USV - Unterbrechungsfreie Stromversorgung



In einem Stromnetz kommt es gelegentlich zu Störungen. Für Server und andere Geräte, die hochverfügbar sein müssen, sollte zwischen Stromnetz und Netzteil des Gerätes eine USV geschaltet sein. Die USV soll die Downtime, also die Ausfallzeit möglichst niedrig halten.

Im schlimmsten Fall ist der Strom vom Stromnetz nicht mehr verügbar, man spricht hier von einem Blackout. Bei einem Blackout liefert die USV weiterhin Strom, sodass die Endgeräte weiter versorgt werden.

Bei kurzen Blackouts (wenige Sekunden) ist dies kein Problem, bei längeren Blackouts (1/2 Stunde und mehr), stoßen herkömmliche USV-Geräte an ihre Grenzen, zumindest wenn die dahinter liegenden Geräte mindestens einen durchschnittlichen Verbrauch aufweisen.

Um dieses Problem zu lösen, haben hochwertige USV-Geräte eine Logik integriert, die bei einem Stromausfall dem Server ein Signal sendet, woraufhin dieser sauber herunterfährt. Die USV ist hier nicht nur über das Stromkabel mit dem Netzteil verbunden, sondern kommuniziert zudem über bestimmte Protokolle mit dem Server. Die Anbindung zum Server erfolgt in der Regel über die Serielle Schnittstelle oder ein Ethernet Interface. Eine Software auf dem Server interpretiert das Signal und gibt den Befehl zum Herunterfahren.

Aber nicht nur beim Stromausfall zeigt sich der Nutzen einer USV. Da ein normales Stromnetz nicht immer die gleiche Spannung von 230V liefert, können langfristig auch durch Spannungsschwankungen bzw. Unterspannung (Brownout) zu Fehlern führen.
Eine USV liefert den nachfolgenden Netzteilen immer einen konstanten Strom mit gleichbleibender Spannung. Somit sind die Schäden, die durch Strom am IT-Equipment entstehen können, relativ gering. Um die USV selbst als Single Point of Failure auszuschließen, sind hochwertige Geräte redundant ausgelegt, sodass immer eine Versorgungseinheit mehr installiert ist, als eigentlich notwendig ist.

Grundlegend werden zwei Typen von USV-Geräten unterschieden:
  • Offline USV:
    Die Offline USV läuft ständig im Standby Betrieb, die Endgeräte werden vom Stromnetz versorgt. Die USV lädt ihre Batterie am Stromnetz auf. Dazu muss zuvor ein Spannungswandler den Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, damit dieser dann von der Batterie gespeichert werden kann. Kommt es nun zum Spannungseinbruch bzw. Spannungsverlust, schaltet sich die USV ein. Das Aktivieren der USV dauert einige Millisekunden. Innerhalb dieser kurzen Zeit gibt es für die angeschlossenen Geräte keine Stromversorgung.
    Die Offline USV bietet also keinen Spannungsausgleich und benötigt eine Aktivierungszeit. Dafür sind diese Geräte jedoch weitaus günstiger als eine teure Online USV.


  • Online USV:
    Die Online USV wird tatsächlich zwischen Stromnetz und Netzteil implementiert. Die Stromversorgung für die Endgeräte erfolgt ausschließlich über die Batterie der USV. Dazu bezieht die USV Wechselstrom vom Stromnetz. Dieser wird dann von einem Spannungswandler in Gleichstrom umgewandelt. Die Batterie nimmt den Gleichstrom auf und versorgt gleichzeitig die Endgeräte. Es existiert also ein ständiger Stromfluss innerhalb der Batterie. Die Batterie gibt Gleichstrom ab, der dann wieder von einem Spannungswandler in Wechselstrom umgewandelt wird. Bei einem Blackout oder Brownout ist für die Endgeräte kein Unterschied festzustellen, da diese weiterhin ihren Strom von der Batterie erhalten, diese verlier lediglich die Möglichkeit sich weiter aufzuladen.