Info Netzteile und USVen

Netzteile

Alle IT-Geräte benötigen zur Stromversorgung Gleichspannungen, die durch Netzteile bereit gestellt werden. Sie wandeln die Wechselspannung des Stromversorgers in die benötigte Gleichspannung um.

Gleichstrom (DC direct current) ist ein Strom der ständig mit der gleichen Stärke in die gleiche Richtung fließt.

Wechselstrom (AC alternating current) ist ein Strom, der ständig seine Größe und Richtung ändert.

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Netzteile sind erst sicher spannungslos, wenn der Netzstecker gezogen wurde.

Ein PC-Netzteil gibt unterschiedliche Ströme und Spannungen ab, siehe Tabelle. Zum Einschalten von ATX-Netzteilen müssen der Netzschalter und ein Taster am PC betätigt werden.

Das Öffnen der Netzteilgehäuse ist nur einer Elektrofachkraft erlaubt, wobei Sicherheitsvorschriften zu beachten sind.

PC-Netzteile müssen einen Wirkungsgrad η von 80% erreichen und mit einem entsprechenden 80-PLUS-Logo gekennzeichnet.

Der Wirkungsgrad η wird auch als Energieeffizienz bezeichnet. Er bezeichnet das Verhältnis von abgegebener (nutzbarer) Leistung P_ab zu zugeführter Leistung P_zu bzw. Energie W, denn jede Umwandlung geht mit Verlusten (Wärme) einher.

\( \eta = \frac{P_{ab}}{P_{zu}} =\frac{W_{ab}}{W_{zu}} \)

Wirkungsgrad

Die abgebbaren Ströme und Spannungen sind in der ATX-Spezifikation festgelegt.

ATX-Netzteile haben unterschiedliche Stecker zur Versorgung der PC-Komponenten.

USV

Damit aber genügend Zeit zur Verfügung steht, um beispielsweise Server noch sicher herunter zu fahren oder um die Wartezeit zu überbrücken, bis ein Notstromaggregat angelaufen ist, müssen Batterien bzw. Akkus als Energiespeicher zur Verfügung stehen.

Die Primärenergie von Batterien oder Akkumulatoren wird mit chemischen Prozessen bereit gestellt. Bei Akkus lässt sich im Gegensatz zu Batterien der chemische Prozess umkehren, sie können wieder aufgeladen werden. Die Kapazität (Einheit Ampèrestunden) eines Akkus gibt an, wie lange ein Strom fließen kann.

USV ist die Abkürzung für "Unterbrechungsfreie Strom-Versorgung". (Engl. "UPS" (uninterrupted power supply)). Diese Geräte überbrücken kurzzeitige Unterbrechungen oder Störungen im Versorgungsnetz, welche häufig zu Datenverlusten führen würden. Die Energiequelle hierfür ist ein eingebauter oder externer Akkumulator.

USV (Vorder- und Rückseite)

Kategorisierung

Die Norm IEC 62040-3 klassifiziert USVen in drei Kategorien:

In der ersten Kategorie werden 3 Geräteklassen unterschieden:

• VFD - Voltage and Frequency Dependent on mains supply (spannungs- und frequenzabhängig vom Netz)
  Diese einfachste Art aller Geräte schützt bei totalem Netzausfall durch Umschalten auf Akku-Betrieb.
  
  



Andere Bezeichnungen sind „Offline“, „Stand by“ oder „passiv“.

Der Strom wird im Normalbetrieb direkt vom Eingang an den Ausgang weitergeleitet. Zusätzlich wird eingangsseitig ein Gleichrichter versorgt, der die Akkus auflädt bzw. aufgeladen hält. Fällt die Netzversorgung aus, wird der Ausgang auf einen Wechselrichter umgeschaltet, der aus den Akkumulatoren gespeist wird. Je nach Modell muss mit einer Umschaltverzögerung von bis zu 10 ms gerechnet werden. Nach EN 62040-3 werden außerdem Spannungsschwankungen <16 ms sowie Spannungsspitzen 4 bis 16 ms kompensiert (Netzfilter). Für ein ATX-Netzteil sollte das reichen, aber für einige sehr empfindliche Geräte kann dies bereits zu lange sein.




• VI - Voltage Independent from mains supply (spannungsunabhängig vom Netz)
  
  
  
  Andere Bezeichnungen sind „Line-Interactive“, „netzinteraktiv“, „Single-Conversion“, „Delta-Conversion“ oder „aktiver Mitlaufbetrieb“.
  
  Auch hier wird der Gleichrichter ständig zum Laden der Akkus betrieben und die Last normalerweise vom Netz versorgt. Über einen mikroprozessorgesteuerten Regler wird die Spannungsqualität des Netzes überwacht und im Falle von Unter-, Überspannungen oder Spannungsausfällen (Stromausfällen / Stromstörungen), die einen bestimmten Grenzwert überschreiten, wird unmittelbar der Wechselrichter aktiv geschaltet und versorgt das angeschlossene System mit stabilisierter Spannung. Diese Art der USV wird daher als aktiv bzw. interaktiv bezeichnet. Die Umschaltzeit bei Stromunterbrechung ist kürzer als bei VFD-USV und liegt bei etwa 2 bis 4 ms.
  
  

• VFI - Voltage and Frequency Independent from mains supply (spannungs- und frequenzunabhängig vom Netz)

  

Andere Bezeichnungen sind „Online“, „Double-Conversion“, „Dauerbetrieb“ oder „Doppelwandler“.

Diese Art der USV bietet durch vollständigen Ausgleich von Schwankungen in der Netzfrequenz und -spannung den bester Schutz.

Der Eingang wird direkt auf einen Gleichrichter geführt, der die Akkumulatoren speist. Der Ausgang wird ausschließlich von einem Wechselrichter versorgt, der auch im Normalbetrieb, also mit vorhandener Netzspannung, die notwendige Energie über den Gleichrichter bezieht und bei Netzausfall über die Batterieanlage (Akkumulatoren) versorgt wird.

Für Wartungsarbeiten (z.B. Akkutausch) kann die USV durch einen sogenannten Service-Bypass manuell überbrückt werden (nicht im Bild).

Bei dieser teuersten Gerätekategorie gibt es keine Umschaltzeiten. Allerdings beträgt der Wirkungsgrad nur etwa 90%, da im Gleich- und auch im Wechselrichter relativ hohe Wärmeverluste entstehen.

Quellen:

Frisch, Hegemann, Schaefer: Grundstufe IT-Systeme, westermann, 2020, ISBN 9783427139058, IKT Fachkunde, Europa-Lehrmittel, 2020, ISBN 9783808537169
(Graphiken verbessert)

https://www.kabelprofishop.de/strom-energie-licht/usv/power-energy-light/nfl14729/effekta-usv-mkd-xl-700-va-online-dauerwandler-115-min.-tower-schwarz (Abrufdatum: 28.02.2021)

https://de.wikipedia.org/wiki/Unterbrechungsfreie_Stromversorgung#Klasse_3:_VFD_(Voltage_and_Frequency_Dependent_on_mains_supply,_Spannung_und_Frequenz_abh%C3%A4ngig_vom_Netz) (Abrufdatum: 28.02.2021)