Eckdaten

Redundanz und Parallelschaltung müssen verstanden werden. Das erfordert Profis mit viel Detailwissen und Erfahrung. Der Autor geht in seinem Artikel auf die Begrifflichkeiten und Besonderheiten verschiedener Redundanz-Systeme ein.

Es gibt verschiedene Arten der Redundanz. Immer erforderlich ist eine Entkopplung, also eine Vermeidung der Rückspeisung. Realisiert wird dies über Dioden (Spannungsabfall und Verluste) oder aktiv durch MOSFETs (O-Ring) mit geringem Spannungsabfall und geringen Verlusten. In seltenen Fällen über Relais.

N+1-Redundanz

Bilder 1a - 1c: Lastverteilung über eine schräge Kennlinie mit Ausnutzung des Toleranzbereiches von ±3 % (±0,72 V).

Bilder 1a – 1c: Lastverteilung über eine schräge Kennlinie mit Ausnutzung des Toleranzbereiches von ±3 % (±0,72 V). Inpotron

Bild 1b

Bild 1b Inpotron

Bild 1c

Bild 1c Inpotron

Bild 2: Hier noch ein Beispiel bei Verwendung von unterschiedlichen Leitungslängen. Inpotron

Bild 2: Ein Beispiel bei Verwendung von unterschiedlichen Leitungslängen. Inpotron

Bei der N+1-Redundanz ist in einem System mit N notwendigen Netzteilen ein zusätzliches Netzteil vorhanden, um einen eventuellen Ausfall eines Gerätes zu kompensieren. Sind beispielsweise vier Netzteile erforderlich, werden fünf verbaut. Fällt eines aus, kann das System weiter versorgt werden. Bei der N+1-Redundanz gilt es einiges zu beachten. Zum einen müssen die Netzteile entkoppelt sein, eine Rückspeisung von einem zum anderen Netzteil ist zu verhindern. Eine Meldung an Systembetreiber muss erfolgen und ausgewertet werden, um einen Service durchzuführen. Sinnvollerweise sollten die Netzteile gleich belastet sein. Eine Kommunikation zwischen den Netzteilen zur Lastaufteilung (Load-Sharing, Load-Balancing) ist erforderlich. Zu beachten gilt weiterhin, dass bei einem Systemstart über die Versorgungsspannung alle Netzteile gleichzeitig auf den Verbraucher geschaltet werden müssen, da es ansonsten zu Überlastungen und gegebenenfalls zu einem Systemausfall kommen kann. Das Reservenetzteil wird nur bei Ausfall eines Netzteils hinzugeschaltet. In diesem Fall lässt sich nur hoffen, dass das „schlafende“ Netzteil nach Jahren seine Aufgabe nicht vergessen hat. Hier ist ein gutes Timing notwendig. Vielfach wird dies mit einer leicht abgesenkten Ausgangsspannung des redundanten Netzteils realisiert.

Versorgungsredundanz

Bei der Versorgungsredundanz erfolgt die Speisung des Netzteils aus zwei unabhängigen Quellen, zum Beispiel AC- und DC-Eingang, bei dem meist AC Vorrang hat und DC der Notversorgung dient. Es gibt auch Lösungen, bei denen die Netzteile aus zwei Phasen (L1/L2) versorgt werden. Allerdings ist hierbei der Nachteil, dass ein Ausfall des Netzteils auch ein Ausfall des Systems bedeutet.

Bei der Redundanz durch eine DC-USV ist ein Speicher (Akku) Systembestandteil und er übernimmt die Notversorgung. Dieser Speicher muss im fehlerfreien Betrieb vom Netzteil geladen und überwacht werden. Bei Sicherheitsanwendungen gelten zudem besondere Bedingungen für die Prüfung der Akkus. Diese Art der Redundanz hat diverse Nachteile. Zum einen muss der Akku geladen werden, denn nur ein geladener und intakter Akku kann den Notbetrieb sicherstellen. Weiterhin kann der Ausfall des Netzteils einen Totalausfall des Systems bedeuten. Im besten Fall funktioniert dann noch der Akku-Notbetrieb. Ein weiterer Nachteil ist die beschränkte Lebensdauer der Akkus. Insbesondere Blei-Akkus sind Serviceteile. Auch hier muss eine Meldung an den Systembetreiber erfolgen und ausgewertet werden, um einen Service durchzuführen. Eine Kurzzeit-Überbrückung (Sekunden bis Minuten) mithilfe von Doppelschicht-Kondensatoren anstelle von Akku-Lösungen bietet eine Service-freie Möglichkeit, die Systemsicherheit zu erhöhen. Von Nachteil sind jedoch die hohen Kosten, ein großes Volumen und ein geringes Speichervermögen sowie ein eingeschränkter Temperaturbereich.

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