Unbesorgt versorgt

Unzählige Mitarbeiter, die auf ein zuverlässig arbeitendes Netzwerk und ihre PCs angewiesen sind, Maschinen, die bei einem Ausfall die komplette Produktion lahm legen: Es braucht nicht viel Phantasie, um das Ausmaß eines solchen Ausfalls abzuschätzen. Aus gutem Grund setzen deshalb viele Unternehmen auf unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV).

USV-Systeme überbrücken die Stromversorgung für eine bestimmte Zeit und helfen Datenverlust im Fall eines Stromausfalls zu vermeiden. Wie lange diese Überbrückungszeit ist, hängt von der internen und externen Batterieanlage und der geforderten Leistung ab. Die Laufzeit muss jedoch mindestens so lang sein, wie die zu schützenden Systeme benötigen, um ordnungsgemäß herunterzufahren oder bis ein zusätzliches Notstromaggregat gestartet ist und seine Arbeit aufgenommen hat.

Meist sind nicht einmal die länger andauernden Ausfälle die gefährlichste Bedrohung: Zu 47 % basieren Systemabstürze im Unternehmen auf Versorgungsstörungen im Zehntelsekundenbereich. Dazu kommt es beispielsweise bei Spannungsspitzen, Frequenzschwankungen oder Oberschwingungen.

Gefahren durch Spannungsspitzen

Eine wesentliche Aufgabe von USV-Systemen ist die Aufbereitung der Netzspannung. Ist die Versorgung unsauber, drohen Fehlfunktionen und Sachschäden. Insbesondere der Mikroelektronik können Über- und Unterspannungen gefährlich werden. Sie entstehen mehrheitlich durch induktive Kopplungen und können alle Leitermaterialien wie Stromversorgungsleitungen, Telefon-, Daten- und Signalleitungen betreffen.

Trotz einer Dauer von wenigen Millisekunden kann der Energiegehalt von Spannungsstößen so hoch sein, dass es zu Hardwareschäden oder Fehlfunktionen kommt. Moderne Lösungen zur Infrastrukturabsicherung wie zum Beispiel APC InfraStruXure weisen deshalb getrennte Kabelkanäle für Strom- und Datenleitungen auf.

Kontrolliertes Herunterfahren

Die wesentliche Ursache für Datenverluste bei längeren Stromausfällen liegt in der unsachgemäßen Beendigung von Anwendungen oder Betriebssystemen. Sind Daten während des Störfalls noch in Bearbeitung, können Dokumente, wichtige Dateisystemstrukturen (beispielsweise FAT = Dateizuordnungstabellen) oder dynamische Anwendungsdaten beschädigt werden. Die anschließende Wiederherstellung dauert meist sehr lange und ist kostenintensiv. Beinhaltet die USV-Lösung keine Software zum Herunterfahren der versorgten Server oder wurde versäumt, diese zu installieren, so verzögert die USV lediglich das Problem um die Dauer der Überbrückungszeit.

Für ein korrektes Herunterfahren mehrerer Computer oder Server muss außerdem das Netzwerk aktiv sein. Entsprechende Komponenten wie Hubs und Switches dürfen bei der Stromversorgung nicht vergessen werden. Dasselbe gilt für Anwendungen, die bei einem Ausfall weiterhin verfügbar sein sollen, aber ohne Netzwerk nicht richtig funktionieren. Ferner ist zu berücksichtigen, dass einzelne Systeme für das Herunterfahren unterschiedlich lange brauchen. Für E-Mail-Server mit vielen Konten sind beispielsweise bis zu 20 Minuten einzuplanen.

Komponenten im Zusammenspiel

"Partner" im Zusammenspiel zwischen der Energieversorgung und den IT-Systemen sind die Schaltnetzteile. Diese wandeln die Wechselspannung zunächst mit allen nicht idealen Komponenten (Spannungsspitzen, Verzerrungen und Frequenzschwankungen) in geglättete Gleichspannung um. Das Schaltnetzteil überbrückt also nicht nur die Intervalle zwischen den Spitzen der Sinuskurve der Eingangsspannung, sondern auch andere Anomalien und kurze Unterbrechungen der Stromversorgung. Diese Eigenschaft ist besonders für Hersteller von IT-Geräten von Bedeutung, die sich idealer Weise wünschen, dass ihre Geräte auch dann funktionieren, wenn keine USV vorhanden ist.

Gemäß internationalem Standard für IT-Geräte sind ständige Schwankungen der Nennspannung in einem sehr breiten Bereich von +10 % bis -20 % zulässig und sogar Komplettausfälle der Versorgung bis zu zehn Millisekunden.

Doppelwandler-USV-Systeme funktionieren nach einem anderen Prinzip: Wie die Bezeichnung impliziert, wird die Spannung zweimal gewandelt. Zunächst wird die Eingangswechselspannung mit allen Spannungsspitzen, Störungen und anderen Abweichungen in eine Gleichspannung transformiert, diese versorgt den nachgeschalteten Wechselrichter und lädt die Batterie. Danach wird die Gleichspannung wieder in eine sehr saubere, stabile Wechselspannung und -frequenz gewandelt. Innerhalb eines großen Eingangsspannungsbereiches (meist +/- 20 %) regelt die USV die Netzschwankungen ohne Batteriebeanspruchung.

Überschreitet allerdings die Eingangswechselspannung diese Werte, so erfolgt nur eine Energieumkehr in der USV, und die Batterie versorgt über den Wechselrichter die angeschlossenen Verbraucher, ohne jedwede Unterbrechung.

Was im Alltag nur ärgerlich ist, kann beispielsweise in der Produktion schnell mit Kosten verbunden sein. Etwa dann, wenn Anlagen Schaden nehmen oder die Arbeit aufgrund ausgefallener Steuerungen nicht fortgeführt werden kann.

Modulare USV-Lösung

Modulare USV-Systeme mit dreiphasigem Eingang und einphasigem Ausgang sind daher derzeit in der Industrie stark gefragt. Zwar sind in den meisten Fabriken nur dreiphasige Stromanschlüsse vorhanden, für die Versorgung von Industriecomputern, Fertigungssteuerungen, programmierbaren Verknüpfungssteuerungen und weiteren Maschinen im Produktionsumfeld, wird jedoch vielfach eine einphasige Versorgungsspannung benötigt.

Besonders wichtig für viele Unternehmen: Die einfache und schnelle Wartung der Batterien und Luftfilter, die sich auch während des laufenden Betriebes austauschen lassen. Hier sind Geräte mit modularer Konstruktion generell von Vorteil, da sie eine reduzierte mittlere Reparaturzeit (MTTR) aufweisen. Einen ähnlich hohen Stellenwert nimmt für viele Produktionsverantwortliche eine übersichtliche Statusanzeige ein. Insbesondere im Produktionsbetrieb muss auf einen Blick ersichtlich sein, wie es um den Zustand der Anlagen bestellt ist.

Im Prinzip gilt: Für jede Anwendung existiert auch eine passende USV-Lösung. Kostenargumente allein reichen als Entscheidungskriterium nicht aus. Attraktive und preisgünstige Alternativen zur Doppelwandler-Technologie bieten beispielsweise Modelle im Mitlaufbetrieb. Diese eignen sich vor allem für weniger anspruchsvolle Anwendungen.

Energiekosten - ein Faktor zur Entscheidungshilfe

Doppelwandler USV-Systeme ab einem Kilo-Voltampere und speziell in größeren Installationen ab zehn Kilo-Voltampere lassen sich wirtschaftlich einsetzen und sorgen für gute Ausgangsspannungsqualität. Zu berücksichtigen ist allerdings die zusätzliche Energie, die für den Betrieb einer USV mit Doppelwandlung im Laufe der Zeit benötigt wird: Ein solches System hat je nach Ausführung einen Wirkungsgrad zwischen 85 und 94 %, eine line-interactive USV dagegen einen Wirkungsgrad von 93 bis 98 %.

Somit verbraucht eine USV in Doppelwandlertechnik permanent nicht nur mehr elektrische Energie, sondern es ist auch ein zusätzlicher Aufwand für die Raum- oder Rack-Kühlung notwendig. Betrachtet man die Summe aller Kosten für viele USVs in einem Unternehmen oder den gesamten Energieverbrauch einer einzelnen USV während ihrer Lebensdauer, wird dieser zu einem bedeutenden Faktor bei den USV-Betriebskosten. Die endgültige Entscheidung muss sich jedoch immer nach den Sicherheits- und den Verbraucheranforderungen sowie den örtlichen Gegebenheiten richten.

Nicht jede Anwendung benötigt die aufwändigste Technik, aber umgekehrt reicht auch nicht immer die Preiswerteste aus.

Optionen für die Zukunft

Wer sich mit dem Thema näher beschäftigt, sollte zudem bedenken, dass die Absicherung durch eine USV nur einen kleinen Teil des gesamten Infrastrukturmanagements berücksichtigt. Die Zukunft liegt in der Integration unterschiedlicher Bereiche wie Stromversorgung, Kühlung, Management und Service der gesamten IT-Infrastruktur in einer integrierten Lösung. Erst durch eine Verknüpfung dieser Komponenten lässt sich eine tatsächliche Hochverfügbarkeit für Rechenzentren und im Produktionsalltag umsetzen.

Unverzichtbarer Bestandteil integrierter Infrastrukturlösungen ist ein effizientes Management. Erst die durchgehende Monitorfähigkeit aller Komponenten liefert die notwendige Grundlage für eine lückenlos überwachbare Versorgungskette von der Stromquelle bis hin zum Verbraucher. Dabei sollte das System dem Anwender durch einfach interpretierbare Berichte und Stromflussdiagramme die Analyse erleichtern und die Systemkomplexität deutlich reduzieren.

Sowohl für Serverraum-Konzepte, industrielle Anwendungen als auch für private Anwender gilt: Nur mit der richtigen Technologie und Konfiguration lässt sich das gewünschte Maß an Verfügbarkeit auch zu ökonomisch vertretbaren Kosten erreichen. Dabei darf allerdings die Zukunftssicherheit nicht zu kurz kommen: Die Anforderungen an Kapazität und Verfügbarkeit steigen in vielen Unternehmen schneller als erwartet. Wer sich für die richtige USV- und Infrastruktur-Lösung entscheidet, kann auf neue Anforderungen flexibel und effizient reagieren.