USV-Anlagen sollen im Fall der Fälle für den unterbrechungsfreien Betrieb der Last sorgen. Aber oft bleiben bei Konzeption und Pflege des Systems wichtige Eckpunkte unberücksichtigt, die im Ernstfall zu fehlendem oder zu vermindertem Schutz führen. Notwendig ist eine USV ohne Single Point of Failure, die durch regelmäßige Wartung im Bestzustand arbeitet.

Ab einer mittleren Systemgröße von etwa 100 kW Last haben sich in den vergangenen Jahren modulare USV-Anlagen auf dem Markt durchgesetzt. Sie bestehen im Gegensatz zu einer monolithischen USV aus einzelnen und weitgehend autarken Leistungsmodulen mit zehn bis 50 kW Belastbarkeit. Die Summe der Leistungsmodule plus eine Systemreserve, die sich nach der Sicherheitsanforderung richtet, bestimmt die Gesamtlast. Diese ist auch nachträglich anpassbar. Steigt der Energiebedarf des Anwenders, rüstet er Leistungsmodule nach. Eine Überdimensionierung zum Anfang, wie sie früher bei monolithischen Anlagen üblich war, gibt es mit modularen Anlagen nicht.
 
Verfügbarkeits-Boost durch Modularität
Im Prinzip ist die Funktionsweise einer modularen USV-Anlage sehr simpel. Die zu schützende Last versorgen mehrere parallel arbeitende Leistungsmodule. Anwender mit durchschnittlichen Anforderungen an die Verfügbarkeit wählen eine n+1-Redundanz: Dabei ist ein Leistungsmodul mehr eingebaut, als zum Betrieb der Last nötig wäre. Fällt ein Modul aus, sind die verbleibenden Leistungseinheiten in der Lage, die Last weiterhin zu schützen.
Die Redundanz ist in diesem Fall nicht mehr gegeben, der Anwender muss das defekte Leistungsteil so schnell wie möglich austauschen. Bei höheren Ansprüchen an die Verfügbarkeit lassen sich zusätzliche Module als Redundanz vorsehen (n+x). Dann verkraftet das Gesamtsystem selbst den Ausfall von mehr als einem Modul.
Der offensichtlichste Vorteil einer solchen modularen USV-Anlage ist die Skalierbarkeit, sowohl was die mögliche Last als auch was die Redundanz angeht. Durch weitere Leistungsmodule stemmt die USV entweder mehr Server und zusätzliche Infrastruktur, oder sie wird fehlertoleranter. Bei n+1 ist die Situation, dass zwei Module gleichzeitig ausfallen und die USV entweder versagt oder ihren Betrieb nach kurzer Zeit einstellen muss, zumindest denkbar. Bei n+2, n+3 oder n+4 sind ausgefallene Leistungsmodule nur noch eine theoretische Gefahr.
Anwender einer derart aufgebauten USV dürfen sich trotzdem nicht in jedem Fall sicher fühlen. Auch in modularen USVs kann es Komponenten geben, die nicht durch Parallelschaltung abgesichert sind und die Gesamtfunktion in Frage stellen, selbst wenn alle Leistungsmodule einwandfrei arbeiten. Solche so genannten Single Points of Failure (SPOFs) sollten die Verantwortlichen schon bei der Entwicklung der USV erkennen und vermeiden. Nachträglich, beim Systemaufbau vor Ort, lassen sich solche Designfehler nur noch begrenzt abfangen.
Für allerhöchste Sicherheitsansprüche treiben die Entwickler die Modularität daher auf Systemebene weiter. Das Nonplusultra stellt eine Infrastruktur mit getrennten A/B-Versorgungspfaden dar. Dabei sind zwei modulare USV-Anlagen (A und B) mit getrennten Einspeisungen vorhanden, und jeder Verbraucher verfügt über zwei Netzteile. Die beiden USV-Anlagen versorgen über getrennte Leitungssysteme die Netzteile in den Verbrauchern. Damit sind zu jedem Zeitpunkt zwei unabhängige Einspeisungen am Verbraucher vorhanden, also A und B. Fällt ein Netzversorger oder eine USV-Anlage aus, liefert die andere weiterhin hoch verfügbare elektrische Energie an die Endgeräte. Eine solche A/B-Versorgung ist allerdings aufgrund des Verkabelungsaufwands, der zusätzlichen Kosten für die dualen Netzteile und die beiden USV-Anlagen extrem kostenintensiv.
 
Bereits auf Bauteilebene für Sicherheit sorgen
USV-Hersteller können SPOFs durch das Systemdesign auf Komponentenebene oder durch redundante Funktionsblöcke vermeiden. Hochwertige aktive und passive Komponenten auf den Leiterplatten altern langsamer, widerstehen Umwelteinflüssen besser und halten die elektronischen Parameter präziser ein. Elektronische Bauteile mit geringen Toleranzen verursachen weniger Verluste und ungünstige Betriebsbedingungen, die sich negativ auf die Lebensdauer auswirken. Selbst wenn durch die bessere Qualität der Bauteile die Investitionskosten steigen, amortisieren sie sich durch die höhere Lebensdauer und die gesteigerte Verfügbarkeit.
Einer USV sieht man die Qualität der verwendeten Bauteile von außen nicht an. Zwar hilft es, sich auf einen etablierten und seriösen Hersteller zu verlassen, aber zusätzlich sollte ein Betreiber das Funktionskonzept der USV genau analysieren und nachfragen, wie es der Hersteller umgesetzt hat. Einen SPOF zu vermeiden, heißt immer einen Plan B auf Schaltungsebene zu realisieren. Nicht nur für die Leistungs-module, die ohnehin im Verbund arbeiten und sich gegenseitig absichern. Diese Anforderung gilt auch für sekundäre Funktionen wie beispielsweise den Display-Controller an der Front des Geräts.
 
Wartung als Bestandteil der Verfügbarkeit
Wenn die USV über den Controller nicht mehr bedienbar ist, arbeitet sie zwar weiter, ist jedoch nicht mehr überwach- oder steuerbar. Wenn es dann keinen alternativen Bedienweg gib, wird der Anwender das Gerät früher oder später neu starten müssen und damit die Verfügbarkeit für diesen Zeitraum beenden. Ein konzeptioneller Plan B wäre in diesem Fall, die Bedienung über die Netzwerkschnittstelle unabhängig vom Controller zu erlauben oder in jedes Leistungsteil einen eigenen Controller mit Display einzubauen. Sind solche sekundären Funktionen nicht ebenfalls redundant ausgelegt, erzielen die USVs nur eine partielle Redundanz. Auch die Akkus sind extrem kritisch für die Sicherheitskette. Um einen SPOF zu vermeiden, müssen mindestens zwei voneinander unabhängige und getrennt angeschlossene Akkusysteme vorgesehen sein. Wenn eine USV lediglich mit einem Strang in Reihe geschalteter Akkus ausgestattet ist, würde schon ein defekter Akku im Strang die komplette Kette unterbrechen und die Verfügbarkeit im Ernstfall gefährden. Schaltet man hingegen mindestens zwei Akkustränge parallel, bleibt die USV einsatzbereit, auch wenn ein Strang nicht mehr funktioniert. Selbstverständlich muss die USV alle Akkus in beiden Strängen permanent überwachen und den Administrator bei Problemen alarmieren. Überwachung, Kontrolle, vorausschauende Analyse – bei einem für die Sicherheit derart wichtigen Element wie der USV-Anlage trägt eine proaktive Wartung sehr viel zur Verfügbarkeit und einem möglichst reibungslosen Betrieb bei. Nach Untersuchungen von Wöhrle Stromversorgungssysteme gehen zum Beispiel etwa 25 Prozent der USV-Probleme zu Lasten erschöpfter Akkus. Hauptschuldig daran sind in der Regel eine Tiefentladung und eine zu hohe Umgebungstemperatur, die die Lebensdauer von Akkus drastisch verkürzen kann.
Ein defekter Akku beispielsweise ist auch durch den Wartungstechniker bei einer Thermografieuntersuchung zu erkennen. Dabei betrachtet er die Akkus von außen mit einer Kamera, die Licht im infraroten Spektrum abbildet. Ein Akku mit erhöhtem Innenwiderstand erwärmt sich im Gegensatz zu den normal funktionierenden Akkus und zeigt sich als farbige Anomalie im Bild. Ein sogenanntes Battery Analysis & Care System (BACS) verringert diese Gefahr durch konstante Überwachung und Ausgleichsladung zwischen den einzelnen Akkublöcken.
Waren Wartungsarbeiten an der USV-Anlage früher nur während geplanter Stillstandszeiten möglich, haben modulare USVs zu einer deutlich flexibleren Planung geführt. Leistungsmodule kann der Techniker für den Service aus der laufenden USV-Anlage entnehmen und warten (Hot Swap). Bringt der Service-Tchniker ein Ersatzmodul mit, ist die Redundanz während der Wartung nur für die wenigen Sekunden eingeschränkt, die er für den Tausch benötigt. Ähnlich verhält es sich, sollte es tatsächlich zu einem Ausfall des Moduls im Betrieb kommen.
Der Service-Techniker oder der Betreiber selbst können das defekte Modul in wenigen Minuten tauschen und die volle Redundanz wieder herstellen. Die Mean Time To Recover (MTTR) bleibt so extrem kurz. Nutzt der Anwender Online-Überwachungsfunktionen der USV-Anlage, können die Techniker über den Fernzugang Systemanalysen durchführen. Sie erhalten damit viel früher Hinweise auf sich anbahnende Fehler und reduzieren die Reaktionszeiten nochmals.
Von der bequemeren Wartung mit kürzeren Vor-Ort-Einsätzen profitieren Hersteller wie auch Betreiber. Die Service-Techniker verbringen weniger Zeit an den Standorten der USV-Anlagen und bewältigen pro Tag mehr Einsätze. Die Kunden erhalten im Gegenzug günstigere Wartungsverträge, die ebenfalls die Betriebskosten senken. Immer mehr Betreiber erkennen – auch aufgrund der ständig wachsenden Abhängigkeit von ordnungsgemäß laufenden Rechenzentren – dass eine USV nur dann ihren Zweck erfüllen kann, wenn regelmäßige Wartung nicht als Kostenfaktor, sondern als Garantie für die Verfügbarkeit gesehen wird, die Teil der Gesamt-kalkulation ist.
Eine USV hat zahlreiche Bestandteile, die altern, sich abnutzen oder mit der Zeit durch Umweltbedingungen leiden. Selbst eine am ersten Tag perfekt funktionierende USV wird über die Zeit Probleme entwickeln, die früher oder später zu einer eingeschränkten Verfügbarkeit führen. Oft übersehen Betreiber beispielsweise Staub, der sich auf den Kontakten von Schützen und Relais absetzen kann. Durch den Lichtbogen während des Schaltvorgangs brennen sich Rückstände zu einer harten, schlecht leitfähigen Schicht auf den Kontakten ein, die zunehmen den Übergangswiderstand erhöhen. Im anderen Extrem „kleben“ die Kontakte durch extreme Hitze und schmelzende Rückstände zusammen, sodass der Kontakt nicht mehr trennt. Ein verantwortungsbewusster Service-Techniker wird hoch belastete Kontakte überprüfen, reinigen und mögliche Probleme aufdecken, bevor sie wirksam werden.
In einer USV sind zudem zahlreiche Lüfter in Betrieb, um die Abwärme der Bauteile aus dem Gehäuse zu transportieren. Abhängig vom Aufstell gelangt dabei durch den Sog auch Staub in das Gehäuse, der entweder an Filtern oder Gehäuseelementen hängen bleibt. Besonders gefährdet sind die relativ engen Strukturen von Kühlkörpern, die auf maximale Oberflächengrößen ausgelegt sind.
Eingesaugter Staub füllt die Bahnen schnell auf und verringert die Kühlkapazität nach und nach, wodurch die zu kühlenden Bauteile letztendlich überhitzen. Staub zu finden und zu entfernen, ist daher eine der wichtigsten Tätigkeiten während regelmäßiger Wartungseinsätze. Dazu gehört auch der Check für die Lüfter selbst. Staubablagerungen können über die Zeit selbst größere Lüfter blockieren und zum Ausfall des Motors führen. Auch ohne Staub altern die Lager der in der Regel im Dauereinsatz arbeitenden Lüftermotoren. Die Folge ist ebenfalls ein festgelaufener Rotor. Solche Schäden kündigen sich meist schon eine ganze Weile vorher durch unrunde Laufgeräusche oder durch hohe Temperaturen der Lager an. Symptome, die ein geübter Wartungstechniker sofort erkennt. Hohe Temperaturen sind dabei durch Thermografie leicht feststellbar.
Eine optische Überprüfung wird auch immer die Kondensatoren an elektrisch stark belasteten Schaltungsteilen wie dem Eingangsfilter oder den Ausgangsstufen der Leistungseinheiten einschließen. Selbst ohne bewegte Teile altert das Elektrolyt in den Kondensatoren. Wenn ein Kondensator ausfällt, ergibt das unter günstigen Umständen keinen direkt erkennbaren Effekt, andere Kondensatoren fangen die Last auf. Allerdings verringert das zusätzlich die Lebensdauer der verbleibenden Kondensatoren. In vielen Fällen geht die USV aber durch einen Kondensatorfehler in den Bypass-Betrieb.
Die Verbraucher sind dann ungeschützt mit der Netzspannung verbunden. Defekte Kondensatoren sind eventuell aber von außen erkennbar, auch hier kann regelmäßige Wartung Schäden und Beeinträchtigungen verhindern.

Wenn die USV über den Controller nicht mehr bedienbar ist, arbeitet sie zwar weiter, ist jedoch nicht mehr überwach- oder steuerbar. Abhilfe bringt ein alternativer Bedienweg.

Der offensichtlichste Vorteil einer modularen USV-Anlage ist die Skalierbarkeit, sowohl in puncto mögliche Last als auch Redundanz.