Unterbrechungsfreie Stromversorgungen mit hohem Wirkungsgrad

Ein unterbrechungsfreier Zugriff auf IT-Systeme ist heutzutage in allen Bereichen von Industrie und Handel unabdingbar. Er läßt sich jedoch nur sicherstellen, wenn die Systeme über eine zuverlässige und störungsfreie Energieversorgung verfügen. Diese Erkenntnis an sich ist nicht neu. Entwickler von Energieversorgungssystemen für IT-Anwendungen stehen jetzt jedoch vor einer weiteren Herausforderung: Im Zuge des Umstiegs auf erneuerbare Energiequellen und der Abschaltung älterer Kraftwerke, die den geforderten Umweltstandards nicht mehr entsprechen, steht zu erwarten, dass die Qualität der von öffentlichen Versorgungsnetzen bereitgestellten Energieversorgung zumindest temporär abnimmt.

Die Doppelwandler-USV-Anlage bietet den besten Schutz vor Störungen im Netz, ging aber bisher mit Einbußen im Wirkungsgrad einher.Eaton

Das Versorgungsnetz war ursprünglich dafür konzipiert, dass die eingespeiste Energie von relativ wenigen aber dafür großen Kraftwerken kam, die eine sehr vorhersehbare Leistung generierten. Jetzt aber muss das Netz Energie übertragen, die von einer größeren Anzahl kleinerer Energiequellen mit sehr viel geringerer Leistung stammt. Das Netzwerk läßt sich jedoch nicht quasi über Nacht so umkonfigurieren, dass es mit diesen Anforderungen Schritt halten kann. Bis dieser Prozess abgeschlossen ist – was noch Jahre dauern kann – sind Beeinträchtigungen der Energieversorgung möglich, und Spannungs- und Frequenzschwankungen werden aller Wahrscheinlichkeit nach häufiger auftreten, als dies in der Vergangenheit der Fall war.

Unabhängigkeit von der Netzqualität

Aus diesem Grund ist es wichtig, die Energieversorgung wesentlicher Systeme und Anlagen abzusichern, um die Kontinuität des Geschäftsbetriebs zu erhalten. Bei kritischen Anwendungen heißt dies oft, dass eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) zum Einsatz kommt. Eine USV ist darauf ausgelegt, Verbraucher im Falle eines Netzausfalls weiterhin mit Energie zu versorgen. Dafür nutzt das System entsprechende Energiespeicher – normalerweise Batterien. Bei vorhandener Netzversorgung ist die USV zudem in der Lage, den angeschlossenen Verbrauchern eine hohe Stromversorgungsqualität zur Verfügung zu stellen.

Bild 2: Die 93PM-USVs erreichen im Doppelwandlermodus einen Wirkungsgrad von 97 Prozent. Eaton

Die USV muss sicherstellen, dass die Verbraucher jederzeit unabhängig vom Zustand der Netzversorgung eine saubere und zuverlässige Energieversorgung erhalten. Sie muss die Verbraucher vor Problemen und Schäden schützen, die aus einer schlechten Qualität der Energieversorgung resultieren können. Hierzu zählen nicht nur kurz- oder längerfristige Unterbrechungen in der Versorgung, sondern auch Frequenz- und Spannungsschwankungen, Spannungsspitzen, harmonische Verzerrungen und sonstige Probleme.

Balanceakt zwischen Ausfallsicherheit und Effizienz

Infolge des technologischen Fortschritts und der wachsenden Digitalisierung unserer Welt fallen immer mehr IT-Anwendungen in die kritische Kategorie.

Gleichzeitig gewinnen neben den Energiekosten auch Fragen des Umweltschutzes an Bedeutung. Daher stehen zahlreiche Anwender von USV-Anlagen vor der schwierigen Aufgabe, eine optimale Balance zwischen Ausfallsicherheit und Effizienz zu finden. Traditionell gehen Nutzer davon aus, dass sie immer Abstriche in einem Bereich machen müssen, um in einem anderen Vorteile zu erzielen.

Eaton hat unter Berücksichtigung dieser Problemstellung eine USV entwickelt. Die 93PM verbindet niedrigste Betriebskosten (TCO, Total Cost of Ownership) dank eines branchenweit führenden Wirkungsgrads mit guter Skalierbarkeit und hoher Ausfallsicherheit – laut Eaton ist das durch spezielle Technik und die Designphilosophie möglich.

Das Design der USV 93PM basiert auf der Online-Doppelwandler-Topologie. Die eingehende Energieversorgung erfährt eine Umwandlung in einem zweistufigen Prozess:

a) von Wechselstrom in Gleichstrom

b) von Gleichstrom wieder in Wechselstrom zur Versorgung der Verbraucher.

Doppelwandler-USV-Anlagen sind als bestmöglicher Schutz für die Verbraucher allgemein anerkannt, weil sie eine saubere und zuverlässige Energieversorgung unabhängig von der Qualität der Netzversorgung leisten. Die Doppelwandler-Technik hat aber auch einen Schwachpunkt: Die zwei Wandlerstufen tragen beide zu Energieverlusten bei. Aus diesem Grund gab es in der Vergangenheit bei einer Entscheidung für eine Doppelwandler-USV traditionell immer Einbußen beim Wirkungsgrad zugunsten eines hohen Ausfallschutzes in Kauf zu nehmen.

Enorme Wirkungsgrade erzielen

Bei der Baureihe 93PM hat Eaton dieses Problem auf zweierlei Weise gelöst. Zunächst wurden Leistungswandler mit hohem Wirkungsgrad auf der Grundlage von IGBT-Technologien entwickelt.

Bild 3: Je nach eingehender Netzspannung sind im ESS-Modus verschiedene Komponenten der USV aktiv.Eaton

Dadurch erreicht der Gesamtwirkungsgrad der 93PM-USVs 97 Prozent beim Betrieb im Doppelwandlermodus. Darüber hinaus hat Eaton eine Technologie entwickelt, mit der es gelungen ist, den Wirkungsgrad auf 99 Prozent zu steigern: das Energy Saver System (ESS). Diese Technologie basiert auf Algorithmen, mit deren Hilfe die USV je nach Qualität der eingehenden Netzversorgung nach Bedarf arbeiten kann. Zwischen ESS- und Doppelwandler-Modus ist ein extrem schneller Übergang möglich (weniger als 2 ms), sodass die Umschaltung für den Verbraucher nicht spürbar ist.

Bild 4: Eatons Energy Saver System (ESS) ermöglicht Wirkungsgrade von 99 Prozent. Eaton

Damit können Anwender einerseits die hohe Sicherheit und Versorgungsqualität nutzen, die Doppelwandler-USV-Anlagen aufweisen und gleichzeitig Energiekosten sparen, was wiederum mit einer erheblichen Senkung der Gesamtbetriebskosten einhergeht. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass dank des Wirkungsgrads der 93PM-USVs die Wärmeentwicklung  geringer ist und sich damit auch Kühlkosten einsparen lassen.

Virtuelle Maschinen einbinden

In den 93PM-USVs ist der Hot-Sync-Parallelbetrieb integriert. Er ermöglicht es Anwendern, eine vorhandene 93PM-Anlage bei steigenden Systemanforderungen einfach um weitere USVs zu erweitern, ohne dass das die Systemstabilität oder Zuverlässigkeit beeinträchtigt. Die USVs sind zudem mit ABM (Advanced Battery Management) ausgestattet, bei dem Batterien nicht per Erhaltungsladung kontinuierlich Ladung bekommen, sondern nur dann, wenn dies tatsächlich erforderlich ist. Damit steigt die Batterielebensdauer um bis zu 50 Prozent.

Ergänzen lassen sich die 93PM-USVs durch die IPM-Software (Intelligent Power Manager), die mit allen wichtigen Betriebssystemen und der gängigen Virtualisierungssoftware kompatibel ist und sich somit problemlos in die meisten IT-Umgebungen integrieren läßt. Mit dieser Software sind Anwender in der Lage, ihre 93PM-USV-Anlagen unkompliziert und komfortabel zu verwalten und zu überwachen. Sie sind stets über etwaige Änderungen des Energieversorgungsstatus informiert. Mithilfe der IPM-Software lassen sich aufgrund von Statusänderungen auch automatische Aktionen initiieren, etwa das automatische Verlagern von virtuellen Maschinen von Servern, denen keine Energieversorgung mehr zur Verfügung steht, auf Server mit einer sicheren Netzversorgung. Dies trägt zur Ausfallsicherheit und Stabilität bei.

Umweltfreundlichkeit

Die 93PM-USV-Modelle beinhalten viele besondere Technologien, wie ESS (Energy Saver System) und ABM (Advanced Battery Management).

Bild 5: Die effizienten 93PM-USV-Anlagen erhielten das Eaton-Green-Leaf-Siegel, das dafür steht, dass die Produkte gute Umwelteigenschaften aufweisen.Eaton

Sie reduzieren nicht nur die Gesamtbetriebskosten, sondern verbessern auch die Umweltverträglichkeit der Geräte. Eaton hat aber noch mehr getan, um Umweltbelangen Rechnung zu tragen und eine unabhängige Ökobilanz (Life Cycle Assessment, LCA) erstellen lassen. Beim LCA wird jedes Stadium im Lebenszyklus eines Produkts betrachtet, von der Beschaffung des Rohmaterials über den Gebrauch, die Außerbetriebsetzung und dem Recycling. Eaton kann damit die ökologischen Auswirkungen der 93PM-Systeme quasi von der Wiege bis zur Bahre analysieren und potenzielle Probleme ausräumen.

(rao)