USV Anlage – die unterbrechungsfreie Stromversorgung

Bei der Beschaffung von Servern steht meist CPU, RAM und Mainboard im Vordergrund, doch auch die Stromversorgung ist wichtig. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV Anlage) helfen gegen Netzstörungen und kurzzeitige Stromausfälle. Denn gerade von Netzteilen hängt es ganz wesentlich ab, wie zuverlässig ein Server ist und was der laufende Betrieb kostet. Mehr zu USV Anlagen erfahren Sie in diesem Artikel.

Netzteile transformieren den 230-Volt-Strom aus der Steckdose in die vom Server verlangte Spannungen. Dazu erzeugt das Netzteil eine hochfrequente Wechselspannung, aus der es dann die von den Hardwarekomponenten benötigte Gleichspannung ableitet. Eine ausgeklügelte Elektronik im Netzteil sorgt unter anderem dafür, dass keine Störungen in das Stromnetz zurückwandern.

Was ist eine USV – Unterbrechungsfreie Stromversorgung

Damit der Server bei einem kompletten Stromausfall weiterarbeiten kann, existieren sogenannte unterbrechungsfreie Stromversorgungen, kurz USV (engl. UPS für Uninterruptible Power Supplies). Selten findet man auch die Übersetzung unterbrechungssichere Stromversorgung.

USV Server Netzteile

Anschlüsse

Die meisten Netzteile für Server folgen dem ATX-Standard (Advanced Technology Extended). ATX-Netzteile bieten zwei Steckverbindungen, die das Mainboard mit Strom versorgen: Der Main Power ATX-Anschluss verfügt über 24 Kontakte. Oft ist er auch aufgeteilt in einen 20-poligen Stecker und einen zusätzlichen 4-poligen, da ältere ATX-Boards 20-polige Anschlüsse haben. Zusätzlich gibt es einen oder mehrere kleinere ATX12V-Stecker, ebenfalls mit 4 Kontakten.

Speziell für leistungsstärkere Server-Netzteile war das EPS-Format (Entry Level Power Supply) als Weiterentwicklung von ATX gedacht, das mit einem achtpoligen EPS12V-Anschluss aufwartet. EPS als eigenständiger Standard für komplette Netzteile hat sich nicht durchgesetzt. Jedoch besitzen fast alle Server-Netzteile zusätzlich zu den ATX-Anschlüssen auch EPS-Anschlüsse. Zusätzlich zu den 12 Volt für Mainboard und GPU stellen ATX- oder EPS-Netzteile 5 Volt für Laufwerke und 3,3 Volt zur Verfügung, die gelegentlich für zusätzliche Lüfter genutzt werden.

Effizienz

Die Umwandlung des Stroms im Netzteil gelingt nicht ohne Verluste, die sich unter anderem in Abwärme bemerkbar machen. Für die Kühlung des Netzteils sorgt in der Regel ein Lüfter. Passiv gekühlte Netzteile ohne Lüfter findet man in der Regel nur bei leistungsschwächeren Netzteilen. Arbeitet der Lüfter besonders leise, sprechen einige Hersteller auch von Silent-Netzteilen. Die bieten sich vor allem für Server in Tower-Gehäusen an, die nicht in einem Serverraum stehen. Sie verfügen oft über hochwertige Leistungselektronik, die die Wärmeentwicklung begrenzt und den Einsatz schwächerer und damit leiserer Lüfter möglich macht.

Netzteil-Siegel 80 Plus und Wirkungsgrad

Wie effizient ein Netzteil arbeitet, lässt sich an entsprechenden Siegeln ablesen. Die weiteste Verbreitung hat das Siegel der Initiative “80 PLUS”, bei dem der Wirkungsgrad immer über 80 Prozent liegt. Folgt noch die Bezeichnung „Bronze“, „Silver“, „Gold“ oder „Platinum“, arbeitet das Netzteil noch einmal entsprechend effizienter. Ein Netzteil der 80-Plus-Silver-Klasse besitzt beispielsweise einen Wirkungsgrad von mindestens 85 Prozent.

Wie effizient es aber tatsächlich arbeitet, hängt allerdings von der jeweiligen Belastung im Betrieb ab. Die im Siegel angegebene Effizienz müssen die Netzteile erst ab 20 Prozent Nennlast liefern. Darüber hinaus wird bei der Einstufung der Wirkungsgrad nur bei 20%, 50% und 100% Auslastung gemessen. Der Mittelwert aus diesen drei Ergebnissen dient dann als Grundlage für das Siegel. Sofern ein kleiner Server die meiste Zeit im Leerlauf auf Arbeit wartet, sollte daher der Blick auf den sogenannten Mindestwirkungsgrad fallen. Er gibt den Wirkungsgrad bei geringer Belastung an.

Server-Stromverbrauch mit Energiekostenrechner bestimmen

Bei der Wahl des Netzteils spielt die im Server verbaute Hardware eine wesentliche Rolle. Ihr Stromverbrauch bestimmt, wie viel Watt Leistung das Netzteil liefern muss. Bei einem überdimensionierten Netzteil verringert sich der Wirkungsgrad, bei einem zu knapp dimensionierten könnte das dann überlastete Netzteil abschalten.

Bei der Ermittlung eines passenden Netzteils helfen verschiedene Rechner im Internet, wie sie unter anderem einige Netzteil-Hersteller auf ihren Webseiten bereitstellen. Die Stromkosten für den kompletten Server bestimmen analog der Thomas-Krenn-Energiekostenrechner.

Schutzfunktionen von Netzteilen

Schickt ein defektes Netzteil eine zu hohe Spannung zur Server-Hardware, kann diese dauerhaft Schaden nehmen. Gute Netzteile verhindern das mit gleich mehreren Schutzmechanismen. Sollten etwa mehr als 12,6 Volt anliegen, schreitet die Over Voltage Protection (OVP) ein. Analog greift die Over Current Protection (OCP) bei zu hohen Strömen, Kurzschlüsse erkennt die Short Circuit Protection (SCP). Bei einer Überlastung schaltet die Over Power Protection (OPP) das Netzteil ab, eine Überhitzung erkennt die Over Temperature Protection (OTP). Sogenannte Multi-Rail-Netzteile überwachen die einzelnen Spannungen (Rails) und können bei einem Defekt einer Komponente verhindern, dass nicht auch die übrige Hardware in Mitleidenschaft gezogen wird.

Schutzmechanismen von Netzteilen:

• Over Voltage Protection (OVP)
• Over Current Protection (OCP)
• Short Circuit Protection (SCP)
• Over Power Protection (OPP)
• Over Temperature Protection (OTP)
• Spannungsüberwachung (Rails)

Redundante Netzteile

Fällt ein Netzteil im Betrieb plötzlich aus, führt das meist zu Datenverlust. Wichtige Server bestückt man daher sicherheitshalber mit gleich zwei Netzteilen: Fällt eines aus, übernimmt sofort das andere. Meist sind die beiden Netzteile so gestaltet, dass sie sich leicht und sogar während des Betriebs austauschen lassen.

Übrigens: Redundante Netzteile brauchen nicht mehr Platz im Server als einfache. Die einzelnen Netzteile sind jeweils nur etwa halb so groß, so dass beide in einen Einschub passen. Ein redundantes Netzteil hilft allerdings nicht viel, wenn der Strom komplett ausfällt.

USV – Unterbrechungsfreie Stromversorgungen

Damit ein Server auch im Falle eines kompletten Stromausfalls weiterarbeiten kann, existieren USV – Unterbrechungsfreie Stromversorgung. Bzw. UPS für die englische Bezeichnung Uninterruptible Power Supplies.

Funktionsweise von USV Anlagen

In jedem Fall handelt es sich um große wiederaufladbare Batterien (Akkumulatoren), die bei einem Notfall die Stromversorgung übernehmen. Die USV sitzt dabei zwischen Stromanschluss und Netzteil. Eine intelligente Elektronik in der USV überwacht die Netzspannung. Bei einem Spannungsabfall springt dann umgehend die Batterie ein (der sogenannte Stützbetrieb). Gleichzeitig meldet die USV ihren Einsatz, beispielsweise über einen Warnton. Bessere Modelle senden ein Protokoll ihrer Arbeit an einen PC. Darüber hinaus informieren sie den von ihnen versorgten Server, der dann beispielsweise selbstständig kontrolliert herunterfahren kann. Die Kommunikation erfolgt dabei über Standardschnittstellen, wie etwa Ethernet.

Pulsweitenmodulation PWM

Abhängig von der Kapazität der USV kann sie den Betrieb einige Minuten bis zu mehreren Stunden aufrechterhalten. Für kritische Bereiche existieren redundante USV Anlagen, die zwei unabhängige Batterien beherbergen. Im Innern produziert ein Wechselrichter aus der Gleichspannung der Batterie die notwendigen 230 Volt Wechselspannung. Das Ergebnis ist eine rechteckförmige Ausgangsspannung, die Netzteile normalerweise weiterverwenden können. Für Motoren, Drucker und empfindliche Geräte benötigt man jedoch eine Sinusspannung. Die liefern nur explizit dafür ausgelegte USV Systeme, die die Spannung per Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugen.

Online USV – VFI USV

Eine USV muss nicht immer gleich komplett einspringen. Schwankungen im Stromnetz kann sie beispielsweise ausgleichen. Derartige USV bezeichnet man als Voltage Independent (VI) oder Line Interactive. Bessere USV für Server trennen zudem bei einem Stromausfall die von ihnen versorgten Geräte sicherheitshalber komplett vom Stromnetz. Bei solchen USV Anlagen spricht man von Voltage and Frequency Independent (VFI) oder Online-USV. Einige USV Systeme schützen auch vor Überspannung, wie sie etwa nach einem Blitzeinschlag auftritt.

Nachteile einer USV – Die Batterie Lebensdauer

USV Systeme haben den Nachteil, dass sie selbst Strom verbrauchen. Wie alle USV Batterien sind zudem auch die Akkus Verschleißteile und besitzen eine begrenzte Lebensdauer. Viele Hersteller garantieren beispielsweise nur eine USV Batterie Lebendauer von fünf bis 10 Jahren. Spätestens zu diesem Zeitpunkt muss man die USV Batterien ersetzen.

Wann ist eine USV Anlage sinnvoll?

Nicht alle Geräte benötigen eine USV. Maßgeblich sind vor allem der Server, Storage-Systeme und die Netzwerkinfrastruktur. Von der angeschlossenen Hardware hängt dann wiederum die Wahl der passenden USV ab.

USV berechnen mit dem USV-Konfigurator

Dazu ermittelt man zunächst die jeweils von den Geräten benötigten Volt-Ampere (VA). Die entsprechende Information liefert in der Regel ein Aufdruck auf dem Netzteil. Die Volt-Ampere-Angaben addiert man und erhält so die Größe der benötigten USV. Damit die USV im Notfall nicht wegen Überlastung abschaltet, sollte man sie immer um 20 bis 30 Prozent größer dimensionieren, als dies rechnerisch notwendig wäre.

Welche USV für den eigenen Bedarf am besten geeignet ist, lässt sich mit dem  USV-Konfigurator  herausfinden.

Zum USV-Rechner

Tags: ServerStromkostenStromversorgungUSV

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