Mit einer Verfügbarkeit von 99,98 Prozent zählt das europäische Verbundnetz zu den sichersten der Welt. Dennoch werden nach einer Statistik der Deutschen Telekom AG in Ortsnetzen bis zu 150 Kurzzeitunterbrechungen pro Jahr registriert. Hinzu kommen Überspannungsspitzen, Spannungs- und Frequenzschwankungen. Schutz vor möglichen Schäden bieten unterbrechungsfreie Stromversorgungen.
Was im privaten Umfeld oft ohne Folgen bleibt, kann für ein Unternehmen schnell zur finanziellen Belastung werden, wenn unerwartet Störungen oder gar Ausfälle in der Stromversorgung auftreten. Dabei muss es nicht einmal ein richtiger Stromausfall sein, der das Fertigungsband einer Fabrik stoppt. Dazu genügt mitunter ein Spannungseinbruch von weniger als 25 Millisekunden. Die Störungen rühren von spontanen Kurzschlüssen, von Umrichtmaßnahmen oder von Blitzeinschlägen her. Aber auch an das Netz angeschlossene Verbraucher können für Störungen sorgen, indem sie etwa ihren Energiebedarf sprunghaft ansteigen lassen.
Die zunehmende Bedeutung der Technik in nahezu allen Lebensbereichen führt zu höheren Ansprüchen bezüglich der Energiequalität. Auch reagieren immer leistungsfähigere Geräte, vorrangig die der Kommunikationstechnik, zunehmend empfindlich auf Störungen aus dem Netz. Die im Wettbewerb befindlichen deutschen Versorgungsunternehmen wissen um diesen Zustand. Sie bessern ihre Übertragungstechniken entsprechend nach und beabsichtigen, Elektrizität künftig in ‚Power Quality‘ anzubieten - zu entsprechenden Tarifen versteht sich. Die Verbesserung der Netzqualität kommt vielen Anwendungen entgegen, schützt aber wenig vor Störungen im Millisekundenbereich und schon gar nicht vor längeren Ausfällen. Hier ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) gefordert.
USV-Typen
Drei Typen von USVen werden im Wesentlichen unterschieden, wobei der Online-Typ als der praktikabelste und sicherste gilt. Der Grund liegt in der Doppelwandler-Technik, auch Double-Conversion genannt: Ein Gleichrichtermodul wandelt dabei den Netzstrom in sauber geglätteten Gleichstrom um, der anschließend wieder von einem Inverter als Wechselstrom an den Abnehmer - etwa einen Server oder eine computergesteuerte Produktionsmaschine - weiter geleitet wird. Spannungsspitzen oder Unterspannungen werden dabei komplett herausgefiltert. Fällt das Netz teilweise oder ganz aus, übernimmt eine integrierte Batterieeinheit die Versorgung, gänzlich ohne Umschaltzeit. Einsatzgebiete der Online-USV finden sich in der gesamten Industrie, insbesondere im Telekommunikations- und Internetbereich. Aber auch Krankenhäuser, Supermärkte, Polizeistationen, Flughäfen, Ämter, Kanzleien usw. sichern mittlerweile ihre sensiblen Apparaturen und Geräte mit Hilfe von Online-USVen ab. Gegenstück zur Online-Technik ist die preisgünstigere Offline- bzw. Standby-USV. Ihr Einsatz ist im unteren Leistungsspektrum angesiedelt, z.B. zum Schutz einzelner PC und deren Peripheriegeräte. Auch hier gleicht ein Filter Spannungsspitzen und Netzstörungen aus - aber nur die gröbsten. Kommt es zum Stromausfall, wird auf Wechselrichter bzw. Batteriebetrieb umgeschaltet. Da dieser Umschaltvorgang einige Millisekunden dauert, können empfindliche elektronische Geräte Schaden nehmen. Als Zwischenlösung bietet sich die sogenannte netzinteraktive oder Line-Interactive-USV an. Auch hier werden im Normalbetrieb die angeschlossenen Geräte aus dem Netz versorgt, Unterspannungen durch den ‚mitlaufenden‘ Wechselrichter (teilweise) ausgeglichen. Gegen Frequenzschwankungen ist die Line-Interactive-USV aber ebenso wie die Off-Line-USV wehrlos. Außerdem benötigt auch sie eine Umschaltpause beim Wechsel auf das Batterie-Back-up. Die Frage nach der richtigen USV-Wahl ist von der Anwendung abhängig. Für Verbraucher, die nur vor Netzausfall geschützt werden sollen, reicht die Off-Line-, besser noch die Line-Interactive-USV. Sollen die Verbraucher aber auch vor Frequenzschwankungen, Spannungsstörungen, Transienten usw. geschützt werden, empfiehlt sich klar die On-Line-USV mit Doppelwandlertechnik. Steuerungs- und Kommunikationsmöglichkeiten sind heute gleichfalls wichtige Entscheidungskriterien bei der USV-Wahl. Serielle Schnittstellen schaffen dabei die Voraussetzung zum notwendigen Datenaustausch, etwa für das Herunterfahren (Shutdown) eines angeschlossenen Rechners bei Leistungsausfall. Speziell entwickelte Ferndiagnose-Software lässt Vorgänge wie diesen über hunderte Kilometer beobachten bzw. steuern. Oft zum Erstaunen des USV-Betreibers, der von einem Tele-Service-Eingriff erst aus dem übermittelten Betriebsprotokoll erfährt. Sind mehrere USV-Geräte in ein Netzwerk untereinander abhängiger Systeme eingebunden, empfiehlt sich der Einsatz von Profibus DP. Die normierte Schnittstelle ermöglicht zum einen die Ankopplung an übergeordnete Automatisierungssysteme, zum anderen einen schnellen, zyklischen Datenaustausch. Damit gewinnen Anwender vielfache, nützliche Informationen zur Bedienung und Abstimmung ihrer USV-Geräte und der angeschlossenen Systeme.
Abbildungsunterschriften Aufmacher: Sechzehn 500-kVA-USV-Geräte der Masterguard-Serie SIII schützen die Rechneranlage eines großen Telekommunikationsdienstleisters Abb. 1: USV-Systeme werden je nach Anschlusskonfiguration den drei Typen Offline, Standby, Online zugeordnet. Abb. 2: Der Anteil, der durch Stromstörungen hervorgerufenen Datenverluste |
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