USV Grundlagen

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Eine USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) ist ein Stromversorgungssystem mit Energiespeicher, das bei einem Ausfall der Stromzufuhr eine Versorgung des angeschlossenen Verbrauchers sicherstellt. Das Gerät filtert den Wechselstrom und gibt diesen erst dann an das Endgerät weiter. Wie werden die einzelnen USV-Typen unterschieden und für welche Einsatzgebiete werden Sie verwendet? Diese und weitere Fragen möchten wir in diesem Artikel beantworten.

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USV Grundlagen

Zur Vermeidung eines Datenverlustes müssen Rechner, die sensible Daten verwalten bzw. bereitstellen, vor einem unerwarteten Ausfall der Stromversorgung geschützt werden. Dies betrifft zum Beispiel Server innerhalb von Netzwerken. Innerhalb der Stromversorgung sollten die Server so abgesichert werden, dass zumindest die offenen Dateien gespeichert und die Server heruntergefahren werden können. Eine USV wird zwischen Netz und Verbraucher geschaltet. Wiederaufladbare Batterien (Akkumulatoren) bilden das Kernstück einer USV, die im Fehlerfall für einen gewissen Zeitraum die Versorgung der Verbraucher gewährleisten. Die Dimensionierungen von USV Anlagen erfolgt in VA und Watt.

Überblick der Arten von Netzstörungen

Die nachfolgende Tabelle zeigt die verschiedenen Arten von Netzstörungen, ihre typische Dauer und Erklärungen zu den Ereignissen.

Störungstyp Dauer der Störung Definition
Netzausfälle - Power Failure mehr als 10 ms Ein Netzausfall wird als Nullspannungsbedingung definiert, dies kann auf ein Netzspannungsfehler zurückführen.
Spannungsschwankungen - Power Sag weniger als 16 ms Spannungsschwankungen sind Einbrüche, die kurzzeitig unter dem Normalwert liegen. Sie können beim Einschalten großer Anlagen oder Starkstromleitungen auftreten.
Spannungsspitzen - Switching Transient 4 ms bis 16 ms Sie werden häufig durch eine statische Entladung verursacht. Spannungsspitzen werden auch oft als Schaltspitzen bezeichnet.
Spannungsstöße - Power Surge weniger als 4 ms Diese treten bei plötzlichen und kurzzeitigen Spannungsspitzen auf. Normalerweise kann dies auf einen Blitzeinschlag in der näheren Umgebung zurück geführt werden.
Unterspannungen - Under Voltage fortlaufend Die Spannung fällt unter den zulässigen Grenzwert (für einige Sekunden oder sogar dauerhaft).
Überspannung - Over Voltage fortlaufend Wenn zum Beispiel große elektrische Anlagen aktiviert werden, kann der Normalbetrieb auf über 100% steigen, dies wird als Überspannung bezeichnet.
Frequenzschwankungen - Frequency Variation sporadisch Hierbei weicht die Frequenz von der normalerweise konstanten Netzfrequenz ab.
Spannungsverzerrungen - Line Noise periodisch Eine Spannungsverzerrung wird auch als eine elektrische Störspannung bezeichnet, dies hat einen negativen Einfluss auf die Schaltungen in elektrischen Systemen.
Spannungsoberschwingungen - Harmonic Distortion fortlaufend Dabei wird die normale Wellenform der Spannung verzerrt und damit verändert Gründe dafür können zum Beispiel einfache Leuchtstoffröhren sein, die dies in die Netzleitung übertragen.

USV Typen

Es wird generell zwischen drei USV-Typen unterschieden:

Schaubild einer Offline-USV
  • VFD (Voltage Frequency Dependent from Mains Supply) - Standby- oder Offline-USV
  • VI (Voltage Independent from Mains Supply) - Line Interactive-USV oder Netzinteraktive-USV
  • VFI (Voltage and Frequency Independent from Mains Supply) - online-USV

VFD (Voltage Frequency Dependent from Mains Supply)

Diese Art von USV auch "Standby- oder Offline-USV" genannt, ist die einfachste USV, sie schützt lediglich gegen einen totalen Netzausfall. Netzspannungen, Schwankungen oder Netzfrequenzen können nicht von ihnen ausgeglichen werden. Bei einem Netzausfall übernimmt ein Akku die Energieversorgung. Auch bei einer Über- oder Unterspannung wird auf den Batteriebetrieb umgestellt. Die Schaltzeiten liegen dabei innerhalb weniger Millisekunden und reichen für die Aufrechterhaltung der meisten Systeme aus. Das Aufladen des Akku erfolgt wieder während des Normalbetrieb über einen Ladegleichrichter. Der Wirkungsgrad liegt hierbei bei rund 95%. Daher wird diese Art von USV oftmals für Kleinst-Verbraucher oder nur für einzelne Computer eingesetzt.

Schaubild einer Netzinteraktiven USV

VI (Voltage Independent from Mains Supply)

Diese USV auch "Line Interactive-USV oder Netzinteraktive-USV" bezeichnet, schützt gegen einen totalen Netzausfall und gegen Schwankungen der Netzspannungen. Erreicht wird dies durch einen zwischen Netzeingang und Verbraucher geschalteten Spannungsregler. Deshalb eignet sich diese USV sehr gut für eine Umgebung wo viele Spannungsschwankungen vorkommen. Der Wirkungsgrad liegt zwischen 95% und 98%. Dadurch können einzelne Computersysteme, Netzwerke oder größere TK-Anlagen abgesichert werden. Hochsensible Systeme sollten damit nicht ausgestattet werden.

VFI (Voltage and Frequency Independent from Mains Supply)

Schaubild einer Online-USV

Die VFI-USV auch "Online-USV" genannt, bietet den maximalen Schutz. Sie gleicht Schwankungen der Netzspannung als auch der Netzfrequenz aus. Der Verbraucher wird im Normalbetrieb ständig über den Akku versorgt. Da bei dieser Art von USV bei einem Netzausfall nicht in eine andere Betriebsart umgeschaltet werden muss, treten im Vergleich zu den anderen USV-Typen keine Schaltzeiten auf. Diese USV arbeitet mit einen "Dauerwandlerprinzip", hierbei ist die Wandlung von Wechsel- in Gleichspannung und von Gleich- in Wechselspannung gemeint. Da hierbei ständig die Spannung gewandelt wird, können elektrische Verluste und Wärme entstehen. Daher liegt der Wirkungsgrad bei 90%. Wegen der Dauerbelastung ist die Lebensdauer der Akkus nicht allzu lange, im Schnitt 3 bis 4 Jahre. Dieser USV-Typ ist daher oft in der Server- und Datenkommunikation zu finden.

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Autor: Theresa Lorenz

Theresa Lorenz ist seit 4 Jahren bei Thomas-Krenn tätig. Dort ist sie im Technical Support tätig und bearbeitet Kundenanfragen. Egal ob per Telefon, Ticket und Mail, sie versucht unseren Kunden so schnell wie möglich weiter zu helfen. Auch die Reparatur der Server-Systeme, nachstellen von Kundenproblemen uvm. gehört zu Ihrem Aufgabengebiet. Als Ausgleich zum Büroalltag versucht Theresa sich oft sportlich zu betätigen.