USV-Lexikon
Höhe des Aufstellortes einer Anlage über dem Meeresspiegel (NN). USV-Geräte sind in der Regel so ausgelegt, daß sie mit Nennleistung bis 1000 m über NN bei Umgebungstemperaturen bis + 40 °C arbeiten können (VDE). Bei größeren Aufstellhöhen ist wegen verminderter Kühlwirkung die Nennleistung zu reduzieren, wenn gleichzeitig der volle Temperaturbereich ausgenutzt werden soll.
(Mean time between failures, MTBF), mittlere Intaktzeit.
Kehrwert der Ausfallrate.
Die Ausfallrate λ ist eine Kenngröße für die statistische Ausfallhäufigkeit eines Bauteiles oder eines Gerätes. Sie ist mit der mittleren Intaktzeit (MTBF) durch folgende Beziehung verknüpft:
λ = 1 / MTBF
(Mean down time, MDT), Ausfalldauer. Zeitspanne vom Ausfallzeitpunkt eines Systems oder Gerätes bis zur Wiederherstellung der Einsatzbereitschaft.
Die Ausgleichsladung ist bei Nickel-Cadmium-Batterien erforderlich, um den allmählichen Kapazitätsrückgang auszugleichen, der während des Betriebes mit Erhaltungsladung auftritt. Abhängig von der Batteriebauart und den Betriebsverhältnissen sind Ausgleichsladungen in größeren Zeitabständen (3 bis 6 Monate) erforderlich. Die Ausgleichsladespannung beträgt 1,6 bis 1,7 V pro Zelle.
Bei USV-Anlagen muß wegen der hohen Gleichspannung während der Ausgleichsladung meist der Wechselrichter abgeschaltet werden.
Die Ausregelzeit ist die Zeit, die vom Zeitpunkt einer sprungförmigen Verstellung der Führungsgrößen oder der Störgrößen eines Regelkreises bis zum Zeitpunkt verstreicht, in dem die Regelgröße letztmalig in ein Toleranzband um die Führungsgröße eintritt (DIN 19 226).
Die Ausregelzeit einer USV-Anlage bezieht sich meist auf das Verhalten der Wechselrichterausgangs-spannung. Sie bezeichnet die Zeit vom Eintritt einer Spannungsabweichung ( z. B. verursacht durch einen Lastsprung) bis zum Wiedererreichen der statistischen Spannungstoleranz. Die Ausregelzeit ist somit eine wichtige Kenngröße für das dynamische Verhalten des Wechselrichters (s. a. Regelkreis, dynamisches Verhalten).
Die Batterie hat die Aufgabe, den Wechselrichter der USV-Anlage bei Netzausfall weiter zu versorgen. Sie ist direkt mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden. Bei der Auslegung sind folgende wesentliche Parameter zu berücksichtigen:
- Zwischenkreisspannung
- Entladeschlußspannung (vom Wechselrichter vorgegeben)
- Verfügbare Ladespannung
- Leistungsaufnahme des Wechselrichters
- Gewünschte Überbrückungszeit
Die Kapazität einer Batterie ist die unter den jeweiligen Bedingungen entnehmbare Elektrizitätsmenge. Sie ist abhängig vom Entladestrom, der Entladeschlußspannung und der Temperatur (aus: DIN 40 729/05.85). Die von den Herstellern angegebenen Nennwerte (in Ah) gelten üblicherweise bei Bleibatterien für 10stündige Entladung, bei Nickel-Cadmium-Batterien für 5stündige Entladung. Beim Einsatz in USV-Anlagen ist die entnehmbare Kapazität wegen der kurzen Entladezeiten wesentlich geringer als die Nennkapazität. Zur genauen Dimensionierung benötigt man daher Tabellen oder Kurven mit Angabe der Entladeleistung in Abhängigkeit von der Entladezeit.
Besonderer Raum für Batterien innerhalb von Gebäuden, für größere Batterieanlagen empfehlenswert. Bestimmungen zur Ausstattung und lüftungstechnischen Gestaltung enthält DIN VDE 0510 Teil 2.
Der Batteriesicherungskasten schützt das Kabel zwischen USV-Block und Batterie. Er ist in der Nähe der Batterie anzubringen.
Bereitschaftsparallelbetrieb (bei Batterien)
Der Bereitschaftsparallelbetrieb ist die bei statischen USV-Anlagen überwiegend verwendete Batteriebetriebsart.
Die Gleichstromquelle (Gleichstromrichter) ist jederzeit imstande, die Summe aus höchstem Wechselrichter-Eingangsstrom und Batterieladestrom zu liefern. Die Batterie wird in vollem Ladezustand gehalten. Sie gibt nur Strom ab, wenn die Gleichstromquelle ausfällt (nach DIN VDE 0510).
Bleibatterie (Bleiakkumulator)
Ein Bleiakkumulator besteht im Prinzip aus zwei in verdünnte Schwefelsäure eintauchende Elektrodenplatten, von denen die eine aus Blei (Pb), die andere aus Bleioxid (Pb O2) besteht. Bei leitender äußerer Verbindung der beiden Elektroden fließt wegen der vorhandenen Potentialdifferenz von etwa 2 V ein Elektronenstrom von der Blei- zur Bleioxidplatte unter gleichzeitiger Bildung von Bleisulfat (Pb SO4). Es läuft folgender chemischer Gesamtvorgang ab (Hauptreaktion):
| Pb + PbO2 + 2H2SO4 | Entladung -> <- Ladung |
2PbSO4 + 2H2O + Energie |
Nebenreaktion:
| H2O | Ladung -> | H2 + 1/2 O2 |
Die Nennspannung einer Bleizelle beträgt 2,0 V. Die Bleibatterie ist der bei USV-Anlagen überwiegend verwendete Batterietyp. Auf dem Markt sind diverse wartungsarme und wartungsfreie Typen (siehe auch DIN VDE 0510):
O G i
O P z S
G r o E
Verschlossene Ausführungen (wartungsfrei).
Siehe Leistungsfaktor
Siehe Scheitelfaktor
Eigentaktung einer USV-Anlage bezeichnet im Gegensatz zur Netztaktung einen Betriebszustand, bei dem der Wechselrichter mit der durch den eingebauten Taktgeber vorgegebenen Frequenz arbeitet.
Chemische Substanz, die eine Stromleitung dadurch ermöglicht, daß Ionen als bewegliche Ladungsträger vorhanden sind.
Bei Bleibatterien: verdünnte Schwefelsäure
Bei NiCd-Batterien: Kalilauge.
Die Säuredichte einer Bleibatterie gibt Auskunft über den Ladezustand, während die Laugedichte einer NiCd-Batterie unabhängig vom Ladezustand ist.
Elektromagnetische Verträglichkeit.
Die EMV dient der Feststellung, in welchem Maße elektrische und elektronische Systeme dem Einfluß elektrischer und elektromagnetischer Störpegel unterliegen. Man unterscheidet zwei hauptsächliche Einflüsse:
- Direkte elektromagnetische Einstreuung
- Eingekoppelte leitungsgebundene Störspannungen und Störströme.
Spannung, die am Ende der Entladung einer Batterie auftritt. Die Entladeschlußspannung ist ein wichtiges Auslegungskriterium für Batterien. Die zulässige Entladeschlußspannung bei Batterien für USV-Anlagen ist die Mindest-Eingangsspannung des Wechselrichters zuzüglich Spannungsabfall auf dem Kabel zwischen USV und Batterie. Bei langen Überbrückungszeiten ist darauf zu achten, daß die vom Batteriehersteller vorgeschriebenen Mindestwerte nicht unterschritten werden (Gefahr der Tiefentladung bei Bleibatterien).
Erhaltungsladung ist die Spannung, die erforderlich ist, um die Batterie im vollgeladenen Zustand zu halten.
Standartwerte bei 20°C:
- Offene Bleibatterie (wartungsarm): 2,23 V je Zelle
- Verschlossene Bleibatterie (wartungsfrei): ca. 2,27 V je Zelle
- NiCd-Batterie: 1,40 V je Zelle
Mit Rücksicht auf die Lebensdauer sollten diese Werte bei dauernd höheren Umgebungstemperaturen gemäß den Herstellerangaben angepaßt werden.
Oberbegriff für Einrichtungen zur Notstromversorgung und unterbrechungsfreien Versorgung, wie z. B. USV-Anlagen, gesicherte Gleichstromversorgungen, Netzersatzanlagen, ZSV-Anlagen, Sofort- und Schnellbereitschaftsaggregate usw.
(mean time between failures, MTBF)
Der mittlere Fehlerabstand ist eine Zuverlässigkeitskenngröße, die nach Verfahren der Wahrscheinlichkeitsrechnung und der mathematischen Statistik ermittelt wird.
Saugkreis, Siebkreis.
Filterkreise sind Schaltungen, die für bestimmte Frequenzen eine geringe Dämpfung (Durchlaß-bereich), für andere Frequenzen eine hohe Dämpfung (Sperrbereich) aufweisen. Wechselrichter von USV-Anlagen enthalten Filterkreise zur Verringerung des Oberschwingungsgehaltes (Klirrfaktor) der Ausgangsspannung.
Ein Filterkreis besteht im Prinzip aus der Reihenschaltung einer Drossel und eines Kondensators, deren Induktivität bzw. Kapazität so bemessen sind, daß sie für eine bestimmte Frequenz einen möglichst kleinen Widerstand bilden.
Bei größeren USV-Anlagen werden Filterkreise auch auf der Netzseite eingesetzt, um das Netz von den Stromoberschwingungen des Gleichrichters zu entlasten (siehe Oberschwingungskompensation).
Die Gasungsspannung ist die Ladespannung, oberhalb der eine Batterie deutlich zu gasen beginnt, z.B.
- 2,4 V je Zelle bei Bleibatterien
- 1,55 V je Zelle bei Nickel-Cadmium-Batterien (aus: DIN 40 729/05.85).
Siehe Schalldruckpegel
Der Gleichrichter wandelt die Netzspannung in eine Gleichspannung um.
Eine nichtsinusförmige Wechselgröße setzt sich zusammen aus einer Grundschwingung mit der Frequenz f und Oberschwingungen mit ganzzahligen Vielfachen dieser Grundfrequenz v•f. Der Grundschwingungsgehalt g ist das Verhältnis des Effektivwerts der Grundschwingung zum Effektivwert der Wechselgröße:
- Grundschwingungsgehalt des Stromes gI = I1 / I
- Grundschwingungsgehalt der Spannung gU = U1 / U
Bei USV-Anlagen häufig verwendete redundante Anlagenkonfiguration.
Die Halblastparallelanlage besteht aus zwei USV-Blöcken, die im Normalbetrieb jeweils mit halber Leistung arbeiten. Fällt ein Block aus, übernimmt der andere die volle Leistung, ohne daß an der sicheren Schiene eine Unterbrechung auftritt.
Die Handumgehung einer USV-Anlage ist eine handbetätigte Schalteinrichtung zum Umschalten der Verbraucher auf direkte Netzspeisung (z. B. bei Wartungsarbeiten an der USV-Anlage).
Charakteristischer Wert für
- das Ausschaltvermögen von Schmelzsicherungen
- die Belastungsgrenze von Leistungshalbleitern in Vorwärtsrichtung
Bei USV-Anlagen meist verwendete, schonende Lademethode für Batterien, bei der zunächst mit konstantem Strom geladen wird, bis die Ladespannung erreicht ist. Danach wird mit konstanter Spannung weitergeladen.
Siehe Batteriekapazität
Maß für den Oberschwingungsgehalt bei Wechselgrößen (Spannungen, Ströme), hervorgerufen durch nichtlineare Verzerrungen. Der Klirrfaktor ist als Wurzelquotient des Effektivwerts der Oberschwingungen zum Effektivwert der Wechselgröße definiert (DIN 40 110).
Der Ladefaktor bei Batterien ist das Verhältnis der zu ladenden Kapazität zur entnommenen Kapazität.
Er beträgt
- bei Bleibatterien ca. 1,2
- bei Nickel-Cadmium-Batterien ca. 1,4.
Der Leistungsfaktor λ ist der Quotient aus Wirkleistung P und Scheinleistung S. Er entspricht bei sinusförmigem Strom- und Spannungsverlauf dem Verschiebungsfaktor cos?, wobei ? der Phasenverschiebungswinkel zwischen Strom und Spannung ist:
λ = P / S = cosφ
Bei sinusförmiger Spannung und nichtsinusförmigem, oberschwingungshaltigem Strom (z. B. auf der Netzseite des Gleichrichters) vermindert sich der Leistungsfaktor gegenüber dem cos? mit dem kleiner werdenden Grundschwingungsgehalt des Stromes g.:
λ = P / S = g · cosφ = g · I1 / I
Mean down time
Siehe Ausfallzeit, mittlere
Mean time between failures
Siehe Fehlerabstand, mittlerer
Mean time to repair
Mittlere Reparaturzeit
Siehe Netzersatzanlage
Die Nennleistung einer USV-Anlage ist die unter Nennbedingungen abgegebene Scheinleistung in kVA.
Netzrückschalteinrichtung (NRE)
Statischer Bypass.
Die Netzrückschalteinrichtung einer USV-Anlage hat die Aufgabe, die Verbraucher in bestimmten Fällen unterbrechungsfrei auf direkte Netzspeisung zu schalten:
- bei Ausfall oder Abschaltung des Wechselrichters,
- bei Überlastung der sicheren Schiene,
- bei Kurzschlüssen hinter der sicheren Schiene.
Die Netzrückwirkung umfaßt die Summe aller ungünstigen Einflüsse, die in Wechsel- bzw. Drehstromnetzen durch nichtsinusförmige und phasenverschobene Ströme auftreten. Die Netzrückwirkungen einer USV-Anlage bestehen hauptsächlich aus Stromoberschwingungen des Gleichrichters (wegen des nichtsinusförmigen Netzstromes), die an den Netzimpedanzen Spannungsoberschwingungen hervorrufen (s. a. Kommutierungseinbruch, Oberschwingungen).
Die Kurvenform des netzseitigen Stromes des USV-Gleichrichters hängt hauptsächlich von der Gleichrichterschaltung ab (s. a. Oberschwingungskompensation).
N. einer USV-Anlage bezeichnet im Gegensatz zur Eigentaktung einen Betriebszustand, bei dem die Wechselrichterfrequenz vom Netz vorgegeben wird. N. ist der Normalbetriebszustand bei USV-Anlagen mit Netzrückschalteinrichtung.
Unter nichtlinearer Last versteht man Verbraucher, deren Impedanz strom- und spannungsabhängig ist. Hierzu gehören z. B. Elemente mit magnetischen Kreisen, wie Eisendrosseln, Transformatoren und elektrische Maschinen, Stromrichter und Netzteile. Durch ihren nichtlinearen Charakter nehmen diese Verbraucher nichtsinusförmige Ströme auf, sind also mehr oder weniger starke Oberschwingungserzeuger. Die Beeinflussung der Spannungskurvenform von USV-Anlagen hängt von der Nichtlinearität und Leistung der Verbraucher ab (s. a. Schaltnetzteile).
Nickel-Cadmium-Batterie (NiCd-Batterie)
Bei USV-Anlagen wenig gebräuchliche Batterietype.
In NiCd-Batterien läuft folgende Hauptreaktion ab:
| Positive Platte | Negative Platte | Wasser | Positive Platte | Negative Platte | ||||
| 2 NiO(OH) | + | Cd | + | 2 H2O | Entladung -> <- Ladung |
2 Ni(OH)2 | + | Cd(OH)2 |
Die Nennspannung einer Zelle beträgt 1,2 V. NiCd-Batterien sind für viele Anwendungen gut geeignet, bieten jedoch für den Einsatz in USV-Anlagen meist keine erkennbaren technischen Vorteile gegenüber Bleibatterien.
Notstromaggregate übernehmen die Versorgung besonders gefährdeter Einrichtungen bei Ausfällen des elektrischen Versorgungsnetzes, wie z. B. in Krankenhäusern, Rechenzentren, Kaufhäusern usw. Ein N. besteht meist aus einem Dieselmotor mit angekuppeltem Generator. Es läuft im Störungsfall selbsttätig an.
Siehe Netzrückschalteinrichtung
Auch Harmonische genannt.
Der nichtsinusförmige Strom in den Netzzuleitungen eines Stromrichters enthält neben dem Grundschwingungsstrom der Frequenz f Oberschwingungsströme der Frequenz v•f. Letztere bilden mit der (sinusförmigen) Netzspannung den Leistungsmittelwert Null, tragen also nicht zum Energietransport bei. Sie sind eine unerwünschte Begleiterscheinung, da sie infolge der im Netz vorhandenen Impedanzen Oberschwingungen in der Netzwechselspannung und auch zusätzliche Verluste verursachen können.
Siehe Klirrfaktor
Siehe Oberschwingung
Siehe PWM
Während bei netzgeführten Stromrichtern die Transistoren periodisch mit der Netzfrequenz schalten, können bei selbstgeführten Stromrichtern die Transistoren bis zu einer bestimmten Grenze beliebig oft ein- und ausgeschaltet werden. Die Frequenz, mit der die Transistoren schalten, wird als Pulsfrequenz bezeichnet (s. a. Pulswechselrichter).
(Pulse width modulation)
Pulsbreitenmodulation
Oszillatorschaltung mit einem Schwingquarz als Resonanzglied. Bei Eigentaktung des Wechselrichters liefert ein Quarz die Taktfrequenz.
Remote Console Command (RCCMD)
Teil der USV-Software.
Das Programm RCCMD dient dazu, ein Kommando auf einem entfernten System auszuführen. RCCMD entspricht weitestgehend dem von Unix-Betriebssystemen bekannten Remote Shell-Programm (RSH). Innerhalb der USV-Management Software wird RCCMD dazu verwendet, mehrere Server herunterzu¬fahren, die alle von einer UPS versorgt werden. Hierzu wird einer der Server als UPS-Server konfiguriert.
- Nach DIN 40 042 das funktionsbereite Vorhandensein von mehr als für die vorgegebene Funktion notwendigen Mitteln, auch als Hardware-Redundanz bezeichnet. Durch die R. wird die Intaktwahrscheinlichkeit z. B. eines USV-Systems erhöht, da bei Ausfall eines Blockes dessen Funktion von einem oder mehreren anderen Blöcken ohne Beeinflussung der Gesamtfunktion übernommen werden kann. Eine redundante USV-Anlage muß mindestens einen Block mehr haben als zur Versorgung der Last nötig wäre (s. a. Mehrblockanlage, Halblastparallelanlage).
- Allgemein der Anteil einer Information, der verlorengehen kann, ohne den Informationsgehalt der Nachricht zu ändern.
Reziproker Wert der Ausfallzeit (MDT)
μ = 1 / MDT
Siehe Netzrückwirkung
Vermeiden von Frequenzsprüngen beim Übergang von Eigentaktung auf Fremdtaktung des Wechselrichters. Dabei beträgt die Frequenzänderungsgeschwindigkeit ca. 0,5 Hz/s.
Der s. dient als Maßstab zur Beurteilung der Geräuschstärke. Er wird in 1 m Abstand gemessen (DIN 45 635) und in dB (A) angegeben. Der Buchstabe A legt den Frequenzgang des Bewertungsnetzwerkes fest (DIN 45 633/1 und IEC 651).
Schaltnetzteile sind getaktete Netzteile mit hohem Wirkungsgrad (z. B. in EDV-Geräten).
Sie entnehmen dem Netz (bzw. der USV-Anlage) Stromspitzen mit einem großen Oberschwingungsanteil.
Spitzenwertfaktor, Crest-Faktor.
Der S. gibt Auskunft über die Kurvenform von Wechselgrößen. Man errechnet ihn aus dem Verhältnis des Scheitelwertes zum Effektivwert der Wechselgröße.
Ausgang einer USV-Anlage
Simple Network Management Protocol (SNMP)
Simple Network Management Protocol (SNMP), ist ein weltweit standardi¬siertes Kommunikationsprotokoll. Es wird zur Geräteüberwachung im Netzwerk verwendet. Die UPS-Management Software stellt ihre Daten meist ebenfalls unter SNMP zur Verfügung.
Spannungseinbruch zu Beginn der Entladung bei Bleibatterien. Er ist stark stromabhängig und besonders bei Hochstromentladung zu beachten.
Autotransformator.
Bei Spartransformator entfällt eine galvanische Trennung zwischen Primär- und Sekundärseite. Die Leistungsübertragung findet induktiv und leitend zur Sekundärseite statt.
Siehe IU-Kennlinie
Taktfrequenz ist die Frequenz, mit der der Zweig einer Stromrichterschaltung periodisch gezündet wird. Beim netzgeführten Stromrichter ist dies die Frequenz des Wechselstromnetzes. Bei selbstgeführten Stromrichtern wird die Taktfrequenz von einem zum Stromrichtergerät gehörenden Taktgeber vorgegeben.
Uninterruptable Power Supply (= engl. Bezeichnung für USV)
Unfallverhütungsvorschrift 4 für elektrische Anlagen und Betriebsmittel, herausgegeben von der Berufsgenossenschaft. Die Vorschrift enthält u. a. Regeln für den Hersteller, die helfen sollen, Unfälle zu vermeiden, die durch Berühren aktiver Teile entstehen. In USV-Geräten sind daher vor spannungsführenden Teilen Berührungsschutzabdeckungen enthalten.
Die Verfügbarkeit A (availability) einer USV-Anlage ist das Verhältnis der Summe aller Intaktzeiten zur Gesamtzeit.
A = MTBF / (MTBF + MDT) = Σ aller Intaktzeiten / Gesamtzeit
Diejenige Wirkleistung Pv, die in einem aktiven Bauelement oder Gerät in Wärme umgesetzt wird (s. a. Wirkungsgrad).
Der Verschiebungsfaktor cos(P1 ist das Verhältnis der Grundschwingungswirkleistung P1 zur Grundschwingungsscheinleistung S1:
wobei (p1 der Phasenverschiebungswinkel zwischen der Grundschwingung U1 der Spannung und der Grundschwingung I1 des Stromes ist. Der Verschiebungsfaktor wird auch als Grundschwingungs-leistungsfaktor bezeichnet (s. a. Leistungsfaktor).
cos(P1 = P1 / S1 = P1 / (U1 · I1)
Auf der Gleichstromseite eines Stromrichters ist der Gleichspannung Ud (arithmetischer Mittelwert) eine nichtsinusförmige Wechselspannung überlagert. Mit Welligkeit bezeichnet man das Verhältnis des Effektivwerts der Überlagerten Wechselspannung zum arithmetischen Mittelwert.
Der Wirkungsgrad ergibt sich aus der abgegebenen Wirkleistung Pab und der zugeführten Wirkleistung Pzu zu
η = Pab / Pzu · 100%
(Zusätzliche Ersatzstromversorgung). Stromversorgungsanlage nach VDE 0107 für medizinisch genutzte Räume (OP-Räume, Intensivstationen usw.), s. a. Mitlaufbetrieb.
Zuverlässigkeit ist die Fähigkeit einer Betrachtungseinheit (in diesem Falle einer USV-Anlage) innerhalb der vorgegebenen Grenzen (d. h. der technischen Daten) den durch den Verwendungszweck bedingten Anforderungen zu genügen, die an sie während einer gegebenen Zeitdauer gestellt sind.
Verbindungsglied zwischen Gleichrichter und Wechselrichter mit Glättungs- und Meßeinrichtungen sowie Batterieanschluß.
