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. In den letzten Jahren hat sich einiges an technischer Entwicklung getan. Daher 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 sind die 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 die 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 fallen während des gesamten Lifecycles einer USV an?
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 den Einsatz in Rechenzentren, Server-Räumen 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 Gegensatz 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 als 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 selbst 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
entscheidend. 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. Dies 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 verbleibenden 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 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 sinkt dadurch im Vergleich zu herkömmlichen Systemen so sehr, dass die Gesamtverfügbarkeit
deutlich ansteigt. Zudem kann bei manchen Systemen der Anwender selbst den Modultausch vornehmen.
Das defekte Gerät wird beim USV-Lieferanten repariert und dann während des laufenden Betriebs
wieder eingesetzt. Darüber hinaus müssen modulare USVs nicht sofort für die höchste zu erwartende
Last ausgelegt werden, sondern können mit steigenden Leistungsanforderungen einfach mitwachsen.
Weitere Zusatzfunktionen und Tools
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.
Austausch kann sinnvoll sein
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. In der Regel spielt eine neu angeschaffte USV nicht nur
die Anschaffungskosten schnell wieder ein, sondern spart im Betrieb Energie und damit bares
Geld.
Info: Newave USV Tel.: 07229/1866-0 Web:
www.newave-usv.de
Info: Eaton Tel.: 07841/604-0 Web:
www.powerware.de
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