Eine USV (Uninterruptible Power Supply) ist ein Gerät, das bei Ausfall oder Störung der Netzstromversorgung sofort und unterbrechungsfrei elektrische Energie aus Batterien bereitstellt.
Sie schützt angeschlossene Systeme vor Datenverlust, Hardware-Schäden oder Ausfällen.

• Überbrückung bei Stromausfall (Notstromversorgung für Minuten bis Stunden)
• Schutz vor Spannungsschwankungen (Spikes, Brownouts, Überspannung)
• Filterung von Netzstörungen (Frequenzschwankungen, Rauschen)
• Geordnete Abschaltung von Servern/Clients durch Management-Software

• Normalbetrieb: Netzstrom geht direkt an die Verbraucher
• Bei Stromausfall: Schaltet auf Batterie um (Umschaltzeit 2–10 ms)
• Geeignet für PCs, kleinere Systeme
• + günstig, - einfache Schutzfunktion

• Netzspannung läuft über AVR (Automatic Voltage Regulator)
• Kann Spannungsschwankungen ohne Batterieeinsatz ausgleichen
• Umschaltzeit 2–4 ms
• Geeignet für Serverräume kleiner bis mittlerer Größe

• Netzstrom → Gleichstrom → Wechselstrom (permanent)
• Keine Umschaltzeit, da Verbraucher immer an Inverter hängen
• Höchste Qualität (komplett gefiltert)
• Ideal für Rechenzentren, kritische Systeme
• + höchste Sicherheit, - teuer, hoher Energiebedarf

• Blackout – kompletter Ausfall
• Brownout – Spannungsabfall
• Überspannung – z. B. durch Blitzeinschläge
• Spannungsspitzen – kurze Peaks
• Frequenzschwankungen – Netz nicht stabil bei 50 Hz
• Rauschen / Störsignale – elektromagnetische Einflüsse

• Batterie/Akku (Blei-Gel oder Lithium-Ionen)
• Wechselrichter/Inverter (DC → AC)
• Ladegerät (Netzstrom → Akku)
• Bypass-Schalter (für Wartung oder Überlast)
• Steuerung & Management (Monitoring, SNMP, USB/Netzwerk)

• Leistung: in VA (Voltampere) angegeben
• Faustregel: Last der Geräte × Sicherheitsfaktor (1,2–1,5)
• Autonomiezeit: abhängig von Batteriegröße und Last
  • Büro-PC: wenige Minuten reichen
  • Server: 10–30 Minuten üblich
  • Rechenzentren: mehrere Stunden, oft in Kombination mit Notstromaggregat

• Heimarbeitsplatz: Offline-USV für PC und Router → reicht für geordnetes Herunterfahren
• Kleine Firma: Line-Interactive für Server, Switches und Firewall
• Rechenzentrum: Online-USVs + Dieselgenerator für unterbrechungsfreien Betrieb

• Regelmäßige Batterietests durchführen
• Akkutausch alle 3–5 Jahre (Blei) / 8–10 Jahre (Li-Ion)
• Ausreichende Luftzirkulation sicherstellen (Wärmeentwicklung)
• Keine Überlastung (VA-Grenze beachten)
• Monitoring einrichten (rechtzeitig Alarm bei schwachen Batterien)

• Offline = billig, Line-Interactive = Allrounder, Online = Premium
• VA ≠ Watt (Leistungsfaktor beachten, meist 0,6–0,8)
• USV schützt vor Ausfall UND Spannungsschwankungen
• Redundanz und regelmäßige Tests sind entscheidend für hohe Verfügbarkeit

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-Größe (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)         ≈ (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-Annäherung: Ohne PFC ~0,6; mit aktiver PFC ~0,9…0,95.
• Für kurze Überbrückungszeiten (5–15 min) reichen meist interne Batterien.
• Für längere Zeiten externe Battery-Packs oder Generator einplanen.

• a) Lasten erfassen: Nennleistung in Watt ($W$) und ggf. $PF$ pro Gerät
• b) Summe W bilden. Optional VA pro Gerät: $VA$_$i$$ = W$_$i$ $/ PF$_$i$
• c) konservativ dimensionieren:
  • Methode 1 (einfach): $VA = Summe$ ($W$) $/ 0,9$ (oder / kleinster PF)$ × 1,3$
  • Methode 2 (genau): $VA = (Σ W$_$i$ $/ PF$_$i$$) × 1,3$
• d) USV-Typ wählen (Line-Interactive vs. Online) je nach Schutzbedarf
• e) Ziel-Autonomie festlegen (z. B. 10, 15, 30 min)
• f) Batteriekapazität prüfen/auswählen: t ≈ (Whbatt * 0,6) / Wlast
• g) Reserve für Alterung/Temperatur berücksichtigen (+10…20% Wh)
• h) Optional Redundanz (N+1) und Generator-Kopplung bewerten

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:

• ΣW = 350 + 50 + 60 = 460 W

3.2 Scheinleistung konservativ:

• Methode 1 (einfach, PFgesamt≈0,9): VAbasis = 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
VA_switch = 50/0,60  ≈ 83 VA
VA_nas    = 60/0,95  ≈ 63 VA
ΣVA_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 Autonomieabschätzung mit typischer 24 V / 9 Ah Batterie (2×12V/9Ah):

• $Wh$_$batt$$ = 24 V * 9 Ah =$ $216 Wh$
• $Nutzbarη konservativ ≈ 0,6 ⇒ nutzbare Wh ≈ 216 * 0,6 =$ $130 Wh$ * $t = 130 Wh / 460 W =$ $0,283 h ≈ 17 min$ * 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 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. ==== 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, 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 überbrückt Hochlaufzeit des Generators (typ. 10–60 s). * Generatorleistung ≥ 1,2…1,5 × USV-Nennleistung (Transienten, THD). * AVR/regelbare Drehzahl am Generator verbessert Spannungsqualität. * Frequenz- und Spannungsstabilität prüfen (50 Hz ±, 230 V ±10%). ==== 6) Schnellformeln (Cheatsheet) ==== <code> 1) VA grob : VA ≈ (ΣW / 0,9) * 1,3 (mit PFC) VA ≈ (ΣW / 0,6) * 1,3 (ohne PFC/konservativ) 2) Autonomie (min) : t_min ≈ ((U * Ah * #Strings) * 0,6) / W * 60 3) Batterien hochskalieren: gewünschte Whbatt ≈ (W * tmin/60) / 0,6 benötigte Ah ≈ 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 (temperaturabhängig) * Dimensionierung lieber eine Stufe größer (Lüfterlast, Alterungsreserve)