Unterbrechungsfreie Stromversorgungen: USV – das Rückgrat jeden Datensystems

Die kleinen USV-Einheiten in vielen Racks bewähren sich in mehrfacher Form: sie können die Spannungsversorgung „säubern“, in erster Linie aber helfen, bei einem Blackout ein System noch schnell ohne Datenverlust kontrolliert herunterzufahren oder den Netzwerkverkehr aufrecht zu erhalten.

Heutzutage geht man selbstverständlich davon aus, dass „der Strom aus der Steckdose kommt”. Es kommt aber auch schon mal vor, dass dem nicht so ist … zumindest kurzzeitig. Aus der Normalität, dass Strom immer rund um die Uhr zur Verfügung steht, hat sich ein sorgloser Umgang mit dieser Ressource etabliert. Von der Glühbirne bis zur hochkomplexen IT-Anlage wird alles munter in irgendeine Dose eingesteckt, die gerade zur Hand ist. In unsere Veranstaltungstechnik haben aber mittlerweile so viele Computer und Datenautobahnen mit all ihren Einzelkomponenten Einzug gehalten, dass man sich schon einmal Gedanken um die Abhängigkeit vom Stromnetz machen sollte.

Tipps für die richtige USV-Auswahl

Wenn man sich entscheidet, sein System mit USV gegen Stromausfälle zu sichern, sind folgende Punkte zur Produktfindung hilfreich:
• Welche USV Klasse brauche ich?
• Welche Geräte will ich puffern?
• Wie viel Leistung muss mir die USV liefern?
• Welche Laufzeit im Akkubetrieb brauche ich?
• Welche und wie viele Anschlüsse bietet mir das Gerät?
• Welche Gehäuseform will ich?

Der Strom, wie wir ihn aus dem Netz erwarten, ist bei Weitem nicht so konstant verfügbar, wie man immer meint. Spannungsabfälle und – fast noch schlimmer – Spannungsspitzen und sonstige Modulationen im Stromnetz können nicht zu unterschätzende Gefahren für sensible elektronische Geräte darstellen. Sicherheit und Abhilfe versprechen unterbrechungsfreie Stromversorgungen (englisch UPS für uninterruptible power supply). Diese kleinen Geräte werden vom Hauptnetz gespeist und geben eine sehr saubere, geglättete konstante Spannung ab. Gleichzeitig bilden sie einen Überspannungsschutz. Die Stromqualität hinter einer USV ist deutlich höher als das, was vor ihr aus einer „normalen“ Steckdose kommt. So gesehen ist es nie ein Schaden, wenn man seine wichtigsten und sensibelsten Endgeräte an eine USV anschließt. Zur Verbesserung der Signalqualität konnte man früher sogar die Telefonanlage mit über eine USV laufen lassen. Heute ist dieses Feature nicht mehr standardmäßig verbaut, da der Bedarf in Zeiten von Internet und der Vernetzung aller möglicher Endgeräte dafür nicht mehr gegeben ist. Dafür hat mittlerweile jede USV RJ45-Anschlüsse. Hier – über kann man nicht nur sein Netzwerk vor Spannungsschwankungen und -impulsen schützen, sondern das Gerät auch in sein Computernetzwerk integrieren, um dessen Status abzufragen und – ganz wichtig – darüber informiert zu werden, wenn es zu einem Spannungsab- bzw. -ausfall gekommen ist. Gerade im Live-Konzerteinsatz kann man ja das warnende Piepsen einer USV im FOH oder neben der Bühne schon mal überhören. Wenn man in seinem System also mehrere USV verbaut hat, kann man mittels der Netzwerkeinbindung von einem zentralen Arbeitsplatz aus alle Geräte im Überblick behalten und im Bedarfsfall sofort reagieren.

Die Hauptaufgabe einer USV ist es allerdings, im Falle eines Stromausfalls die Stromversorgung der daran angeschlossenen Verbraucher für einen Zeitraum X sicherzustellen. Sie dient lediglich dazu, für eine begrenzte Zeit eine gewisse Menge an gespeichertem Strom abzugeben, bis die Netzversorgung wieder hergestellt ist. Das Hauptaugenmerk liegt hier auf allen systemrelevanten Geräten und allen, die einen Computer z. B. mit Festplatten in sich verbaut haben und die eine gewisse Zeit zum Hochfahren benötigen.

Drei USV-Klassen
Man unterscheidet drei Kategorien von Unterbrechungsfreien Stromversorgungen:

Standby- oder Offline-USV Klasse 1: Das sind die einfachsten und günstigsten USVs. Sie schalten im Störfall automatisch von Netz- auf Batteriespannung um. Da sie sehr träge sind (Schaltzeiten von 4 bis 10 Millisekunden), werden kurzzeitige Spannungsschwankungen nicht erkannt und können somit nicht abgefedert werden.

Netzinteraktive USV Klasse 2: Sie arbeiten ähnlich wie die Offline-USV, können aber durch Filter die Spannung dauerhaft regeln. Ihre Reaktionszeit liegt bei 2–4 Millisekunden.

Online-, Line-Interactive-USV Klasse 3: Im Vergleich zu Klasse-1- und Klasse-2-Geräten wird hier ein konstanter Strom generiert und die angeschlossenen Verbraucher damit dauerhaft versorgt. Es gibt praktisch keine Umschaltverzögerung mehr und die Qualität der Ausgangsspannung ist deutlich besser als aus der Steckdose in der Wand.

Da es sich hierbei aber nicht um einen Stromerzeuger, wie zum Beispiel ein Aggregat handelt, sondern um einen Puffer, ist in den USVs immer ein Akku verbaut. In fast allen Fällen handelt es sich hier um Bleiakkus, die zwar leider relativ schwer sind und auch keine so hohe Leistungsdichte aufweisen wie andere Bauarten. Sie sind aber dafür sehr robust, verlässlich und erschwinglich. Hierüber eröffnet sich nun auch der wichtigste Parameter, den man bedenken muss, wenn man sich für den Kauf und Einsatz einer USV entscheidet: Wie lange kann mich meine USV während eines Stromausfalls mit Spannung versorgen? Das hängt von der Größe des Akkus und den angeschlossenen Verbrauchern ab. So kann man bei allen Herstellern aus einer breiten Palette von 500 VA bis hin zu Geräten für Großanlagen von mehren kVA wählen. Die grundsätzliche Überlegung hierbei ist: Wie viel Zeit will ich meinem System geben, bis entweder die Stromversorgung wiederhergestellt ist oder bis die Daten gesichert und die Anlage sicher heruntergefahren sind? Wenn man sich für eine 1.000-VA-Pufferung entscheidet, muss man beachten, dass es sich hierbei um die Scheinleistung handelt, die Nutzleistung also etwa bei 600 W liegt. Durchschnittlich liegt die Shutdown-Zeit bei allen Herstellern im 1-kVA-Segment bei 5–7 Minuten bei Vollauslastung. Bei halber Auslastung der Pufferleistung erhöht sich dieser Zeitraum auf ca. 15 Minuten. Daran sieht man gut, dass eine USV nicht unendlich lange die Stromversorgung aufrechterhalten kann. Im Falle eines Falles muss man natürlich bemüht sein, die reguläre Stromversorgung so schnell wie möglich wiederherzustellen. Um die Laufzeit im Offline-Modus so gut wie möglich für die systemrelevanten Endgeräte zu nutzen, muss man sich auch Gedanken machen, was man alles mittels Akkupufferung absichern will. So können zum Beispiel Monitore, Laptops und Schreibtischlampen ausgespart werden, da sie sehr viel Strom ziehen, aber im Ernstfall nicht wirklich wichtig sind.

Interessant ist auch die Frage, wie viele und welche Anschlüsse mir das Gerät bietet. Alle Modelle haben natürlich eine oder mehrere Kupplungen für den echten, gepufferten USV-Strom. Die USV der Klasse 3 bieten oft auch Kupplungen für Spannung, die zwar nicht gepuffert ist, aber durch diverse Filter vor Stromschwankungen und Spannungsspitzen abgesichert sind. Alle Hersteller verbauen fast ausschließlich C13 Kupplungen.

Für verschiedene Einsatzgebiete gibt es auch verschiedene Gehäusebauarten. Die klassische Desktopversion erinnert an einen kleinen gedrungenen PC-Tower, es gibt sie aber auch schlank und schmal, um sie hochkant hinzustellen. Für den Einsatz in der Veranstaltungstechnik interessant sind 19″-Gehäuse, die es bis zu einer Einbauhöhe herunter von nur 1 HE gibt. Das ist eine sehr schlanke Lösung, um zum Beispiel die Systemracks jeweils mit einer USV abzusichern. So kann man bequem mit vielen kleinen Akkupuffern arbeiten, die schon da eingebaut und fest verkabelt sind, wo sie gebraucht werden – statt mit wenigen, großen Puffern, die dann auch ein nicht zu unterschätzendes Gewicht mit sich bringen.

Transport und Wartung

Damit eine USV im Ernstfall auch einwandfrei und so lange funktioniert wie gedacht, bedarf es auch ein wenig Pflege – so ein Stromspeicher ist nicht ganz wartungsfrei. Da es sich durch die Bank nur um Geräte handelt, die nicht für die Veranstaltungstechnik zugeschnitten sind, sollte beim Einbau in ein Case oder sonstige Transportlösung viel Wert auf eine Stoßdämpfung gelegt werden. Die Lüfterein- und -auslässe müssen unbedingt frei sein. Während des Transports empfiehlt es sich, den Akku abzukabeln. Manche Hersteller bieten genau dafür einen leichten Zugang zu dieser Steckverbindung und unterstützen diese Tätigkeit mit einem kleinen Bändchen, welches das Herausziehen des Steckers deutlich erleichtert. Da unsere USV nicht täglich im Einsatz sind, sollte man den Akku im Lager abgekabelt lassen. Kurz bevor der nächste Einsatz ansteht, sollte man das Gerät schon mal an den Strom hängen und den Akku aufladen. Blei – akkus haben keine unbegrenzte Lebenszeit und sollten nach Herstellerangaben regelmäßig gewechselt werden. Je nach Typ sind das Intervalle zwischen drei und fünf Jahren.