USV-Anlagen: Auswahl, Betrieb und Planung
Statische und dynamische USVs
Funktionierende Datennetze sind heute eine zwingende Voraussetzung für den erfolgreichen Betrieb der allermeisten Unternehmen. Kommt es zu Störungen im Datennetz, aus welchen Gründen auch immer, dann können Teile des Unternehmens oder auch das gesamte Unternehmen nicht mehr arbeiten. Eine wichtige Voraussetzung für ein funktionierendes Datennetz ist eine kontinuierliche Stromversorgung. Ein Vergleich der verschiedenen USV-Konzepte gibt Aufschluss.Die Annahme, dass in Deutschland die Stromversorgung störungsfrei und gesichert ist, stimmt nicht mehr. Die Qualität und Verfügbarkeit der Energieversorgung durch Energieversorgungsunternehmen (EVU) ist durch zum Teil veraltete oder auch überlastete Stromverteilernetze immer mehr beeinträchtig. Auch verschwinden aus Kostengründen mehrfache Redundanzen. So kommt es in den meisten Großstädten mehrmals im Jahr zu kurzzeitigen Unterbrechungen oder auch zu spürbar längeren Ausfällen der Energieversorgung. Ist das Datennetz eines Unternehmens in diesen Fällen ungeschützt, können die Folgen im Unternehmen über Stunden spürbar sein. Die Bundesnetzagentur hat für 2010 ermittelt, dass es eine durchschnittliche Nichtverfügbarkeit der Energieversorgung von 14,9 Minuten (SAIDI) gab. Die Anzahl der Unterbrechungen lag im Niederspannungsbereich bei 169.200 Ereignissen pro Jahr (www.bundesnetzagentur.de/DE/Sachgebiete/ElektrizitaetGas/Sonderthemen/SAIDIWertStrom2010/SAIDIWertStrom2010_node.html). Neben den sofort spürbaren Unterbrechungen gibt es noch eine Reihe weiterer Störungen. Die IEEE kategorisiert sieben Arten: Frequenzschwankungen entstehen gewöhnlich dann, wenn Netzersatzaggregate nicht optimal funktionieren. Für die IT-Geräte ist dieses Problem eher zu vernachlässigen, da diese sehr frequenztolerant sind. Spannungsschwankungen entstehen dann, wenn im Netz große Lasten zu schalten sind. Dabei erhöht sich die Spannung während eines sehr kurzen Zeitraumes um fünf Prozent nach oben und unten. Typischerweise treten solche Phänomene in Industriegebieten in der Nähe von Schweißrobotern und Lichtbogenöfen auf. Netzteile können auch diese Probleme bis zu einem gewissen Grad ausgleichen. Unterspannungen und Überspannungen sind im Vergleich zu Spannungsschwankungen von längerer Dauer und treten dann auf, wenn große Lasten mit hohen Anlaufströmen zu schalten sind. Dies können Klimaanlagen oder auch Motoren sein. Überlastete Transformatoren begünstigen dieses Phänomen ebenso. Kommt es zu einer Unter- oder Überspannung, ist es möglich, dass IT-Geräte ihren Dienst versagen oder auch anfangen zu booten. Unterbrechungen in der Energieversorgung haben ohne Schutzmaßnahmen zwingend Ausfälle zur Folge. Die Ursachen für die Unterbrechungen sind sowohl im menschlichen Versagen zu finden (Bauarbeiten) als auch in der falschen Auswahl oder Dimensionierung der technischer Infrastruktur. Leistungsschalter können falsch ausgewählt sein, oder überlastete Neutralleiter lösen Schutzmaßnahmen aus. Verzerrungen der Wellenform entstehen zum Beispiel durch getaktete Netzteile, die in fast allen Bereichen der Endgeräte zu finden sind - sogar in Energiesparlampen. Die Verzerrung, auch Oberschwingung oder Harmonische genannt, bringt eine ganze Reihe von Problemen mit sich. So kommt es vor, dass durch Oberschwingungen die Auswerteeinheit eines Leistungsschalters falsche Signale auswertet und spontan auslöst. Bei alten RCD (FI-Schutzschalter) kann es zu einer Fehlfunktion kommen, die eine Gefahr für Menschen darstellt. Um ein Datennetz vor den aufgezählten Unzulänglichkeiten zu schützen, sind USV-Anlagen (unterbrechungsfreie Stromversorgung) die erste Wahl. Abhängig vom Typ schützen sie gegen alle dargestellten Störungen oder nur gegen ausgewählte. Gegen eine Unterbrechung der Stromversorgung schützen jedoch alle. Für den Schutz der IT-Infrastruktur kommen in der Regel zwei verschiedene Typen zum Einsatz, nämlich statische oder dynamische USV-Anlagen. Beide Typen gibt es noch in unterschiedlichen Ausprägungen und Ergänzungen. Die statischen Anlagen nutzen als Energiespeicher grundsätzlich Batterien, die für eine begrenzte Zeit - in der Regel mehrere Minuten - die Energieversorgung sicherstellen können. Für eine längere Überbrückungszeit benötigt man Netzersatzanlagen (NEA) - also Dieselgeneratoren. Da nur Anlagen in Betracht kommen, die für den Einsatz in Rechenzentren und Datennetzen geeignet sind, beschränkt sich die weiterer Betrachtung auf "Online"-USV-Anlagen, bei denen die Batterien ständig in die Versorgung integriert sind und dynamische USV-Anlagen. Dynamische USV-Anlagen Dynamische USV-Anlagen haben einen kinetischen Speicher in Form eines Schwungrads. Im Normalbetrieb bleibt diese Schwungmasse durch das speisende Netz in Bewegung. Kommt es nun zu einer Unterbrechung der Energieversorgung, wandelt die USV-Anlage die gespeicherte kinetische Energie in elektrische Energie um. Bei der Entnahme der Energie sinkt die Drehzahl der Schwungmaße, bis ein unteres Limit erreicht ist. Danach endet die Spannungsversorgung durch das Schwungrad. Dieser Vorgang dauert abhängig von Typ und Auslastung etwa 20 Sekunden. Anschließend müssen Batterien oder eine NEA die Versorgung übernehmen. Statische USV-Anlagen Die statischen Online-USV-Anlagen wandeln eine Wechselspannung in eine Gleichspannung (Gleichrichter) um. Als Energiespeicher dienen Batterien. Aus der Gleichspannung generiert das System wieder eine Wechselspannung, die die angeschlossene Last versorgt. Diese Arbeitsweise heißt auch Doppelwandlerprinzip, da die Spannung zweimal umgewandelt wird. Weil die Versorgung ohne Schaltvorgänge stattfindet und die Batterien in diesen Stromkreis integriert sind, spricht man von einem Online-System. Eine Abwandlung des Doppelwandlers ist der Deltawandler. Er arbeitet zwar im Prinzip ähnlich wie ein Doppelwandler - jedoch mit einer Ausnahme: Die beiden Wechselstromseiten der Wandler sind direkt miteinander verbunden. Bei geladenen Batterien fließt der gesamte Strom direkt an den Ausgang, und zwar ohne dass eine zweimalige Umwandlung notwendig ist. Sind die Batterien zu laden, wandelt das System nur den notwendige Ladestrom und das Delta zwischen Ist- und Sollzustand um. Dies spart Energie. Ein Nachteil des Deltawandlers ist es, dass die Stromnetze vor und hinter der USV nicht voneinander getrennt sind und damit eine gegenseitige Beeinflussung möglich ist. Damit können auch Schräglasten am Ausgang, also die ungleiche Belastung der Phasen, dazu führen, dass auch am Eingang die Phasen ungleich belastet sind. Auch ist der Deltawandler teurer als der Dopplerwandler. Jedoch ist der Wirkungsgrad dieser Technik so gut, dass sich der Mehrpreis nach relativ kurzer Zeit amortisiert. Aus elektrotechnischer Sicht haben dynamische USV-Anlagen gegenüber statischen Anlagen zwei wesentliche Vorteile. Dynamische USVs sind in der Lage, hohe Einschaltströme zu liefern. Über die USV erhält das zu schützende Netz seinen Strom. Damit begrenzen die Eigenschaften der USV-Anlage den maximalen Strom. Industrieanlagen oder auch Anlagen für die Kälteerzeugung haben hohe Anlaufströme, die ein Vielfaches des Betriebsstroms ausmachen können. Statische Anlagen sind damit schnell überfordert. Dynamische Anlagen können diese Ströme liefern. Ähnliches gilt für den Kurzschlussstrom. Hohe Kurzschlussströme sind notwendig, damit Leitungsschutzschalter sicher auslösen. Diese beiden Vorteile führten dazu, dass Industrieanlagen oft über dynamische Anlagen abgesichert sind - meist in Kombination mit Batterien und NEAs. Dynamische USV-Anlagen Rechenzentren sind jedoch immer in Betrieb und haben keine hohen Anlaufströme. Daher sind dort meist statische Anlagen im Einsatz. In jüngster Zeit werden aber dynamische Anlagen auch für die Absicherung von größeren Rechenzentren interessant - natürlich unter einem modernen Namen. Sie heißen jetzt "Flyweel USV". Der Grund für diesen Trend ist, dass durch die Dynamik im Server-Markt und der Trend zur Zentralisierung die notwendigen Batteriekapazitäten schwer zu berechnen und vorzuhalten sind. Zudem sind die Batterien ein erheblicher Kostenfaktor, der umso mehr ins Gewicht fällt, je größer das Netz ist. Flyweel-USV-Anlagen speichern die Energie in einer rotierenden Schwungmasse. Um die Verluste möglichste gering zu halten, ist diese Schwungmasse in einem Vakuumgehäuse untergebracht. Spezielle Lager sind bei dieser Technik notwendig, um hohe Temperaturen zu vermeiden und die Verluste gering zu halten. Herstellerabhängig dreht die Schwungmasse mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Bei höheren Geschwindigkeiten ist weniger Masse notwendig, um die gleiche Energie zu speichern. Bei hohen Geschwindigkeiten steigt jedoch auch das Risiko, dass Schäden durch eine defekte Schwungmasse entstehen. Dies erfordert eine zuverlässige Überwachung der Lagertemperaturen und der Vibrationen. Bei höheren Geschwindigkeiten der Schwungmasse ist die Zeit bis zum vollständigen Wiederaufladen des Energiespeichers höher als bei langsamen. Dies bedeutet, dass mehr Leistung erforderlich ist, um die Schwungmasse in der gleichen Zeit auf Touren zu bringen. Dies kann sich bisweilen negativ auswirken, wenn die NEA schon im Grenzbereich arbeitet. Flyweel USV-Anlagen gibt es in verschiedenen Ausprägungen: Flywheel-USV mit Notersatzanlage, aber ohne Batterien, Flywheel-Diesel-USV zur Speicherung der Energie mittels Schwungmasse mit Diesel-Motor und Flywheel-USV mit Batterieunterstützung, aber ohne Diesel. Bei der Option 1 sind USV und NEA keine bauliche Einheit, vielmehr eigenständige Anlagen, die über eine zentrale Steuerung miteinander gekoppelt sind. NEA und USV müssen damit nicht zwingend von einem Hersteller kommen. Auch kann man vorhandene NEAs weiter nutzen. Eine komplexe, ausfallsichere Steuerung ist aber zusätzlich kundenspezifisch zu installieren und ausreichend zu testen. Option 2 bildet die Out-of-the-Box-Lösung. USV und NEA bilden dabei eine Einheit mit gemeinsamer Steuerung. Wenn eine Anlage in Wartung geht, sind immer die NEA und USV gleichzeitig betroffen. Die geplanten Ausfallzeiten können sich gegenüber Option 1 verlängern. Sowohl die Flywheel-USV als auch eine Netzersatzanlage wird früher oder später einmal eine Störung haben. Deshalb sind Redundanzen erforderlich. Die Option 3 ist in der Regel für Rechenzentren und Datennetze ungeeignet, da sie nur für einen begrenzten Zeitraum Energie liefert. Ist es das Ziel, keinen Ausfall im Datennetz zu haben, kommt diese Lösung nicht in Frage. Statische USV vs. dynamische USV Für den Vergleich der unterschiedlichen Konzepte lassen sich folgende Anlagenkonfigurationen heranziehen: Als Anlage 1 eine Flywheel-USV mit Netzersatzanlage und als Anlage 2 eine Doppelwandler-USV mit Batterien und NEA-Abstützung. Beide Anlagen sind in ihrer grundsätzlichen Wirkungsweise sehr ähnlich und somit vergleichbar. Die ausgewählten Konfigurationen erlauben es, ein Rechenzentrum über längere Zeit eigenständig zu versorgen. In diesem Zusammenhang kommt jedoch immer wieder die Diskussion auf, ob nicht auch eine statische USV mit Batterien und ohne Dieselabstützung diese Aufgabe übernehmen kann. Es gibt aber gewichtige Argumente, warum dies nicht zu empfehlen ist. Der erste Grund ist die Autonomiezeit. Eine reine Abstützung über Batterien gelingt immer nur über einen begrenzten Zeitraum. Kurzeitige Unterbrechungen oder so genannte "Netzwischer", also Störungen im Sekundenbereich, sind über die Batterien abfangbar. Dauert die Unterbrechung jedoch länger, ist der Betreiber ab einen gewissen Zeitpunkt gezwungen, die Server gezielt herunterzufahren. Durch vernetzte Unternehmensstandorte können dann auch Bereiche betroffen sein, die zwar an das Rechenzentrum angebunden, von der Stromunterbrechung aber eigentlich nicht betroffen sind. Auch zeigen Erfahrungen, dass der Wiederanlauf eines abgeschalteten Rechenzentrums die eine oder andere Überraschung mit sich bringt und es länger dauern kann, bis wieder alle Dienste verfügbar sind. Der zweite Grund ist die Versorgung der großen Stromverbraucher - in unserm Fall speziell die Kälteerzeugung. Die Kompressoren der Kältemaschinen verursachen hohe Stoßlasten und haben hohe Anlaufströme, sodass diese Geräte ohnehin von einer NEA zu versorgen sind. Zumindest statische USV-Anlagen sind nicht in der Lage, die von Klimakompressoren geforderten Ströme zu liefern, da diese typischerweise nur den zwei- bis dreifachen Nennstrom liefern können und das auch nur über einen sehr kurzen Zeitraum von wenigen Sekunden. Dies bedeutet, man kalkuliert eine Unterbrechung der Kälteerzeugung ein. Über Kältepuffer und Restkälte in der Verrohrung lässt sich zwar ein kurzer Zeitraum überbrücken. Berücksichtigt der Betreiber jedoch, dass manche Kältemaschinen bis zu 20 Minuten brauchen, um ihre Arbeit wieder aufzunehmen, dann wird deutlich, dass er sehr schnell mit dem Herunterfahren der Server beginnen muss. Batterien können also nur dazu dienen, sehr kurze Unterbrechungen abzufangen und bei längeren Unterbrechungen dem Betreiber die Zeit zu geben, die Server herunterzufahren. Einen dauerhaften Betrieb können Batterien nicht gewährleisten. Aus diesen Gründen können statische USV-Anlagen, die nicht über eine NEA abgestützt sind, einen dauerhaften Betrieb nicht sicherstellen. Die Kombinationen aus NEA und statischer oder dynamischer USV-Anlage sind dazu jedoch in der Lage. Es lohnt sich also, diese beide Anlagentypen unter verschieden Gesichtspunkten zu vergleichen. Aufbau und Redundanzen Anlage 1 besteht aus besteht aus einer Flywheel-USV im Verbund mit einer NEA. Wie schon beschrieben, muss eine redundant ausgelegte Steuerung dafür sorgen, dass das Zusammenspiel dieser Anlagen auch funktioniert. Diese Steuerung sollte vor Inbetriebnahme ausreichend getestet sein. Fällt der Strom aus, wird das Rechenzentrum in den ersten Sekunden über die kinetische Energie der Flywheel-Anlage versorgt. In dieser Zeit muss die Netzersatzanlage starten. Heute dienen dazu so genannte Schnellstartdiesel, die in weniger als zehn Sekunden die Versorgung übernehmen. Und dies ist auch der Knackpunkt: Startet die NEA nicht, fällt das Rechenzentrum aus. Dieses harte Abschalten führt in der Regel zu Datenverlusten und auch zur Beschädigung von Hardware. Dies ist auch der Grund, warum Betreiber von Flywheel-Anlagen oftmals zwei Schnellstartdiesel oder noch eine zusätzliche Batterieabstützung einsetzen. Im ersten Fall starten beide Diesel gleichzeitig. Nimmt der erste den Betrieb auf, fährt der zweite wieder herunter. Beim Einsatz nur einer Notersatzanlage und bei einer Vorhaltung von entsprechend Batterieautonomie sind mehrere Startversuche des Diesels möglich. Leider zeigt die Erfahrung, dass erneute Startversuche meist ebenfalls nicht erfolgreich sind. Der Betreiber muss das Rechenzentrum mit allen negativen Konsequenzen herunterfahren. Für die statische USV mit NEA-Unterstützung gilt das Genannte ebenfalls. Im Gegensatz zur reinen Batteriepufferung ist zu prüfen, ob sich nicht auch die großen Verbraucher für einen sehr kurzen Zeitraum unterbrechungsfrei versorgen lassen. Generell gilt aber, dass sich beide Typen von USV-Anlagen so konfigurieren lassen, dass sie die hohen Anforderungen der Klassen 3 und 4 der aktuell verabschiedeten Norm EN 50600 erfüllen. Sämtliche Redundanzgedanken sind mit beiden Anlagentypen abbildbar. Hinweise zur Dimensionierung Bei der Planung einer Flywheel-NEA-Kombination muss die richtige Dimensionierung der NEA mit besondere Sorgfalt geschehen. Ist die NEA zu klein, kann schon das Aufladen der Schwungmasse ein Abschalten zur Folge haben. Auch die Starteigenschaften der NEA sind von entscheidender Bedeutung, wenn die Autonomie der USV auf wenige Sekunden begrenzt ist. Bei den statischen USV-Anlagen kommt es häufig vor, dass die Bedarfsermittlung zu viele Reserven ergab. In der Praxis sind Auslastungen der USV-Anlagen von 20 bis 30 Prozent nicht selten. USV-Anlagen erreichen jedoch einen akzeptablen Wirkungsgrad erst ab einer 50-prozentigen Auslastung. Um dem entgegenzuwirken, sind modulare USV-Anlagen mit möglichst kleinen Erweiterungsmodulen von Vorteil. Eine genaue Bedarfsermittlung ist in den meisten Fällen jedoch der bessere Weg. Anforderung an die Gebäudeinfrastruktur Oft unterschätzt ist der Platzbedarf für die Infrastruktur. Je höher die Redundanzanforderungen sind, desto mehr Platz ist nötig. Dies kann bis zu 100 Prozent der Rechenzentrumsfläche gehen. Neben dem Flächenbedarf gibt es noch weitere spezifische Bedingungen für das Gebäude. Die Flywheel-USV stellt an die Aufstellfläche hohe statische Anforderungen, die schnell 1.000 kg/m² erreichen. Auch muss der Betreiber die hohe kinetische Energie des Schwungrads und die damit verbundene Gefahr bei Lagerschäden ausreichend beachten, was Mess- und Schutzmaßnahmen notwendig macht. Die Batterien der statischen USV haben spezielle Anforderungen an Lüftung und Brandschutz. Die Batterien einer USV-Anlage erreichen die höchste Lebensdauer bei einer Temperatur von 20°C, während die USV-Anlage bei Temperaturen von 40°C immer noch ohne Störungen arbeitet. Sind USV-Anlage und Batterien im selben Raum installiert, hat dies zur Folge, dass die Abwärme der USV auf 20°C zu kühlen ist, eine aus umwelttechnischen und finanziellen Gesichtspunkten ungünstige Situation. Daher empfiehlt sich eine von der USV getrennte Unterbringung der Batterien. Unter gewissen Bedingungen benötigt der Batterieraum eine Belüftung, was eine Klimatisierung zusätzlich schwierig gestaltet. Beim Einsatz von stationären (Flüssig-) Batterien können weitere Maßnahmen erforderlich sein, etwa eine Auffangwanne oder explosionsgeschützte Installationen. Einen geeigneten Platz für eine NEA zu finden, ist nicht immer einfach. Angefangen bei der Statik des Gebäudes bis hin zu den behördlichen Bestimmungen bei der Lagerung von Dieselkraftstoff gibt es viele Hürden zu überwinden. Auch muss der Betreiber bedenken, dass er eine große Maschine in das Gebäude hinein und wieder heraus bringen muss. Dies alles benötigt eine ausreichend große Vorlaufzeit in der Planung. Wirkungsgrad und Betriebskosten Unter Berücksichtigung der bereits erwähnten Kosten durch Kühlung und Verlustleistung ist die Betrachtung der Wirkungsgrade beim Vergleich der USV-Anlagen von großer Bedeutung. Die Wirkungsgrade und der unterschiedliche Wartungsaufwand bestimmen maßgeblich die jährlichen Betriebskosten der Anlage. In einigen Fällen sind die Unterschiede so groß, dass sich eine Variante aufdrängt und eine andere ausscheidet. Grundsätzlich gilt, dass eine Deltawandler-USV einen höheren Wirkungsgrad hat als eine Dopplerwandler-USV. Der Wirkungsgrad der Schwungrad-USV mit angekoppeltem Diesel liegt im Bereich der Deltawandler-USV, im Einzelfall sogar darüber. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, gehen immer mehr Hersteller dazu über, die klassischen USV-Anlagen modular aufzubauen. Die Größe der Module variiert dabei stark, aber die Hersteller verfolgen stets dasselbe Ziel: Durch Hinzufügen von Modulen sind die Kapazität oder die Redundanz innerhalb der Anlage schrittweise zu vergrößern. Dies kann in 10-kVA-Schritten geschehen, ebenso auch in 500-kVA-Schritten oder mehr. Bei Flywheel-Anlagen ist dies aufgrund der Technik nicht ohne Weiteres möglich. Typischerweise gibt es bei dieser Variante Erhöhungen der Kapazität und der Autonomie im Bereich der Nennleistung - also durch Zufügen von Anlagenteilen - die Möglichkeiten sind dabei jedoch begrenzt. Hot-Sync, Avtice Sync, Hot-Standby und ähnliche Begriffe sind Schlagworte, die im Zusammenhang mit Redundanzen und Wirkungsgraden auftauchen. Die Hersteller sind dazu übergegangen, USV-Anlagen zu bauen, die ein ganzes Modul abschalten und nur die Elektronik am Leben erhalten, um so die Verluste zu reduzieren. Kommt es zum Redundanzfall, schaltet sich der Block binnen Sekundenbruchteilen wieder zu, ohne dass es dabei zu einer mit handelsüblichen Messgeräten darstellbaren Unterbrechung kommt. Üblicherweise sind USV-Anlagen in der DIN EN 62040 klassifiziert. Die Mindestanforderung einer USV sollte gemäß dieser Norm der Kategorie VFI entsprechen. Neben dem Wirkungsgrad sind auch die Betriebskosten zu betrachten. Dazu gehören regelmäßige Wartungen. Um unternehmenskritische Anwendungen zu schützen, müssen Techniker das versorgende Equipment regelmäßig untersuchen und präventiv Teile tauschen. Bei klassischen USV-Anlagen sind dies im Besonderen die AC- und DC-Kondensatoren sowie Lüfter und zentrale Spannungs-versorgungen. Bei Schwungrad-USV-Anlagen entfallen die Kondensatoren zwar teilweise, dafür kommen andere Teile zum Einsatz. Um einen möglichst reibungslosen Betrieb der Schwungmasse zu erreichen, dreht sich diese im luftleeren Raum. Dieses Vakuum erzeugt einer Vakuumpumpe, die für den Betrieb Öl benötigt. Wie bei einen Automotor unterliegt auch dieses Öl regelmäßigen Wechselintervallen. Gleiches gilt für die Lager der Schwungmasse. Den Tausch empfehlen die Hersteller etwa alle vier Jahre. Dieser Lagerwechsel und auch die sonstige Wartung erfordern gerade bei diesem Anlagentyp einen hohen Zeitaufwand. Die MTR und die Wiederherstellzeiten sind folglich also höher als bei anderen USV-Typen. Vergleicht der Betreiber die Lebensdauer der genannten Teile und deren präventiven Tauschintervalle, so kommt er bei einem direkten Vergleich der Kosten zu keinem wirklichen Vorteil der einen oder der anderen Lösung. Bei beiden Lösungen ist der Abschluss eines Vollwartungsvertrags zu empfehlen, in dem alle Teile und Kosten enthalten sind. Neben der Wartung fällt vor allem noch der regelmäßige Austausch der Batterien ins Gewicht, die in der Regel in keinem Vollwartungsvertrag enthalten sind. Batterien sind in Zeiträumen zwischen fünf und sieben Jahren zu tauschen. Dies gilt bei einer Umgebungstemperatur von rund 20°C. Die Praxis lehrt zwar, dass Batterien auch noch nach zehn Jahren unter schlechten Umgebungsbedingungen im Einsatz sind, bei genauerer Betrachtung ist jedoch erkennbar, dass die angestrebte Autonomiezeit dann schon lange nicht mehr zu erreichen ist. Der Tausch der Batterien stellt allerdings einen erheblichen Kostenfaktor dar. Die einzige Anlage, die von diesem Kostenfaktor nicht betroffen ist, ist die Flywheel-USV mit angekoppeltem Diesel. Deshalb schneidet diese Anlage in den Betriebskostenvergleichen oft sehr positiv ab. Sonstige Kosten Ein wichtiger Punkt aus der Praxis, den Betreiber regelmäßig vergessen und der erst im Schadensfall von einem Gutachter ans Licht gebracht wird, ist der Kurzschlussstrom. Dieser Strom muss bei einem Schadensereignis so groß sein, dass die Schutzeinrichtung sicher auslöst. Der Kurzschlussstrom muss allerdings kleiner sein, als die maximale Kurzschlussfestigkeit der Schutzeinrichtung - sonst zerstört er sie, und sie kann nicht mehr schützen. Bestimmt ist die Höhe des Kurzschlussstroms von der Länge des Wegs - gewöhnlich von der Quelle bis zum Sternpunkt des Netzes - und von der Quelle selbst, die den Kurzschlussstrom erzeugt. Als Quelle im Netz gibt es Transformatoren und USV-Anlagen. Diese liefern folgende Kurzschlussströme: Transformator: das Fünf- bis Zwölffache des Nennstroms, statische USV: das Zwei- bis Dreifache des Nennstroms und dynamische USV: das Zwölf- bis 20-fache des Nennstroms. Sehr häufig sind alle Schutzeinrichtungen auf die Transformatorleistung ausgelegt. Dies kann dazu führen, dass bei einer dynamischen USV die Schutzeinrichtungen zerstört werden und die statische USV die Schutzeinrichtung nicht auslösen kann. In beiden Fällen entstehen erhebliche Schäden, die zu längerfristigen Ausfällen führen. Daher muss der Betreiber zwingend mehrere Berechnungen durchführen und das Netz anpassen, was heißt, dass gegebenenfalls die gesamten Schutzeinrichtungen hinter der USV zu ersetzen sind. Auch dies sind Kosten, die die in eine Gesamtbeurteilung einfließen müssen. Fazit Wenn die Anforderung an die Notstromversorgung sehr hoch ist, kommen Betreiber schnell zu dem Schluss, dass eine NEA das Mittel der Wahl ist. Dies bedeutet oft, dass auch die Kälteerzeugung mitzuversorgen ist. Aufgrund der hohen Anlaufströme von Kälteerzeugungsmaschinen scheiden dann statische Anlagen aus. In der Regel gehen Betreiber jedoch dazu über, die Versorgung der kritischen IT-Last auf den USV-Pfad zu legen (No-break) und die Kältemaschinen und andere leistungsintensive Geräte über den NEA-Pfad zu versorgen (Short-break). Bei hohen Anforderungen an Autonomie ist der Einsatz einer NEA zwingend notwendig und die Vorhaltung von über zwanzig Minuten Batterieautonomie nicht immer sinnvoll. Da die Fehlerhäufigkeit der NEA relativ hoch ist, lautet die Empfehlung oft, eine parallele Anlage zu installierten. Ein Restrisiko bleibt jedoch auch dann bestehen. Wo sich keine NEA installieren lässt, muss ein Betreiber aber zwangsläufig auf große Batterieinstallationen zurückgreifen. Bei klassischen USV-Anlagen ist es nur dann sinnvoll, die Autonomie mittels Batterien hochzuhalten, wenn der Einsatz einer Netzersatzanlage nicht möglich ist. Flywheel-Anlagen stellen höhere Anforderungen an die NEA als klassische USV-Anlagen. Dies ist bei der Planung zu berücksichtigen.
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