Lernfeld 5 · Prüfung Teil 2

Netzunabhängige und unterbrechungsfreie Stromversorgung

Netzunabhängige und unterbrechungsfreie Stromversorgung: USV-Klassen VFD, VI und VFI, Überbrückungszeit, Akkutechnik und Wartung erklärt.

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Darum geht es

Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) hält Geräte bei Netzausfall und Netzstörungen in Betrieb. DIN EN IEC 62040-3 teilt sie in drei Klassen: Bei VFD (Offline) hängt die Last direkt am Netz, und erst beim Ausfall schaltet der Wechselrichter zu. Bei VI (Line-Interactive) regelt ein Stufentransformator die Spannung nach, die Frequenz kommt weiter vom Netz. Bei VFI (Online, Doppelwandler) läuft die Last immer über Gleichrichter und Wechselrichter und ist damit von Spannung und Frequenz des Netzes unabhängig. Die Buchstaben nach der Klasse beschreiben die Kurvenform, die Ziffern das Verhalten bei Umschaltungen.

Für die Auswahl ermittelst du Wirkleistung in Watt und Scheinleistung in VA der Verbraucher; beide Grenzen der USV müssen eingehalten sein. Die Überbrückungszeit hängt vom Energieinhalt der Batterie, vom Wirkungsgrad des Wechselrichters und von der Last ab. Die Rechnung mit der Nennkapazität ist eine obere Grenze, denn bei hohen Strömen und alten Akkus ist die nutzbare Kapazität kleiner. Für Server gehört eine Shutdown-Software dazu, die die Systeme rechtzeitig herunterfährt.

Netzunabhängige Geräte nutzen Primärzellen oder Akkus. Bleiakkus vertragen keine Tiefentladung und altern bei Wärme schnell; Lithium-Akkus brauchen ein Batteriemanagementsystem. Zur Wartung gehören Batterietests, ein Aufstellort mit etwa 20 °C und der rechtzeitige Batterietausch über den Wartungsbypass.

Das solltest du dir merken

VFI-USV arbeitet ständig über den Wechselrichter und schaltet ohne Unterbrechung auf Batterie.
Eine USV muss sowohl die VA- als auch die Watt-Angabe einhalten.
Energie der Batterie ist Spannung mal Kapazität, in Wh.
Je 10 K über 20 °C halbiert sich etwa die Lebensdauer eines Bleiakkus.
Ein Notstromaggregat braucht Sekunden zum Anlaufen, die USV überbrückt diese Zeit.

Formeln

Energieinhalt einer Batterie: $W = U \cdot C$; $W$ Energie in Wh, $U$ Batteriespannung in V, $C$ Kapazität in Ah
Überbrückungszeit (obere Grenze): $t = \frac{U \cdot C \cdot η}{P}$; $t$ Zeit in h, $U$ Batteriespannung in V, $C$ Kapazität in Ah, $η$ Wirkungsgrad des Wechselrichters, $P$ Lastleistung in W
Betriebszeit eines Akkugeräts: $t = \frac{C}{I}$; $t$ Zeit in h, $C$ Kapazität in Ah oder mAh, $I$ mittlere Stromaufnahme in A oder mA

Typische Fehler in der Prüfung

Nur die VA-Angabe der USV geprüft und die Wattgrenze übersehen.
Bei in Reihe geschalteten Akkus die Kapazität addiert statt der Spannung.
Die Überbrückungszeit in Stunden angegeben, obwohl nach Minuten gefragt war.
Den Wirkungsgrad des Wechselrichters nicht berücksichtigt.

Tipps aus der Werkstatt

Prüfe bei einer USV immer beide Angaben: VA und Watt. Moderne Netzteile haben einen Leistungsfaktor nahe 1, dann ist meist die Wattgrenze die engere. Die Überbrückungszeit aus Spannung mal Kapazität ist nur eine obere Grenze, verbindlich ist die Laufzeittabelle des Herstellers.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

13 Aufgaben zu „Netzunabhängige und unterbrechungsfreie Stromversorgung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Geräte und Systeme (2003 i. d. F. 2018), Lernfeld 5 (Elektroenergieversorgung für Geräte und Systeme realisieren und deren Sicherheit gewährleisten). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.