Warum bietet nur die Online-USV-Topologie geschäftskritischen Lastschutz? Moderne, statische USV-Systeme werden grob in drei Designarchitekturen eingeteilt: Online, Offline und Line Interactive. Dieser Beitrag beschreibt und vergleicht die drei Typen und erklärt, warum – für wirklich kritische Lasten – die Online- USV- Topologie der einzig akzeptable Ansatz ist.

Anlagenmanager stehen heute vor erhöhten Anforderungen an eine saubere, stabile Stromversorgung. Dies gilt insbesondere für geschäftskritische Einrichtungen wie Rechenzentren. Doch elektrische Anlagen in Gebäuden sind alles andere als störungsfrei. Spannungsspitzen, Spannungsabfälle, elektrisches Rauschen, Verzerrungen der Sinuswelle und Stromausfälle kommen aufgrund einer Vielzahl von Fehlern innerhalb und außerhalb der Anlage häufig vor. Geht man davon aus, dass das USV-Design Batterien verwendet – die nach wie vor die beliebteste Form der Energiespeicherung für Backup-Anwendungen –, dann verfügt es immer über drei Schlüsselelemente, um diese zu unterstützen, unabhängig von der Topologie: ein Ladegerät oder Gleichrichter/Ladegerät, einen Wechselrichter, und ein statischer Schalter. Die Art und Weise, wie diese Bausteine ​​eingesetzt werden, hängt jedoch von der USV-Topologie ab.

Offline-USV-Topologie

In einem Offline-System wird die kritische Last im Normalbetrieb direkt über das reine Wechselstromnetz mit Strom versorgt. Die eingehende Versorgung umgeht die Stromumwandlungselemente der USV, um die Last direkt mit dem statischen Schalter zu verbinden. Dadurch wird die Last nur dann auf den Wechselrichterausgang übertragen, wenn die Netzversorgung ausfällt, voreingestellte Spannungs- oder Frequenzgrenzen überschreitet oder eine andere Anomalie auftritt.

Diese Topologie kann für einige Benutzer attraktiv sein, da sie Kosteneinsparungen bietet. Da die USV-Umwandlungsstufen im Normalbetrieb umgangen werden, arbeitet die USV effizienter, mit geringeren Verlusten und einem geringeren Kühlbedarf. Auch die Kapitalkosten werden gesenkt, da eine Offline-USV Komponenten mit geringerer Nennleistung verwenden kann und keinen Gleichrichter benötigt.
Dem steht jedoch die Überlegung gegenüber, dass die Last während des normalen Betriebs einer Wellenform ausgesetzt ist, die nicht genau geregelt ist, und dass sie Störungen aus dem Versorgungsnetz ausgesetzt ist. Obwohl solche Systeme normalerweise über ein gewisses Maß an Spitzenunterdrückung und HF-Filterung (Radiofrequenz) verfügen, bleibt ein gewisses Maß an Belastung bestehen. Darüber hinaus kommt es unvermeidlich zu einer Unterbrechung der Lastversorgung von typischerweise zwei bis 10 ms, während der statische Schalter die Last zwischen dem Wechselrichterausgang und der Netzversorgung überträgt.

Line Interactive USV-Topologie

Line-Interactive-Systeme sind Offline-Varianten, die versuchen, durch das Hinzufügen von Spannungsregelungsfunktionen in der Bypass-Leitung ein höheres Leistungsniveau als herkömmliche Typen zu bieten. Die beiden beliebtesten Line-Interactive-Designs verwenden entweder einen Abwärts-/Aufwärtstransformator oder einen Ferroresonanztransformator. Sie verbessern herkömmliche Offline-Systeme, indem sie ein gewisses Maß an automatischer Spannungsregulierung bieten und möglicherweise den USV-Batterieverbrauch und die damit verbundene Verschlechterung der Batterielebensdauer reduzieren.

Online-USV-Topologie

Ein Online-USV-System unterscheidet sich grundlegend von Offline-USV-Systemen darin, dass im Normalbetrieb der Netzstrom durch den Gleichrichter/Ladegerät und den Wechselrichter fließt, bevor er die Last erreicht. Dieses USV-Design wird aufgrund seiner zwei Umwandlungsstufen von AC-DC und DC-AC manchmal als Online-USV-Topologie mit Doppelwandlung bezeichnet und bietet das höchste Maß an kritischer Versorgungsintegrität, da die Last mit verarbeiteten Energien versorgt wird - jederzeit geregelte Leistung. Die Last ist außerdem vor Störungen der Eingangsversorgung geschützt, da der Gleichrichter und der Wechselrichter als Barriere gegen Netzrauschen und transiente Spannungsschwankungen wirken.

Wenn die Eingangsversorgung einen voreingestellten Spannungsbereich (normalerweise +10 % bis -20 %) oder eine voreingestellte Frequenz verlässt oder einen Totalausfall erleidet, arbeitet der Wechselrichter weiterhin mit Batteriestrom. Das Ereignis ist für die Last völlig transparent, da kein Übertragungsvorgang erforderlich ist. Aus diesen Gründen entscheiden sich die meisten Besitzer von Rechenzentren oder andere Benutzer, die für geschäftskritische IKT-Vorgänge verantwortlich sind, immer für Online-Lösungen. Nur sie bieten jederzeit einen wirklich umfassenden Schutz der Ladung. Ihre zusätzlichen Kosten werden im Vergleich zu den Folgen eines katastrophalen Systemausfalls unbedeutend – was wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass ein Netzversorgungsproblem die kritische Last erreichen kann.