USV ist die Abkürzung für unterbrechungsfreie Stromversorgung. Die englische Bezeichnung „Uninterrupted Power Supply„steht abgekürzt für „UPS“. Unterbrechungsfreie Stromversorgungen werden eingesetzt, um bei einem Stromausfall oder bei Störungen im Stromnetz die Energieversorgung

Die Stromversorgung in Krankenhäusern muss gewährleistet sein!

der angeschlossenen Geräte sicherzustellen.

Man verendet unterbrechungsfreie Stromversorgung überall dort, wo Stromausfälle oder Netzstörungen zu kritischen oder lebensbedrohlichen Situationen führen können. Beispielsweise bei lebenserhaltenden Systemen in einem Krankenhaus. Im Gegensatz zu einer längeren Notstromversorgung mit einem Notstromaggregat werden unterbrechungsfreie Stromversorgungen in der Regel nur für einen kurzen Zeitraum zur Überbrückung eingesetzt.

Wie ist eine USV aufgebaut?

Zentrales Element jeder USV ist ein Akkumulator. In der Regel verfügen die in eine USV eingebauten Akkumulatoren über eine Leistung von 300 Volt Ampere (VA) oder mehr. Der Akkumulator wird mit Netzstrom aufgeladen. Dazu befindet sich auf der Eingangsseite der USV ein Gleichrichter, der den Wechselstrom des Stromnetzes in Gleichstrom umwandelt. Auf der Ausgangsseite befindet sich ein Wechselrichter, der, für den Fall, dass der Akku die Energieversorgung übernimmt, den vom Akku abgegebenen Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Lesen Sie hier alles Wissenswerte zum Wechselstrom.

Kompakte USV Anlagen, die zu Hause oder in kleinen Büroeinheiten zur Sicherung der Stromversorgung eingesetzt werden, sind entweder mit Nickel-Metallhydrid, Lithium-Ionen oder kleinen Bleiakkus ausgestattet. Große USV Anlagen, die in Krankenhäusern oder Leitstellen eingesetzt werden, basieren auf bis zu mehreren Hundert stationären Bleiakkus, die zusammengeschaltet werden.

Wichtiges Notstromaggregat

Oft werden große Anlagen zusätzlich mit einem Diesel-Notstromaggregat kombiniert. Bei einer Störung übernimmt zunächst die USV die Energieversorgung. Das Notstromaggregat wird nach einer gewissen Zeit aktiviert und lädt die Akkus wieder auf oder übernimmt vollständig die Stromversorgung.

Ein weiterer Bestandteil eine USV ist eine elektronische Regelung, die den Akku zu- und abschaltet, die Stromabgabe und die Aufladung der Akkus regelt. Als relevantes Kriterium für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung ist die Reaktionszeit des Systems anzuführen. In der Regel beträgt diese nur wenige Millisekunden. Je nach Auslegung der USV kann die Überbrückungszeit bei einem Netzausfall oder Netzstörungen wenigen Sekunden bis zu mehreren Stunden betragen.

Vor welchen Störungen im Stromnetz schützt eine USV?

Je nach Auslegung der unterbrechungsfreien Stromversorgung können angeschlossene Geräte vor unterschiedlichen Störungen geschützt werden. Typische Störungen in der Stromversorgung sind:

Was tun, wenn das Stromnetz gestört ist?

Netzausfälle – Power Failure

Fällt ein Stromnetz für mehr als 10 Millisekunden aus, wird dies als Netzausfall bezeichnet. Definiert ist ein Netzausfall als sogenannte Nullspannungs-Bedingung. Das heißt, es steht kein Strom zur Verfügung, elektrische Anlagen und elektronische Systeme sind ohne Funktion.

Spannungsschwankungen – Power Sag

Spannungsschwankungen sind kurzzeitige Rückgänge der Netzspannung unter den Normalwert und dauern weniger als 16 Millisekunden. Sie können beim Einschalten großer elektrischer Verbraucher entstehen. In Wohngebäuden können beispielsweise anfahrende Aufzüge Spannungsschwankungen verursachen.

Spannungsspitzen – Switching Transient

Als Spannungsspitzen werden erhöhte Netzspannungen mit einer Dauer von 4 bis 16 Millisekunden bezeichnet. Häufige Ursache sind statische Entladungen. Eine weitere Ursache können Schaltvorgänge in elektrischen Anlagen sein. In diesen Fällen werden Spannungsspitzen auch als Schaltspitzen bezeichnet.

Spannungsstöße – Power Surge

Kurzzeitige und plötzlich auftretende Spannungsspitzen mit einer Dauer von weniger als 4 Millisekunden werden als Spannungsstöße bezeichnet. Häufige Ursache sind Blitzeinschläge in der Nähe von elektrischen Anlagen.

Unterspannungen – Under Voltag

Fällt die Netzspannung unter einen zulässigen Grenzwert, wird dies als Unterspannung bezeichnet. Die Folge ist möglicherweise ein Abschalten elektrischer Systeme. Unterspannungen können dauerhaft oder für wenige Sekunden auftreten.

Überspannungen – Over Voltage

Überspannungen können kurzzeitig oder fortlaufend auftreten und zu einer Zerstörung von elektronischen Bauteilen führen. Sie treten beispielsweise auf, wenn große elektrische Verbraucher eingeschaltet werden. Dadurch kann die normale Netzspannung auf deutlich über 100 % erhöht werden.

Frequenzschwankungen – Frequency Variation

Frequenzschwankungen sind periodisch auftretende Abweichungen von der normalerweise konstanten 50 Hz Netzfrequenz.

Verschiedene Spannungen, verschiedene Auswirkungen

Spannungsverzerrungen – Line Noise

Spannungsverzerrungen, sogenannter Line Noise, sind periodisch auftretende elektrische Störspannungen. Diese Störspannungen können die Schaltungen in elektrischen und elektronischen Systemen negativ beeinflussen.

Spannungsoberschwingungen – Harmonic Distortion

Sogenannte Spannungsoberschwingungen sind fortlaufende Veränderungen und Verzerrungen der normalen Wellenform der Stromspannung. Spannungsoberschwingungen werden beispielsweise durch flackernde Leuchtstoffröhren verursacht.

Die Arten der unterbrechungsfreien Stromversorgung

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen werden in drei Schutzklassen unterteilt:

• Klasse 1: Standby- oder Offline-USV – VFD (Voltage Frequency Dependent from Mains Supply)

• Klasse 2: Line Interactive– oder Netzinteraktive-USV – VI (Voltage Independent from Mains Supply)

• Klasse 3: Online-USV – VFI (Voltage and Frequency Independent from Mains Supply) –

Voltage Frequency Dependent from Mains Supply – VFD USV

Die Standby- oder Offline-USV ist die einfachste Form der unterbrechungsfreien Stromversorgung in der von IEC, DIN und VDE standardisierten USV-Schutzklasse 1. Sie schützt nur bei einem vollkommenen Netzausfall. Schwankungen der Netzspannung oder der Netzfrequenzen werden von dieser Art USV nicht ausgeglichen. Fällt der Netzstrom aus, oder kommt es zu einer Über- oder Unterspannung, übernimmt der Akku innerhalb weniger Millisekunden die Energieversorgung. Bei Normalbetrieb wird der Akku wieder aufgeladen. Diese Art der unterbrechungsfreien Stromversorgung wird oft für kleine Verbraucher oder einzelne Computer eingesetzt.

Voltage Independent from Mains Supply – VI USV

Eine Voltage Independent from Mains Supply (VI) USV wird auch als „Line Interactive– oder Netzinteraktive-USV„ bezeichnet und zählt zur Schutzklasse 2. Sie erfüllt zwei Funktionen. Sie schützt sowohl gegen Schwankungen der Netzspannung wie auch gegen einen totalen Netzausfall. Hauptsächlich wird diese Art der unterbrechungsfreien Stromversorgung daher in Umgebungen mit häufig vorkommende Spannungsschwankungen eingesetzt, um Netzwerke, Computersysteme und größere Telekommunikationsanlagen abzusichern.

Voltage and Frequency Independent from Mains Supply – VFI USV

Die als Online-USV bezeichnete VFI–USV bietet von allen drei Arten den besten Schutz. USV dieses Typs sind der Schutzklasse 1 zugeordnet. VFI schützen vor einem totalen Stromausfall und gleichen Schwankungen der

Schwankungen der Netzfrequenz können ausgeglichen werden.

Netzspannung sowie Schwankungen der Netzfrequenz aus. Im Gegensatz zu den anderen unterbrechungsfreien Stromversorgungen werden die angeschlossenen Geräte im Normalbetrieb immer über den Akku mit Energie versorgt. Der Vorteil ist, dass bei Schwankungen oder einem Stromausfall keine Schaltzeiten zu einer Verzögerung der Versorgung führen können. Nachteilig anzumerken ist, dass die Lebenszeit des Akkus wegen der Dauerbelastung auf drei bis maximal vier Jahre begrenzt ist. Einsatzgebiete sind die Absicherung von Servern und Systemen der Datenkommunikation.

Wo werden USV eingesetzt?

USV-Anlagen werden eingesetzt, wenn eine Unterbrechung der Stromversorgung zu kritischen Situationen oder einem Datenverlust führen kann. Sie befinden sich daher vor allem in Krankenhäusern, Rechenzentren, Leitstellen von Kraftwerken, Häfen, Flughäfen oder der Bundesbahn. Kompakte USV und werden eingesetzt, um in Büros Datenverluste bei einem Stromausfall oder Netzstörungen zu vermeiden. Das heißt, diese Anlagen sollen den Betrieb von Computersystemen solange aufrechterhalten, bis alle Daten gespeichert und die Systeme ordnungsgemäß heruntergefahren wurden. Eine länger andauernde Versorgung ist hier meistens nicht vorgesehen.