USV FAQ

Warum sollte eine USV eingesetzt werden?

Voraussetzung für den reibungslosen und uneingeschränkten Betrieb mikroprozessorgesteuerter
Systeme ist eine stabile und absolut unterbrechungsfreie Stromversorgung. Undefinierbare
Netzstörungen sind die häufigste Ursache für Fehler in der Hard- und Software. Der höchste
Anteil der Funktionsstörungen beruht auf fehlerhafter Netzversorgung. In den letzten Jahren
hat die Störanfälligkeit der Mikroprozessoren enorm zugenommen. Die Entwicklung zu immer
kleineren und schnelleren Rechnern und die damit verbundenen Miniaturisierung der elektrotechnischen
Bauteile haben die Empfindlichkeit drastisch erhöht. Transienten lösen "Resets" aus und unterbrechen
damit Prozesse, verursachen Datenverluste, generieren Übertragungsfehler und führen zur frühzeitigen
Alterung elektronischer Bauteile. Eine USV soll empfindlich Verbraucher wie Rechensysteme, Netzwerke,
Server, aktive und passive Netzwerkkomponenten, IT-Konten, Prozessleitsysteme, Kassensysteme,
Laborgeräte, Telefonanlagen und alle anderen System, schützen deren Ausfall ein immenses Risiko
darstellt. Die richtige USV ist heute die Basis für jedes vernünftige Sicherheitskonzept in der Energieversorgung.

USV's können Systemcrash (Systemabsturz), Datenverlust, Betriebsstillstand, Produktionsausfall,
irreparable Hardwareschäden usw. verhindern.

Was heißt USV?

USV ist die Abkürzung für "Unterbrechungsfreie Strom-Versorgung". (Engl. "UPS" (Uninterruptible Power Supply))

Die USV-Anlage versorgt empfindliche und kritische Verbraucher mit einer neu generierten und
geregelten Spannung, Strom und Frequenz. Sie hat die Aufgabe, Spannungsschwankungen,
Spitzen und Verzerrungen des Versorgungsnetzes gänzlich zu eliminieren und die nach
geschalteten Verbraucher vom Eingangsnetz zu entkoppeln. Die Anlage muss Unterbrechungen
der Netzversorgung überbrücken. Als Energiespeicher dienen dabei die eingesetzten Akkus.

Selbstverständlich beschränkt sich der Gebrauch von USV nicht nur auf PC-Anwendungen sondern
ist überall angezeigt, wo aus Sicherheitsgründen eine unterbrechungsfreie Spannungsversorgung
nötig ist; wie z.B. bei Notbeleuchtungen, Alarmanlagen, Überwachungsanlagen, SPS-Steuerungen usw.

Welche USV-Technologien gibt es? Wie funktionieren sie?

Es werden generell drei Typen unterschieden:
VFD USV (Off-Line,Standby)
Schutz vor:

• Stromausfall / Netzausfall
• Spannunsgeinbruch / Spannungsabfall
• Spannungsstösse

Funktionsschema:


Funktionsbeschreibung:
Im Normalfall wird der Strom durch die USV ohne Spannungswandlung an die angeschlossene
Geräte (Rechner) weitergeleitet. Treten Spannungsschwankungen oder Stromausfälle auf,
schaltet die Offline - USV automatisch auf Batteriebetrieb um. Die Umschaltung auf Akkubetrieb
erfolgt innerhalb von ca. 2 - 20 ms.

Merkmale:
Wirkungsgrad bis zu 98 %

Einsatzbereich:
PCs und Peripheriegeräte, kleine TK-Anlagen

Erläuterung: Wirkungsgrad
Gibt das Verhältnis der abgegebenen Nutzleistung zur aufgenommenen Leistung in Prozent
an. Je mehr Umschaltungen oder Filterkreise, desto geringer wird der Wirkungsgrad.

VI USV´s (Line interactive, Off-Line USV + AVR, Netzinteraktive,
Delta-Conversion Single-Conversion)
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. Im Unterschied zur Offline-USV
bietet die Line-Interactive-USV eine stabilere Ausgangsspannung.

Vorteile:

• Extrem kurze Umschaltzeit
• Hoher Wirkungsgrad (ca. 98 %)
• Hohe Filterleistung

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 -unterbrechung aktiviert.

Einsatzbereich:

• PCs und kleine Server
• Größere Telekommunikationsanlagen
• Kleinere Server-Systeme und Netzwerke

VFI USV (Online, Dauerwandler, Doppelwandler, Double-Conversion)
Schutz vor:

1. Stromausfall / Netzausfall
2. Spannungseinbruch / Spannungsabfall
3. Spannungsstösse
4. Unterspannung
5. Überspannung
6. Frequenzschwankungen
7. Schaltspitzen
8. Harmonische Oberwellen
9. 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.

Vorteile:

Gleichbleibende Stromqualität am Ausgang gewährleistet:

1. keine Umschaltzeit
2. lange Autonomiezeit

Merkmale:
Online bedeutet, dass die Energieversorgung immer über Wechselrichter erfolgt, gleichgültig
ob eine Netzstörung oder eine Netzunterbrechung vorliegt.

Einsatzbereich:
Schutz vor Risiko-Anwendungen in einer Umgebung mit häufigen Störungen im Versorgungsnetz.
Hochsensible Netzwerkserver und Datenkommunikationssysteme

Wie unterscheiden sich die USV-Technologien?

Was muss eine USV generell leisten können?

Sie muss...

• vor Netzunterbrüchen und Spannungsschwankungen schützen
• eine störungsfreie, stabile Spannung liefern; auch im Normalbetrieb
• die Akkumulatoren korrekt laden können.
• vor Überlast durch angeschlossene Geräte geschützt sein
• bei Netzunterbrechung akustisch und optisch warnen
• die Akkumulatoren vor Selbstentladung schützen und ungenügende
  Akkumulatorladung anzeigen

Worauf muss ich beim USV-Kauf achten?

• Die USV sollte eine möglichste große Eingangsspannungstoleranz haben.
• Die Ausgangsspannung der USV von 230 Volt sollte stabil sein.
• Es muss eine Überlast- und Kurzschluss-Sicherung 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 %.
• Der Hersteller des Produktes muss eine einwandfreie Qualität garantieren und einen
  funktionierenden Service bieten.
• Die USV sollte für das Arbeiten mit Software im Netzwerkbetrieb vorgesehen werden.

Wie ermittle ich die notwendige USV-Kapazität?

Für die Berechnung benötigen Sie die Daten über die Leistungsaufnahme Ihrer abzusichernden
Verbraucher. Diese Angaben finden Sie entweder auf dem Typenschild oder im technischen
Handbuch des Verbrauchers.

Wenn Ihnen die Scheinleistungswerte in VA vorliegen, können Sie die nächst größere
USV-Anlage auswählen.

Liegen Ihnen lediglich die Stromaufnahme - Werte vor, so müssen diese mit der Netz-
bzw. Versorgungsspannung multipliziert werden, um die Scheinleistung zu ermitteln.

Generell sollte bei der Dimensionieren der USV mit einer 25%igen Reserve gerechnet werden.

Beispiel: Sie wollen einen Computer mit einem Monitor an Ihre USV anschließen. Auf den
Typenschildern finden Sie die Daten für den PC: 1,5 A und für den Monitor: 1,7 A.
Die Scheinleistung beträgt somit (1,5 A + 1,7 A) x 230 V = 736 VA. Hier wird empfohlen,
eine USV mit 1000 VA einzusetzen.

Bemerkung: Sollten Sie auf en Typenschildern die Leistungen in Watt vorfinden, so ist
entweder die Scheinleistung der USV-Anlage zu ermitteln oder Sie entnehmen die
entsprechende Wirkleistung aus dem Datenblatt der USV, der zu Ihren Geräten passt.

Umrechnung von Wirk- in Scheinleistung: Die USV-Anlagen sind so konzipiert, dass diese im
Ausgang für einen Blindleistungsfaktor von (cos φ = 0,5 bis 1) ausgelegt sind.

Umrechung: VA in Watt
VA * cos φ = Watt

Umrechnung: Watt in VA
Watt / cos φ = VA

Umrechnung: VA
Volt * Ampère = Voltampère
V * A = VA

Hinweis: Es gibt Endgeräte, z.B. Kopierer, Drucker, Scanner oder Fax- bzw. Kombigeräte, die
eine Heiztrommel beinhalten. Diese Heizung wird nach Bedarf zu- oder abgeschaltet und
nimmt kurzfristig einen sehr hohen Strom auf. Dies würde dazu führen, dass die USV-Anlage
total überlastet ist und entweder auf Bypass schaltet oder ganz abschaltet. Um auch hier vor
unangenehmen Überraschungen bewahrt zu werden, ist ein Anruf beim USV-Lieferant evtl.
die einfachste Lösung. Wir beraten Sie gerne.

Was bedeutet: 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

Beispiele: Nennleistung

Welches ist die erforderliche Überbrückungszeit?

USV-Anlagen sind standardmäßig auf eine Überbrückungszeit von 5 - 10 Minuten ausgelegt.
Eine Erweiterung auf mehrere Stunden ist je nach Modell möglich. In der Regel werden hierfür
Online-Dauerwandler genommen, da Offline bzw. line-interactive Anlagen nicht auf eine
Autonomiezeitverlängerung ausgelegt sind. Die erforderliche Überbrückungszeit muss individuelle
spezifiziert werden. Größen wie z.B. Shutdownzeiten, Anlaufzeiten von evtl. installierten
Netzersatzanlagen oder gesetzliche Vorgaben beeinflussen diesen Wert.

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. Server sollten
generell mit einem Online-Dauerwandler abgesichert werden. Zum Teil wird für den problemlosen
Betrieb von Verbrauchern (z.B. Aufzugssteuerung) zwingend eine sinusförmige Stromversorgung
benötigt. Hierfür ist der Einsatz eines Online-Dauerwandlers unbedingt zu empfehlen.

Welches sind die typischen Anwendungsbereiche einer USV?

USV-Anlagen werden überwiegend in folgenden Bereichen eingesetzt:

• PC
• Server
• LAN-Knoten
• Telefonanlagen
• Steuerungen
• Klimaanlagen
• Notstromversorgungen z.B. Notbeleuchtung
• Alarmanlagen
• Überwachungsanlagen
• Kassensysteme
• Automationsanlagen der Industrie
• Zutrittskontrollsysteme

Wie müssen die Umgebungsbedingungen einer USV sein?

Die optimalen Betriebsbedingungen für eine USV sowie deren Akkus sind:

• eine Umgebungstemperatur von 20-25°C
• ein "sauberer" Aufstellraum (ohne übermäßige Staubentwicklung)
• trockene Umgebung

Wie funktioniert die USV im Netzwerkbetrieb?

Mehr und mehr Leute arbeiten in einem lokalen Netzwerk und keiner kümmert sich um den Server.
Dieser muss bei Netzausfall vollautomatisch die Dateien schließen und geordnet abschalten,
damit keine Daten verloren gehen. Dies besorgt eine spezielle Software (Shutdown - Programm),
welche zusammen mit der dafür vorgesehenen USV verwendet werden kann.
(In Windows 2000 und XP bereits integriert.)

Welche Elemente sind zu welchem Zweck in einer USV enthalten?

Welche Spannungsformen weisen USVs auf?

Vorteile

• sie entspricht der Wellenform aus dem Netz
• sie genügt allen Ansprüchen modernster Elektronik
• Ausgangsspannung mit hoher Stabilität

Sinuswelle


Nachteile

• nicht ausreichende Qualität für den Einsatz bei gewissen hochsensiblen Geräten

Rechteckwelle


Nachteile

• nicht empfehlenswert bei Geräten mit induktiver Last (Elektromotoren, Drucker, etc.)
• instabile Ausgangsspannung des USV-Gerätes, stark abhängig von den angeschlossenen Geräten

Was sind die Gründe für Störungen im Elektroversorgungsnetz?

• Stürme, Blitze, Erdbeben
• Kurzschlüsse
• Stromabschaltungen
• Elektromagnetische und hochfrequente Störungen in Industriequartieren
• Einschaltströme anderer Verbraucher im gleichen Netz

Wie sieht die gestörte Netzspannung aus?