Wie USV und Generator zu kompletten kritischen Stromversorgungslösungen werden können

19 Apr 2023

Wie USV und Generator zu kompletten kritischen Stromversorgungslösungen mit unterbrechungsfreier Stromversorgung und Backup-Stromversorgung werden können？

Eine USV kann ihre kritische Last während Netzstromanomalien und Stromausfällen unterstützen – aber nur bis ihre Batterieautonomie abläuft. Umgekehrt kann ein ausreichend befeuerter Generator die Last auf unbestimmte Zeit unterstützen, benötigt jedoch Zeit zum Starten und Stabilisieren.

Betreiber von Rechenzentren mit unternehmenskritischen Lasten müssen unter allen Umständen eine unterbrechungsfreie Stromversorgung als äußerst kritische Stromversorgungslösungen sicherstellen . Während das Stromnetz jedoch so gebaut ist, dass es den heftigen Stürmen standhält, die jeden Teil des Landes jederzeit treffen können, können extreme Wetterbedingungen die Freileitungen beeinträchtigen. Obwohl die Organisation über Notfallpläne und Techniker verfügt, die bereit sind, mit auftretenden Situationen fertig zu werden , sollten Rechenzentren dementsprechend auch über ihre eigenen Pläne verfügen.

Solche Pläne müssen Vorkehrungen für Stromausfälle von mehreren Stunden oder möglicherweise Tagen sowie solche von nur Sekunden oder Minuten Dauer enthalten. Dies wiederum erfordert einen Generator vor Ort, um die USV zu unterstützen, da alle USV-Batterieautonomien begrenzt sind und anfällig dafür sind, durch einen ausreichend langen Stromausfall überschritten zu werden. Außerdem macht es keinen Sinn, eine Batterieautonomie zu haben, die nicht durch eine Klimaanlage ergänzt wird, die während des Stromausfalls sichere Betriebstemperaturen für die USV aufrechterhalten kann.

Die USV ist die Frontlinie

Wenn ein Rechenzentrum als geschäftskritisch angesehen wird, wird es mit ziemlicher Sicherheit über eine Online-USV verfügen . Während des normalen „Netz-OK“-Betriebs fließt der eingehende Strom durch die USV-Gleichrichter- und Wechselrichterkomponenten, bevor er die Last erreicht. Dies bedeutet, dass die Last innerhalb der USV-Batterieautonomie kontinuierlich vor Netzrauschen, Überspannungen, Spannungsspitzen, Spannungsabfällen und anderen Abweichungen sowie kurzzeitigen Stromausfällen geschützt ist . Unter diesen Umständen bietet die USV vollen Schutz ohne Unterstützung durch den Generator, der im Standby bleibt. Wenn das USV-Steuerungssystem jedoch erkennt, dass ein anhaltender Stromausfall zu einer Bedrohung für die Batterieautonomie wird, könnte es dies signalisieren

kritische Last, sodass sie innerhalb der verbleibenden Autonomie ordnungsgemäß heruntergefahren werden kann. Wenn der Verlust der Datenverarbeitungsressource keine Option ist, muss die USV alternativ mit der Interaktion mit einem Generator vor Ort beginnen. Die Rolle der USV besteht dann darin, die Versorgung aufrechtzuerhalten, bis der Generator starten, sich stabilisieren und nahtlos als Stromquelle übernehmen kann. Unter der Annahme, dass der Generator für die Anwendung richtig dimensioniert wurde, akzeptiert die USV ihn als „Netzersatz“, um seine Batterie aufzuladen und die kritische Last zu versorgen, bis die Netzspannung wiederhergestellt ist. Dieser Zeitraum kann unbestimmt sein, abhängig nur von der fortgesetzten Verfügbarkeit von Kraftstoff für den Generator.

Der Generator als Notstromquelle

Um ein optimal abgestimmtes USV/Generator-Leistungsschutzpaar richtig zu spezifizieren, ist es notwendig, die Generatoreigenschaften und -anforderungen genauer zu betrachten.

Der Generator wandelt gespeicherte Energie – Kraftstoff – in elektrische Energie um. Es besteht aus dem Kraftstoff selbst, einem Motor zur Erzeugung mechanischer Energie und einer Lichtmaschine zur Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Form.

Der Motor muss jederzeit gut gewartet und mit ausreichend Kraftstoff versorgt werden. Die Batterie muss gesund genug sein, um bei Bedarf ein zuverlässiges Starten zu gewährleisten, während der Kühlmittel- und Ölstand regelmäßig überprüft werden sollte.

Der Motor treibt eine Lichtmaschine an, die mechanische Leistung in eine Wechselstromversorgung von typischerweise entweder 220 V/230 V einphasig oder 380 V/400 V dreiphasig umwandelt. Die Amplitude und Stabilität dieser Ausgangsspannung wird von einem automatischen Spannungsregler ( AVR ) gesteuert, während die Frequenz – normalerweise 50 Hz oder 60 Hz – von der Motordrehzahl bestimmt wird. Motordrehzahl und Zufuhrfrequenz werden von einem Regler eingestellt, der die Kraftstoffzufuhr zum Motor regelt; mehr Kraftstoff erhöht Geschwindigkeit und Frequenz.

Es sind sowohl mechanische als auch elektronische Regler erhältlich. Mechanische Regler sind zwar kostengünstiger als elektronische Typen, reagieren aber weniger schnell und bieten eine weniger stabile Motordrehzahl- und Spannungsfrequenzregelung. Ein elektronischer Regler zählt die Zähne am Schwungrad der Lichtmaschine, während es sich dreht, und regelt den Kraftstofffluss entsprechend. Die elektronische Regelung ist sehr reaktionsschnell und bietet eine sehr stabile Geschwindigkeits- und Frequenzregelung; Dementsprechend wird es normalerweise für jeden Standby-Generator angegeben, der für die Kopplung mit einem USV-System vorgesehen ist .

Ein USV-Standby-Generator sollte über einen netzbetriebenen Motorwassererhitzer und ein Batterieladegerät verfügen. Es muss auch kommunizieren, wann es als Reaktion auf einen Netzausfall und eine anschließende Wiederherstellung startet und stoppt. Dies wird in der Regel von einer Schalttafel für automatischen Netzausfall (AMF) gehandhabt, die die erforderlichen Signale enthält.

Um zu vermeiden, dass der AMF den Generator bei jeder kurzen Versorgungsabweichung startet, wird er normalerweise so eingestellt, dass er nur dann arbeitet, wenn das Netz für eine längere Zeit von typischerweise zwei bis 10 Sekunden ausfällt. Ebenso sollte die AMF den Generator nicht stoppen und die USV sofort wieder auf die Netzversorgung umschalten, wenn diese wiederhergestellt ist; Die Wiederverbindung kann Teil des Fehlerortungsverfahrens des Versorgungsunternehmens oder das Ergebnis einer automatischen Unterbrecheroperation sein. Der Fehler kann immer noch bestehen, was dazu führt, dass die Versorgung fast sofort wieder getrennt wird. Dementsprechend sind die meisten AMF-gesteuerten Generatoren so eingestellt, dass sie nach Wiederherstellung der Netzversorgung noch mindestens zwei Minuten lang Strom liefern.

Dimensionierung des Generators

Damit der Generator als Leistungsschutzkomponente zuverlässig funktioniert, muss er richtig dimensioniert und auf die USV abgestimmt sein. Tatsächlich sollte es überdimensioniert sein, zumal es normalerweise mehr Geräte unterstützt als die USV; Klimaanlagen zur Kühlung der Geräte sowie Notbeleuchtung, Kommunikations- und Alarmsysteme.

Zusammenfassung kritischer Stromversorgungslösungen

Wenn ein Rechenzentrum eine kritische ICT-Ressource bereitstellt, die unter allen Umständen online bleiben muss, muss ein Generator vor Ort bereitgestellt werden, um die USV zu unterstützen, wenn ein längerer Stromausfall auftritt. Darüber hinaus muss der Generator für einen erfolgreichen Betrieb als Teil der kritischen Stromversorgungslösungen der Stromversorgungsstrategie sorgfältig auf die USV-Eigenschaften abgestimmt und ausreichend dimensioniert sein, um die gesamte Notstromversorgung zu bewältigen, die während eines Stromausfalls benötigt wird.

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