Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen angezeigt.

--- it-themen:allgemein:usv [24.09.2025 12:27] – [2) Vorgehen Schritt für Schritt] lars
+++ it-themen:allgemein:usv [24.09.2025 15:46] (aktuell) – [Formel-Spickzettel (kurz & knackig)] lars
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+[[start|zurück]]
 ====== USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) ======
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 ==== 2) Vorgehen Schritt für Schritt ====
-  * **a)** Lasten erfassen: Nennleistung in Watt (W) und ggf. PF pro Gerät.
-  * **b)** Summe W bilden. Optional VA pro Gerät: VA_i = W_i / PF_i.
+  * **a)** Lasten erfassen: Nennleistung in Watt ($W$) und ggf. $PF$ pro Gerät
+  * **b)** Summe W bilden. Optional VA pro Gerät: $VA$<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 1 (einfach): $VA = Summe$ ($W$) $/ 0,9$ (oder / kleinster PF)$ × 1,3$
-      * Methode 2 (genau):   VA = (Σ W_i / PF_i) × 1,3
+    * Methode 2 (genau):   $VA = (Σ W$<sub>$i$</sub> $/ PF$<sub>$i$</sub>$) × 1,3$
-  * **d)** USV-Typ wählen (Line-Interactive vs. Online) je nach Schutzbedarf.
+  * **d)** USV-Typ wählen (Line-Interactive vs. Online) je nach Schutzbedarf
-  * **e)** Ziel-Autonomie festlegen (z. B. 10, 15, 30 min).
+  * **e)** Ziel-Autonomie festlegen (z. B. 10, 15, 30 min)
-  * **f)** Batteriekapazität prüfen/auswählen: t ≈ (Wh_batt * 0,6) / W_last.
+  * **f)** Batteriekapazität prüfen/auswählen: t ≈ (Wh_batt * 0,6) / W_last
-  * **g)** Reserve für Alterung/Temperatur berücksichtigen (+10…20% Wh).
+  * **g)** Reserve für Alterung/Temperatur berücksichtigen (+10…20% Wh)
-  * **h)** Optional Redundanz (N+1) und Generator-Kopplung bewerten.
+  * **h)** Optional Redundanz (N+1) und Generator-Kopplung bewerten
 ==== 3) Rechenbeispiel (kleiner Server-Stack) ====
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   * NAS (PFC):    60 W,  PF=0,95
   * Zielautonomie: ≥ 15 min
+----
 **3.1 Summe Last:**
   * ΣW = 350 + 50 + 60 = **460 W**
+----
 **3.2 Scheinleistung konservativ:**
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     VA_basis = 460 W / 0,9 = **511 VA**
     Mit Zuschlag 30%: VA = 511 * 1,3 ≈ **664 VA**
   * Methode 2 (genauer, je Gerät):
     VA_server = 350/0,90 ≈ 389 VA
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     Mit Zuschlag 30%: VA = 535 * 1,3 ≈ **696 VA**
-**=> Auswahl:** Eine **1000 VA** Line-Interactive oder Online-USV bietet Reserve (Einschaltströme, Alterung).
+**=> Auswahl:** Eine **1000 VA** Line-Interactive oder Online-USV bietet Reserve (Einschaltströme, Alterung)
+----
 **3.3 Autonomieabschätzung mit typischer 24 V / 9 Ah Batterie (2×12V/9Ah):**
-  * Wh_batt = 24 V * 9 Ah = **216 Wh**
-  * Nutzbar*η konservativ ≈ 0,6  ⇒ nutzbare Wh ≈ 216 * 0,6 = **130 Wh**
+  * $Wh$<sub>$batt$</sub>$ = 24 V * 9 Ah =$ **$216 Wh$**
-  * t = 130 Wh / 460 W = **0,283 h ≈ 17 min**
+  * Nutzbar * $η$ konservativ $≈ 0,6$  ⇒ nutzbare $ Wh ≈ 216 * 0,6 =$ **$130 Wh$**
-  * **Ergebnis:** Ziel ≥15 min wird erreicht.
+  * $t = 130 Wh / 460 W =$ **$0,283 h ≈ 17 min$**
+  * **Ergebnis:** Ziel ≥15 min wird erreicht
+----
 **3.4 Wenn ≥ 30 min gefordert:**
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   * Mit Faktor 0,6 rückwärts: 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.
+  * ⇒ z. B. **24 V / 18–20 Ah** (intern + externes Battery-Pack) einplanen
 ==== 4) Redundanz (N+1) kurz erklärt ====
   * Zwei USVs parallel (über ATS/STS oder Dual-Netzteile):
-    - **Jede** USV sollte die **volle kritische Last** alleine tragen können,
+    - **Jede** USV sollte die **volle kritische Last** alleine tragen können
-      oder mindestens >60–70% je nach Verteilung und ATS-Strategie.
+      oder mindestens >60–70% je nach Verteilung und ATS-Strategie
-    - Getrennte Strompfade (USV A → PDU A, USV B → PDU B).
+    - Getrennte Strompfade (USV A → PDU A, USV B → PDU B)
-    - Wartung & Batterietausch ohne Downtime möglich.
+    - Wartung & Batterietausch ohne Downtime möglich
 ==== 5) Generator-Kopplung ====
-  * USV überbrückt Hochlaufzeit des Generators (typ. 10–60 s).
+  * USV überbrückt Hochlaufzeit des Generators (typ. 10–60 s)
-  * Generatorleistung ≥ 1,2…1,5 × USV-Nennleistung (Transienten, THD).
+  * Generatorleistung ≥ 1,2…1,5 × USV-Nennleistung (Transienten, THD)
-  * AVR/regelbare Drehzahl am Generator verbessert Spannungsqualität.
+  * AVR/regelbare Drehzahl am Generator verbessert Spannungsqualität
-  * Frequenz- und Spannungsstabilität prüfen (50 Hz ±, 230 V ±10%).
+  * Frequenz- und Spannungsstabilität prüfen (50 Hz ±, 230 V ±10%)
 ==== 6) Schnellformeln (Cheatsheet) ====
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   * Dimensionierung lieber eine Stufe größer (Lüfterlast, Alterungsreserve)
+===== Beispiel 2: Rack mit Dual-PSUs (Redundanz N+1) =====
+Ziel: Jedes Gerät 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) Stückliste (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-Gerät
+  * Patch-/Kabelsatz: C13/C14/C19/C20 nach Bedarf, farblich getrennt (A=rot, B=blau)
+  * SNMP-Karten/Netzwerkkarten für beide USVs, Management via NUT/apcupsd/Hersteller-Tools
+==== c) Dimensionierung & Checks ====
+**Gegeben:**
+  * Kritische Last ($ΣW$<sub>$crit$</sub>) $= 900 W$
+  * Leistungsfaktor gesamt $PF ≈ 0,9$ (PFC-Geräte)
+  * 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:** Wähle **%≥ 1500 VA%** pro USV (Reserve für Einschaltstrom/Alterung).
+**c.2 Normalbetrieb (Lastverteilung):**
+  * Balanced Split: je Pfad $≈ 50$% → $~450 W$ pro USV
+  * Beide USVs laufen im effizienten Teillastbereich (leiser/kühler)
+**c.3 Fehlerfall (USV A fällt aus):**
+  * USV B muss **$900 W$** tragen → innerhalb der $1500 VA$-USV inkl. Zuschlag ✓
+**c.4 Autonomieabschätzung 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
+  * Für $t ≥ 30 min$ → 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 für Alterung/Temperatur $+10…20$% einplanen.
+  * Kurzzeitige Peaks (Boot/Sync) berücksichtigen (Spezifikationen „Überlastfähigkeit“).
+==== d) Single-PSU-Geräte einbinden ====
+  * Pro Single-PSU-Gerät **ATS/STS** nutzen:
+    - Primär an PDU A, Sekundär an PDU B
+    - Transferzeit <10 ms (typ. 4–8 ms), mit USV-Puffer i. d. R. problemlos
+  * Alternativ: umziehen auf Dual-PSU-Hardware (empfohlen für kritische Systeme)
+==== e) Betrieb & Monitoring ====
+  * USV-SNMP in Zabbix/Prometheus/Grafana integrieren (Ladezustand, Runtime, Alarme)
+  * Regelmäßige Last- und Batterietests (monatlich/vierteljährlich), jährlicher „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 (Prioritäten/Sequenzen)
+==== f) Schnell-Checkliste (Go-Live) ====
+  - [ ] Lastplan dokumentiert (W, PF, Einschaltströme)
+  - [ ] Pfadtrennung physisch/farbcodiert
+  - [ ] Jede USV kann ΣW_crit **allein** tragen
+  - [ ] ATS/STS für Single-PSU-Geräte getestet
+  - [ ] Autonomie im Fehlerfall ≥ Ziel (Messung!)
+  - [ ] Alarme/Benachrichtigungen aktiv (Mail/Chat/Webhook)
+  - [ ] Wartungsfenster & Batterietauschzyklus definiert
+----
+===== Kalkulations-Vorlage (zum Ausfüllen) =====
+**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 ====
+^ Gerät                 ^ W (Watt) ^ PF (0,6–0,95) ^ VA = W/PF ^ Bemerkung                              ^
+| Beispielgerät 1       |          |                |           |                                        |
+| Beispielgerät 2       |          |                |           |                                        |
+| Beispielgerät 3       |          |                |           |                                        |
+| **Summe**             | **ΣW**   | —              | **ΣVA**   |                                        |
+==== B) USV-Dimensionierung ====
+^ Methode ^ Rechnung                                ^ Ergebnis ^
+| 1 (einfach) | $VA$<sub>$einfach$</sub> $= (ΣW / 0,9) * 1,3$            |                     |
+| 2 (genau)   | $VA$<sub>$genau$</sub>   $= (Σ (W_i / PF_i)) * 1,3$       |                     |
+| **Empfehlung** | **nimm die größere der beiden**         | **$USV ≥ … VA$**      |
+==== C) Autonomie-Abschätzung ====
+^ Parameter                       ^ Wert                  ^
+| Ziel-Autonomie (min)            |                       |
+| Last $W$<sub>$last$</sub> ($W$)                 | $= ΣW $                 |
+| Batterie-Spannung U ($V$)         | 24 / 36 / 48          |
+| Kapazität 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 ΣW_crit alleine tragen      |               |
+| Pfadtrennung (PDU A/B, Farbcodes)         |               |
+| ATS/STS für Single-PSU-Geräte             |               |
+| Shutdown-Policy (NUT/apcupsd) definiert   |               |
+----
+===== Formel-Spickzettel (kurz & knackig) =====
+<code>
+) VA/W/PF:
+   VA = W / PF       |   W = VA * PF        |   PF ≈ 0,9 (PFC), 0,6 (ohne PFC)
+) Zuschlag:
+   USV_VA_required ≈ (ΣW / PF_gesamt) * 1,3
+   (oder genauer: (Σ(W_i/PF_i)) * 1,3)
+) 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
+) 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 ====
+^ Gerät   ^ 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-Größe (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) ====
+^ Gerät  ^ W ^ PF ^ VA = W/PF ^ Bemerkung        ^
+| Server | 250 | 0,90 | 278  | 1× PSU, PFC       |
+| **Summe** | **250** | — | **278** |           |
+**USV-Größe (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) ====
+^ Gerät   ^ 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-Größe (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) ====
+^ Gerät    ^ W ^ PF ^ VA = W/PF ^ Bemerkung       ^
+| Firewall | 80 | 0,90 | 89     | PFC-Netzteil    |
+| **Summe** | **80** | — | **89** |                |
+**USV-Größe (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:** Für **gemeinsame USV** (z. B. Firewall + 2×Switch + NAS):
+ΣW = 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**.
+Für **~15 min** reichen kleinere Batterien; für **30–60 min**: externes Battery-Pack oder höhere Spannung (36/48 V).