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USV-Konzepte in KMU – Tipps zu Planung, Umsetzung und Wartung (Teil 1) USV-Anforderungen auf Grundlage abzusichernder Geräte kalkulieren

Autor / Redakteur: Frank Repper, Eaton Power Quality / Stephan Augsten

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USVs) schützen vor Totalausfällen und gleichen Spannungsschwankungen aus. Doch USV ist nicht gleich USV – nur ein auf das Unternehmen ausgerichtetes Konzept gewährleistet zufriedenstellenden Schutz. In dieser Artikelserie verraten wir, worauf es bei der Planung eines USV-Konzepts, der Auswahl der passenden Lösung und dem sicheren Betrieb einer USV ankommt.

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Nur ein gut geplanter und berechneter USV-Entwurf gleicht mögliche Spannungsschwankungen und andere Probleme im Stromnetz aus. (Illustration: Eaton Power Quality)
Nur ein gut geplanter und berechneter USV-Entwurf gleicht mögliche Spannungsschwankungen und andere Probleme im Stromnetz aus. (Illustration: Eaton Power Quality)
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Energieversorgung in den meisten Ländern der westlichen Welt ist heute stabil, Stromausfälle sind erfreulicherweise eher selten. Bei der Stromqualität jedoch treten häufiger Schwankungen auf, die den Betrieb empfindlicher elektronischer Systemen stören. Rund 60 Prozent aller Computerprobleme sind auf die schlechte Qualität der elektrischen Stromversorgung, also beispielsweise Spannungsschwankungen oder Frequenzstörungen zurückzuführen.

In einem Bürogebäude gibt es zahlreiche Komponenten, die Parameter einer Stromzufuhr negativ beeinflussen können. So beanspruchen zum Beispiel Aufzüge das Versorgungsnetz derart, dass die Spannung kurzfristig einbrechen kann und somit für ein Computersystem zu gering ist – es schaltet ab.

Im Folgenden erläutern wir Schritt für Schritt, welche Kriterien man beim Planen einer USV beachten sollte.

Festlegung der Schlüsselbereiche – Was muss geschützt werden?

Die Planung eines USV-Konzepts beginnt mit einem ganzheitlichen Blick auf die Infrastruktur des Unternehmens: Welche Geräte, Systeme, Anwendungen und Daten sollen abgesichert werden?

Leider gibt es keine pauschale Definition, welche Geräte und Anwendungen mit einer USV geschützt werden müssen. Es empfiehlt sich daher, anhand einiger wesentlicher Kriterien eine Prioritätenliste zu erstellen, die dann als Basis für das gesamte USV-Konzept des Unternehmens dienen kann.

Als Grundsatz gilt, den operativen Betrieb des Unternehmens möglichst lange aufrechtzuerhalten beziehungsweise schnell wiederherzustellen. Folglich geht es sowohl um die Sicherung von Daten und die kontrollierte sequenzielle Abschaltung des Gesamtsystems als auch um den Abschluss industrieller Prozesse, die unkontrolliert abgeschaltet hohen Schaden verursachen können.

In die Planung sollten darüber hinaus Bildschirme, externe Datenspeichergeräte und andere kritische Peripheriegeräte einbezogen werden. Die IT- und Telekommunikationssysteme in Unternehmen sind immer enger miteinander verzahnt – Unternehmen sollten sich daher über die Abhängigkeiten verschiedener Systeme untereinander und ihre Sicherheitsrelevanz klar werden. Das Erstellen eines zusätzlichen Abhängigkeiten-Diagramms ist dabei sinnvoll und hilfreich. Hier einige Beispiele:

  • Kann der Server beim Stromausfall sicher heruntergefahren werden, wenn die Desktop-PCs ohne Vorwarnung abschalten?
  • Reicht es, nur die TK-Anlage zu sichern? Oder muss auch ein Voice-Mailbox-System, dessen Daten beim Stromausfall gelöscht werden können, geschützt werden?
  • Welche Hubs und Switches stehen außerhalb des Serverschranks im ganzen Gebäude verteilt? Auch dezentral installierte Router oder Switches können Schlüsselfunktionen haben und müssen abgesichert werden.

Seite 2: Zentrales oder dezentrales USV-Konzept

Zentrales oder dezentrales USV-Konzept

Hat man einen Überblick über die abzusichernden Geräte, geht es an die Wahl des geeigneten USV-Konzepts. Dieses kann entweder zentral oder dezentral aufgebaut sein.

Dezentrale USV-Konzepte mit mehreren einzelnen, unterschiedlich dimensionierten USV-Anlagen lassen sich gut verteilen. Deshalb eignen sie sich besonders zur Absicherung einzelner, voneinander unabhängiger Systeme. Auch Umgebungen mit zahlreichen unterschiedlichen Stromkreisen und verschiedenen Spannungen lassen sich wesentlich einfacher und unkomplizierter mit separaten USVs schützen.

Eine große zentralisierte USV ist hingegen sinnvoll, wenn mehrere Systeme nahe beieinander installiert sind wie Server und Router oder bei Rechenzentren und Serverfarmen.

Die Vorteile der zentralen Lösung: Zum einen kann der IT-Manager das Gesamtsystem leichter konfigurieren und auch neue Systeme einfacher zum sicheren Stromnetz hinzufügen – so muss für ein neues System keine neue USV gekauft werden. Andererseits geht es um die Kosten: Sie sind pro kVA-Schutz gegenüber einzelnen Systemen deutlich wirtschaftlicher. Allerdings sind solche zentralen Systeme entsprechend groß und schwer.

Aus Gründen der Datensicherheit geht der Trend in Unternehmen zu redundanten IT-Infrastrukturen, in denen komplette Systeme gespiegelt werden – meist in separaten Räumen. Hier empfiehlt es sich, die Infrastrukturen mit identischen zentralen USVs abzusichern.

Die Entscheidung für eine zentrale oder dezentrale Lösung hängt auch mit dem Gebäude zusammen, in dem sich das Unternehmen befindet. In Altbauten muss man verstärkt die Statik und die Qualität der installierten Stromleitungen berücksichtigen – häufig gibt es unterschiedliche Stromkreise, die jeweils separat abgesichert werden müssen und dezentrale Lösungen erfordern. Bei Neubauten von Bürogebäuden werden heute meist von vornherein getrennte Stromnetze für die IT/TK verlegt, die dann mit zentralen USVs abgesichert werden können.

Seite 3: Welche USV-Leistung wird benötigt?

Welche USV-Leistung wird benötigt?

Im nächsten Schritt wird die benötigte Leistung der USV berechnet. Sie sollte weder zu gering, noch zu hoch eingeschätzt werden. Ist die USV zu groß dimensioniert, hat man nicht nur zu viel Geld im Einkauf ausgegeben – auch die laufenden Kosten fallen durch den erhöhten Stromverbrauch für die nach Maximalbedarf konfigurierten Batterien höher aus.

Noch problematischer ist es, wenn die Leistung der USV zu gering bemessen ist. Eine unterdimensionierte USV kann im Ernstfall den Stromausfall nicht lange genug überbrücken oder nicht genügend Leistung für alle Geräte zur Verfügung stellen.

Der abzusichernde Leistungsbedarf errechnet sich folgendermaßen: Volt- und Amperewert jedes einzelnen Gerätes werden multipliziert, um den Voltampere-Wert (VA) zu erhalten. Der addierte VA-Wert aller Geräte ergibt die notwendige Mindestkapazität der USV. Es gilt die Faustregel, eine USV mit einer Leistungsreserve von 25 Prozent zu planen.

Häufig wird jedoch die USV aus Kostengründen nur so groß gekauft, dass sie die vorhandenen Lasten im Falle eines Stromausfalls gerade versorgen kann. Treten dann zusätzliche Stromspitzen auf, werden diese von der USV nicht abgedeckt.

Stand-by- sowie Line-Interaktive Systeme schalten dann in der Regel sofort ab, die Schutzfunktion fällt aus. Online-Geräte können zumindest kurzfristig Überlasten abdecken oder über den statischen Bypass Netzstrom zur Verfügung stellen.

Flexibilität dank modularer Systeme

An ihre Kapazitätsgrenzen kann die USV auch geraten, wenn nachträglich zusätzliche Lasten angehängt werden, für die sie nicht ausgelegt ist. Statt direkt ein großes System zu kaufen, besteht bei vielen USVs die Möglichkeit, die Leistung nachträglich durch Parallelschaltung mehrerer Module zu steigern.

Inzwischen gibt es sogar Technologien, die erlauben, dass die einzelnen Module unabhängig voneinander arbeiten. Fällt ein Modul aus, übernimmt das andere dessen Last automatisch und ohne Verzögerungszeit. Das erhöht die Ausfallsicherheit beträchtlich.

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Welche Überbrückungszeit wird benötigt?

Neben der USV-Leistung muss auch die Überbrückungszeit berechnet werden. Dabei handelt es sich um die Zeitspanne, die ein System wie der Server bei Stromausfall weiterarbeiten soll, um ein sicheres Abschalten zu gewährleisten.

Dieser Zeitraum – üblicherweise zwischen fünf Minuten und einer halben Stunde, oft aber auch weitaus länger – muss vorab ermittelt werden. Denn zusammen mit der Leistung bestimmt er das spezifische USV-Modell, das alle Anforderungen optimal erfüllt.

Je größer die Batteriekapazität (Menge der Batterien und Leistung/h) konzipiert wird, desto länger ist auch die Überbrückungsdauer der USV. Größere Line-Interaktive oder Double-Conversion-USVs ab etwa 1500 VA Leistung lassen sich außerdem meist nachträglich noch mit Batteriemodulen erweitern.

Wichtig ist auch die Steuerung und Überwachung der Batterien. Mit einer Monitoring-Software lässt sich ihr Ladezustand jederzeit überprüfen. Darüber hinaus gibt es heute spezielle Technologien, bei denen die Batterien nach vorbestimmten Algorithmen geladen werden. Die Akkus werden also nicht permanent aufgeladen, sondern in Abhängigkeit von mehreren Messwerten. Dadurch korrodieren weniger und erreichen so bis zu 50 Prozent mehr Lebensdauer als herkömmliche Ladesysteme.

Nachdem wir nun die Verbraucher im unternehmensweiten Stromnetz kennen und den USV-Bedarf ermittelt haben, können wir uns nach passenden USV-Technologien umsehen. Hierzu muss man allerdings auch um mögliche Spannungsprobleme wissen. Auf diese Aspekte gehen wir im zweiten Teil dieser USV-Artikelserie ein.

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