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it-themen:allgemein:usv

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it-themen:allgemein:usv [24.09.2025 10:02] – [Visualisierung: USV-Typen] larsit-themen:allgemein:usv [24.09.2025 15:46] (aktuell) – [Formel-Spickzettel (kurz & knackig)] lars
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 +[[start|zurĂŒck]]
 ====== USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) ====== ====== USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) ======
  
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   * USV schĂŒtzt vor Ausfall UND Spannungsschwankungen   * USV schĂŒtzt vor Ausfall UND Spannungsschwankungen
   * Redundanz und regelmĂ€ĂŸige Tests sind entscheidend fĂŒr hohe VerfĂŒgbarkeit   * Redundanz und regelmĂ€ĂŸige Tests sind entscheidend fĂŒr hohe VerfĂŒgbarkeit
 +
 +===== Berechnungen & Dimensionierung (mit Beispielen) =====
 +
 +==== 1) Grundformeln ====
 +<code>
 +Wirkleistung (W)           = U * I * cosφ
 +Scheinleistung (VA)        = U * I
 +Leistungsfaktor (PF)       = cosφ  (bei IT-Lasten i.d.R. 0,6
0,95)
 +Beziehung W ↔ VA           = W = VA * PF  ⇔  VA = W / PF
 +
 +Sicherheitszuschlag        = 20
50% (typisch 30% → Faktor 1,3)
 +Benötigte USV-GrĂ¶ĂŸe (VA)   = Summe_W / PF_gesamt * Zuschlag
 +
 +Batterie-Energie (Wh)      = U_batt (V) * Ah * (# Strings)
 +Nutzbarer Anteil (Blei)    = 60
80% (hochstrombedingte Verluste, Temperatur, Alterung)
 +USV-Wirkungsgrad η         = 0,8
0,95 (Online meist 0,9±, Line-Interactive 0,9±)
 +
 +Autonomie grob (h)         â‰ˆ (Wh_batt * Nutzbar * η) / W_Last
 +
 +Konservativ:               Nutzbar=0,7  und η=0,85  ⇒  Faktor ~0,6
 +=> t(h) ≈ (Wh_batt * 0,6) / W_Last
 +
 +HINWEIS:
 +‱ Herstellerlaufzeitdiagramme sind genauer (Peukert-Effekt, Entladekurven).
 +‱ PF-AnnĂ€herung: Ohne PFC ~0,6; mit aktiver PFC ~0,9
0,95.
 +‱ FĂŒr kurze ÜberbrĂŒckungszeiten (5–15 min) reichen meist interne Batterien.
 +‱ FĂŒr lĂ€ngere Zeiten externe Battery-Packs oder Generator einplanen.
 +</code>
 +
 +==== 2) Vorgehen Schritt fĂŒr Schritt ====
 +
 +  * **a)** Lasten erfassen: Nennleistung in Watt ($W$) und ggf. $PF$ pro GerĂ€t
 +  * **b)** Summe W bilden. Optional VA pro GerĂ€t: $VA$<sub>$i$</sub>$ = W$<sub>$i$</sub> $/ PF$<sub>$i$</sub>
 +  * **c)** konservativ dimensionieren:
 +    * Methode 1 (einfach): $VA = Summe$ ($W$) $/ 0,9$ (oder / kleinster PF)$ × 1,3$
 +    * Methode 2 (genau):   $VA = (ÎŁ W$<sub>$i$</sub> $/ PF$<sub>$i$</sub>$) × 1,3$
 +  * **d)** USV-Typ wĂ€hlen (Line-Interactive vs. Online) je nach Schutzbedarf
 +  * **e)** Ziel-Autonomie festlegen (z. B. 10, 15, 30 min)
 +  * **f)** BatteriekapazitĂ€t prĂŒfen/auswĂ€hlen: t ≈ (Wh_batt * 0,6) / W_last
 +  * **g)** Reserve fĂŒr Alterung/Temperatur berĂŒcksichtigen (+10
20% Wh)
 +  * **h)** Optional Redundanz (N+1) und Generator-Kopplung bewerten
 +
 +==== 3) Rechenbeispiel (kleiner Server-Stack) ====
 +**Gegeben:**
 +  * Server (PFC): 350 W, PF=0,90
 +  * Switch:       50 W,  PF=0,60
 +  * NAS (PFC):    60 W,  PF=0,95
 +  * Zielautonomie: ≄ 15 min
 +
 +----
 +
 +**3.1 Summe Last:**
 +  * ÎŁW = 350 + 50 + 60 = **460 W**
 +
 +----
 +
 +**3.2 Scheinleistung konservativ:**
 +  * Methode 1 (einfach, PF_gesamt≈0,9): 
 +    VA_basis = 460 W / 0,9 = **511 VA**
 +    Mit Zuschlag 30%: VA = 511 * 1,3 ≈ **664 VA**
 +
 +  * Methode 2 (genauer, je GerĂ€t):
 +    VA_server = 350/0,90 ≈ 389 VA
 +    VA_switch = 50/0,60  ≈ 83 VA
 +    VA_nas    = 60/0,95  ≈ 63 VA
 +    ÎŁVA_basis = 389 + 83 + 63 = **535 VA**
 +    Mit Zuschlag 30%: VA = 535 * 1,3 ≈ **696 VA**
 +
 +**=> Auswahl:** Eine **1000 VA** Line-Interactive oder Online-USV bietet Reserve (Einschaltströme, Alterung)
 +
 +----
 +
 +**3.3 AutonomieabschĂ€tzung mit typischer 24 V / 9 Ah Batterie (2×12V/9Ah):**
 +
 +  * $Wh$<sub>$batt$</sub>$ = 24 V * 9 Ah =$ **$216 Wh$**
 +  * Nutzbar * $η$ konservativ $≈ 0,6$  ⇒ nutzbare $ Wh ≈ 216 * 0,6 =$ **$130 Wh$**
 +  * $t = 130 Wh / 460 W =$ **$0,283 h ≈ 17 min$**
 +  * **Ergebnis:** Ziel ≄15 min wird erreicht
 +
 +----
 +
 +**3.4 Wenn ≄ 30 min gefordert:**
 +  * Benötigte nutzbare Wh ≈ 0,5 h * 460 W = **230 Wh**
 +  * Mit Faktor 0,6 rĂŒckwĂ€rts: Wh_batt ≈ 230 / 0,6 ≈ **383 Wh**
 +  * Bei 24 V ergibt sich Ah ≈ 383 / 24 ≈ **16 Ah**
 +  * ⇒ z. B. **24 V / 18–20 Ah** (intern + externes Battery-Pack) einplanen
 +
 +==== 4) Redundanz (N+1) kurz erklĂ€rt ====
 +  * Zwei USVs parallel (ĂŒber ATS/STS oder Dual-Netzteile):
 +    - **Jede** USV sollte die **volle kritische Last** alleine tragen können
 +      oder mindestens >60–70% je nach Verteilung und ATS-Strategie
 +    - Getrennte Strompfade (USV A → PDU A, USV B → PDU B)
 +    - Wartung & Batterietausch ohne Downtime möglich
 +
 +==== 5) Generator-Kopplung ====
 +  * USV ĂŒberbrĂŒckt Hochlaufzeit des Generators (typ. 10–60 s)
 +  * Generatorleistung ≄ 1,2
1,5 × USV-Nennleistung (Transienten, THD)
 +  * AVR/regelbare Drehzahl am Generator verbessert SpannungsqualitĂ€t
 +  * Frequenz- und SpannungsstabilitĂ€t prĂŒfen (50 Hz ±, 230 V ±10%)
 +
 +==== 6) Schnellformeln (Cheatsheet) ====
 +<code>
 +1) VA grob         : VA ≈ (ÎŁW / 0,9) * 1,3         (mit PFC)
 +                     VA ≈ (ÎŁW / 0,6) * 1,3         (ohne PFC/konservativ)
 +
 +2) Autonomie (min) : t_min ≈ ((U * Ah * #Strings) * 0,6) / W * 60
 +
 +3) Batterien hochskalieren:
 +   gewĂŒnschte Wh_batt ≈ (W * t_min/60) / 0,6
 +   benötigte Ah       â‰ˆ Wh_batt / U
 +   (U=24 V, 36 V, 48 V je nach USV)
 +</code>
 +
 +==== 7) Typische Praxiswerte ====
 +  * Line-Interactive 1000 VA: 2×12 V / 9 Ah → ~10–20 min @ 400–600 W
 +  * Online 1500 VA (1,5 kVA): 36–48 V Batteriespannung, externe Packs -> 30–60+ min
 +  * Batterietauschzyklen: Blei 3–5 Jahre, Li-Ion 8–10 Jahre (temperaturabhĂ€ngig)
 +  * Dimensionierung lieber eine Stufe grĂ¶ĂŸer (LĂŒfterlast, Alterungsreserve)
 +
 +===== Beispiel 2: Rack mit Dual-PSUs (Redundanz N+1) =====
 +
 +Ziel: Jedes GerĂ€t hat zwei Netzteile (PSU A/B). Last wird auf zwei getrennte USV-Pfade (Pfad A und Pfad B) verteilt. Bei Ausfall einer USV muss die verbleibende USV die **gesamte kritische Last** tragen können.
 +
 +==== a) Topologie ====
 +< a2s >
 +               +-------------------- REDUNDANZ-ÜBERSICHT --------------------+
 +               |                                                             |
 +         [Einspeisung A]                                              [Einspeisung B]
 +               |                                                             |
 +               |                                                             |
 +            [USV A]                                                       [USV B]
 +           (online)                                                      (online)
 +               |                                                             |
 +               |                                                             |
 +            [PDU A]--------------------------------------------------+    [PDU B]
 +               |                                                     |       |
 +      +--------+--------+                                     +------+-------+------+
 +      |                 |                                     |                     |
 + [Server1 PSU-A]   [Server2 PSU-A]                      [Server1 PSU-B]       [Server2 PSU-B]
 +      |                 |                                     |                     |
 +  ----+-----------------+-------------------------------------+---------------------+----
 +  Hinweis: Trennung der Pfade A/B beibehalten (versch. Steckdosenleisten/Phasen).
 +</a2s>
 +
 +==== b) StĂŒckliste (Beispiel) ====
 +  * 2× USV online, **je** ≄ 1500 VA (1,5 kVA) **oder** passend zur Last (siehe c)
 +  * 2× Rack-PDU (C13/C19 gemischt), je eine an USV A bzw. USV B
 +  * 2× getrennte Einspeisungen/Leitungen (möglichst unterschiedliche Phasen)
 +  * Option: 1× ATS/STS (Automatic/Static Transfer Switch) **pro** Single-PSU-GerĂ€t
 +  * Patch-/Kabelsatz: C13/C14/C19/C20 nach Bedarf, farblich getrennt (A=rot, B=blau)
 +  * SNMP-Karten/Netzwerkkarten fĂŒr beide USVs, Management via NUT/apcupsd/Hersteller-Tools
 +
 +==== c) Dimensionierung & Checks ====
 +**Gegeben:**
 +  * Kritische Last ($ÎŁW$<sub>$crit$</sub>) $= 900 W$
 +  * Leistungsfaktor gesamt $PF ≈ 0,9$ (PFC-GerĂ€te)
 +  * Ziel-Autonomie $t ≄ 15 min$
 +
 +**c.1 USV-Leistung je Pfad (N+1):**
 +  * Redundanzregel: *Eine* USV muss **$900 W$** alleine versorgen können.
 +  * $VA$<sub>$need$</sub> $= W / PF = 900 / 0,9 =$ **$1000 VA$**
 +  * Zuschlag $30$%: $1000 * 1,3 =$ **$1300 VA$**
 +  * **Ergo:** WĂ€hle **%≄ 1500 VA%** pro USV (Reserve fĂŒr Einschaltstrom/Alterung).
 +
 +**c.2 Normalbetrieb (Lastverteilung):**
 +  * Balanced Split: je Pfad $≈ 50$% → $~450 W$ pro USV
 +  * Beide USVs laufen im effizienten Teillastbereich (leiser/kĂŒhler)
 +
 +**c.3 Fehlerfall (USV A fĂ€llt aus):**
 +  * USV B muss **$900 W$** tragen → innerhalb der $1500 VA$-USV inkl. Zuschlag ✓
 +
 +**c.4 AutonomieabschĂ€tzung pro USV:**
 +  * Beispielbatterie USV: $36 V / 12 Ah (3×12 V/12 Ah) ⇒ Wh_batt ≈ 432 Wh$
 +  * Nutzbar * $η$ konservativ $≈ 0,6$ → nutzbar $≈ 432 * 0,6 =$ **$259 Wh$**
 +  * **Fehlerfall** (volle Last auf 1 USV): $t ≈ 259 Wh / 900 W =$ **$0,288 h ≈ 17 min$**
 +  * Ziel $t ≄ 15 min$ wird **im Worst-Case** erreicht
 +  * FĂŒr $t ≄ 30 min$ → externe Battery-Packs, z. B. $Wh$<sub>$batt-needed$</sub> $≈ (900 W * 0,5 h) / 0,6 ≈$ **$750 Wh$**
 +
 +**c.5 Derating/Reserve:**
 +  * Umgebungstemp. $20–25 °C$ anstreben (Batterielebensdauer!).
 +  * Reserve fĂŒr Alterung/Temperatur $+10
20$% einplanen.
 +  * Kurzzeitige Peaks (Boot/Sync) berĂŒcksichtigen (Spezifikationen „ÜberlastfĂ€higkeit“).
 +
 +==== d) Single-PSU-GerĂ€te einbinden ====
 +  * Pro Single-PSU-GerĂ€t **ATS/STS** nutzen:
 +    - PrimĂ€r an PDU A, SekundĂ€r an PDU B
 +    - Transferzeit <10 ms (typ. 4–8 ms), mit USV-Puffer i. d. R. problemlos
 +  * Alternativ: umziehen auf Dual-PSU-Hardware (empfohlen fĂŒr kritische Systeme)
 +
 +==== e) Betrieb & Monitoring ====
 +  * USV-SNMP in Zabbix/Prometheus/Grafana integrieren (Ladezustand, Runtime, Alarme)
 +  * RegelmĂ€ĂŸige Last- und Batterietests (monatlich/vierteljĂ€hrlich), jĂ€hrlicher „Full Discharge“-Test wenn vom Hersteller freigegeben
 +  * Geordnete Abschaltung: NUT/apcupsd-Master an USV A **und** B anbinden; Shutdown-Policy:
 +    - **AUSFALL 1 Pfad:** weiterlaufen
 +    - **Batterie kritisch beider Pfade:** geordneter Shutdown (PrioritĂ€ten/Sequenzen)
 +
 +==== f) Schnell-Checkliste (Go-Live) ====
 +  - [ ] Lastplan dokumentiert (W, PF, Einschaltströme)
 +  - [ ] Pfadtrennung physisch/farbcodiert
 +  - [ ] Jede USV kann ÎŁW_crit **allein** tragen
 +  - [ ] ATS/STS fĂŒr Single-PSU-GerĂ€te getestet
 +  - [ ] Autonomie im Fehlerfall ≄ Ziel (Messung!)
 +  - [ ] Alarme/Benachrichtigungen aktiv (Mail/Chat/Webhook)
 +  - [ ] Wartungsfenster & Batterietauschzyklus definiert
 +
 +----
 +
 +===== Kalkulations-Vorlage (zum AusfĂŒllen) =====
 +
 +**Hinweis:** PF = Leistungsfaktor (typisch: mit PFC ≈ 0,9; ohne PFC ≈ 0,6).  
 +Empfohlener Zuschlag: 30% (1,3). Autonomie grob: t(h) ≈ (Wh_batt * 0,6) / W_last.
 +
 +==== A) Lasten erfassen ====
 +^ GerĂ€t                 ^ W (Watt) ^ PF (0,6–0,95) ^ VA = W/PF ^ Bemerkung                              ^
 +| BeispielgerĂ€t 1       |          |                |           |                                        |
 +| BeispielgerĂ€t 2       |          |                |           |                                        |
 +| BeispielgerĂ€t 3       |          |                |           |                                        |
 +| **Summe**             | **ÎŁW**   | —              | **ÎŁVA**   |                                        |
 +
 +==== B) USV-Dimensionierung ====
 +^ Methode ^ Rechnung                                ^ Ergebnis ^
 +| 1 (einfach) | $VA$<sub>$einfach$</sub> $= (ÎŁW / 0,9) * 1,3$            |                     |
 +| 2 (genau)   | $VA$<sub>$genau$</sub>   $= (ÎŁ (W_i / PF_i)) * 1,3$       |                     |
 +| **Empfehlung** | **nimm die grĂ¶ĂŸere der beiden**         | **$USV ≄ 
 VA$**      |
 +
 +==== C) Autonomie-AbschĂ€tzung ====
 +^ Parameter                       ^ Wert                  ^
 +| Ziel-Autonomie (min)            |                       |
 +| Last $W$<sub>$last$</sub> ($W$)                 | $= ÎŁW $                 |
 +| Batterie-Spannung U ($V$)         | 24 / 36 / 48          |
 +| KapazitĂ€t Ah                    |                       |
 +| $Wh$<sub>$batt$</sub> $= U * Ah * $ #Strings     |                       |
 +| **t(h) ≈ (Wh_batt * 0,6) / W_last** | **= 
 h ≈ 
 min**      |
 +
 +==== D) Redundanz (optional) ====
 +^ Punkt                                     ^ OK/Anmerkung ^
 +| Jede USV kann ÎŁW_crit alleine tragen      |               |
 +| Pfadtrennung (PDU A/B, Farbcodes)         |               |
 +| ATS/STS fĂŒr Single-PSU-GerĂ€te             |               |
 +| Shutdown-Policy (NUT/apcupsd) definiert   |               |
 +
 +----
 +
 +===== Formel-Spickzettel (kurz & knackig) =====
 +<code>
 +1) VA/W/PF:
 +   VA = W / PF       |   W = VA * PF        |   PF ≈ 0,9 (PFC), 0,6 (ohne PFC)
 +
 +2) Zuschlag:
 +   USV_VA_required ≈ (ÎŁW / PF_gesamt) * 1,3
 +   (oder genauer: (ÎŁ(W_i/PF_i)) * 1,3)
 +
 +3) Batterie & Autonomie:
 +   Wh_batt = U(V) * Ah * (#Strings)
 +   t(h) ≈ (Wh_batt * 0,6) / W_last
 +   Wh_batt_needed ≈ (W_last * t_min/60) / 0,6
 +   Ah_needed ≈ Wh_batt_needed / U
 +
 +4) Praxis-PF:
 +   Server/NAS/Firewall mit aktiver PFC: PF 0,90
0,95
 +   Kleine Switches, alte Netzteile: PF 0,55
0,7
 +</code>
 +
 +----
 +
 +===== Presets / Beispielzeilen (sofort nutzbar) =====
 +
 +==== 1) Heim-NAS ====
 +^ GerĂ€t   ^ W ^ PF ^ VA = W/PF ^ Bemerkung                ^
 +| NAS     | 35 | 0,95 | 37     | 1-Bay/2-Bay Heim-NAS     |
 +| Router  | 12 | 0,60 | 20     | ohne aktive PFC          |
 +| **Summe** | **47** | — | **57** |                      |
 +**USV-GrĂ¶ĂŸe (einfach)**: (47/0,9)*1,3 ≈ **68 VA** → **USV ≄ 400–600 VA** (Reserve, Einschaltstrom).  
 +**Autonomie grob** (24V/9Ah=216Wh): t ≈ (216*0,6)/47 ≈ **2,76 h**.
 +
 +----
 +
 +==== 2) 1-HE-Server (klein) ====
 +^ GerĂ€t  ^ W ^ PF ^ VA = W/PF ^ Bemerkung        ^
 +| Server | 250 | 0,90 | 278  | 1× PSU, PFC       |
 +| **Summe** | **250** | — | **278** |           |
 +**USV-GrĂ¶ĂŸe (genau)**: 278*1,3 ≈ **361 VA** → **USV ≄ 750–1000 VA** (Reserve/Erweiterung).  
 +**Autonomie grob** (24V/9Ah): t ≈ (216*0,6)/250 ≈ **0,52 h ≈ 31 min**.
 +
 +----
 +
 +==== 3) 2× Switch (Access) ====
 +^ GerĂ€t   ^ W ^ PF ^ VA = W/PF ^ Bemerkung                ^
 +| Switch 1| 45 | 0,60 | 75     | ohne PFC (konservativ)   |
 +| Switch 2| 45 | 0,60 | 75     | ohne PFC (konservativ)   |
 +| **Summe** | **90** | — | **150** |                      |
 +**USV-GrĂ¶ĂŸe (genau)**: 150*1,3 ≈ **195 VA** → **USV ≄ 600–800 VA** (Wachstum/PoE-Spitzen).  
 +**Autonomie grob** (24V/9Ah): t ≈ (216*0,6)/90 ≈ **1,44 h ≈ 86 min**.
 +
 +----
 +
 +==== 4) Firewall (Rack) ====
 +^ GerĂ€t    ^ W ^ PF ^ VA = W/PF ^ Bemerkung       ^
 +| Firewall | 80 | 0,90 | 89     | PFC-Netzteil    |
 +| **Summe** | **80** | — | **89** |                |
 +**USV-GrĂ¶ĂŸe (einfach)**: (80/0,9)*1,3 ≈ **116 VA** → **USV ≄ 600–800 VA** (Spitzen/Reserve).  
 +**Autonomie grob** (24V/9Ah): t ≈ (216*0,6)/80 ≈ **1,62 h ≈ 97 min**.
 +
 +----
 +
 +**Tipp:** FĂŒr **gemeinsame USV** (z. B. Firewall + 2×Switch + NAS):  
 +ÎŁW = 80 + 90 + 47 = **217 W** → VA_einfach = (217/0,9)*1,3 ≈ **313 VA** → **USV ≄ 1000–1500 VA** (Reserve + Wachstum).  
 +Autonomie (24V/9Ah): t ≈ (216*0,6)/217 ≈ **0,60 h ≈ 36 min**.  
 +FĂŒr **~15 min** reichen kleinere Batterien; fĂŒr **30–60 min**: externes Battery-Pack oder höhere Spannung (36/48 V).
  
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