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 ≈ (Wh_batt * 0,6) / W_last
• 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, 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 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 =$ $216 Wh$
• 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 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

• Zwei USVs parallel (über ATS/STS oder Dual-Netzteile):
  1. Jede USV sollte die volle kritische Last alleine tragen können

oder mindestens >60–70% je nach Verteilung und ATS-Strategie

1. Getrennte Strompfade (USV A → PDU A, USV B → PDU B)
2. Wartung & Batterietausch ohne Downtime möglich

• 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%)

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 Wh_batt ≈ (W * t_min/60) / 0,6
   benötigte Ah       ≈ Wh_batt / U
   (U=24 V, 36 V, 48 V je nach USV)

• 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)

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.

• 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

Gegeben:

• Kritische Last ($ΣW$_$crit$) $= 900 W$
• 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.
• $VA$_$need$ $= W / PF = 900 / 0,9 =$ $1000 VA$
• 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. $Wh$_{$batt-needed$} $≈ (900 W * 0,5 h) / 0,6 ≈$ $750 Wh$

c.5 Derating/Reserve:

• Umgebungstemp. $20–25 °C$ anstreben (Batterielebensdauer!).
• Reserve für Alterung/Temperatur $+10…20$% einplanen.
• Kurzzeitige Peaks (Boot/Sync) berücksichtigen (Spezifikationen „Überlastfähigkeit“).

• Pro Single-PSU-Gerät ATS/STS nutzen:
  1. Primär an PDU A, Sekundär an PDU B
  2. Transferzeit <10 ms (typ. 4–8 ms), mit USV-Puffer i. d. R. problemlos
• Alternativ: umziehen auf Dual-PSU-Hardware (empfohlen für kritische Systeme)

• 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:
  1. AUSFALL 1 Pfad: weiterlaufen
  2. Batterie kritisch beider Pfade: geordneter Shutdown (Prioritäten/Sequenzen)

1. [ ] Lastplan dokumentiert (W, PF, Einschaltströme)
2. [ ] Pfadtrennung physisch/farbcodiert
3. [ ] Jede USV kann ΣW_crit allein tragen
4. [ ] ATS/STS für Single-PSU-Geräte getestet
5. [ ] Autonomie im Fehlerfall ≥ Ziel (Messung!)
6. [ ] Alarme/Benachrichtigungen aktiv (Mail/Chat/Webhook)
7. [ ] Wartungsfenster & Batterietauschzyklus definiert

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.