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Blog rund um Strom und Spannung

Erklärung der USV Unterschiede und Topologie

von Abteilung USV-Anlagen

Die USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) spielt eine entscheidende Rolle beim Schutz von Elektroniksystemen. Sie variiert je nach Typ in Aspekten wie Schaltzeiten, Anschaffungs- und Betriebskosten sowie der Fähigkeit, Netzspitzen zu filtern. In unserer Übersicht stellen wir die drei Hauptkategorien vor: Offline-USV, Line Interactive-USV und Online-USV. Die spezifischen USV Unterschiede werden im Anschluss genauer erörtert.

Die wichtigsten USV Unterschiede

Einen kompakten Überblick über die USV Unterschiede, Vorzüge, möglichen Einschränkungen sowie die typischen Einsatzgebiete der unterschiedlichen USV-Systeme bietet die folgende Zusammenfassung. Laut der EN62040-3 Norm werden USV-Geräte nach ihrem Betriebsverhalten kategorisiert. Im Allgemeinen lassen sich drei Technologien unterscheiden, die in der Lage sind, Spannungsunterbrechungen zu überbrücken oder Spannungsabweichungen, Frequenzschwankungen und Oszillationen zu regulieren. Mit der aktuellen USV-Norm kann ein Nutzer präzise festlegen, gegen welche Art von Stromausfall oder -schwankung seine Anlage schützen soll.

Online USV-Systeme - VFI

Maximalen Schutz durch eine Online-USV (VFI) garantiert die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV). Diese USV-Systeme gleichen effektiv Schwankungen in Netzspannung und Netzfrequenz aus, indem sie die Verbraucher kontinuierlich über den Akku versorgen. Im Gegensatz zu anderen USV-Typen entfallen Schaltzeiten komplett, da kein Umschalten bei einem Netzausfall erforderlich ist.

Die USV mit Dauerwandlerprinzip konvertiert permanent zwischen Wechsel- und Gleichspannung. Dies ermöglicht eine zuverlässige Energieversorgung, kann jedoch elektrische Verluste und Wärmeentwicklung zur Folge haben. VFI-Systeme (Voltage and Frequency Independent) stellen konstante Ausgangswerte sicher, unabhängig von den Eingangsbedingungen. Sie nutzen einen Gleichrichter, der Eingangsspannung in Gleichstrom umwandelt und somit die Batterien versorgt.

Ein weiteres herausragendes Merkmal dieser USV-Modelle ist der elektronische Bypass, der bei Überlastungen greift, indem er die Eingangsspannung direkt an die Verbraucher weiterleitet. VFI-Systeme bieten sicheren Betrieb für Server, Netzwerktechnologie und sind essentiell für die Steuerungstechnik sowie unternehmenskritische Prozesse.

Charakteristika der Online-USV (VFI):

  • Doppelwandler-Technologie: Online USV-Systeme arbeiten nach dem Doppelwandler-Prinzip. Der Wechselrichter ist ständig aktiv und wandelt den eingehenden Wechselstrom zunächst in Gleichstrom um, um ihn dann wieder in Wechselstrom umzuwandeln. Dies sorgt für eine kontinuierliche, saubere Stromversorgung ohne Unterbrechung, unabhängig von Netzschwankungen.

  • Null Umschaltzeit: Da der Wechselrichter in Online USV-Systemen ständig in Betrieb ist, gibt es keine Umschaltzeit bei einem Netzstromausfall. Die Stromversorgung bleibt ohne jegliche Unterbrechung bestehen, was diese Systeme besonders geeignet für kritische Anwendungen macht.

  • Höchster Schutz vor Netzstörungen: VFI Online USV-Systeme bieten umfassenden Schutz vor einer Vielzahl von Netzproblemen wie Spannungsschwankungen, Frequenzabweichungen, Überspannungen und Unterspannungen. Sie liefern eine konstante Ausgangsspannung und -frequenz, unabhängig von den Bedingungen des eingehenden Netzstroms.

  • Einsatz in kritischen Anwendungen: Aufgrund ihrer Fähigkeit, eine vollkommen unterbrechungsfreie Stromversorgung zu gewährleisten, werden Online USV-Systeme in hochkritischen Umgebungen eingesetzt, wie z. B. in Rechenzentren, Krankenhäusern, Banken und industriellen Steuerungssystemen, wo jede Unterbrechung der Stromversorgung schwerwiegende Folgen haben könnte.

  • Höherer Energieverbrauch und Kosten: Online USV-Systeme sind in der Regel teurer und verbrauchen mehr Energie als andere USV-Typen, da der Wechselrichter kontinuierlich in Betrieb ist. Dies führt zu höheren Betriebskosten, die jedoch durch den maximalen Schutz und die Zuverlässigkeit, die sie bieten, gerechtfertigt sind.

Line Interactive USV-Systeme - VI

Die Line Interactive USV (Voltage Independent) spielt eine wesentliche Rolle in der Absicherung von kritischen Systemen durch eine zuverlässige unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV). Mit ihrer fortgeschrittenen AVR-Technologie (Automatic Voltage Regulation) wird eine konstante Ausgangsspannung gewährleistet, auch wenn die Eingangsspannung Schwankungen unterliegt. Diese USV-Systeme sind unverzichtbar, da sie bei Spannungseinbrüchen oder vollständigem Ausfall sofort mit einer Batterie-unterstützten AVR reagieren, um eine stetige USV-Leistung zu sichern. Die USV Unterschiede zu Offline- oder Online-USV-Systemen zeigen sich vor allem in ihrer ausgewogenen Balance zwischen Kosten und Schutzfunktion.

Die Schutzwirkung der Line Interactive USV für wichtige Geräte wie Einsteigerserver und Netzwerkhardware ist unerlässlich. In Gegenden, die anfällig für Stromschwankungen sind, erweist sich die Investition in ein solches VI-System gegenüber einer Offline-Lösung als besonders vorteilhaft. Unsere Line Interactive USV-Modelle begeistern durch hohe Effizienz mit Wirkungsgraden zwischen 95% und 98%.

Zu den charakteristischen Merkmalen der Line Interactive USV (VI) zählen:

  • Spannungsregelung (AVR): Line-Interactive USV-Anlagen verfügen über eine automatische Spannungsregelung (AVR), die Schwankungen in der Netzspannung ausgleicht, ohne auf den Akku umschalten zu müssen. Dies sorgt für eine stabilere Stromversorgung bei Über- oder Unterspannung.

  • Kürzere Umschaltzeiten: Im Falle eines Stromausfalls oder einer Netzstörung wechselt die USV innerhalb weniger Millisekunden auf Batteriebetrieb. Die Umschaltzeit ist in der Regel kürzer als bei Offline-USVs, wodurch eine unterbrechungsfreiere Stromversorgung gewährleistet wird.

  • Ständige Wechselrichter-Bereitschaft: Im Gegensatz zu Offline-USVs bleibt der Wechselrichter bei Line-Interactive USV-Anlagen immer in Bereitschaft, was bedeutet, dass er schneller reagieren kann, wenn eine Umschaltung erforderlich ist.

  • Effiziente Kosten-Nutzen-Balance: Line-Interactive USV-Anlagen bieten eine gute Balance zwischen Kosten und Schutzfunktionen. Sie sind teurer als Offline-USVs, aber kostengünstiger als Online-USVs, während sie gleichzeitig einen verbesserten Schutz gegen Spannungsschwankungen und Stromausfälle bieten.

  • Geeignet für kleine bis mittlere Anwendungen: Diese USV-Typen sind ideal für kleine bis mittlere Unternehmen, Netzwerkkomponenten oder Workstations, bei denen ein höherer Schutz als bei einer Offline-USV erforderlich ist, aber keine vollständige Online-USV notwendig ist.

Offline USV-Systeme - VFD

Entdecken Sie die Offline-Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), die grundlegenden Schutz gegen vollständigen Stromausfall bietet. Unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme dieser Art sind darauf ausgelegt, während eines Netzausfalls zuverlässig Energie zu liefern, können jedoch Spannungsschwankungen oder Frequenzprobleme nicht korrigieren. Die Akkus werden im Normalzustand über einen Ladegleichrichter aufgeladen.

Als Voltage and Frequency Dependent USV gemäß IEC 62040-3 bieten Offline-USV-Systeme Schutz gegen eine Vielzahl an Netzproblemen. Sie überbrücken Netzausfälle und puffern Spannungseinbrüche sowie Spitzen, indem sie schnell von Netz- auf Batteriebetrieb umschalten.

Charakteristika der Offline-Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) (VFD):

  • Einfache Betriebsweise: VFD Offline USV-Anlagen versorgen die angeschlossenen Geräte im Normalbetrieb direkt über das Stromnetz. Der Wechselrichter und der Akku bleiben inaktiv, bis ein Stromausfall oder eine Spannungsabweichung auftritt.

  • Umschaltzeit: Bei einem Stromausfall oder einer Netzstörung wird die Stromversorgung auf den Wechselrichter und den Akku der USV umgeschaltet. Diese Umschaltzeit beträgt in der Regel wenige Millisekunden, was für empfindliche Geräte unter Umständen spürbar sein kann.

  • Grundlegende Schutzfunktionen: VFD Offline USV-Anlagen bieten einen Basisschutz gegen Stromausfälle, Spannungsabfälle und Spannungsspitzen. Sie sind jedoch weniger geeignet für Umgebungen mit häufigen Stromschwankungen oder hohen Anforderungen an die Spannungsqualität.

  • Kosteneffizienz: Diese Art von USV-Anlage ist in der Regel kostengünstiger als andere Typen wie Online- oder Line-Interactive-USVs. Sie eignet sich daher besonders für weniger kritische Anwendungen, bei denen nur ein grundlegender Schutz erforderlich ist.

  • Geräuschloser Betrieb im Normalmodus: Da der Wechselrichter im Normalbetrieb inaktiv bleibt und die Energie direkt aus dem Netz bezogen wird, arbeiten VFD Offline USV-Anlagen im Normalbetrieb nahezu geräuschlos.

Modulare USV-Systeme

Die modulare USV-Technologie repräsentiert eine innovative Lösung für die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV). Diese Systeme zeichnen sich durch ihre Konfiguration aus mehreren unabhängigen, parallel geschalteten Modulen aus, die jeweils mit eigenen Batterien und Leistungselektronik ausgestattet sind. Die modulare Bauweise ermöglicht bedeutende Vorteile wie Skalierbarkeit, Redundanz und Wartungsfreundlichkeit.

Im Falle eines Modulausfalls übernehmen die übrigen Module nahtlos die Versorgung, um eine durchgängige USV zu gewährleisten. Die Anpassungsfähigkeit der Leistung durch das Zu- und Abführen von Modulen macht die modularen USV-Anlagen zu einer flexiblen und effizienten Lösung für Betriebe, die auf eine zuverlässige Stromversorgung angewiesen sind.

Merkmale von modularen USV-Systemen beinhalten:

  • Skalierbarkeit: Die Kapazität kann durch Hinzufügen oder Entfernen von Modulen den spezifischen Bedürfnissen entsprechend angepasst werden, was die USV-Systeme besonders anpassungsfähig macht.
  • Redundanz: Durch die Parallelschaltung der Module wird eine überlegene Redundanz erreicht, die bei einem Modulausfall die kontinuierliche unterbrechungsfreie Stromversorgung sichert.
  • Hohe Verfügbarkeit: Redundanz und die Möglichkeit der Hot-Swap-Wartung garantieren eine durchgehende Verfügbarkeit der Stromversorgung, auch ohne Unterbrechung des laufenden Betriebs.
  • Einfache Wartung: Die modulare Konstruktion erleichtert die Instandhaltung, da Module unabhängig voneinander gewartet oder ersetzt werden können.
  • Effizienz: Die Anpassung an den aktuellen Strombedarf ermöglicht es modularen USV-Anlagen, Energieverluste zu minimieren und somit Energieeffizienz zu maximieren.
  • Zukunftssicherheit: Modulare Systeme können durch Erweiterungen oder Aktualisierungen den zukünftigen Anforderungen angepasst werden, ohne das gesamte System ersetzen zu müssen.

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