Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USVs) gehören zur Standardausstattung eines jeden Rechenzentrums und sogar zu jedem Einzel-Server, der wichtige Daten verarbeitet. Stromausfälle haben mit steigender Digitalisierung auch vielfach erhöhte Schäden zur Folge. Dabei führt nicht nur die Ausfallzeit zu hohen Kosten, sondern auch der Verlust von wichtigen Daten. Die zeitintensiven Wiederherstellungsarbeiten stellen dabei meist einen vielfach höheren Kostenfaktor dar.

Bei der USV-Technik bieten Doppelwandler- oder Online-Betrieb seit Jahren bewährten und zuverlässigen Schutz vor allen Arten von Stromstörungen. Effizienzgewinne werden dabei meist nur durch Verzicht auf wichtige Komponenten oder die Verminderung der Sicherheit erkauft. So sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen beispielsweise in weniger kritischen Zeiten gerne in den Eco-Modus geschaltet, in dem zwar die Effizienz gesteigert, aber auch der Schutz vor einigen Stromstörungen ausgesetzt ist. Dieses Vorgehen ist für Rechenzentrumsbetreiber meist nicht akzeptabel, da die Daten rund um die Uhr geschützt sein müssen.

Umso wichtiger ist es, sich die USV-Architektur selbst genauer anzuschauen. Viele USV-Anlagen laufen im Teillastbereich, in dem sie nicht die maximale Effizienz erbringen können. Im Hinblick auf eine durchschnittliche Nutzungsdauer der USV zwischen zehn und 20 Jahren kalkuliert der Betreiber zukünftige Ausbaustufen des Rechenzentrums bei der Auslegung mit ein, sodass die USV einen Großteil der Zeit gar nicht in ihrem optimalen Leistungsbereich arbeitet. Da bei Hochverfügbarkeitsforderungen USV-Systeme heute nach dem A/B-Prinzip ausgelegt und eventuell auch noch redundant aufgebaut sind, können diese Anlagen im Mittel nur mit 50 Prozent der installierten Leistung oder weniger (in Abhängigkeit von den gewählten Modulgrößen) arbeiten. Ein Betrieb im optimalen Betriebspunkt des Wirkungsgrades hilft jedoch dabei, deutlich Energie einzusparen.

Als monolithisches System lässt sich eine USV nur schwer mit optimaler Effizienz betreiben. Das Modulkonzept verbucht in diesem Punkt klare Vorteile.

Als monolithisches System lässt sich eine USV nur schwer mit optimaler Effizienz betreiben. Das Modulkonzept verbucht in diesem Punkt klare Vorteile.

Modulare USV-Architekturen bieten in diesem Kontext den entscheidenden Vorteil, dass sie sich viel kleinstufiger dimensionieren lassen. Die Leistung ist viel genauer an die tatsächliche Last anpassbar. Zusätzliche Leistungsmodule kommen erst bei Erhöhung der Last hinzu, sodass die Anlage stets in ihrem optimalen Wirkungsgrad arbeitet.

Abhängig von der Schrankgröße kann ein Betreiber die Leistung zum Beispiel auf die zehnfache Leistung aufstocken. Wird diese Leistung dann den gestiegenen Anforderungen immer noch nicht gerecht, kann er weitere Systeme dazuschalten. Damit ist diese Architektur die flexibelste Lösung für kleine Server-Räume bis hin zu Rechenzentren.

Hochverfügbarkeit

Speziell bei hochverfügbaren Rechenzentren, die nach EN 50600-2-2, Gesamtverfügbarkeit „hoch“ (Verfügbarkeitsklasse 3) ausgelegt sind und eine Verfügbarkeit von 99,995 Prozent gewährleisten sollen, sind weitere Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen. Auch USV-Anlagen sind nicht gegen technische Ausfälle immun und benötigen eine redundante Auslegung. In der klassischen USV-Architektur müsste ein Betreiber zwei redundante Systeme installieren, sodass das zweite System bei einem Ausfall das erste ersetzen könnte. Dadurch kann er jedes der Systeme mit maximal nur 50 Prozent der Last betreiben. Bei einer Klassifikation gemäß EN 50600-2-2 „sehr hoch“ (Verfügbarkeitsklasse 4) wird daher der Betrieb nicht mehr mit 50 Prozent der Last, sondern in Abhängigkeit von der Modulgröße entsprechend geringer ausfallen. Daher sollte ein Betreiber schon bei der Vorauswahl auf geeignete Modulgrößen und hohen Teillast-Wirkungsgrad ein entsprechendes Augenmerk legen.

Bei einer modularen Architektur muss nicht die gesamte USV redundant ausgelegt ein, sondern nur ein oder zwei Module, die den Ausfall eines anderen Moduls auffangen können. Bei einem Ausfall wechselt das System automatisch auf ein gesundes Modul und meldet den Ausfall direkt an einen Techniker. Dieser kann das Modul direkt im laufenden Betrieb austauschen. In sehr fortschrittlichen Systemen können die Module sogar autonom auf den Ausfall eines anderen Moduls reagieren, sodass Fehlerquellen im Systemschrank selber ausgeschlossen sind.

Um die Laufzeit der gesamten Systems auszugleichen, verfügen moderne Module über einen internen Zähler, und die intelligente Steuerung schaltet abwechselnd die einzelnen Module abhängig von der bisherigen Laufzeit in Gebrauch und schaltet sie automatisch auch wieder ab. Dieser Idle-Modus gleicht so die Betriebsstunden aller Module aneinander an und erhöht damit die Lebensdauer des gesamten Systems signifikant.

Wartung

Auch die Wartung des Systems gestaltet sich bei modularen USV-Systemen einfacher, da ein Techniker jeweils nur ein Modul zur Wartung entnimmt und dann anschließend wieder installiert. Im Vergleich zur herkömmlichen USV-Architektur muss er dabei nicht die gesamte USV von den Verbrauchern freischalten. Dies hat den Vorteil, dass alle Verbraucher auch während der Wartungsarbeiten weiterhin durch die USV geschützt sind und die Zeit am Netz während eines relativ kurzen Gesamtfunktionstests auf ein Minimum reduziert ist.

USV-Überwachung

Essenzieller Bestandteil eines jeden Wartungskonzepts ist die kontinuierliche Überwachung der USV. Bei einem Ausfall einzelner Module kann diese Technik schnell reagieren und die Systemsicherheit wiederherstellen. Im optimalen Fall kann der Nutzer selbst durch Austausch der defekten Module oder mithilfe des telefonischen Hersteller-Supports das System wieder schnell instandsetzen. Dadurch entfallen zusätzliche Kosten durch Sondereinsätze des Kundendienstes.

Besonders umfangreich gestaltet sich die Überwachung, wenn die IT mehrere Standorte betreut. Sind sogar Systeme verschiedener Hersteller übersichtlich zu monitoren, wird es umso schwieriger. Dann bieten sich Cloud-Lösungen an, wie etwa Moni UPS von AEG Power Solutions. Durch das Hosting in der Cloud fallen Installation und Wartung der Software weg. Ein einheitliches Interface für alle verteilten USV-Systeme gestaltet die Konfiguration wesentlich einfacher und reduziert den Schulungsaufwand der Mitarbeiter.

Um die Laufzeit der gesamten Systems auszugleichen, verfügen moderne Module über einen internen Zähler. Eine intelligente Steuerung schaltet abwechselnd die einzelnen Module abhängig von der bisherigen Laufzeit in Gebrauch und automatisch auch wieder ab.

Um die Laufzeit der gesamten Systems auszugleichen, verfügen moderne Module über einen internen Zähler. Eine intelligente Steuerung schaltet abwechselnd die einzelnen Module abhängig von der bisherigen Laufzeit in Gebrauch und automatisch auch wieder ab.

Wer auf Nummer sichergehen will, schließt gleich einen kompletten Überwachungs- und Wartungs-Service-Vertrag mit dem Hersteller ab. Dies hat den Vorteil, dass die speziell geschulten Techniker nicht nur Fehler anhand kleinerer Indikatoren vorrausschauend erkennen können, sie können auch die Fehlerquelle direkt identifizieren und die richtigen Austauschteile bereithalten und damit das System in kürzester Zeit wieder einsatzbereit machen.

Auf die Details kommt es an

Während die USV-Technik seit Jahren sehr solide und zuverlässig arbeitet, gilt es bei der Neuanschaffung einen Blick aufs Detail zu werfen. Speziell optimierte Module leiten beispielsweise den Luftstrom so durch das Modul, dass er nur an den Kühlkörpern wirksam wird und damit die Verschmutzung der Elektronik durch Staub reduziert. Dies verlängert auch die Wartungsintervalle.

Ein weiteres Feature sind autonome Funktionstests. Diese müsse nicht erst durch den Administrator angestoßen werden, die USV führt sie vielmehr in regelmäßigen Intervallen automatisch selbst durch. Ein „Voll-Funktionstest mit Nennlast“, ermöglicht es, die Anlage und alle angeschlossenen Module mit Volllast zu testen, ohne dass Batterien oder Verbraucher davon betroffen sind. Dabei speist das System die verwendete Energie in das Netz zurück, sodass nur der Eigenverbrauch der Anlage (leistungsabhängigen Verluste) anfällt.

Auslegung und Umfeld

Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die Batterien. Dabei sollte ein Betreiber ein besonderes Augenmerk auf die erforderliche Überbrückungszeit legen, denn eine Batterie hat das Ende der Gebrauchsdauer bei 80 Prozent Restkapazität erreicht. Diese Restkapazität spiegelt sich im Verlust an verfügbarer Überbrückungszeit wider.

Die erforderliche Überbrückungszeit sollte sich immer an

  1. der benötigten Shutdown-Zeit der angeschlossenen Prozesse,
  2. dem Vorhandensein einer Netzersatzanlage und
  3. allen sonstigen zu bewertenden Risiken orientieren.

Normgerechtes Umfeld

Des Weiteren sollte ein Betreiber auf die normgerechte Gestaltung des Gesamtumfeldes der USV-Anlage und ihrer Verbraucher achten, denn gerade hinter größeren USV-Anlagen sind in der Regel größere Verteilungsnetze mit zahlreichen, abgesicherten Abgängen zu finden. Diese sind nach den bekannten Sicherheitskriterien und Abschaltbedingungen zu gestalten – unter Beachtung, dass die speisende USV an dieser Stelle als Stromquelle fungiert. Eine entsprechend fach- und normgerechte Planung eines Gesamtsystems ist daher zwingend erforderlich.

Klaus Weber ist bei AEG Power Solutions in Warstein-Belecke tätig ().