USV-Systeme im Industrieeinsatz

Wenn der Strom aus der Steckdose nicht hält, was die Elektrizitätswerke versprechen, kann das teuer werden. Bereits ein Stromausfall von wenigen Sekunden kann für massive Turbulenzen im durchorganisierten Produktionsablauf sorgen. Die Lösung: eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) - die sichert nicht nur Rechenzentren gegen Probleme mit der Stromversorgung ab.

Mit der richtigen Konzeption bewähren sich USV auch in der rauen Industrie. Allerdings sind die Anforderungen an die Filtereigenschaften im Maschinenbau deutlich höher als beim IT-Einsatz. Hier wiegt eine hohe Resistenz gegen Überspannungen und Flexibilität bei Eingangsfrequenz und -spannung meist höher als eine extrem lange Überbrückungszeit.

Lastspitzen und Spannungseinbrüche

Im industriellen Umfeld schwingen auf der Netzleitung oft hohe Störspannungen mit, das Schalten großer elektrischer Verbraucher wie Schütze, Pumpen oder Motoren sorgt für Lastspitzen und Spannungseinbrüche. Eine USV, die nicht zu jeder Zeit die Kontrolle über die erzeugte Spannung am Ausgang hat, würde Netzunreinheiten an die angeschlossenen Verbraucher weitergeben.

Diese Anforderung macht in jedem Fall eine USV des Typs VFI notwendig. Solche Geräte erzeugen die Ausgangsspannung und -frequenz unabhängig von den Eingangswerten. Die Last kann also unabhängig von Versorgungsschwankungen betrieben werden.

Tempo zählt

Je schneller die Elektronik der USV auf hohe Anlaufströme oder Lastspitzen reagiert, desto besser. Generell haben USV-Systeme ohne ausgangsseitigen Transformator bei der Reaktionsgeschwindigkeit die Nase vorn. Sie müssen nicht gegen die Trägheit der normalerweise eingesetzten induktiven Last ankommen und können Laständerungen mit sehr geringer Verzögerung ausregulieren.

In der Industrie kommt zur Forderung nach schneller Reaktion auch Robustheit: Weil solche Umgebungen besonders hohe Ansprüche an die Festigkeit gegen Überspannungen stellen, ist es wichtig, dass der USV-Hersteller optional zusätzliche Überspannungsableitung einbauen kann.

Stabilität zählt

Manchmal verzichten Anwender im Bereich Industrie ganz auf Akkus in ihren USV-Anlagen. Dann soll nur die hoch konstante Regelung von Ausgangsspannung und -frequenz zum Einsatz kommen. Kurze Spannungseinbrüche - die überwiegende Mehrheit aller Ausfälle liegt unter einer Sekunde - fangen sie über die Kondensatoren in der DC-Strecke ab. Eine USV vom Typ VFI verkraftet Schwankungen zwischen 35 und 70 Herz an ihrem Eingang und hält trotzdem die gewünschte Ausgangsfrequenz stabil.

Das ist besonders wichtig, wenn USV-Anlagen im Ausland zum Einsatz kommen. Die USA und Japan nutzen beispielsweise 60 Hertz und völlig unterschiedliche Spannungen, in Kuba arbeitet man mit 110 Volt, in Mexiko und Marokko sind es 127 Volt. Ebenfalls wichtig: Flexibilität bei der Netzform. Während im ITK-Umfeld meist ein TN-Netz mit getrenntem Schutzleiter und Neutralleiter genutzt wird, setzt die Industrie oft auf IT-Netze mit Isolationsüberwachung ohne Erdung des Sternpunkts. Soll jedoch Steuerungstechnik über eine USV geschützt werden, ist wieder ein TN-Netz notwendig. Optimal gewählte Systeme erlauben eine einfache Konvertierung von IT auf TN über einen Anpassungstrafo am Ausgang.

Vorteil Modularität

Einschubmodulare Systeme haben den Vorteil, dass bei einer redundanten Konfiguration die Gesamtlast nicht - wie sonst üblich - durch zwei identische Anlagen abgedeckt werden muss. Vielmehr wird die modulare USV so mit Leistungsmodulen bestückt, dass im Fehlerfall eines Moduls die verbleibenden Einheiten nach wie vor die Gesamtlast tragen können (n+1 Redundanz).

Da die Anlagen durch die n+1 Redundanz nicht bei Volllast laufen, darf auch die Eingangsspannung massiv unter dem Soll liegen, ohne dass die USV auf Batteriebetrieb umstellt. Zudem erlauben modulare Lösungen unterschiedlichste Konfigurationen bei rauen Umgebungsbedingungen, um zum Beispiel ungemütlichen Temperaturen, Vibrationen oder Feuchtigkeit trotzen zu können.

Lastcharakteristik

Wenn es um die optimale Dimensionierung einer USV geht, spielt die Lastcharakteristik eine große Rolle. Techniker und Elektriker im Industriebereich sind Lasten mit einem Leistungsfaktor Kosinus Phi von 0,8 induktiv gewohnt. Aktuelle Netzteile von Computern und IT-Equipment weisen durch die Leistungsfaktorkorrektur jedoch eine kapazitive Lastkennlinie auf. Das heißt, bei gleichem Leistungsbedarf ist der Wirkleistungsanteil deutlich höher.

USV-Systeme für die Industrie sollten in der Lage sein, mit beiden Lasten umzugehen und die spezifizierte Wirkleistung zu liefern. Denn das bessere Handling kapazitiver Lasten verhindert eine sonst notwendige Überdimensionierung der USV und die Verlustleistung und der Kühlaufwand werden auf das unbedingt Notwendige reduziert. Die Wahl der optimalen USV macht also schnell bezahlt.

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Staffan Reveman ist Director International Market Development Rittal.