USV-Technologien im Vergleich

Spannung halten

Zuverlässige Energieversorgung ist eine der wichtigsten Wachstumskriterien in der Industrie. Bis heute ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) ein unentbehrlicher Bestandteil vieler Anwendungen, denn die Ausfallsicherheit von kritischen und anspruchsvollen Anlagen ist oft unbezahlbar. Stellt sich nur die Frage: Welche ist die richtige USV-Technologie für die jeweilige Anwendung?
Ein USV-System liefert selbst dann idealen Strom, wenn die Eingangsleistung von schlechter Qualität ist.
Ein USV-System liefert selbst dann idealen Strom, wenn die Eingangsleistung von schlechter Qualität ist.Bild: AEG Power Solutions GmbH

Wurde bis vor Kurzem noch strikt zwischen IT und Produktion getrennt, hat die Digitalisierung heute nahezu alle Prozesse durchdrungen. Digitale Komponenten kontrollieren, analysieren und optimieren nahezu alle Industriebereiche. Das spart Kosten, beschleunigt Prozesse und verbessert die Produkte. Doch mit steigender Vernetzung einhergehend, ist die Industrie anfälliger gegenüber Netzschwankungen und Stromausfällen. Damit durch diese keine wichtigen Daten verloren gehen, empfindlichen Anlagen ein Defekt droht, teure Maschinen ausfallen, die Umwelt oder gar die Sicherheit von Menschen gefährdet wird, stellt eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) die Versorgung kritischer Anwendungen sicher. Größere Stromausfälle kommen in Westeuropa relativ selten vor. Durch das Schalten großer Ströme entstehen aber ständig ungewollte Rückwirkungen im Stromnetz. So rufen Kurzschlüsse und Einschaltströme oder größere Elektromotoren Spannungsabsenkungen hervor. Spannungsanhebungen treten durch das Abschalten großer Lasten oder durch Blitzeinschläge induzierte Ströme auf. Die Energieversorger regeln die Netzspannung und die Netzfrequenz an den Einspeisepunkten des Stromnetzes zwar ständig nach, gleichen dadurch jedoch nur die Summe der Störungen aus. Eine USV gleicht lokale Schwankungen und Ausfälle aus, indem sie angeschlossene Verbraucher mit elektrischer Energie aus Batterien speist, die als Zwischenspeicher sauberen Strom liefern. Das USV-System liefert selbst in solchen Situationen idealen Strom, in denen die Eingangsleistung von schlechter Qualität ist, wie z. B. bei Unterspannungen, Überspannungen, Schwankungen der Eingangsfrequenz, Oberwellen oder Spannungsspitzen.

Monoblock USV wie Protect 8 von AEG PS bieten bewährte und zuverlässige Technologie für eine genau definierte Infrastruktur
Monoblock USV wie Protect 8 von AEG PS bieten bewährte und zuverlässige Technologie für eine genau definierte InfrastrukturBild: AEG Power Solutions GmbH

Alle kritischen Verbraucher sichern

Diese Batterien stellen zudem ausreichend lange Strom bereit, um bei Netzausfall die Versorgungslücke zu schließen – entweder bis die Netzversorgung wiederhergestellt ist oder ein Generator anläuft. Abweichungen und Aussetzer in der Stromversorgung treten viel häufiger auf als allgemein vermutet. Die Konsequenzen sind Rechnerabstürze, Datenverlust und kostenintensive Ausfälle von Produktionsmitteln. Eine unterbrechungsfreie Gleichstrom- oder Wechselstromversorgung benötigen daher alle Anwendungen, die kritische Verbraucher sichern müssen. USV-Anlagen finden in Krankenhäusern, Kraftwerken und Industrieanlagen, Leitstellen im Verkehrswesen oder in Rechenzentren Verwendung, mittlerweile ebenso in Büros oder gar vernetzten Haushalten. Stromausfälle oder eine unzuverlässige Stromversorgung haben dabei zur Folge, dass Anlagen, Daten und Personensicherheit auf dem Spiel stehen. Neben finanziellen Ausfällen kann dies im Industriebereich verheerende Auswirkungen auf Umwelt und Menschenleben haben.

Schema des AEG PS Protect Plus M400. Modulare USV punkten mit integrierter Redundanz, flexibler Skalierbarkeit und Effizienz bei Teillasten.
Schema des AEG PS Protect Plus M400. Modulare USV punkten mit integrierter Redundanz, flexibler Skalierbarkeit und Effizienz bei Teillasten.Bild: AEG Power Solutions GmbH

Die Qual der Wahl: Monoblock oder modulare USV

Unterschiedliche USV-Topologien und Architekturen berücksichtigen die verschiedenen Sicherheitslevels und spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Weitere wichtige Kriterien einer USV sind Energieeffizienz, Dimensionierung, Wartung, Belastbarkeit und Zuverlässigkeit, zukünftige Skalierbarkeit und natürlich die Anschaffungskosten. Als Betriebsmittel ist es besonders wichtig, die Gesamtbetriebskosten heranzuziehen. Sie sollten die Anschaffungskosten von USV und Batteriesystem sowie die erforderliche Infrastruktur, inklusive Unterverteilungen, Kabel, Generatoren etc. beinhalten. Darüber hinaus müssen die jährlichen Betriebskosten für Wartung, Verschleißteile und Wirkungsgrad berücksichtigt werden – schließlich hat ein typisches USV-System eine Betriebsdauer von 10 bis 15 Jahren und mehr. Die Wahl der USV-Architektur zwischen herkömmlichen Monoblock- und modularen USV-Anlagen sowie transformatorlosen oder transformatorbasierten Systemen kann dadurch erhebliche Unterschiede aufweisen. Prinzipiell sind Monoblock- und modulare USV-Systeme ähnliche Architekturen und werden je nach Leistungsklasse und Anforderungen der Lasten unterschiedlich eingesetzt. Im industriellen Einsatz befinden sich derzeit etwa 80% Monoblöcke, 15% modulare USV und 5% integrierte Schaltschrank-Lösungen. Das modulare Konzept stammt aus dem Telekommunikationsmarkt und ist daher in Rechenzentren und anderen IT-Anwendungen sehr beliebt. Aktuell gewinnen allerdings modulare USV-Systeme auch in industriellen Anwendungen an Bedeutung.

 Ein USV-System liefert selbst dann idealen Strom, wenn die Eingangsleistung von schlechter Qualität ist.
Ein USV-System liefert selbst dann idealen Strom, wenn die Eingangsleistung von schlechter Qualität ist.Bild: AEG Power Solutions GmbH

Monoblocks bei genau definierter Infrastruktur

Monoblock-USVen sind in sich geschlossene Systeme und bieten daher wenig Spielraum hinsichtlich nachträglicher Dimensionierung der Leistung und zukünftiger Skalierbarkeit. Sie sind in diskreten Größen von weniger als 10kVA bis etwas über 1000kVA erhältlich. Ein Monoblock-System kann dabei einzeln oder in Parallelschaltung zur Leistungs- bzw. Redundanzerhöhung eingesetzt werden, um die Ausfallsicherheit für mehrere MVA zu gewährleisten. Die Monoblock-USVen werden für Industrieanwendungen in der Regel mit Transformatoren eingesetzt. Hier überwiegen die Vorteile durch galvanische Trennung und die saubere Ausgangsspannung. Im Störungsfall genauso wie bei Netzspannungsstörungen stellt die solide und fehlertolerante Konstruktion eine stabile Versorgung sicher. Die bewährte Technologie bietet maximale Robustheit und souveräne Stromversorgung für kritische Anwendungen selbst in rauen Einsatzgebieten. Gegenüber trafolosen Systemen weisen sie allerdings eine höhreres Gewicht und größere Stellfläche auf. Da Industrie-USVen nicht in Reinraumumgebungen zum Einsatz kommen, sind sie meistens mit einem äußerst widerstandsfähigen Gehäuse ausgestattet, das gegen Staub, hohe Temperaturen usw. beständig ist. Die Auslegung der Anlage und der gesamten Unterverteilung geschieht auf vorher festgelegte Spezifikationen und lässt sich im Nachhinein nur umständlich ändern. Daher werden viele Systeme für zukünftige Anforderungen zu groß dimensioniert und laufen daher nicht im optimalen Effizienzbereich.

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