Notstrom und Ausfallsicherheit durch USV (Unterbrechnungsfreie Stromversorgung)

Die Situation heute

Die zunehmende Komplexität von IT-Systemen und automatisierten Industrieanlagen und deren Leistungsfähigkeit, wie z.B. Verarbei- tungsgeschwindigkeit, Echtzeitanbindung an Kommunikationssys- teme, automatisierter Dauerbetrieb, hat eine immer emp ndlichere und abhängigere Reaktion auf die Stromversorgung zur Folge. Die elektrische Energie wird dem Verbraucher über ein- oder drei- phasige Sinuswechselspannungs-Systeme zur Verfügung gestellt. Sie sind gekennzeichnet durch:

• Frequenz
• Amplitude
• Kurvenform (Verzerrung)
• Phasensymmetrie.

Während beim EVU die Spannungsform noch perfekt ist, gilt dies nicht mehr für die Spannung, die beim Verbraucher ankommt. Dort können folgende Störungen beobachtet werden:

• Transienten
• Spannungsschwankungen
• Frequenzschwankungen und Phasensprünge
• Spannungsausfälle (Blackout)

Eine Übersicht der auftretenden Netzstörungen und der passenden USV-Lösung entsprechend der drei USV-Klassi kationen VFI, VI und VFD. Die Störungen hängen mit dem Transport und der Verteilung der Energie zusammen. Die Ursachen liegen in der atmosphärischen Um- welt (Stürme, Kälte/Hitze, usw.) und in der industriellen Umgebung (Anlagenbesonderheiten, Netzrückwirkungen durch Stromverbrau- cher, Netzzwischenfälle, usw.).

Auswirkungen der Netzprobleme

Die Ursachen für Datenausfälle können in drei grosse Bereiche auf- geteilt werden, Abb. 1. Spannungsabweichungen sind für 47,6 %, Probleme in der IT-Technik sind für 15,9 % und äussere Einwirkungen sind für 36,5 % der Ausfälle, lt. einer Studie der Contingency Planning, verantwortlich. Trotz fortlaufender Verbesserungen am Verteilnetz und an der Qualität des Produktes «Elektrizität» bleiben häu g Störungen bestehen. Es ist weder ökonomisch verantwortbar noch technisch machbar, diese vollständig zu beseitigen. In den letzten Jahren haben die Hersteller grosse Fortschritte gemacht, Geräte gegen all diese Störungen zu schützen (bessere Immunität ge- gen Spannungsstösse, grössere Verträglichkeit gegenüber Schwan- kungen von bis zu 10 oder 20 % gegenüber der Nennspannung oder Ausfallüberbrückung von 5 bis 20 ms). Dem steht aber entgegen, dass die zunehmende Komplexität vieler Rechner- und Industrie- Anwendungen, der Einsatz von Hochleistungs-PLC, der Dauerbetrieb industrieller Prozesse und Telekommunikationsanwendungen die Folgen dieser Störungen zunehmend ernster gestalten.

Die Folgen für die Unternehmen sind Produktionsausfälle, Einbussen der Produktqualität, ernste Gefährdung für Mensch und Eigentum oder sogar für die Existenz der Firma. Studien zeigen, dass eine von zwei Firmen einen ernsten Zusammenbruch des IT-Systems nicht überleben würde. Laut der MERIT-Studie (1997) liegt die Überle- bensfähigkeit einer Versicherung bei 51⁄2 einer durchschnittlichen Fertigungsstätte bei 5, im Handelsbereich bei 21⁄2 und der Banken bei 2 Tagen. Eine kürzliche Untersuchung im Bereich der IT in England durch das National Computing Center schätzt, dass die mittleren Kosten eines Netzausfalles zwischen p 15.000 und p 50.000 betragen; oder mit anderen Worten, höhere Kosten bewirken, als sie durch Gewitter oder Diebstahl verursacht werden.

Wie wichtig die Absicherung der Daten ist, zeigt auch ein Urteil des Landgerichtes Konstanz (LSD-Nr. 100), in dem es heisst: «In einem Betrieb, der auf eine funktionierende EDV-Anlage und den Zugriff auf gespeicherte Daten angewiesen ist, sollte die regelmässige Datensicherung und im Einzelfall der Anschluss eines Spannungs- puffergerätes selbstverständlich sein; wer diese gebotene Sorgfalt in eigenen Angelegenheiten nicht beachtet, nimmt etwaige Daten- verluste billigend in Kauf und handelt grob fahrlässig.» Soweit das Urteil des Landgerichts bei einer Schadensersatzklage wegen Da- tenverlust aufgrund eines Stromausfalles, der durch Baggerarbeiten verursacht wurde.

Welche Fehler treten am meisten auf?

• Stromausfall/Überspannung: 45,3 %
• Sturmschäden: 9,4 %
• Brand oder Explosion: 8,2 %
• Hardware-/Softwarefehler: 8,2 %
• Überschwemmungen/ Wasserschäden: 6,7 %
• Erdbeben: 5,5 %
• Netzwerkausfall: 5,5 %
• Menschliches Versagen / Sabotage: 3,2 %
• Ausfall von Hochspannungsleitungen: 2,3 %
• Andere Ursachen: 6,7 %

Quelle: National Power Laboratory, USA

Ausfallarten

Stromausfall (Power Failure & Momentary Interruption) Netzunterbrüche werden in zwei Klassen eingeteilt. Lang- und kurzfristiger Spannungsverlust für mehr als 5 Min. oder kleiner als 5 Min. jedoch grösser als wenige Millisekunden. Ursache: Unwetter, Schalthandlungen im Netz und Kurzschlüsse. Angeschlossene Verbraucher werden unkontrolliert abgeschaltet. Es können hohe wirtschaftliche Kosten entstehen. Menschen können verletzt werden, Umweltschäden entstehen, Sachanlagen beschädigt oder zerstört werden.

Spannungseinbruch (Power Sag) Spannung unterhalb der zulässigen Grenzen für einen Teil einer Periode bis zu einer Dauer von mehreren Perioden oder Sekunden, verursacht durch Überbelastung des Netzes. Eine kurze Absenkung der Netzspannung führt in den meisten Fällen zu keinen Problemen. Eine länger andauernde Unterspannung führt bei Verbrauchern mit konstantem Leistungsbedarf zu erhöhter Stromaufnahme und dadurch möglicherweise zu unzulässiger Erwärmung.

Spannungsstösse (Power Surge incl. Spike) Spannungspulse sehr kurzer Dauer (Millisekunden) bis zu einigen 100 V über Nominalwert, ver- ursacht durch Blitzeinschläge im Freileitungsnetz, Gleich- und Wechselrichter, Kurzschlüsse oder Abschalten sehr grosser Lasten (Motoren etc.) Hochspannungsspitzen führen zur Zerstörung von Elektronik-Komponenten oder zu unkontrollier- baren Arbeitsprozessabläufen.

Unterspannung (Undervoltage / Brownout) Spannung unterhalb der zulässigen Grenzen für einen Teil einer Periode bis zu einer Dauer von mehreren Perioden oder Sekunden, verursacht durch Überbelastung des Netzes. Eine kurze Absenkung der Netzspannung führt in den meisten Fällen zu keinen Problemen. Eine länger andauernde Unterspannung führt bei Verbrauchern mit konstantem Leistungsbedarf zu erhöhter Stromaufnahme und dadurch möglicherweise zu unzulässiger Erwärmung.

Überspannung (Overvoltage) Erhöhung der Spannung über den zulässigen Grenzwert für einige Sekunden oder länger bezie- hungsweise dauernd, verursacht durch Unterbelastung des Netzes. Überspannung verursacht eine Sättigung bei magnetischen Bauelementen. Die nichtlineare Cha- rakteristik führt zu drastisch erhöhter Stromaufnahme und bei längerer Dauer zu Überhitzung, teilweise bis zur Zerstörung.

Schaltspitzen (Switching Transients Notch) Spannungspulse sehr kurzer Dauer (Millisekunden) und Spannungsspitzen und -einbrüche, verur- sacht durch Laständerungen (z.B. Anlaufen eines Lifts). Transienten führen zu einer Belastung, eventuell Zerstörung von Komponenten, elektronische Steuerungen können in einen unkontrollierten Zustand kommen, Rechner blockieren, Netzwerke sowie Signalübertragungskreise können beeinträchtigt werden.

Störspannungen (Line Noise) Unregelmässige (stochastische) Veränderungen von Spannung und Strom mit kleiner Amplitude, verursacht durch schlechte Steckverbindungen und HF-Einstreuungen durch die Luft (Radio- & Fernsehsender). Rauschen kann EDV-Netze beeinträchtigen. Datensätze können nicht richtig gelesen oder wieder- geben werden.

Frequenzschwankungen (Frequency Variations) Abweichungen der Frequenz um mehr als das zulässige Mass, verursacht durch den Einsatz von Netzersatzanlagen, z.B. Generatoren. Frequenzschwankungen führen zu Problemen mit netzfrequenzabhängigen Geräten. Netzteile oder Geräte können zu Fehlfunktionen und oder Überhitzung führen.

Harmonische Oberwellen (Harmonic Distortion) Andauernde periodische Spannungsveränderungen unabhängig von der Netzfrequenz, normalerwei- se ein Mehrfaches der Netzfrequenz, verursacht durch Gleich- und Wechselrichter, getaktete Netzteile. Oberwellen können elektrische und elektronische Geräte beeinträchtigen, die Lebensdauer von Motoren kann sich infolge Überhitzung wesentlich verkürzen.

Ja, mit einer USV Lösung. Je nach Art und Schutzklasse gibt es verschiedene Geräte. Wir beraten Sie gerne.