Formelsammlung zur Dimensionierung und Berechnung von Unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USVs)

Print Friendly, PDF & Email

Die richtige Dimensionierung bzw. Berechnung von Unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USVs) ist wichtig um einen reibungsfreien Betrieb der USVs zu gewährleisten. Beispielsweise ist die Berechnung der sogenannten Autonomiezeit (Überbrückungszeit) existenziell, um zu Wissen wie viel Zeit bei einem Stromausfall oder anderen Netzstörung verbleibt, um z.B. Server und andere Systeme kontrolliert herunterfahren oder andere Maßnahmen durchführen zu können. In der folgenden Formelsammlung finden Sie alle nötigen Formeln.

In der nachfolgenden Formelsammlung zur Dimensionierung / Berechnung von USVs finden Sie alle wichtigen Formeln um USVs richtig zu dimensionieren, bzw. die Autonomie Zeit (Überbrückungszeit) zu berechnen!

Bitte gucken Sie sich auch meine Beiträge “Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)-Grundlagen kurz und knapp!” und “Auslegung und Berechnung von Unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USVs) : Übungsaufgaben mit Lösungen” an.

Diese Formelsammlung dürfte insbesondere auch für angehende Fachinformatiker (z.B.: Fachinformatiker Systemintegration oder Fachinformatiker Anwendungsentwicklung) interessant sein. In vielen IHK Prüfungen zum Fachinformatiker kommen Aufgaben zur Dimensionierung und Berechnung von USVs vor.

1. Wie hoch ist der abzusichernde Leistungsbedarf (Last)?

Um den Leistungsbedarf (Leistung der USV) zu bestimmen, muss zunächst die Gesamtlast (Last) berechnet werden, die an die USV angeschlossen werden soll. Hierzu wird zunächst eine Liste mit allen Geräten (z.B. Servern, Monitoren, Switches, etc.) erstellt und deren Leistungsaufnahme notiert.

Die Gesamtlast (Last) ergibt sich dann aus der Summe aller Einzelleistungen. Die Angaben zur Leistungsaufnahme (Maximum) finden sich meist auf  den Typenschildern der Netzteile der einzelnen Geräte! Es gilt grundsätzlich:

Die Gesamtlast muss kleiner sein als die Leistung der USV.          (1)

Zudem ist es sinnvoll mit einer Leistungsreserve zu rechnen. Wird zum Beispiel eine Leistungsreserve von 30 % angenommen, gilt:

Gesamtlast * 1,3 <=  Leistung der USV          (2)

(<= heißt kleiner gleich)

Wobei der Faktor 1,3 rechnerisch die “Addition” von 30% Leistungsreserve bedeutet! Bei einer Leistungsreserve von 20 % müsste mit Faktor 1,2 gerechnet werden, usw.

 

Die Berechnung der Gesamtlast ist somit sehr einfach. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass die Leistungen der USVs sowie die Leistungen der angeschlossenen Geräten mal in Watt (W) und mal in Volt*Ampere (VA) angegeben werden. Die Leistung in Watt ist die sogenannte Wirkleistung und die Leistung in VA die sogenannte Scheinleistung!

Ich möchte hier nicht weiter auf den Unterschied von Schein- und Wirkleistung eingehen. Dieses Wissen ist auch meistens nicht für das Bestehen der Prüfung notwendig. Für Interessierte gibt es aber sehr gut gemachte YouTube Videos.

Um den abzusichernden Leistungsbedarf ausrechnen zu können (Formeln (1) und (2)), müssen deshalb zunächst alle Angaben in Watt bzw. VA umgerechnet werden. Hierzu können folgende Nährungsformeln genommen werden:

Wirkleistung (in W) = Scheinleistung (in VA) * 0,65          (3)

Scheinleistung (in VA) = Wirkleistung (W) * 1,55          (4)

Manchmal ist auch nur der Strom (in Ampere (A) ) angegeben die ein angeschlossenes Gerät verbraucht. Dann muss die Scheinleistung folgender Maßen berechnet werden.

Scheinleistung (VA) = Strom (A) * Betriebsspannung (V)          (5)

Das heißt die Betriebsspannung muss noch als Parameter angegeben werden. Meist beträgt sie 230 V.


Berechnungsbeispiel:

An eine USV sollen folgende Geräte angeschlossen werden:

  1. Server (750 W)
  2. Firewall (100 VA)
  3. Switch (0,5 A / 230 V)

Es soll mit einer Leistungsreserve von 25 % gerechnet werden. Wie groß muss die Leistung der USV mindestens sein?

Lösung und Lösungsweg:

Gesamtlast (in W) = 750 W + 100VA*0,65 +0,5A*230V * 0,65 = 889,75 W = (ungefähr 890 W)

Gesamtlast inkl. Leistungsreserve von 25 % = 890 W *1,25 = 1112,5  W = 1112,5W * 1,55 = 1724,38 VA (ungefähr: 1113 W und 1725 VA)

Antwort:

Die USV muss über eine Leistung von mindestens 1113 W bzw. 1725 VA verfügen!


2. Berechnen der Autonomie Zeit (Überbrückungszeit, Laufzeit)

Die Autonomiezeit bzw. Überbrückungszeit ist die Zeit die eine USV im Falle eines Stromausfalls, bzw. einer Spannungsstörung der überbrücken kann. Die Formel für die Berechnung der Autonomiezeit (auch Laufzeitformel genannt) lautet:

t (h) = Anzahl der Akkus x Spannung der Akkus (V) x Kapazität der Akkus (Ah) / Gesamtlast (VA)          (6)

oder kurz:

t(h) =Anz. Akkus x U (V) x Q (Ah) / Gesamtlast (VA)          (7)

hier ist:

t(h) … die Autonomiezeit in Stunden (h)

U(V) … die Spannung der Akkumulatoren (Akkus) in Volt (V)

Q(Ah) … Die Kapazität der Akkumulatoren in Ampere*Stunden (Ah)

Gesamtlast (VA) … Gesamtleistung aller an die USV angeschlossenen Geräte in (VA)


Beispiel:

Zwei Disk-Arrays mit einer Leistungsaufnahme von jeweils 360 VA sollen an eine Online USV angeschlossen werden. Die USV enthält 24 Akkumulatoren mit jeweils 12 V Spannung und einer  Kapazität von jeweils 3,6 Ah

Bei einen Netzausfall soll die USV den Betrieb der Disk-Arrays aufrecht erhalten, solange bis die Akkus eine Restladung von 35% erreicht haben. Danach sollen die Disk Arrays kontrolliert herunter gefahren werden.

Wie lange kann die USV den Betrieb der Disk-Arrays aufrecht erhalten (Autonomiezeit), wenn davon ausgegangen wird, dass die alle 24 Akkumulatoren bei Eintritt des Stromausfalls zu 100% aufgeladen sind?

Lösungsweg und Lösung:

Zunächst berechnen wir die Gesamtlast die an der USV angeschlossen ist:

Gesamtlast = 2 x 360 VA = 720 VA

Die Gesamtlast entspricht also einer Scheinleistung von 720 VA die die USV zur Verfügung stellen muss. Nun ist die Frage wie lange sie das durchhält. Die Autonomiezeit kann mit Formel (7) berechnet werden.

 

t(h) = 24 x 12 V x 3,6 Ah x 0,65 / 720 VA = 0,94 h

Der Faktor 0,65 in der Formel kommt dadurch zustande, dass wir die Akkumulatoren nur bis 35 % ihrer Gesamtkapazität entladen wollen. Deshalb wird hier für die Kapazität nicht 3,6 Ah (100%) in die Formel eingesetzt  sondern 3,6 Ah * 0,65 (100% – 35% = 65%).

 

Antwort:

Die Autonomiezeit (Laufzeit) beträgt 0,94 Stunden oder ungefähr 56 Minuten! Dann sind nur noch 35 % der Gesamtkapazität der Akkus “übrig”.

 

 

 

 

 

By |2019-10-29T14:42:10+01:00Februar 14th, 2018|Alle Beiträge, EDV Welt, Übungen IHK Prüfungen|0 Comments
error: Content is protected !!