USV Anlagen

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen – kurz USV-Anlage genannt – werden eingesetzt, um bei Störungen im Stromnetz die Energieversorgung kritischer elektrischer Lasten sicherzustellen. Typische Einsatzgebiete von modularen Anlagen sind  im Serverraum, IT-Netzwerke und Produktionsprozesse in der Industrie. Je nach Technologie schützt eine USV die angeschlossenen Systeme vor folgenden Störungen: Stromausfall, Unterspannung, Überspannung, Frequenzänderungen und Oberschwingungen.
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Was sind USV-Anlagen?

Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), englisch Uninterruptible Power Supply (UPS), wird eingesetzt, um bei Störungen im Stromnetz die Versorgung elektrischer Last sicherzustellen. USV-Geräte finden daher vor allem in Krankenhäusern, Leitstellen und Rechenzentren Verwendung, mittlerweile aber ebenso in produzierender Industrie. Auch in kleinen Büros oder zuhause ist eine Stromversorgung sehr wichtig. Sie werden in die Stromzuleitung der zu sichernden Anlagen oder Geräte eingefügt. 

Weit verbreitet sind Batterie-gestützte USV-Systeme. Diese erzielen die beste Leistung bei 20°C Betriebstemperatur aufgrund ihrer kritischen Komponenten. Man sollte die Batterien, wie auch die USV-Anlage selbst, regelmäßig überprüfen lassen.

USV-Anlagen gibt es bereits ab 200 VA, bis hin zu mehreren MVAs. Ein weiteres wesentliches Merkmal einer USV ist die maximale Überbrückungszeit, die von der Kapazität der Akkumulatoren abhängt. Sie kann je nach Anforderung wenige Sekunden oder mehrere Stunden betragen. 

Computer in kleineren Rechenzentren werden bei einem Stromausfall automatisch heruntergefahren, bevor die Überbrückungszeit abgelaufen ist. Geöffnete Dateien werden so kontrolliert geschlossen, um Datenverlust zu verhindern. Server und USV kommunizieren zu diesem Zweck standardmäßig über Ethernet bzw. SNMP, vereinzelt aber auch über die Schnittstelle RS-232 oder auch über USB. Über diese Verbindung kann die USV auch überwacht, gesteuert und eingestellt werden. Bei einer Verbindung über Ethernet ist dazu üblicherweise keine spezielle Software, sondern lediglich ein Webbrowser notwendig. 

Warum benötigt man eine USV?

  • USV-Geräte verhindern Schäden an der Hardware durch Überspannungen und Spannungsspitzen. Viele USV-Systeme führen zudem eine kontinuierliche Aufbereitung der Eingangsstromversorgung durch. 
  • USV-Anlagen verhindern Datenverlust und Datenverfälschung. Ohne USV können Daten einer Anlage durch plötzliches unkontrolliertes Abschalten verfälscht werden, oder sogar komplett verloren gehen. 
  • Das USV-System bietet ständige Verfügbarkeit von Netzwerken und anderen Anwendungen durch Vermeidung von Ausfallzeiten. USVs können auch in Verbindung mit Generatoren genutzt werden. In diesem Fall übernimmt die USV-Anlage die Versorgung bis der Generator zuverlässig Energie liefert.

Verschiedene Arten von USV-Anlagen

1. Offline-USV (VFD – Voltage and Frequency Dependent)

Offline-USV-Anlagen werden verwendet um PCs gegen Netzausfälle, Spannungseinbrüche und Spannungsspitzen zu schützen. Im Normalmodus versorgt die USV den Verbraucher direkt aus dem Netz, zwar gefiltert, jedoch ohne aktive Umwandlung. Die Batterie wird aus dem Netz geladen. Im Falle eines Netzausfalls oder einer Netzschwankung liefert die USV eine stabile Versorgung aus der Batterie. 

2. Line interactive USV (VI – Voltage Independent)

Line interactive USV-Geräte werden verwendet um Netzwerke in Unternehmen sowie andere IT-Anwendungen gegen Netzausfälle, Spannungseinbrüche, Spannungsspitzen, Überspannung und Unterspannung zu schützen. Im Normalmodus wird das Gerät durch einen Mikroprozessor gesteuert, der die Qualität der Stromversorgung überwacht und auf Änderungen reagiert. Eine Kompensationsschaltung sorgt dafür, dass die Versorgungsspannung erhöht oder verringert wird, wodurch die Netzschwankungen ausgeglichen werden. Der Hauptvorteil dieser line interactiven Topologie ist, dass der Ausgleich von Über- und Unterspannungen ohne den Gebrauch der Batterien vorgenommen wird.

3. Online-USV (VFI – Voltage and Frequency Independent)

Das Online-USV-System basiert auf der Doppelwandler Topologie und ist die Basis für USV-Anlagen, die dafür ausgelegt sind, einen kontinuierlichen Schutz der Stromversorgung von kritischen Verbrauchern gegen alle auftretenden Probleme zu gewährleisten. Dadurch wird eine durchgängige Qualität der Stromversorgung, ungeachtet der Störungen im Versorgernetz, sichergestellt. Die Ausgangsspannung wird vollständig durch Doppelwandlung mittels Gleichrichtung und nachfolgender Wechselrichtung aufbereitet, um eine Stromversorgung ohne jede elektrische Störung zu erzeugen. Online-USVs können für jede Art von Verbrauchern genutzt werden, da sie beim Übergang auf Batteriebetrieb störungsfreie Umschaltvorgänge gewährleisten.