USV Wissen

Grundlagen USV-Systeme

Die Leistungsaufnahme von Rechnern wird in Watt oder Voltampere (VA) ausgedrückt. Der Wert in Watt bezeichnet den Strom, der tatsächlich von den Geräten verbraucht wird. Voltampere wird als Scheinleistung bezeichnet und ist das Produkt aus der Spannung und dem Effektivwert des Stroms, der vom Verbraucher aufgenommen wird. Sowohl die Watt- als auch die VA-Zahl haben einen bestimmten Zweck. Die Angabe in Watt bestimmt den tatsächlichen Strom, der vom Energieversorger bezogen wird, und die Wärme, die das Gerät erzeugt. Der VA-Wert wird zur Bemessung von Kabeln und Abschaltern herangezogen. Für bestimmte Elektroprodukte wie Glühlampen sind die VA- und Wattzahlen gleich. Bei Computerausrüstung können sich die Watt- und VA-Werte hingegen deutlich unterscheiden, wobei die VA-Zahl jeweils mindestens so groß ist wie die Wattzahl. Das Verhältnis von Watt zu VA wird als " Leistungsfaktor" bezeichnet und entweder als Zahl (d.h. 0,7) oder als Prozentsatz (d.h. 70%) ausgedrückt.

Die Wattzahl eines Rechners muss nicht der VA-Zahl entsprechen

Alle IT-Geräte einschließlich Rechnern arbeiten mit elektronischen Schaltnetzteilen. Es gibt zwei grundsätzliche Arten von Schaltnetzteilen für Rechner, die als 1) PFC-Netzteile (Power Factor Corrected, d.h. Netzteile mit Leistungsfaktorkorrektur) oder 2) Kondensatornetzteile bezeichnet werden. Selbst bei einer Prüfung des Geräts kann man nicht sagen, mit welchem Netzteil es arbeitet, und auch die Spezifikation des Geräts enthält normalerweise keine entsprechenden Angaben. PFC-Netzteile wurden Mitte der 90er-Jahre eingeführt und weisen die Besonderheit auf, dass Watt- und VA-Zahlen gleich sind (Leistungsfaktor zwischen 0,99 und 1,0). Bei Kondensatornetzteilen liegt die Wattzahl zwischen 0,55 und 0,75 x der VA-Zahl (Leistungsfaktor von 0,55 bis 0,75).
Alle Verbraucher wie Router, Switches, Drive Arrays und Server, die um 1996 oder später hergestellt wurden, verwenden ein PFC-Netzteil, so dass der Leistungsfaktor für diese Geräte 1 beträgt.
Kleine Hubs und Zubehör für PCs arbeiten typischerweise mit Kondensatornetzteilen, so dass der Leistungsfaktor hier weniger als 1 beträgt. Normalerweise liegt er bei rund 0,65.
Größere Geräte, die vor 1996 hergestellt wurden, sind ebenfalls typischerweise mit diesen Netzteilen ausgerüstet und haben damit einen Leistungsfaktor von weniger als 1.

Welche Unterschiede bei der USV?

VFD - Systeme

Ältere Bezeichnung: Offline-Systeme
Output Voltage and Frequency Dependent from mains supply
Der USV-Ausgang ist abhängig von Netzspannungs- und Frequenzschwankungen.
Schützt nur gegen 3 von 9 Spannungsprobleme (Stromausfall, Spannungseinbrüche, Spannungsstöße) und ist die preisgünstigste Lösung. Anwendungen: Einzelarbeitsplätze in Büroumgebung.
Eine elektronisch stabilisierte Spannung speist nur dann die Verbraucherlast, wenn die Eingangswechselspannung außerhalb der Toleranz liegt. Hierzu ist jeweils eine USV-interne Schalthandlung erforderlich - mit der Folge, daß eine Versorgungslücke auftritt!
Qualität der Ausgangsspannung nach IEC 62040-3: Klassifikation 3

VI - Systeme

Ältere Bezeichnung: Line-interaktive Systeme (auch Delta-Technik)
Output Voltage Independent from mains supply
Der USV-Ausgang ist abhängig von Netzfrequenzschwankungen, jedoch wird die Netzspannung durch elektronische / passive Spannungsregelgeräte aufbereitet.
Schützt nur gegen 5 von 9 Spannungsprobleme (Stromausfall, Spannungseinbrüche, Spannungsstöße, Unter- und Überspannung) und ist damit Schutz auf mittlerer Ebene zu einem günstigen Preis. Anwendungen: Netzwerksysteme in Büroumgebung. Die Netzfrequenz ist gleich der Frequenz der Last ( Vorsicht bei Speisung mit einem Dieselgenerator ). Bei niederohmigem Netzkurzschluß kann eine kurzzeitige Versorgungslücke wegen USV-interner Schalthandlung auftreten. Qualität der Ausgangsspannung nach IEC 62040-3: Klassifikation 2

VFI - Systeme

Ältere Bezeichnung: Online-Systeme oder auch Dauerwandler-Systeme
VFI = Output Voltage and Frequency Independent from mains supply
Der USV-Ausgang ist unabhängig von Netzspannungs- und Frequenzschwankungen.
Schützt gegen alle 9 Spannungsprobleme und ist damit der professionelle Schutz für kritische Anwendungen. Die Verbraucherlast wird ständig vom Wechselrichter versorgt - unabhängig davon, in welchem Zustand sich der Wechselstromeingang befindet.
Qualität der Ausgangsspannung nach IEC 62040-3:
Klassifikation 1: in einem Zeitfenster von 100 µs bis 5 µs darf die Ausgangsspannung unter allen Bedingungen den Toleranzbereich von +/- 30% nicht verlassen! Dies ist nur mit echten Online-Systeme zu gewährleisten.

Bemessung der USV

USVs sind für maximale Watt- und VA-Werte ausgelegt. Weder die Wattzahl noch die VA-Zahl der USV darf kontinuierlich überschritten werden. Es entspricht dem Industriestandard, dass die Wattzahl kleiner USV-Systeme bei rund 60% bis 70% der VA-Zahl liegt. Das Verhältnis drückt sich im Leistungsfaktor cos phi = P/S aus (s.a. physikalische Grundlagen).

Beispiel eines Auslegungsproblems:

Denken Sie an eine typische USV mit 1000 VA. Der Nutzer möchte ein Gerät mit 800 W durch die USV versorgen. Der Verbraucher hat demnach 800 VA und einen Leistungsfaktor von 1. Obwohl die Last 800 VA beträgt, was innerhalb des VA-Wertes der USV liegt, ist die USV nicht für eine solche Last geeignet, da die Last von 900 W die Wattzahl der USV überschreitet, die typischerweise 60% von 1000 VA bzw. rund 600 W beträgt.

Bemessungsfehler vermeiden

Die Angaben auf dem Typenschild erfolgen oftmals in VA. Hierdurch ist die Wattzahl nur schwer zu ermitteln. Wenn man das Typenschild eines Geräts zur Bemessung heranzieht, entwickelt der Anwender möglicherweise ein System, das laut VA-Zahl korrekt bemessen ist, die Wattzahl der USV jedoch tatsächlich überschreitet.
Legen Sie bei der Auswahl der USV die verfügbare Wirkleistung, d.h. W-Angabe zugrunde.
Mit dieser vorsichtigen Bemessung wird die USV normalerweise etwas zu groß ausgelegt, jedoch mit dem Vorteil von Verbraucherreserven, besserer Überlastfähigkeit und insbesondere höhere Überbrückungszeit gegenüber der im Neubetrieb.

Schlussfolgerung

Die Angaben zur Stromaufnahme sind auf Rechnern oftmals nicht so spezifiziert, dass die USV einfach ausgelegt werden kann. Möglicherweise werden dadurch Systeme entwickelt, die scheinbar korrekt bemessen sind, die USV jedoch in Wirklichkeit überlasten. Mit einer USV, die in Bezug auf die Angaben auf dem Typenschild des Geräts etwas zu groß bemessen ist, stellt man einen ordnungsgemäßen Betrieb des Systems sicher. Eine zu große Bemessung bietet darüber hinaus den Vorteil, dass mehr Zeit für ein Backup zur Verfügung steht.

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