Knackpunkt Akkutechnik
Wenn die USV-Anlage Einbrüche von mehr als einigen Millisekunden abfangen soll, kommt man nicht um Akkus als Pufferspeicher herum. Nach wie vor sind Bleiakkus die Technologie der Wahl für das Backup bei USV-Anlagen. Doch die Energiespeicher sind empfindlicher als man denkt. Am wohlsten fühlen Sie sich bei konstanten 20°C Raumtemperatur und nur dann gilt auch die vom Hersteller angegebene Lebensdauer. Hitze, Kälte, Feuchtigkeit – bei diesen Faktoren verkürzt sich das Intervall, bis ein Bleiakku ausgetauscht werden muss, drastisch. USV-Anwender sollten wissen, dass Akkus in unterschiedliche Klassen eingeordnet werden, meist nach den 1992 von der Eurobat-Organisation (www.eurobat.org) herausgegebenen Kriterien. Sie definieren die Kategorien „Standard-Commercial“ mit 3 bis 5 Jahren, „General-Purpose“ mit 6 bis 9 Jahren, „High-Performance“ mit 10 bis 12 Jahren und „Longlife“ für Lebensdauern von 12 Jahren und darüber. Doch auch hier wird die Lebensdauer nur für die Nenntemperatur von 20°C angegeben. Wie stark eine erhöhte Temperatur auf das Wartungsintervall einwirkt, zeigt eine Auswertung in der Eurobat-Spezifikation. Schon bei einer Temperatur von 10°C mehr halbiert sich die Lebensdauer der Batterie.
Labortests unter möglichst realen Bedingungen zeigten, dass ein High-Performance Akku in der Regel sieben bis acht anstelle der vorgesehenen zehn bis zwölf Jahre durchhielt. In Industrieumgebungen ist es natürlich noch schwieriger als im Rechenzentrum, die Temperatur konstant auf einem optimalen Wert zu halten. Bei extremen Ansprüchen ist es wichtig, dass der USV-Hersteller auch andere Energiespeicher nutzen kann. So sind Batterien mit erweitertem Temperaturbereich (beispielsweise Cyclon-Zellen) erhältlich, die eine dreimal längere Lebensdauer von bis zu 15 Jahren und eine hohe Toleranz gegenüber Temperaturschwankungen zwischen -30°C und +65°C aufweisen. Solche Cyclon-Zellen sind deutlich teurer als Standard-Blei-Akkus, bieten aber gerade in Umgebungen Vorteile, in denen Stillstandszeiten für Wartungen auf ein absolutes Minimum reduziert werden müssen. Die Cyclon-Zellen sind auch durch den niedrigen Innenwiderstand in der Lage, schnell sehr hohe Ströme abzugeben, perfekte Voraussetzungen, wenn eine USV kurzzeitig Lastspitzen abfangen muss. Aber Cyclon-Zellen sind nicht die einzigen Energiespeicher, die im industriellen Umfeld sinnvoll einsetzbar sind. In den letzten Jahren haben sich auch kapazitive Speicher, sogenannte Super-Kondensatoren oder Super-Caps als interessante Alternative erwiesen. Sie weisen zwar eine geringere Energiedichte auf als Akkus, haben aber eine höhere Leistungsdichte. Mit der Angabe der Leistungsdichte wird die Geschwindigkeit, mit der die Energie an eine Last geliefert oder von einer Energiequelle aufgenommen werden kann, definiert. Durch den sehr niedrigen Innenwiederstand, der nochmals unter dem von Cyclon-Zellen liegt, können Super-Caps hohe Ströme abgeben. Sie sind darüber hinaus lebenslang wartungsfrei, kommen besser mit hohen Temperaturen zurecht als Akkus und weisen ein geringes Gewicht und eine kompakte Bauform auf. Im Zuge einer Smart-Factory-Potenzialanalyse für ihren Kunden KSB identifizierte die Managementberatung NEONEX Opti mierungschancen bei der Beschaffung der Lieferantendokumentation sowie der Erstellung von Unterlagen zur Qualitätsprüfung entlang der Supply-Chain. ‣ weiterlesen
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Eine der Besonderheiten einer industriellen Einsatzumgebung ist, dass die Last von einem Moment zum anderen wie ein Generator agieren kann und rückfließende Energie generiert. Diese Energie fließt in den Stromkreislauf zurück und wirkt der Funktion der USV entgegen. Wenn die Energie zu hoch ist und über einen langen Zeitraum fließt, besteht sogar die Gefahr eines Defek-tes im Wechselrichter und im Gleichrichterzwischenkreis. Darum müssen USV-Anlagen, deren Last möglicherweise Strom rückspeisen könnte, über spezielle Rückspeiseeinheiten verfügen. Im Normalfall, wenn dieser Fall selten vorkommt, wird die Energie einfach in Wärme umgewandelt. Falls häufig rückgespeiste Energie anfällt, gibt es auch Systeme, die den Strom in das öffentliche Netz einspeisen können.
Hart im Nehmen als Grundvoraussetzung
Auch im Industrieumfeld wird versucht, den Einbaubereich einer USV möglichst schonend zu gestalten. Nichtsdestotrotz, muss eine Industrie-USV auch mechanisch anderen Vorgaben entsprechen als eine USV für das Rechenzentrum. Oft ist mindestens Schutzart IP54 notwendig, um die Elektronik vor Spritzwasser und Schmutz zu schützen. Wenn dabei auch noch aggressive Flüssigkeiten zum Einsatz kommen, oder die USV beispielsweise ihren Einsatz auf hoher See verrichten muss, ist ein säurebeständiges Material wie Edelstahl notwendig. Der Hersteller sollte zudem in der Lage sein, das Gehäuse von einer robusten Grundkonfiguration aus, mit zusätzlichen Maßnahmen abzusichern. Stoß- und Vibrationsdämpfer können ebenso nötig sein, wie Luftfilter und verstärkte Dichtungen an allen Gehäuseöffnungen. Falls die Umgebungstemperatur schädliche Werte erreicht, muss die USV über ein Klimagerät gekühlt oder geheizt werden können. Ideal ist es, wenn sich die Standardsysteme bei Bedarf über ein flexibel wählbares Gehäusekonzept ‚härten‘ lassen. Durch die weitgehende Standardisierung hält sich der Kostenaufwand für die Umrüstung in Grenzen.
Management im Industrieumfeld
Für die Steuerung der USV und die Kommunikation mit der Außenwelt ist normalerweise eine Ethernet-Schnittstelle und SNMP als Kommunikationsprotokoll zuständig. Das kann auch in einem Industrieumfeld funktionieren, doch sollte der Hersteller weitere Optionen anbieten. So verlangen einige Kunden die Integration in den bestehenden Feldbus, beispielsweise das sehr verbreitete serielle Industriebussystem Profibus. Solche Feldbusse erlauben sehr hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten und stellen eine vergleichsweise kostengünstige Lösung dar, weil eine simple Zweidraht-Leitung zur Datenübertragung genügt. Auch RS-485, Modbus oder die altbekannte RS-232 Schnittstelle werden als Kommunikationsmedium verlangt. Es gibt in der Regel für so ziemlich jeden Bus einen passenden Adapter, der die Signale in ein serielles RS-232 Signal wandelt, eleganter ist es natürlich, wenn die USV ein passendes Interface bereits integriert hat. Oft werden auch potentialfreie Schaltausgänge vom Kunden erwartete, wenn er Betriebszustände der USV per akustischem oder optischem Melder anzeigen will.
