Online-USV
Eine Online-USV, auch Doppelwandler-USV, versorgt die angeschlossenen Geräte dauerhaft aus ihrem eigenen Wechselrichter. Der Strom aus dem Netz wird zuerst gleichgerichtet und dann wieder zu Wechselstrom gewandelt. Die Last hängt nie direkt am Netz.
Die Norm IEC 62040-3 (in Deutschland DIN EN IEC 62040-3) nennt diese Bauart VFI, Voltage and Frequency Independent: Spannung und Frequenz am Ausgang sind von denen am Eingang unabhängig, ohne dass dafür die Batterie entladen wird. Offline- und Line-interactive-USV (VFD und VI) beschreibt das Lemma USV.
Aufbau
| Baugruppe | Aufgabe |
|---|---|
| Gleichrichter | wandelt die Netzspannung in Gleichspannung für den Zwischenkreis |
| Zwischenkreis mit Batterie | Gleichspannung, an der die Batterie direkt oder über einen Wandler hängt |
| Wechselrichter | erzeugt aus der Gleichspannung eine saubere Sinusspannung für die Last |
| Statischer Bypass | elektronischer Schalter, der die Last bei Überlast oder Fehler direkt aufs Netz legt |
| Wartungsbypass | Handschalter, um die USV für Arbeiten komplett herauszunehmen |
Fällt das Netz aus, liefert die Batterie den Zwischenkreis weiter. Der Wechselrichter merkt davon nichts, er läuft ohne Unterbrechung weiter. Darin liegt der Unterschied zu den einfacheren Bauarten, die erst bei Netzausfall auf den Wechselrichter umschalten.
Online-USV oder Line-interactive
| Merkmal | Line-interactive (VI) | Online (VFI) |
|---|---|---|
| Last im Normalbetrieb | am Netz, Spannung über Transformator geregelt | am Wechselrichter |
| Umschaltzeit bei Netzausfall | wenige Millisekunden | keine |
| Frequenzschwankungen | gehen zur Last durch oder lösen Batteriebetrieb aus | werden ausgeregelt |
| Oberschwingungen und Spannungsspitzen | werden nur teilweise gefiltert | erreichen die Last nicht |
| Betrieb an einem Notstromaggregat | häufige Wechsel in den Batteriebetrieb bei schwankender Frequenz | stabil |
| Wirkungsgrad | höher | niedriger, die Doppelwandlung kostet Energie |
| Geräusch, Wärme | gering | Lüfter laufen dauernd |
Für einen einzelnen Arbeitsplatz oder einen kleinen Netzwerkschrank reicht oft Line-interactive. Eine Online-USV lohnt sich, wo Geräte empfindlich sind, die Netzqualität schlecht ist oder ein Notstromaggregat die Versorgung übernimmt. Im Rechenzentrum ist sie der Standard.
Der Klassifizierungscode
Die Norm beschreibt eine USV mit einem dreiteiligen Code, etwa VFI-SS-111. Er steht im Datenblatt und ist belastbarer als Werbebegriffe wie „echte Online-USV“.
| Teil | Bedeutung | Werte |
|---|---|---|
| 1 | Abhängigkeit vom Eingang | VFD, VI, VFI |
| 2 | Kurvenform der Ausgangsspannung, erst im Netz- oder Bypassbetrieb, dann im Batteriebetrieb | S = Sinus (Klirrfaktor höchstens 8 %), X = Sinus nur bei linearer Last, Y = kein Sinus |
| 3 | Verhalten bei Laständerungen: Wechsel der Betriebsart, linearer Lastsprung, nichtlinearer Lastsprung | 1 = für empfindliche Lasten, 2 = für die meisten kritischen Lasten, 3 = für übliche IT-Netzteile |
VFI-SS-111 ist die beste Einstufung: unabhängig vom Netz, in jeder Betriebsart Sinus, bei jedem Lastwechsel innerhalb der engsten Toleranzkurve. Eine USV mit Y im zweiten Teil liefert im Batteriebetrieb eine Rechteck- oder Treppenspannung — für Schaltnetzteile meist unkritisch, für Motoren und Transformatoren nicht.
ECO-Modus
Viele Online-USV haben einen Sparbetrieb, je nach Hersteller ECO-Modus, Effizienzmodus oder ähnlich benannt. Die Last läuft dann über den statischen Bypass direkt am Netz, der Wechselrichter wartet in Bereitschaft. Der Wirkungsgrad steigt auf rund 98 bis 99 Prozent.
Der Preis: In diesem Betrieb ist die Online-USV keine Online-USV mehr. Sie arbeitet wie eine Offline- oder Line-interactive-USV, mit Umschaltzeit und ohne Schutz vor Netzstörungen. Im Rechenzentrum ist der ECO-Modus deshalb eine bewusste Abwägung zwischen Energiekosten und Schutz, keine Voreinstellung.
Auslegung
Leistung. Angegeben in kVA (Scheinleistung) und kW (Wirkleistung). Maßgeblich für IT ist die Wirkleistung. Aktuelle Geräte haben einen Leistungsfaktor am Ausgang von 0,9 bis 1, ältere oft 0,8 — eine 10-kVA-USV liefert dann nur 8 kW.
Eingangsseite. Moderne Online-USV haben einen Gleichrichter mit Leistungsfaktorkorrektur und belasten Netz und Notstromaggregat kaum mit Oberschwingungen. Ältere Anlagen mit Thyristor-Gleichrichtern brauchen dafür Filter und ein größer dimensioniertes Aggregat.
Überbrückungszeit. Ausgelegt wird auf Minuten, nicht Stunden: genug, bis die Netzersatzanlage übernimmt, oder um Systeme geordnet herunterzufahren.
Redundanz. Größere Anlagen bestehen aus parallel geschalteten Modulen, sodass ein Modul ausfallen oder getauscht werden kann, ohne dass die Last auf den Bypass geht (N+1).
Normen
- IEC 62040-3 / DIN EN IEC 62040-3: Unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme (USV) — Teil 3: Methoden zum Festlegen der Leistungs- und Prüfungsanforderungen