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Notstromversorgung ist die Stromversorgung eines elektrischen Netzes, die in Betrieb geht, sobald die übliche primäre Stromversorgung (zB Netzspannung des Elektrizitätswerks) ausfällt. Um die Notstromversorgung einzuschalten, müssen zunächst zwei Bedingungen erfüllt sein:
- das Frequenz des Versorgungsnetzes für einen Zeitraum von 6 Sekunden unter 6% der üblichen Frequenz fällt (die Frequenz des europäischen Stromnetzes beträgt 50 Hz).
- die effektive Stromspannung weicht mehr als x% von der üblichen Effektivspannung ab. Diese tolerierte Abweichung hängt von den angeschlossenen Geräten ab.
Ein Notstromsystem, das die Netzspannung unterbrechungsfrei übernehmen kann, wird als "keine PauseInstallation". Oft wird eine Kombination aus USV (siehe unten) und Notstromaggregat verwendet. Die USV liefert in den ersten Minuten den Strom, danach übernimmt das Notstromaggregat und lädt die USV wieder auf. Die USV ist selbst- enthalten keine Notstromversorgung, da eine USV das Netz nicht semipermanent ersetzen kann.
USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung)
Eine USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) ist ein Netzteil, das die darunterliegende Ausrüstung unterbrechungsfrei mit Strom versorgt. Ein anderer Begriff dafür ist keine PauseErnährung. Wenn es für Benutzer von Netzspannung wichtig ist, dass sie mit einer Dauerspannung versorgt werden, werden sie hinter einer USV-Anlage platziert. Diese Art der Installation findet sich daher in Rechenzentren, Banken, Versicherungen und allen anderen Anwendungen, bei denen eine 100%ige Netzspannung gewährleistet sein muss.
Es gibt zwei Arten von USV-Systemen auf dem Markt:
- statische USV-Anlagen, bei denen die Ausgangsspannung von einer aktiven Komponente erzeugt wird, z. B. a IGBT.
- dynamische USV-Anlagen, bei denen die Ausgangsspannung von einem Generator erzeugt wird.
Darüber hinaus sind zwei unterschiedliche Formen von Energiespeichern im Einsatz:
- mittels Batterien oder Batterien (auch statischer Speicher genannt).
- durch ein Schwungrad (auch dynamischer Speicher genannt)
Dynamische USV-Systeme werden für hohe Leistungen und statische USV-Systeme für kleinere Leistungen (< 1000 kVA) verwendet. Schwungräder und Batterien können für jede Leistung verwendet werden. Die Art der Energiespeicherung ist also unabhängig von der Leistung.
Statische USV
Die Statik unterbrechungsfreie Stromversorgung besteht normalerweise aus a Gleichrichter, eine Batterie und a Wandler. Diese Art von batteriebetriebenem System wird auch als statische USV bezeichnet.
Merkmale einer USV sind:
- das Maximum liefern Leistung
- die maximale Zeit, die die USV diese Leistung bereitstellen kann (oft mehrere Minuten).
Eine kleinere USV kann beispielsweise 500 . transportieren VA liefern und damit a pc mehrere zehn Minuten füttern. Große USV-Anlagen können bis zu wenigen MVA (MegaVA) liefern und ganze Computerräume und Rechenzentren mit Strom versorgen, bis ein (Diesel-)Generator übernimmt.
Das System ist oft modular aufgebaut und kann im Laufe der Zeit an sich ändernde Bedürfnisse angepasst werden.
Die USV kann an die unterstützten Systeme so angeschlossen werden, dass diese ein Signal über den Status der USV erhalten. Droht die Notstromversorgung auszugehen, können Computer ausfallen schließen Ausführen.
Struktur
Eine USV kann auf unterschiedliche Weise aufgebaut sein.
Die zuverlässigste Methode ist die sogenannte DoppelwandlungMethode: Die Netzspannung (Wechselspannung) wird immer in Gleichspannung umgewandelt. Mit dieser Gleichspannung werden die Batterien geladen. Die Gleichspannung der Batterien wird dann wieder in Wechselspannung umgewandelt. Das geschützte Gerät arbeitet daher immer mit der Leistung der ständig nachgeladenen Batterien. Durch die elektronische Steuerung hat die neue Wechselspannung immer die richtige Spannung und Frequenz. Eine solche USV verhindert daher auch andere Probleme als Spannungsausfälle, wie kurze Spannungseinbrüche, Spitzen und Netzverschmutzung. Weil ein Doppelwandlung-USV ist immer in Betrieb, die Zuverlässigkeit ist optimal.
An einer Doppelwandlung-USV, die Energie wird zweimal umgewandelt, was sich auf die Effizienz auswirkt. Ein großer Doppelwandlung-UPS erreicht einen Wirkungsgrad von bis zu 97%.[1]
Alternative Bauweisen sind die offline UPS und die Line-Interactive-USV.Das Offline-USV (auch bekannt als Standby-Netzteil, SPS) ist aus, schaltet aber bei Spannungsausfall sehr schnell (innerhalb von 2 bis 10 ms, je nach Qualität des Moduls) ein. Es gibt verschiedene Varianten der Line-Interactive-USV, denen gemeinsam ist, dass sie die Spannung „sauberer“ machen. In der Form, dass sie sinusförmig und die angeschlossenen Geräte ohne Spannungsspitzen versorgen. Bei Spannungsausfall muss diese USV erst umschalten, um die benötigte Leistung liefern zu können offline und Linie interaktivMethoden haben den Nachteil, dass nur bei Stromausfall Gewissheit über die Funktion der USV besteht. Die Leute ziehen es vor, dies nicht zu testen, was bedeutet, dass diese Bauweisen nicht oft verwendet werden.
EIN (online) UPS hat fast immer Bypass-Dienstleistungen. Ein automatischer Bypass wird aktiviert, wenn die USV die benötigte Leistung nicht liefern kann, beispielsweise aufgrund einer Störung oder Überlastung. Ein mechanischer oder manueller Bypass wird in professionellen USV-Systemen verwendet, um eine Wartung zu ermöglichen, während die darunterliegende Installation in Betrieb bleibt.
Dynamische USV
Neben diesen elektronisch aufgebauten Systemen ("statische USV-Systeme") werden bei großen Leistungen auch USV-Systeme auf Basis mechanischer Komponenten eingesetzt: die rotierenden USV-Systeme. Diese Systeme arbeiten mit Elektromotoren und Generatoren und beziehen ihre Energie aus Batterien oder einem oder mehreren Schwungrädern. Rotations-USV-Systeme können in Kombination mit einem Dieselmotor gebaut werden, wodurch die Funktion des Notstromgenerators mit der Funktion einer USV effektiv kombiniert wird. Rotationssysteme werden hauptsächlich bei Leistungen über 500 kVA eingesetzt. Es gibt auch einen Trend, dass ein schnelllaufendes Schwungrad die Funktion der Batterie übernimmt. Diese Technik wird vor allem durch den Wunsch nach „grüneren“ und effizienteren Lösungen getrieben.
Eine dynamische USV ist eine USV, bei der die Ausgangsspannung von einem Synchrongenerator erzeugt wird. Ein Synchrongenerator hat keinen Schlupf, was bedeutet, dass unabhängig von der Last eine Spannung mit konstanter Frequenz geliefert wird. In den Niederlanden beträgt diese Frequenz 50 Hz und je nach Polzahl des Generators beträgt die Drehzahl in der Regel 1500 U/min. Außerdem hat ein Synchrongenerator eine niedrige Impedanz, wodurch eine hohe Kurzschlussleistung abgegeben werden kann. Dies ist notwendig, um Oberschwingungsströme, wie sie von Schaltnetzteilen (zB in PCs) gefordert werden, adressieren zu können.
In den meisten Fällen besteht die dynamische USV aus einer Kombination aus Energiespeicher und Dieselmotor. Teilweise wird jedoch nur der Energiespeicher genutzt. Dadurch entsteht eine Art Superfilter, der alle Netzspannungsprobleme bis hin zur Spannungsfreiheit von maximal 15 Sekunden eliminiert.
Mit separatem Dieselmotor
Dieser nutzt die kinetische Energie oder Spannung der Batterien, um kurzzeitig Strom bereitzustellen. Je nach verwendetem Speichermedium und verbrauchter Leistung beträgt diese 8-15 Sekunden bis einige Minuten. In der Zwischenzeit wird ein Notstromaggregat (NSA) gestartet und wenn es Spannung an die Schiene liefert, wird es mit der Last gekoppelt, woraufhin die Anlage über die USV läuft.
Wie in beiden Abbildungen zu sehen ist, gibt es auch bei dynamischen USV-Anlagen verschiedene Möglichkeiten der Energiespeicherung, nämlich über ein Schwungrad oder mit einer Batterie. In den meisten Fällen verwendet die dynamische USV ein Schwungrad. Das spart viel Platz, ist deutlich zuverlässiger als Batterien und gehört daher zu den „grünen“ Energiesystemen.
Drehinverter mit Batterien
Drehinverter mit Schwungrad
Operation:
Bei einem Stromausfall öffnet der Eingangsschutzschalter der dynamischen USV. Das Energiemedium liefert die Spannung an die USV-Schiene. Sobald der Eingangsschalter geöffnet wird, wird auch der NSA gestartet. Nach einer gewissen Zeit (meist ca. 5 bis 6 Sekunden) liefert der NSA seine Leistung. An diesem Punkt synchronisiert sich der Eingangsschalter so, dass die Ausgangsspannung des NSA mit der Ausgangsspannung der USV übereinstimmt (dies dauert ebenfalls etwa 1 bis 2 Sekunden). Nach dieser Zeit (ca. 8 Sekunden) kann der Eingangsschalter der USV wieder geschlossen werden, danach erfolgt die Stromversorgung über den NSA. Normalerweise wird vom NSA ein „Bereit“-Signal gesendet, wonach die Last über einen Hochlauf mit dem NSA verbunden wird, um die Last nach und nach zu übernehmen. Das Schwungrad wird ebenfalls aufgeladen und dient zur Unterstützung des Dieselmotors. (zum Beispiel um eine Stufenlast liefern zu können)
Mit integriertem Dieselmotor (DRUPS)
Ein gängiges Hochleistungssystem ist eine dynamische USV mit integriertem Dieselmotor. Diese Systeme werden auch DRUPS und auch rotierende USVs genannt.Es ist fast das gleiche Prinzip wie oben beschrieben, jedoch ist hier ein Dieselmotor an die Welle des Generators angeflanscht, der dafür sorgt, dass bei Ausfall der Netzspannung der Dieselmotor fährt den Generator und kümmert sich somit um die gesamte Stromversorgung. So würde es funktionieren, wenn ein Dieselmotor richtig hochdreht und seine Spannung abgibt. Leider ist dies nicht der Fall. Es dauert etwa 8 Sekunden, bis ein Dieselmotor auf Drehzahl kommt und seine Spannung abgibt. In der Zwischenzeit muss etwas anderes getan werden.
Dazu wird kinetische Energie verwendet. Dabei handelt es sich um Energie, die dafür sorgt, dass der Generator während des Starts des Dieselmotors auf Drehzahl bleibt.
Ein DRUPS ist immer effizienter als ein separates System, da ein Generator weniger verbraucht wird. Der NSA-Generator wird nicht mehr benötigt.
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Prinzip/Schema DRUPS
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Notstromaggregat
EIN Notstromaggregat (NSA), auch als „Notstromdiesel“ bekannt, ist eine Kombination aus a Dieselmotor und ein Generator. Im Gegensatz zu einer USV liefert eine NSA nicht sofort Strom; das dauert ca. 15 sekunden, denn danach Stromausfall Der Dieselmotor muss zuerst starten und laufen.
Der große Vorteil eines Notstromdiesels ist, dass er eine große Leistung über einen längeren Zeitraum liefern kann. Eine Potenz von 5 MW konstant ist keine Ausnahme. Es ist jedoch notwendig, die notwendigen Dieselöllagerung.
Eine Kombination beider Systeme bietet den Vorteil einer unterbrechungsfreien Stromversorgung mit langer Überbrückungszeit.
NSAs werden beispielsweise verwendet in Krankenhäuser und Wasserreinigung und Pumpstationen, um bei Stromausfall weiterarbeiten zu können. Auch auf Flughäfen NSAs werden angewendet. Dies speist oft einen Teil der Installation, wie z Brandmeldeanlagen, Zugangskontrolle und Notfallbeleuchtung. Auch einige trampen in der Regel weiterhin funktionieren, um evtl. Vertreibung sicher zu laufen.
Verweise
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