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Die richtige USV ist Geld wert

4. November 2008, 12:58 Uhr | Markus Kien

Soll eine USV optimal arbeiten, sollte sie genau auf den Leistungsfaktor der Verbraucher abgestimmt sein. Denn hohe Energieeffizienz bedeutet weniger Stromverbrauch, weniger Abwärme und in der Folge weniger Kosten für Energie und Kühlung.

Von Bodo Mainz

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen, insbesondere Rackmount-USVs, werden zusammen mit den Verbrauchern Platz sparend im Rack konfiguriert. Es kommt dabei darauf an, dass sie ein möglichst kompaktes Design und eine hohe Leistungsdichte haben. Für ein effizientes System, das auch die Kosten für Energie und Kühlkapazitäten gering hält, muss man vor allem eines im Auge behalten: den Leistungsfaktor, der das Verhältnis der Wirkleistung einer Last (Watt) zur Scheinleistung (VA) definiert und im Idealfall den Wert „1“ annimmt.

Eingangs- und Ausgangs- Leistungsfaktor

Wichtig für die Praxis ist die Unterscheidung zwischen Eingangs- und Ausgangsleistungsfaktor: Der Eingangsleistungsfaktor bezieht sich auf das Verhältnis zwischen Wirkleistung und Scheinleistung, mit dem die USV versorgt wird. Die Versorger sind in der Regel das Stromversorgungsnetz oder ein Generator. USV-Anlagen mit einem hohen Eingangsleistungsfaktor nahe 1 verbrauchen wenig Energie und sind zudem besonders für den Einsatz mit Generatoren geeignet. Grund: Sie rufen durch ihre geringen Netzrückwirkungen (kleiner Stromklirrfaktor THDi – Total Harmonic Distorsion) keine oder nur sehr geringe Erwärmungen in den Generatorwicklungen hervor. Dadurch wird eine nur noch sehr geringe Überdimensionierung des Generators um einen Faktor zwischen 1,1 und 1,3 notwendig. Herkömmliche USV-Anlagen haben in der Vergangenheit Überdimensionierungen bis um den Faktor 3 erfordert.

Der Ausgangsleistungsfaktor ist ein Wert, der das Verhältnis von Ausgangswirkleistung zu Ausgangsscheinleistung des Systems beschreibt. Die Größe einer USV wird oft nur mit der Größe Scheinleistung (VA) und dem Ausgangsleistungsfaktor (PF) angegeben. Den Wert für die Scheinleistung zu bemessen ist sinnvoll, da neben dem Strom für die Erbringung der Wirkleistung auch der Strom für die Blindleistung aufgebracht werden muss. Die maximale Wirkleistung, die eine USV absichern kann, erhält man, wenn man die beiden Werte – also Scheinleistung und Ausgangsleistungsfaktor – multipliziert.

Ein Beispiel: Eine USV mit 60 kVA und einem Leistungsfaktor von 0,9 kann Lasten bis zu 54 kW absichern. Dagegen ist eine USV mit 65 kVA und einem Leistungsfaktor von 0,8 nur auf Lasten bis maximal 52 kW ausgelegt. Hinzu kommt: Muss eine USV Lasten mit höherem Eingangsleistungsfaktor als ihrem eigenem Leistungsfaktor absichern, dann erreicht sie die maximale Wirkleistung unter Umständen, bevor sie ihre Scheinleistung erreicht – sie muss dann überdimensioniert werden und verbraucht unnötig viel Energie. Das heißt, je besser der Ausgangsleistungsfaktor einer USV an den Eingangsleistungsfaktor des Verbrauchers angepasst ist, umso höher ist ihr Wirkungsgrad – die Effizienz der Energieübertragung. Und das bedeutet: weniger Stromkosten.

Der Leistungsfaktor moderner IT-Geräte im Rack

IT-Geräte mit älterer Technologie haben einen Leistungsfaktor am Eingang von 0,7. Inzwischen erreichen die meisten Komponenten durch den Einsatz einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur einen Leistungsfaktor von 0,9. Als Leistungsfaktorkorrektur (PFC – Power Factor Correction) bezeichnet man spezielle Filter, die den Anteil an störenden Komponenten wie Oberschwingungen minimieren und so den Leistungsfaktor möglichst nahe 1 bringen. Ein Großteil der modernen IT-Komponenten, darunter auch Rack-Server, verfügt zu diesem Zweck über PFC-Schaltnetzteile, die den aufgenommenen Strom dem zeitlichen Verlauf der sinusförmig verlaufenden Netzspannung nachsteuern und Spannungsschwankungen aus dem Netz ausgleichen. Die Wechselspannung wird dabei in geglätteten Gleichstrom umgewandelt. Als Speicher dienen zwischengeschaltete Kondensatoren, welche die Spannung dann an den Verbraucher weitergeben. Schaltnetzteile überbrücken so nicht nur Intervalle zwischen den Nulldurchgängen der Sinuskurve der Wechselstromeingangsspannung, sondern auch andere Anomalien und kurze Unterbrechungen der Wechselstromversorgung.

Für den Einsatz im Rack eignen sich zwei USV-Technologien: Line-Interaktive und Online- Doppelwandler-USV-Systeme – siehe Kasten. Beide sind als Modelle im 19-Zoll- Format erhältlich und haben in der Regel dieselben Funktionen wie die herkömmlichen Standgeräte. Online-Doppelwandler- USVs verfügen generell selbst über eine aktive Leistungsfaktorkorrektur und geben damit eine optimale Sinusspannung an die Verbraucher weiter. Bei Line-Interaktiven USVs ist es auch wichtig, dass ihr Ausgangsleistungsfaktor auf die PFC-Netzteile der Server und sonstigen IT-Geräte abgestimmt ist. Idealerweise sollten sie über einen Leistungsfaktor von 0,9 verfügen. Ist dies nicht der Fall, muss das USV-System möglicherweise überdimensioniert werden.

Autor

Bodo Mainz ist Geschäftsführer von Eaton Power Quality.