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Energieversorgung der Systeme

USVs sichern Geschäfts- und Produktionsabläufe

| Autor / Redakteur: Petra Adamik / Sarah Nollau

Wenn der Strom knapp wird, sorgen USVs dafür, dass IT-Systeme weiterhin versorgt werden und Daten noch vor dem kompletten Strom-Aus gesichert werden können.
Wenn der Strom knapp wird, sorgen USVs dafür, dass IT-Systeme weiterhin versorgt werden und Daten noch vor dem kompletten Strom-Aus gesichert werden können. (Bild: © Sergey Nivens - stock.adobe.com)

Die Energieversorgung ist ein zentrales Thema. Im Rechenzentrum sowie in der Telekommunikation oder in der Fertigung muss eine permanente Stromversorgung gesichert sein, um stabile Prozesse zu gewährleisten. USVs sind in solchen Umgebungen essenziell.

Ohne eine permanente Energieversorgung in allen Lebensbereichen läuft in der heutigen Gesellschaft nichts mehr. Durchgängige Lösungen für das Energie- und Wärmemanagement sind sowohl für den privaten, als auch den industriellen Bereich überlebenswichtig.

Stromversorgung an ihrer Grenze

Die E-Mobilität, Smart Factories und Smart Cities sowie die moderne Kommunikation verlangen nach einer permanenten Energieversorgung. Der Verbrauch in Industrieländern ist hoch und wächst kontinuierlich. Auch in Entwicklungs- und Schwellenländern steigt der Strombedarf. Versorgungseinrichtungen stoßen an ihre Grenzen. Kommen äußere Einflüsse, wie extreme Stürme, heftiger Schneefall oder Gewitter hinzu, sind die vorhandenen Leitungen bereits heute vielfach überfordert. Das haben die Erfahrungen der Vergangenheit gezeigt. Die Folge sind extreme Stromschwankungen bis hin zu Stromausfällen.

Für den modernen Menschen sowie die Geschäftswelt und die Industrie können Stromausfälle fatal sein. Das gesamte Leben könnte zum Erliegen kommen. Damit das nicht passiert, springen Generatoren in großen Versorgungseinrichtungen an, wenn aus den öffentlichen Netzen keine Energie mehr fließt. Im privaten Umfeld, in Büros und im Rechenzentrum übernehmen „Unterbrechungsfreie Stromversorgungen“ (USV) diese Aufgabe.

USV-Systeme

USV-Systeme bestehen aus verschiedenen Grundelementen. Da ist zunächst der Energielieferant, der bei Stromausfällen dafür sorgt, dass die angeschlossenen Komponenten weiterhin mit Strom versorgt werden. Die Überbrückungszeit, die mit einer USV erreicht werden kann, hängt von der Leistungsstärke der eingesetzten Batterien oder des Generators ab.

Ein weiteres Grundelement einer USV-Anlage sind die elektronischen Schaltungen, die den Netzstrom messen und Schwankungen ausgleichen. Je nach Konfiguration sorgt die Elektronik dann auch dafür, dass bei Ausfällen automatisch der Batteriestrom eingeschaltet wird. Bei größeren Anlagen und längeren Ausfällen übernimmt ein Generator diese Aufgabe.

Ergänzendes zum Thema
 
Was sind USVs und was können sie?

Datenrettung im Ernstfall

Im Notfall werden von der USV entsprechende Signale an die Ersatzstromquellen geschickt, damit diese die kurz- oder langfristige Energieversorgung übernimmt. Die USV spricht aber auch die IT-Systeme an und sorgt im Ernstfall dafür, dass diese geordnet heruntergefahren werden. Auf diese Weise können Anwendungen normal beendet und Daten gesichert werden. Keine Information geht verloren. Um im professionellen Umfeld einen höchstmöglichen Schutz zu garantieren, sollten die USVs in Rechenzentren redundant ausgelegt sein.

Monitoring-Software ist vielfach ein fester Bestandteil vieler USV-Anlagen. Damit lassen sich Ereignisse überwachen und dokumentieren. Die Auswertungen ermöglichen die genaue Kontrolle über mögliche Ereignisse und unterstützen den Administrator dabei, Schwachstellen oder Überlastungen von Stromquellen zu erkennen und mögliche Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Manchmal kann bereits eine Verlagerung einzelner Komponenten helfen, eine einzelne Stromquelle zu entlasten und Schwankungen in der Energieversorgung abzustellen.

Batteriebänke

USV-Anlagen gibt es in vielen Konfigurationen. Das Spektrum reicht von Systemen für Einzelplätze, die mit einigen Hundert Voltampere arbeiten, bis hin zu leistungsstarken Lösungen mit Hunderten von kVA, die bei Bedarf ein komplettes Rechenzentrum schützen können. Noch vergleichsweise neu ist das Open-Compute- und Rackscale-Design, bei dem jedes einzelne Rack mit einem USV-Modul ausgerüstet wird. Damit kann eine kostspielige Fehldimensionierung von Batteriebänken und -räumen verhindert werden.

Batteriebänke sind das Herzstück der Überbrückungsenergie. Bei USV-Systemen, die in Rechenzentren zum Einsatz kommen, sind diese in der Regel skalierbar. Bei der Implementierung zusätzlicher IT-Systeme können sie daher mitwachsen und die kontinuierliche Energieversorgung sicherstellen.

Die Dimensionierung von Batteriebänken hängt davon ab, welche Überbrückungszeiten eine USV sicherstellen soll. Bei vielen größeren Installationen decken USVs nur die erste Stufe der Notstromversorgung ab. Treten längere Störungen auf, übernimmt in der Regel der nachgelagerte Dieselgenerator die Stromerzeugung.

VFD-, VFI- und VI-USVs

VFD-USVs (Voltage and Frequency Dependent; offline) sind die einfachsten Systeme. Bei dieser Art werden die stromverbrauchenden Geräte direkt an die Spannungsversorgung angeschlossen. Die USV erkennt Über- oder Unterspannungen und schaltet bei Bedarf dann auf Batteriebetrieb um. Allerdings nimmt diese Umschaltung einige Millisekunden in Anspruch, was für zahlreiche Anwendungen bereits zu lang sein kann. Die Folge sind Daten- und Informationsverluste. Ein weiterer Nachteil von Offline-USVs ist, dass diese weder Unter- noch Überspannungen erkennen. In professionellen Rechenzentren kommen sie daher heute kaum noch zum Einsatz.

VFI-Systeme (Voltage and Frequency Independent; Dauerwandler-USVs) sind in Rechenzentren der am weitesten verbreitete USV-Typ. Hier wird aus der Netzspannung des Stromnetzes mit Hilfe eines Gleichrichters zunächst eine Gleichspannung erzeugt. Das lädt die integrierten Batterien. Die Wechselspannung am Ausgang wird durch einen Wechselrichter aus dem intern erzeugten Gleichstrom generiert. So wird das Rechenzentrum unabhängig von der Versorgung aus dem allgemeinen Stromnetz.

VI-USVs (Voltage Independent; Line-interaktiv) werden zwischen den Netzanschluss und die IT-Anlage geschaltet. Sie filtern Spannungsschwankungen und sind direkt mit den Batterien oder Notstromaggregaten verbunden. Das Umschalten auf Batteriebetrieb dauert zwei bis vier Millisekunden, zurück auf Netzbetrieb schalten solche Systeme verzögerungsfrei.

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