudierungseinbrüche und Gerätefehler.
19. USV-Klassifizierung nach IEC 62040-3
Stand-by, Line-Interactive und Online - das waren wie beschrieben bislang die Zauberworte, die einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) ihre primären Eigenschaften beimaßen. Mit fortschreitender technischer Entwicklung erwies sich diese Klassifizierung jedoch als nicht mehr differenziert und präzise genug.
Die Hersteller versuchten daher in den letzten Jahren, mit der Erfindung neuer Begriffe und Klassifizierungen gegenzusteuern. Was dabei herauskam, war allerdings lediglich ein schier unüberblickbares Chaos.
Das International Engineering Consortium (IEC) schob dem Wildwuchs der Begriffe letztes Jahr mit der Norm IEC 62040-3 einen Riegel vor und schuf ein Klassifizierungsschema, in dem auch künftige USV-Technologien ihren eindeutigen Platz finden. Mittlerweile beginnen die Hersteller auch, die neuen Auszeichnungen bei ihren Produktangeboten anzuwenden.
Noch sind die USV-Klassifikationen nach IEC 62040-3 den Interessenten von USV-Systemen nicht wirklich geläufig. Immerhin, die Hersteller haben inzwischen angefangen, sie und die damit verbundene IEC-USV-Norm auf breiter Basis einzuführen.
Die meisten tun dies allerdings bislang in der Light-Version, die nur die erste von insgesamt drei Stufen der Norm berücksichtigt. Sie behandelt die Abhängigkeit des USV-Ausgangs vom Eingang, also dem Netzstrom. In dieser Stufe gibt es drei Kategorien, die weitgeh- end der alten Klassifizierung mit Stand-by, Line-Interactive und Online/Double-Conversion entsprechen.
Die zweite und dritte Stufe der IEC-Norm definieren zum einen die Spannungskurvenform, zum anderen die dynamischen Toleranzkurven des USV-Ausgangs. Die ebenfalls jeweils drei Werte dieser Stufen dienen zur genaueren Klassifizierung der USV, wofür sich die Hersteller in der Vergangenheit eben oft eigene und willkürliche Beschreibungen haben einfallen lassen. Aus ehemals drei Argumenten zur Beschreibung der Eigenschaften einer USV sind also jetzt insgesamt neun geworden, verteilt auf drei Stufen.
Wie viele Untersuchungen belegen, wird die Notwendigkeit von USV-Anlagen mit langen Überbrückungszeiten immer wichtiger. Der Energiebedarf steigt schneller als die Produktion. Dadurch kann es zukünftig zu vermehrten Versorgungsunterbrechungen kommen, die dann durch USV-Anlagen als Netzersatz abgefangen werden können.
An neuen Formen von USV Anlagen mit Unterstützung erneuerbaren Energien wird mit Hochdruck gearbeitet. Hervorzuheben sind Anlagen mit Wasserstoff als Energiespeicher.