Häufig gestellte Fragen

Bei der Auswahl eines USV-Systems spielt die Anschaffungskostenfrage zwangsläufig eine Rolle, was Organisationen manchmal dazu verleitet, ein minderwertigeres Produkt zu geringeren Kosten zu erwerben. Es ist jedoch unbedingt erforderlich, die Kleingedruckten sorgfältig zu prüfen, um sicherzustellen, dass Sie ein modulares System gewählt haben, das tatsächlich die vorgesehene Aufgabe erfüllt: den kritischen Stromversorgungsbereich Ihres Rechenzentrums mit dem höchstmöglichen Verfügbarkeitsgrad zu schützen.

Interessanterweise führen einige hochwertigere USV-Systeme langfristig häufig zu Kosteneinsparungen durch erhöhte Effizienz, was niedrigere Betriebskosten und insgesamt geringere Gesamtbetriebskosten (TCO) zur Folge hat; daher lohnt sich in der Regel eine umfassende Kostenanalyse.

Wie können Rechenzentren also primär eine USV auswählen, um die Verfügbarkeit zu maximieren? Grundsätzlich darf es keine potenziellen Einzelpunkte für Ausfälle geben. Das sorgfältige Verständnis der Konfiguration sowie der Definition eines modularen Systems vor Abschluss des Vertrags ist entscheidend.

Auf der grundlegendsten Ebene wird eine einzelne, eigenständige USV-Einheit, die eine kritische Last schützt, als N-System-Konfiguration bezeichnet. Eine eigenständige USV weist jedoch keinerlei Ausfallsicherheit auf, falls die Einheit einen Fehler entwickelt oder aus Gründen der vorbeugenden Wartung außer Betrieb genommen wird. Durch das parallele Zusammenschalten einer zweiten eigenständigen USV-Einheit mit derselben Nennleistung wird Ausfallsicherheit erreicht; diese Konfiguration wird als N+1-Konfiguration bezeichnet. Es wäre ebenfalls möglich, mehrere eigenständige USV-Einheiten mit einer jeweils kleineren Nennleistung parallel zu schalten, um dasselbe Prinzip zu verwirklichen.

Eine weitere Definition von modular bezieht sich auf eine eigenständige USV, die in modularem Format konstruiert und hergestellt wurde. Die Hauptkomponenten – Gleichrichter, Wechselrichter und statischer Schalter – sind modular aufgebaut. Falls beispielsweise der Gleichrichter ausfällt, kann dieser problemlos ausgetauscht werden. Die Herausforderung bei dieser Konfiguration besteht darin, dass bei Ausfall einer Komponente die gesamte USV-Funktionalität entfällt. Es handelt sich zwar um ein modulares System, doch seine Verfügbarkeit ist nicht zuverlässig.

Eine bessere Lösung ist das, was wir als echtes modulares USV-System bezeichnen. Dabei sind mehrere einzelne USV-Module in einem Rahmen untergebracht. Jedes dieser Module ist für sich genommen eine vollständige USV mit eigenem Gleichrichter, Wechselrichter und statischem Schalter und arbeitet online parallel zu den anderen Modulen. Beispielsweise können sechs USV-Module mit je 50 kW typischerweise in einem einzigen Rahmen untergebracht sein, wodurch eine redundante Konfiguration von 300 kW im N+1-Modus bereitgestellt wird. Falls erforderlich, lässt sich ein Modul innerhalb weniger Sekunden (ca. 30 Sekunden) „hot-swap“-tauschen, während die übrigen Module weiterhin die kritische Last schützen.

Zu keinem Zeitpunkt muss das System auf den Wartungsumgehungsbetrieb umgeschaltet und somit direkt an das ungefilterte Netz angeschlossen werden.

Einige andere modulare Systeme integrieren Gleichrichter und Wechselrichter in ihre Module, während der statische Schalter zentralisiert und separat angeordnet ist. Dies führt zu einem potenziellen Single Point of Failure. Der Austausch eines separaten statischen Schalters dauert zwar nur wenige Minuten, doch je nach Standort kann es für einen Wartungstechniker mehrere Stunden dauern, zum Einsatzort zu gelangen, um ihn auszutauschen. Während dieser Zeit ist ein Umschalten auf die statische Bypass-Funktion nicht möglich. Bei einem echten modularen System hingegen, bei dem der statische Schalter in jedem Modul enthalten ist, schützen die übrigen Module im USV-Gehäuse weiterhin die Last, bis das betroffene Modul ausgetauscht werden kann. Dadurch steigt die Verfügbarkeit erheblich.

Wir haben unsere neueste Generation eines echten modularen USV-Systems entwickelt, das eine Stromversorgungsfaktor von über 0,99 bietet und durch sein Maximum Efficiency Management (MEM) sowie geringe Energieverluste eine niedrige Gesamtbetriebskosten (TCO) gewährleistet. Unser Konstruktionsteam arbeitet seit vielen Jahren an vorderster Front der technologischen Entwicklung mit Rechenzentren zusammen.

1. Hochfrequenzgerät:

Unter Verwendung der Hochfrequenz-Schalttechnik werden hochfrequente Schaltelemente eingesetzt, um den Netztransformator bei Gleichrichtern und Wechselrichtern von USV-Anlagen zu ersetzen; solche Geräte werden üblicherweise als Hochfrequenz-USV bezeichnet. Hochfrequenz-USV sind kompakt und weisen einen hohen Wirkungsgrad auf.

2. Netzfrequenz-USV:

Eine USV, die einen Netztransformator als Komponente für Gleichrichter und Wechselrichter verwendet, wird üblicherweise als Netzfrequenz-USV bezeichnet.

Hochfrequenz-USV im Vergleich zur Netzfrequenz-USV.

2-1: Die Hochfrequenzmaschine verfügt nicht über einen Trenntransformator, und ihre Ausgangs-Nullleitung weist Hochfrequenzstrom auf, der hauptsächlich von der Oberschwingungsstörung des Stromnetzes, dem pulsierenden Strom des USV-Gleichrichters und des Hochfrequenz-Wechselrichters sowie der Oberschwingungsstörung der Last stammt. Die Störspannung ist nicht nur betragsmäßig hoch, sondern auch schwer zu eliminieren. Bei der Netzfrequenzmaschine hingegen ist die Ausgangs-Null-Leitung-Potenzialdifferenz (Null-Leitung–Erde) geringer, und es ist keine Hochfrequenzkomponente vorhanden – dies ist insbesondere für die Kommunikationssicherheit von Computernetzwerken von größerer Bedeutung.

2-2: Der Ausgang der Hochfrequenzmaschine ist nicht transformergespeist. Falls das Wechselrichter-Leistungsbauelement kurzgeschlossen wird, liegt die hohe Gleichspannung der Gleichstrom-Zwischenkreisspannung (DCBUS) unmittelbar an der Last – dies stellt ein Sicherheitsrisiko dar; bei der Netzfrequenzmaschine tritt dieses Problem nicht auf.

2-3: Die Netzfrequenzmaschine weist eine hohe Belastungsstoßfestigkeit auf.

1. Das Energieniveau ist relativ hoch. Mit einer hohen Energiespeicherdichte erreicht er 460–600 Wh/kg, was etwa das 6- bis 7-Fache der Blei-Säure-Batterien beträgt;

2. Die Lebensdauer ist lang und kann mehr als 6 Jahre betragen. Die Batterie mit Lithiumeisenphosphat als positiver Elektrode weist bei einer Ladung und Entladung mit 1C (100 % DOD) einen dokumentierten Einsatz von 10.000 Zyklen auf;

3. Die Nennspannung ist hoch (die einzelne Betriebsspannung beträgt 3,7 V oder 3,2 V), was etwa der Serienschaltungsspannung von drei Nickel-Cadmium- oder Nickel-Metallhydrid-Akkus entspricht; dies erleichtert die Bildung eines Batteriepacks;

4. Hohe Leistungsfähigkeit: Die in Elektrofahrzeugen verwendete Lithium-Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterie erreicht eine Lade- und Entladekapazität von 15–30 C, was eine hohe Beschleunigungsleistung bei intensiven Startvorgängen ermöglicht;

5. Sehr geringe Selbstentladungsrate – dies zählt zu den herausragendsten Vorteilen dieser Batterie. Derzeit liegt sie im Allgemeinen unter 1 % pro Monat, also weniger als 1/20 der Selbstentladungsrate einer Nickel-Metallhydrid-Batterie;

6. Geringes Gewicht: Bei gleichem Volumen beträgt das Gewicht etwa 1/5 bis 1/6 desjenigen einer Blei-Säure-Batterie;

7. Hohe Temperaturbeständigkeit: Sie ist im Temperaturbereich von −20 °C bis +60 °C einsetzbar; nach entsprechender Verarbeitung kann sie sogar im Bereich von −45 °C eingesetzt werden;

8. Umweltfreundlich und umweltschonend: Unabhängig davon, ob das Produkt hergestellt, genutzt oder entsorgt wird, enthält oder erzeugt es keine giftigen oder schädlichen Schwermetallelemente und -stoffe wie Blei, Quecksilber, Cadmium usw.;

9. Die Produktion verbraucht nahezu kein Wasser, was für wasserarme Länder von großem Vorteil ist.

Die Batterie ist ein wichtiger Bestandteil des USV-Unterbrechungsfreien Stromversorgungssystems. Eine sachgemäße Wartung der Batterie kann die Alterungsrate der Batterie verlangsamen, die Lebensdauer der Batterie verlängern, die Häufigkeit des Batterieaustauschs deutlich reduzieren und so die Betriebskosten wirksam senken.

1. Die Aufrechterhaltung einer geeigneten Umgebungstemperatur kann die Lebensdauer der USV-Batterie verlängern

Allgemein gesprochen ist die Umgebungstemperatur der Faktor, der die unterbrechungsfreie Batterie einer USV beeinflusst. Üblicherweise liegt die von Batterieherstellern empfohlene optimale Umgebungstemperatur zwischen 20 und 25 °C. Obwohl eine Temperaturerhöhung die Entladekapazität der Batterie verbessert, erfolgt dies auf Kosten einer erheblichen Verkürzung der Batterielebensdauer. Wie die Testergebnisse zeigen, verringert sich die Lebensdauer einer USV bei jeder Temperaturerhöhung um 10 °C über 25 °C signifikant. Derzeit werden in USV-Anlagen im Allgemeinen wartungsfreie, versiegelte Blei-Säure-Batterien eingesetzt, deren konstruktiv vorgesehene Lebensdauer in der Regel fünf Jahre beträgt – allerdings nur unter den von den Batterieherstellern geforderten Umgebungsbedingungen. Wird diese spezifizierte Umgebung nicht eingehalten, variiert die tatsächliche Lebensdauer stark. Darüber hinaus führt eine Erhöhung der Umgebungstemperatur zu einer Steigerung der inneren chemischen Aktivität der Batterie, wodurch große Mengen an Wärmeenergie entstehen, die wiederum die Temperatur der unmittelbaren Umgebung weiter erhöhen. Dieser Teufelskreis beschleunigt die Verkürzung der Batterielebensdauer.

2. Regelmäßiges Laden und Entladen der USV-Pufferbatterie

Die Schwimmspannung und die Entladespannung der USV-Stromversorgung wurden werkseitig auf den Nennwert eingestellt, und der Entladestrom steigt mit zunehmender Last an. Die Last sollte während des Betriebs sinnvoll angepasst werden, beispielsweise durch Steuerung der Anzahl gleichzeitig genutzter elektronischer Geräte wie Computer. Unter normalen Umständen sollte die Last 60 % der Nennlast der USV nicht überschreiten. Innerhalb dieses Bereichs wird die Batterie nicht überentladen.

Da das USV-Gerät über einen langen Zeitraum an das Stromnetz angeschlossen ist, befindet sich die Batterie in einer Umgebung mit hoher Netzstromqualität und seltenen Netzausfällen längere Zeit im Schwebeladestatus. Dies führt im Laufe der Zeit zu einer Abnahme der Aktivität des gegenseitigen Wandlungsprozesses zwischen chemischer und elektrischer Energie innerhalb der Batterie und beschleunigt deren Alterung sowie die Verkürzung der Lebensdauer. Daher sollte die Batterie alle 2–3 Monate vollständig entladen werden; die Entladedauer kann je nach Batteriekapazität und Lastgröße bestimmt werden. Nach einer Entladung unter Volllast ist gemäß den Vorschriften mindestens 8 Stunden lang erneut aufzuladen.

3. Zeitgerechter Austausch defekter/verschrotteter USV-Batterien

Derzeit umfasst die Anzahl der Speicherbatterien, die an große und mittelgroße USV-Stromversorgungen angeschlossen sind, drei bis 80 oder sogar noch mehr Einzelbatterien. Diese Einzelbatterien werden über eine Schaltung zu einem Batteriepack verbunden, um die Anforderungen der USV-Gleichstromversorgung zu erfüllen. Bei dem kontinuierlichen Betrieb und der Nutzung der USV kommt es aufgrund von Unterschieden in Leistung und Qualität unvermeidlich dazu, dass die Leistung einzelner Batterien nachlässt, ihre Speicherkapazität nicht mehr den Anforderungen genügt und sie beschädigt werden. Sobald einige Batterien innerhalb des Batteriepacks beschädigt sind, müssen Wartungspersonal jede Batterie einzeln prüfen und testen, um die beschädigten Batterien auszuschließen. Beim Austausch einer neuen Batterie sollte stets versucht werden, denselben Batterietyp desselben Herstellers zu beschaffen; es ist untersagt, säurefeste Batterien, verschlossene Batterien sowie Batterien mit unterschiedlichen Spezifikationen miteinander zu mischen.

Der PWM-Solarregler verwendet drei Lademodi: Starkladung, Ausgleichsladung und Schwebeladung.

Starkladung:

auch Direktladung genannt, ist eine Schnellladung; bei niedriger Batteriespannung wird die Batterie mit hohem Strom und relativ hoher Spannung geladen.

Ausgleichsladung:

Nach Abschluss der Starkladung ruht die Batterie für einen bestimmten Zeitraum. Sobald die Spannung auf einen bestimmten Wert abgesunken ist, wechselt die Batterie in den Ausgleichslademodus, um eine gleichmäßige und einheitliche Spannung an den Batterieklemmen sicherzustellen.

Schwebeladung:

Nach Abschluss der Ausgleichsladung ruht die Batterie ebenfalls für einen bestimmten Zeitraum. Sobald die Spannung auf die Erhaltungsspannung abgesunken ist, befindet sich die Batterie im Schwebelademodus, sodass sie stets geladen bleibt, ohne überladen zu werden.

Der MPPT-Solarregler verwendet den MPPT-Strombegrenzungs-Lademodus, den konstanten Spannungs-Ausgleichslademodus und den konstanten Spannungs-Schwebelademodus.

MPPT-Strombegrenzungs-Ladung:

wenn die Batteriespannung sehr gering ist, wird der MPPT-Lademodus verwendet; die Ausgangsleistung des Solarmoduls wird an das Batterieende übertragen. Bei sehr starker Lichtintensität steigt die Ausgangsleistung des Solarmoduls an, und der Ladestrom erreicht die Schwelle; daraufhin wird der MPPT-Lademodus beendet und in den Konstantstrom-Lademodus umgeschaltet.

Wenn die Lichtintensität abnimmt, wechselt das System wieder in den MPPT-Lademodus.

Konstantspannungs-Laden:

die Batterie schaltet automatisch zwischen dem MPPT-Lademodus und dem Konstantstrom-Lademodus hin und her und koordiniert beide Modi so miteinander, dass die Batteriespannung die Sättigungsspannung erreicht; daraufhin tritt die Batterie in die Konstantspannungs-Ladephase ein. Mit fortschreitendem Ladevorgang nimmt der Ladestrom allmählich auf 0,01C ab; sobald dieser Wert erreicht ist, endet die Ladephase und es wird in die Schwebeladephase übergegangen.

Konstantspannungs-Schwebeladung:

die Batterie wird mit einer Spannung leicht unterhalb der Konstantspannung geladen.

Diese Phase dient hauptsächlich dazu, die durch die Eigenentladung der Batterie verbrauchte Energie zu ergänzen.

Prinzip des Wechselrichter-Softstarts:

1. Der sanfte Inverter-Start bedeutet, dass die Spannung schrittweise von null auf die Nennspannung erhöht wird, sodass während des gesamten Motoranlaufvorgangs kein Anlaufdrehmoment auftritt, sondern ein ruhiger und gleichmäßiger Start erfolgt.

2. Der Sanftstarter ist ein neuartiges Motorsteuergerät, das den sanften Motoranlauf, das sanfte Motorabschalten sowie mehrere Schutzfunktionen integriert. Sein Hauptbestandteil besteht aus einem dreiphasigen parallel geschalteten Thyristor sowie einer elektronischen Steuerschaltung, die zwischen der Stromversorgung und dem zu steuernden Motor in Reihe geschaltet ist. Durch unterschiedliche Methoden zur Steuerung des Zündwinkels des dreiphasigen parallel geschalteten Thyristors lässt sich die Eingangsspannung des zu steuernden Motors entsprechend verschiedenen Anforderungen variieren, wodurch unterschiedliche Funktionen realisiert werden können.

Die Funktion der Inverter-Sanftstartfunktion:

1. Im Moment, in dem der Wechselrichter eingeschaltet wird, erfolgt die Stromversorgung des Wechselrichters, jedoch tritt bei der Ausgabe von 220 V eine Verzögerung von ca. 2 Sekunden auf. Die Spannung erreicht nicht sofort 220 V, sondern steigt langsam von 100 V auf 220 V an – ja, dies dient dem Selbstschutz des Wechselrichters.

2. Ein normaler Wechselrichter mit einer Leistung von 1000 W gibt beispielsweise beim Einschalten sofort 1000 W ab. Bei einem Soft-Start hingegen steigt die Ausgangsleistung schrittweise an: 700 W – 800 W – 900 W – 1000 W.