USV WISSEN

 

USV ist die Abkürzung für "Unterbrechungsfreie Strom-Versorgung". (Engl. "UPS" (uninterrupted power supply)

In der heutigen computerisierten Zeit sind Daten und Programme in Computeranlagen so wichtig, dass keine Fehler auftreten dürfen. Kein zeitgemässer EDV-Anwender kann heute noch Datenverluste verantworten, welche durch Störungen oder Unterbrüche der Energieversorgung verursacht werden. Die USV filtert die Netzspannung und schützt vor Spannungsspitzen und Spannungsunterbrüchen. Sie ist verantwortlich für ein einwandfreies Funktionieren der ihr angeschlossenen Geräte und lässt dem Anwender genügend Zeit, angefangene Arbeiten bei Netzausfall zu beenden, und die Geräte korrekt abzuschalten. Selbstverständlich beschränkt sich der Gebrauch von USV nicht nur auf PC-Anwender sondern ist überall angezeigt, wo aus Sicherheitsgründen eine stete, regelmässige Spannungsversorgung nötig ist; wie z.B. bei Notbeleuchtungen, Alarmanlagen, Überwachungsanlagen…

 

Es werden generell drei Typen unterschieden: OFF-Line - Line interactive - On-Line

OFF-Line (Standby) USV Schutz vor: Stromausfall / Netzausfall Spannungseinbruch / Spannungsabfall Spannungsstösse

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 - 4 ms, also praktisch ohne Unterbruch

• Merkmale -  OFF-Line
• Wirkungsgrad bis zu 100%
• Einsatzbereich:
• PC's und Peripheriegeräte
• Notlampen
• kleine TK-Anlagen

Line interactive (Hybrid USV): (Off-line USV + AVR) (Netzinteraktive-, Delta-Conversion- u. Single-Conversion USV's)

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. Die USV ist daher aktiv/interaktiv.

Im Unterschied zur Offline-USV bietet die Line-Interaktive-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 -unterbruch aktiviert.
• Schutz vor:
• Stromausfall / Netzausfall
• Spannungseinbruch / Spannungsabfall
• Spannungsstösse
• Unterspannung
• Überspannung

• Einsatzbereich:
• PC's und kleine Server
• grössere Telekommunikationsanlagen
• Kleinere Server-Systeme und Netzwerke

On-Line USV (Dauerwandler / Doppelwandler (Double-Conversion) USV's)

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.

 

• Schutz vor:
• Stromausfall / Netzausfall
• Spannungseinbruch / Spannungsabfall
• Spannungsstösse
• Unterspannung
• Überspannung
• Frequenzschwankungen
• Schaltspitzen
• Harmonische Oberwellen
• Störspannungen
• Vorteile:
• gleichbleibende Stromqualität am Ausgang gewährleistet
• keine Umschaltzeit
• lange Autonomiezeit
• Nachteile:
• höhere Investitionskosten
• grösserer Energieverbrauch (schlechterer Wirkungsgrad ca. 90%)
• Akku Lebensdauer zwischen 3 - 4 Jahren
• Merkmale:
• ON-Line heisst immer Energieversorgung über Wechselrichter, gleichgültig ob eine Netzstörung oder ein Netzunterbruch besteht.
• In der Regel besteht bei Anlagen unter 10 kVA kein spezieller Service-by-pass.
• Einsatzbereich:
• Schutz von Risiko-Anwendungen in einer Umgebung mit häufigen Störungen im Versorgungsnetz
• Hochsensible Netzwerkserver und Datenkommunikationssysteme

 

          Zusatzinformation 

• Was muss eine USV generell leisten können?
• Sie muss…
• vor Netzunterbrüchen und Spannungsschwankungen schützen.
• eine störfreie, stabile Spannung liefern; auch im Normalbetrieb.
• die Akkumulatoren korrekt laden können.
• vor Überlast durch angeschlossene Geräte geschützt sein.
• bei Netzunterbruch akustisch und optisch warnen.
• die Akkumulatoren vor Selbstentladung schützen und ungenügende Akkumulatorladung anzeigen.

 

• Worauf muss ich beim USV-Kauf achten:
• Die USV sollte im Netzspannungsbereich von min. 200V bis max. 250V im Normalbetrieb arbeiten können.
• Die Ausgangsspannung der USV von 230 Volt darf max. um ± 5-10 % abweichen.
• Es muss eine Überlast- und Kurzschlusssicherung 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%.
• Die Autonomiezeit vom Netz muss mindestens 5 - 10 Minuten bei voller Last betragen.
• Der Hersteller des Produktes muss eine einwandfreie Qualität garantieren und einen funktionierenden Service (Ersatz innert 24 h) bieten.
• Die USV sollte für das Arbeiten mit Software im Netzwerkbetrieb vorgesehen werden.
• Neben der zu sichernden Last sind lange Akkulaufzeiten und ein elektrisch sauberes Ausgangssignal die wichtigen Eigenschaften einer USV.
• Die Akkulaufzeit hängt von der Kapazität der mitgelieferten Akkus ab. Grob gilt: Akkus mit 250 VAh liefern ca. 20 Min. Ersatzstrom, mit 160 VAh lassen sich ca. 12 Min. stromlos überbrücken. (Akku - Lebensdauer zwischen 3 und 10 Jahren)

 

• Was sind die Gründe für Störungen im Elektroversorgungsnetz?

• Stürme, Blitze, Erdbeben
• Kurzschlüsse, normale Stromabschaltungen
• elektromagnetische und hochfrequente Störungen in Industriequartieren

 

ERKLÄRUNGEN ZUR USV-SELEKTIVITÄT

USV im Normalbetrieb Im Normalbetrieb ist die Kurzschlusssituation nicht so kritisch. Ein Kurzschluss bedeutet für die USV Überlast und die USV geht sofort auf Bypassbetrieb. Somit muss die Selektivität Eingangssicherung zur Ausgangssicherung (vor der Last) gewährleistet sein.

 

USV im Batteriebetrieb

Die USV kann mangels Netzeinspeisung nicht auf Bypass-Betrieb gehen. Der Wechselrichter kann nur einen beschränkten Kurzschlussstrom liefern, um die lastseitigen Sicherungen auszulösen. Die lastseitigen Sicherungen sollten prinzipiell möglichst tief ausgelegt werden, um eine Auslösung bei jeder Art von Kurzschluss während dem Batteriebetrieb zu gewährleisten.

 

Definitionen

Gesamtselektivität: Selektivität ist bei jeder Störung (Überlastung, Kurzschluss, Leckstrom zur Erde) und für alle Überstromwerte, einschliesslich solcher zwischen der Eingriffsschwelle der Sicherung weiter hinten und dem angenommenen Kurzschlussstrom am Installationspunkt der Sicherung weiter vorne, garantiert. Teilweise Selektivität: Selektivität ist bis zu einer bestimmten Überstromgrenze Is (Selektivitätsgrenzstrom) garantiert.

 

Selektivität bei Überlastung der USV

Für Sicherungseingriffszeiten von einigen Stunden bis zu einigen Sekunden (Überströme bis zu 6 - 8-mal Nennstrom) ist ein Koordinieren der Sicherungen recht einfach. Man muss nur dafür sorgen, dass sich die Zeit/Strom Kurven nicht kreuzen.

 

Selektivität bei Kurzschluss

Hier müssen die Sicherungen innerhalb von wenigen Millisekunden eingreifen, um ein Verschmoren der Kabel bei den hohen Kurzschlussströmen zu verhindern. Für diese Eingriffszeiten gelten die obigen Überlegungen mit Hilfe der Strom/Zeit-Kurven wie bei Überlastung nicht mehr, da die Kurven für solch kurze Zeiten nicht abgelesen werden können. Zum Auslegen der USV-Selektivität müssen in diesem Fall die Grenzkurven des Joule Integrals der Sicherungseinrichtungen herangezogen werden. In der Praxis muss für einen bestimmten Wert des angenommenen Kurzschlussstroms die Einrichtung weiter vorne mehr A2 s durchlassen als die weiter hinten.

 

Bei Kurzschluss eines an der USV angeschlossenen Verbrauchers müssen zwei Fälle unterschieden werden: USV-Normalbetrieb und USV-Batteriebetrieb. Die Sicherungen müssen für den Batteriebetrieb dimensioniert sein.