Anschaffung plus Betriebskosten sind entscheidend
Veraltete USV-Technik kann teuer sein
Rechenzentren verwenden zur Absicherung der Stromversorgung in der Regel unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USVs), bei geschäftskritischen Anwendungen meist Online-USVs nach IEC 620403, Klasse 1. Da sich hier in den letzten Jahren einiges an technischer Entwicklung getan hat, sollte der Betreiber zum Beispiel bei einem anstehenden Batterietausch darüber nachdenken, ob es nicht günstiger ist, in eine neue USV mit entsprechend hohem Wirkungsgrad zu investieren anstatt sich nur neue Akkus für eine veraltete USV zu kaufen.
Ein genauer Blick auf die aktuellen USV-Anlagen im Markt lohnt sich, denn die Anschaffung eines neuen USV-Systems könnte weniger Kosten verursachen als der Weiterbetrieb eines veralteten Systems. Entscheidend ist der Total Cost of Ownership (TCO). In der Regel spielt eine neue USV dank höherem Wirkungsgrad nicht nur die Anschaffungskosten schnell wieder ein, sondern spart dann im Betrieb permanent Energie und damit bares Geld.
Bei der Auswahl geeigneter Lösungen sollte der Betreiber folgende Kriterien abfragen:
Welche Anlage deckt meine Anforderungen am besten ab?
Welche Trends am Markt sind zukunftsträchtig?
Ist die Anschaffung einer neuen USV aus wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten wirklich sinnvoll?
Wie steht es um Verfügbarkeit und Sicherheit (Tier 1 bis Tier 4)?
Lässt sich die infrage kommende Anlage in Zukunft bei veränderten Anforderungen flexibel ausbauen und ändern?
Welche Kosten kommen während des gesamten Lifecycles einer USV auf mich zu?
Überblick USV-Technik
USV-Systeme gibt es in unterschiedlichsten Funktions- und Bauarten. Im Wesentlichen sind heute drei Typen im Einsatz: Offline- oder Standby-, Line-interactive und Online-Systeme. Offline/Standby-Systeme (laut IEC 620403, Klasse 3 heißen sie jetzt VFD-Systeme: Voltage and Frequency Dependent) schützen lediglich bei Stromausfall, Spannungseinbruch sowie Überspannung und sind somit für Einsatz in Rechenzentren, Serverräumen oder der Automatisierungstechnik ungeeignet. Line-interactive-USVs heißen heute nach IEC 620403, Klasse 2, VI-Systeme (Voltage Independent). Sie schützen darüber hinaus auch vor Kurzschluss im öffentlichen Netz und vor Leitungsrauschen. Dieser USV-Typ wird vor allem in Bereichen eingesetzt, bei denen die Spannungsaufbereitung für den Betrieb des Systems keine zentrale Bedeutung hat. Gemeinsam ist den USVs der Klassen 2 und 3, dass die Last erst bei Netzausfall aus der Batterie gespeist wird und der Betreiber mit Umschaltzeiten rechnen muss, die für kritische Anwendungen zu lang sein können.
VFI-Systeme (Voltage and Frequency Independent) der IEC-620403-Klasse 1 entsprechen den bisher bekannten Dauerwandler- oder Online-Systemen und bieten den höchsten Schutz. Sie gelten als Stromgeneratoren, die ständig eine eigene Netzspannung erzeugen. Damit werden angeschlossene Verbraucher dauerhaft ohne Einschränkungen mit einer Netzspannung versorgt, die nahezu einer Sinuskurve entspricht. Im Vergleich zu Klasse-2-Lösungen schützen sie Anlagen auch noch vor hohen Spannungsspitzen, Frequenzabweichung, Schaltspitzen und harmonischen Oberwellen. Sie sollen meist geschäftskritische Anwendungen absichern. Moderne Online-USVs arbeiten heute ohne Transformatoren und manche mit einem IGBT-Gleichrichter (IGBT: Insulated-Gate Bipolar Transistor). Sie erzielen damit nicht nur einen höheren Wirkungsgrad wie ältere Geräte, sondern benötigen auch weniger Eisen und Kupfer.
Sollen zum Beispiel Blade-Server, die hohe kapazitive Lasten erzeugen, abgesichert werden, arbeiten herkömmliche Anlagen mit Transformatortechnik, die für induktive Lasten ausgelegt sind, mit einem sehr niedrigen Wirkungsgrad von etwa 89 Prozent. Transformatorlose USV-Systeme dagegen sind davon weitgehend unberührt und erreichen auch hier einen Wirkungsgrad von 90 bis 95 Prozent. Die USV kann also auch bei Blade-Servern im Rechenzentrum klein dimensioniert werden.
Parallelschaltung versus Einschubtechnik
Für die Wirtschaftlichkeit einer USV sind neben den Anschaffungskosten auch die anfallenden Kosten bei einem potenziellen Ausfall sowie die Betriebskosten während der gesamten Anlagenlaufzeit entscheiden. Bei nichtmodular aufgebauten, redundanten Systemen werden zwei identische Anlagen eingesetzt, um die gewünschte Ausfallsicherheit zu erreichen. Fällt eine von beiden aus, könnte jede der beiden die volle benötigte Leistung liefern. Das bringt jedoch verschiedene Nachteile mit sich: Beide Anlagen laufen permanent, auch wenn im Normalfall nur eine benötigt wird. Sie arbeiten zudem im Teillastbetrieb mit einem geringen Wirkungsgrad. Und weil sich solche Systeme üblicherweise nachträglich schwer aufrüsten lassen, werden sie zudem bei der Planung oft überdimensioniert.
Modulare Systeme mit 19-Zoll-USV-Einschüben lassen sich n+1-redunt auslegen, das heißt, dass beim Ausfall eines Einschubs die verbliebenden Module die volle Leistung übernehmen. 120 kVA sichert man also nicht mit zwei Anlagen von 120 kVA ab, sondern mit vier Modulen à 40 kVA. Bei diesem Konzept laufen alle Module bei optimaler Auslastung mit einem sehr hohen Wirkungsgrad, somit fällt die Zusatzbelastung für die Energiebilanz ebenfalls deutlich geringer aus. Welche finanziellen und wirtschaftlichen Konsequenzen ein um nur wenige Prozentpunkte erhöhter Wirkungsgrad hat, zeigt Tabelle 1. Zugleich hat dieses Konzept einen positiven Einfluss auf die Anlagenverfügbarkeit: Für sie ist nicht nur die MTBF (Mean time between failure), sondern auch die MTTR (Mean time to repair) relevant. Bei einer n+1-Redundanz sinkt zwar zwangsläufig die MTBF, weil durch den Einsatz mehrerer Module die Ausfallwahrscheinlichkeit steigt. Jedoch lassen sich bei einigen Herstellern die Module bei Defekt oder zur Leistungserhöhung im laufenden Betrieb tauschen. Die MTTR (Mean-Time-to-Repair) sinkt dadurch im Vergleich zu herkömmlichen Systemen so sehr, dass die Gesamtverfügbarkeit und damit die Sicherheit eines Systems deutlich ansteigt. Weil darüber hinaus der Austausch zumindest bei Newave-Systemen einfach funktioniert, kann ihn der Anwender selbst vornehmen. Das defekte Gerät kann nun beim USV-Lieferanten repariert und dann wieder während des laufenden Betriebs eingesetzt werden.
Darüber hinaus müssen modularer USVs nicht sofort für die höchste zu erwartende Last ausgelegt werden, sondern können mit steigenden Leistungsanforderungen einfach mitwachsen (pay as you grow).
Neue Zusatzfunktionen
Ferner bringt neue USV-Technik noch ein paar praktische Zusatzfunktionen mit sich: Um die Instandhaltung bedarfsgerecht und nicht mehr nach starren Wartungszyklen zu organisieren, bieten viele Hersteller heute für ihre USVs Überwachungs-Tools an, die bei Störungen übers LAN, Internet oder per Kurzmitteilung aufs Handy Alarmmeldungen ausgeben. Darüber hinaus vermeiden optimierte Ladetechniken, dass die Batterien nicht total ent- oder überladen werden und erhöhen damit die Haltbarkeit der Batterien um über 30 Prozent.
In Zeiten, in denen Umweltschutz und Effizienz eine große Rolle spielen, kann also der Austausch eines in die Jahre gekommenen USV-Systems sinnvoll sein. Gerade bei einschubmodularen Systemen rechnet sich die Neuanschaffung schnell.
Info: Newave USV Tel.: 07229/1866-0 Web:
Info: Eaton Tel.: 07841/604-0 Web:
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