Von: Christoph Lange
Die meisten Unternehmen dürften ein ernsthaftes Problem haben, wenn mal kein Strom aus der Steckdose kommt und ihre IT-Systeme stillstehen. Statistisch gesehen ist dies gar nicht so unwahrscheinlich. Bei einer Verfügbarkeit der Stromversorgung von 99,98 Prozent ist pro Jahr durchschnittlich mit 105 Minuten Stromausfall zu rechnen. Für Unternehmen, die sich dies nicht leisten können, führt an unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) kein Weg vorbei.
Schutz tut Not
Neben dem reinen Stromausfall sind aber noch ganz andere Störfaktoren zu berücksichtigen, die zu Schäden am IT-Equipment führen können, wenn im Netzwerk keine USVs oder andere Überspannungsschutzgeräte installiert sind. Schätzungen gehen davon aus, dass rund 60 Prozent aller Computerprobleme auf Störungen der elektrischen Stromversorgung zurückzuführen sind. Idealerweise sollte Strom als reine Sinuskurve verfügbar sein. Die Realität sieht jedoch anders aus: Die Wechselspannung direkt vom Netz ist unsauber und weist Unregelmäßigkeiten auf, die sich seit der 1999 erfolgten Liberalisierung des Strommarktes in Europa noch verstärkt haben. Auch hier können USV-Systeme helfen, indem sie die Spannung säubern und filtern. Zu einer Beeinträchtigung der Stromqualität kann es auch kommen, wenn innerhalb eines Gebäudes bestimmte Geräte beim Anfahren für eine sehr hohe Last sorgen. Zum Beispiel können Aufzüge die Stromlast so stark beanspruchen, dass der für andere Verbraucher noch verfügbare Strom zu schwach wird. Zu den wichtigsten Spannungsproblemen zählen Überspannung, Hochspannungsspitzen, Schaltspitzen, Unterspannung, hochfrequente Störungen, Kurzschluss, Netzausfall, elektrisches Leitungsrauschen und Oberwellen. Diese Faktoren sind für so manche Probleme wie Datenfehler, Speicherverlust, Festplatten-Crash, Blockieren der Tastatur oder beschädigte Leiterplatten verantwortlich.
Mit unterbrechungsfreien Stromversorgungen können sich Unternehmen vor diesen Gefahren schützen. Je nach Ausführung decken sie einen Teil oder alle genannten Faktoren ab. Für den Schutz von Unternehmensnetzwerken haben sich drei Arten von USV-Systemen etab-liert: Offline, Line-Interactive und Online. Gemeinsames Merkmal aller Systeme: Wenn der Strom ausfällt, übernimmt für eine kurze Zeit die USV mit ihren Batterien die Versorgung, bis alle Systeme heruntergefahren sind beziehungsweise das Notstromaggregat angelaufen ist und den Strom bereitstellt. In der Regel reicht die Leistung der Batterien für 10 bis 30 Minuten.
Um die USV-Geräte selbst als Single Point of Failure auszuschließen, bieten die meisten Hersteller eine so genannte N+1-Redundanz an. Bei diesem Konzept wird immer eine USV-Einheit mehr installiert, als vom Strombedarf her eigentlich nötig wäre. Dadurch ist sichergestellt, dass selbst beim Ausfall einer USV alle Verbraucher ausreichend versorgt werden können.
USV verbessert Stromqualität
Die einfachste und preiswerteste Lösung sind Offline- oder Standby-USVs. Im Normalbetrieb sind sie offline, das heißt der Strom fließt aus dem Netz direkt zu den Verbrauchern. Die USV springt erst ein, wenn der Strom ausfällt. Dann wandelt ein Wechselrichter den Gleichstrom der Batterien in Wechselspannung um. Online-USVs bieten in der Regel keine Funktionen für die Spannungsaufbereitung. Sie verfügen lediglich über Stoßspannungsunterdrücker und Filter, die Überspannungen und Schaltspitzen abdämpfen.
Line-Interactive- oder Single-Conversion-Geräte dagegen versorgen den Anwender über einen so genannten Power Line Conditioner (PLC). Bei stärkeren Spannungsabweichungen schaltet sich die USV automatisch dazwischen und bereitet den Strom auf, indem sie unter anderem Spannungsspitzen glättet und Unterversorgungen ausgleicht. Durch ein so genanntes Boosting können Line-Interactive-USVs bei einem Spannungseinbruch die Spannung durch erhöhte Stromaufnahme stufenweise hochregeln. Erst wenn dies keinen Erfolg hat, erfolgt die Umschaltung auf die Batterien. Line-Interactive-USVs bieten einen besseren Schutz als Offline-Systeme und sind kostengünstiger als die "reine" Online-Technik.
Den saubersten Ausgangsstrom liefern Online-USVs, die auch als Double-Conversion-Systeme oder Dauerwandler bekannt sind. Sie wandeln den Eingangsstrom kontinuierlich durch einen Gleichrichter in Gleichstrom um und erzeugen anschließend aus diesem wieder den Wechselstrom für die Verbraucher. Online-Geräte bieten den Vorteil, dass Frequenzschwankungen und Netzstörungen vollständig beseitigt werden können und bei einem Stromausfall keine Umschaltzeit nötig ist. Beim Offline- und Line-Interactive-Prinzip dagegen benötigt die USV einige Millisekunden, um auf Batterie- und Wechselrichterbetrieb umzuschalten.
Hoher Wirkungsgrad wichtig
Um nicht unnötig Strom zu vergeuden, ist bei der Anschaffung von USV-Systemen darauf zu achten, dass sie einen hohen Wirkungsgrad haben. Die Datenblatt-Angaben der Hersteller sind mit Vorsicht zu genießen, da sie in der Regel unter idealen Laborbedingungen zu Stande kommen. Der effektive Wirkungsgrad einer USV hängt jedoch stark von den jeweiligen Netzbedingungen ab. Insbesondere sind Faktoren wie Art der Last, Stabilität der Netzspannung oder die Auswirkungen von Teillasten zu berücksichtigen. So sollte der Wirkungsgrad einer USV unter einer nicht-linearen Stromlast ermittelt werden, weil die Netzteile von IT- und Computersystemen den Strom aus dem öffentlichen Netz nicht linear, sondern pulsförmig beziehen. Auch sind USVs häufig nicht zu 100 Prozent ausgelastet, sodass der Wirkungsgrad im Teillastbetrieb entscheidend ist. Besonders niedrig ist die Last bei redundaten Konfigurationen, in denen sich zum Beispiel zwei USVs mit je 400 kVA eine Last von 350 kVA teilen. Dies bedeutet, dass im Normalbetrieb jede USV nur zu etwa 45 Prozent ausgelastet ist.
Architekturbedingt haben Online-USVs einen schlechteren Wirkungsgrad als Offline- oder Line-Interactive-Geräte, da durch das permanente Gleich- und Wechselrichten zwangsläufig Energieverluste entstehen. Mittlerweile haben es die Hersteller jedoch geschafft, auch mit Double-Conversion-USVs hohe Wirkunsgrade zu erzielen. Offline- und Line-Interactive-Lösungen erreichen unter Laborbedingungen Wirkungsgrade von 95 Prozent und mehr. Allerdings sinkt der Wirkungsgrad von Line-Interactive-USVs stark ab, sobald sie den Ausgangswandler aktivieren müssen, um die Spannung zu regeln.
Modulare Komplettlösungen
Die USV-Spezialisten von APC, die bereits vor einigen Jahren mit der "Symmetra"-Familie einen modularen Ansatz eingeführt haben, stellten zur CeBIT 2002 mit "Power Struxure" ein neues Konzept einer sehr flexiblen Stromversorgungs-infrastrukur vor. Die Lösung umfasst nicht nur modulare USV-Komponenten, sondern auch die zugehörigen Racksysteme, Lüftungs- und Überwachungskomponenten sowie die gesamte Verkabelung. Die Kabelstränge führt APC auf der Oberseite der Racks entlang, wodurch sich das komplette System auf einfache Weise ab- und wieder aufbauen lässt. Laut Rodger B. Dowdell, President und CEO von APC, bietet Power Struxure den Vorteil, dass Unternehmen aufgrund der Flexibilität USV-Ressourcen wesentlich effizienter einsetzen können. Bisher nutzen viele Unternehmen lediglich einen Teil der installierten USV-Kapazität, da sie für ein künftiges Wachstum gerüstet sein wollen. Mit Power Struxure sollen nach Angaben von Dowdell Einsparungen von 20 bis 60 Prozent möglich sein. Das System ist in drei Größen erhältlich, die den Bedarf von mittleren bis großen Unternehmen abdecken sollen. Typ A reicht von 1 bis 6 Racks, Typ B von 10 bis 20 Racks, Typ C ist für noch größere Installationen gedacht. Andere Anbieter wie Liebert Hiross haben ebenfalls modulare Rack-Komplettlösungen im Portfolio, die allerdings nicht so skalierbar ausgelegt sind wie Power Struxure von APC.
Die Vorteile modularer USV-Systeme lassen sich besonders gut in zentralisierten IT-Umgebungen nutzen. Für dezentral organisierte Unternehmen, die auch in verteilten Workgroups oder in Filialen eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sicherstellen müssen, sind Standalone-Geräte nach wie vor unverzichtbar. Hier sollte sich die Produktauswahl an Wirtschaftlichkeitskriterien und Verfügbarkeitsanforderungen orientieren.