Lernfeld 5 · Prüfung Teil 2

USV-Anlagen und Netzteile

USV-Klassen VFD, VI und VFI, Überbrückungszeit, Bypass, Schaltnetzteile und Verlustleistung im Schaltschrank.

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Darum geht es

Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung überbrückt Netzausfälle und Störungen. Bei der Mitlauf-USV (VFD) hängt die Last am Netz und wird bei einem Ausfall auf den Wechselrichter umgeschaltet. Die netzinteraktive USV (VI) stabilisiert zusätzlich die Spannung. Bei der Doppelwandler-USV (VFI) versorgen Gleichrichter und Wechselrichter die Last dauernd; beim Netzausfall gibt es keine Umschaltzeit. Ein Bypass versorgt die Last direkt aus dem Netz, wenn der Wechselrichter überlastet oder gestört ist.

Die Überbrückungszeit hängt von der nutzbaren Batterieenergie, dem Wirkungsgrad des Wechselrichters und der Last ab. Für die Auslegung zählen Scheinleistung und Wirkleistung der Last mit Reserve. Damit Server nicht einfach abstürzen, meldet die USV den Netzausfall per USB, Netzwerkkarte oder SNMP und löst ein geordnetes Herunterfahren aus.

Schaltnetzteile wandeln die Netzspannung bei hoher Frequenz und sind dadurch klein und effizient. Ihre Verluste werden als Wärme im Schaltschrank frei und gehen in die Wärmebilanz ein. Bei Arbeiten an USV-Anlagen gilt: Sie sind eine zweite Einspeisung, der Ausgang kann auch ohne Netz Spannung führen.

Das solltest du dir merken

VFI-USV versorgt die Last dauernd über den Wechselrichter, ohne Umschaltzeit.
Überbrückungszeit gleich nutzbare Energie durch Leistung aus der Batterie.
Eine USV ist eine zweite Einspeisung und muss getrennt freigeschaltet werden.
Die Verlustleistung von Netzteilen geht in die Wärmebilanz des Schranks ein.

Formeln

Überbrückungszeit: $t = \frac{U _{B} \cdot C \cdot k \cdot η}{P}$; $U_{B}$ Batteriespannung, $C$ Kapazität in Ah, $k$ nutzbarer Anteil, $η$ Wirkungsgrad, $P$ Last
Verlustleistung: $P_{V} = \frac{P _{ab}}{η} - P_{ab}$

Typische Fehler in der Prüfung

Den Wirkungsgrad des Wechselrichters bei der Überbrückungszeit vergessen.
Nur die Wirkleistung der Last mit der VA-Angabe der USV verglichen.
Verlustleistung als P mal (1 − η) statt über die aufgenommene Leistung berechnet.

Tipps aus der Werkstatt

Eine USV ist eine zweite Einspeisung. Wer nur den Netzschalter in der Verteilung ausschaltet, hat am USV-Ausgang trotzdem Spannung. Beim Rechnen der Überbrückungszeit nicht vergessen: Wirkungsgrad des Wechselrichters und nutzbarer Anteil der Batterie.

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13 Aufgaben zu „USV-Anlagen und Netzteile“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Informations- und Systemtechnik, Lernfeld 5; DIN EN IEC 62040-3 sinngemäß. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.