|
|
|
|
1. Organisation der Elt-Versorgung der Firma
|
Viele Stromausfälle haben ihre Ursachen im Bereich der Energieversorgungsunternehmen (EVU). Laut dem Bundesinstitut für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) ist mit der Liberalisierung des Strommarktes zukünftig mit noch mehr Ausfällen zu rechnen (vgl. IT-Grundschutzhandbuch des BSI, Gefährdung 4.1 "Ausfall der Stromversorgung"). Die meisten Ausfälle (ca. 95%) liegen im Bereich von zehntel Sekunden bis zu wenigen Minuten. Gegen solche Ausfälle kann man sich sehr gut mit einer USV schützen. Die Überbrückungszeiten einer USV liegen üblicherweise bei 7-20min. Man kann aber durch eine Aufrüstung mit zusätzlichen Batterien auch Überbrückungszeiten von 2-5 Stunden realisieren.
In Abhängigkeit von der erforderlichen Leistung und der Versorgung weiterer Systeme (Produktionsanlagen, komplettes Krankenhaus etc.) lohnt sich häufig schon ab wenigen Minuten Überbrückungszeit eine Netzersatzanlage (Dieselaggregat) einzusetzen.
|
In Verbindung mit einer Netzersatzanlage (NEA) wäre für die nachgeschaltete USV eine Überbrückungszeit von 10-20min völlig ausreichend. Man sollte trotz der Netzersatzanlage die Überbrückungszeit der USV nicht zu kurz wählen, denn wenn mal, trotz regelmäßiger Wartung, das Dieselaggregat nicht anspringt, muss genügend Zeit sein, für alle Server und sonstigen sensiblen Geräte ein Shutdown durchzuführen.
Eine zweite Einspeisung des Objektes aus einem anderen Mittelspannungsnetz des EVU lohnt sich im Allgemeinen nicht, da längere Ausfälle, die im Bereich von mehreren Stunden liegen, in der Regel ihre Ursachen im Hochspannungsnetz der EVUs haben und eher Folge einer Katastrophe sind. Eine Überbrückungszeit von 2-3 Stunden per USV abzusichern ist im Vergleich mit einer Netzersatzanlage als sehr kostengünstig einzuschätzen. Will man sich aber auch für Katastrophenfälle mit grösseren Überbrückungszeiten (mehr als 3 Stunden bis zu mehreren Tagen) absichern, dann ist eine Netzersatzanlage unumgänglich.
|
2. Organisation der hausinternen Elt-Verteilung
|
Auch Ausfälle im hausinternen Netz oder hausinterne Bauarbeiten haben häufig (geplante und ungeplante) Ausfälle der Verbraucher, wie Computertechnik oder Telefonie, zur Folge. An Verteilern und Schalttafeln werden oft Schaltvorgänge vorgenommen, ohne sich immer über die Konsequenzen im Klaren zu sein.
Darüber hinaus haben auch Sicherungen keine ewige Lebensdauer. Deshalb sind für die USV-Anlagen auf alle Fälle immer getrennte Elt-Einspeisungen vorzusehen. An einen Steckdosenkreis, der eine USV versorgt, gehören keine Staubsauger des Reinigungsdienstes oder Kaffeemaschinen der Mitarbeiter, auch wenn es leistungsmäßig kein Problem sein sollte.
Festangeschlossene USV verfügen über zwei Eingänge: einen Gleichrichter-Eingang und einen Bypass-Eingang. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit wird zwingend empfohlen, beide Eingänge über getrennte Stromkreise anzuschließen, so dass der Ausfall einer Sicherung nicht zum Totalausfall für die Verbraucher führt.
Eine höhere Zuverlässigkeit kann man erzielen, wenn die beiden Eingänge der USV zumindest von zwei (räumlich) getrennten Unterverteilungen (UV) gespeist werden. Dann führen Arbeiten an einer Unterverteilung nicht zum Ausfall für die Verbraucher. Eine noch höhere Verfügbarkeit erreicht man, wenn die getrennten Unterverteilungen auch von zwei getrennten Hauptverteilungen (HV) gespeist werden. Wenn bautechnisch möglich, kann man die USV auch direkt von der (den) Hauptverteilung(en) unter Umgehung der Unterverteilungen speisen.
Zwei getrennte Hauptverteilungen haben einen zusätzlichen Vorteil, wenn Bau- oder Revisionsarbeiten an einer Hauptverteilung erforderlich sind, dann wäre zumindest die zweite Hauptverteilung davon nicht betroffen.
|
Unabhängig davon, wie die beiden Elt-Einspeisungen realisiert werden sollten, es ist immer von Vorteil, wenn zwischen ihnen so wenig wie möglich Gemeinsamkeiten sind (z.B. Führung in getrennten Kabelkanälen, Zuführung über unterschiedliche Treppenhäuser etc.). Ein Brand in einem Teil des Gebäudes würde dann bei unterschiedlichen Zuführungen nicht zum Totalausfall führen.
Bei größeren Revisions- oder Bauarbeiten ist oft eine Unterbrechung der Elt-Versorgung über 6-8 Stunden erforderlich. Solche Ausfallzeiten lassen sich über eine transportable Netzersatzanlage problemlos überbrücken. Damit im laufenden Betrieb eine transportable Netzersatzanlage angeklemmt werden kann, sollte man bereits bei der Projektierung der Elt-Anlage entsprechende Vorkehrungen treffen.
Speisung einer USV-Anlage über die Hauptverteilung des Hauses und zwei verschiedene Unterverteilungen
|
3. Entscheidung zur Installation einer ausfallredundanten USV-Anlage
|
USV-Systeme sind technische Systeme und können daher selbst auch ausfallen. Es gibt für kleine USV-Anlagen (bis max. 6.000VA) keine Möglichkeiten, sich gegen einen Ausfall der USV abzusichern. Auch haben solche USV in der Regel keine zwei Eingänge, so dass man sie nicht über zwei Elt-Einspeisungen versorgen kann. Bei zehn kleinen USV-Anlagen, die sich in Nutzung befinden, hat man es rein statistisch - je nach Hersteller - aller 4-6 Monate mit einem Ausfall einer USV zu tun. Jeder Ausfall beeinträchtigt in der Regel die Funktionsweise der Server im Ganzen und zieht "Folgeschäden" nach sich. Deshalb ist es im Allgemeinen keine gute Idee, sich einen "Zoo an USVs" zuzulegen, da man eine Vielzahl von USV in der Hektik des Alltages nicht ausreichend managen und überwachen kann. Auch aus Sicht der sogenannten 5-Jahreskosten ist ein "Zoo an USVs" nicht zu empfehlen.
Daher empfehlen wir immer den Einsatz einer großen unternehmensweiten USV-Anlage (ab 8kVA bis ca. 1.000kVA). Die Vorteile sind:
- Die größeren USV arbeiten auf Basis von Drehstrom. Eine dreiphasige USV ist bei gleicher Leistung wesentlich zuverlässiger als eine einphasige USV, da die Leistung sich auf 3 Phasen verteilt und sich die Stromstärken somit auf ein Drittel reduzieren.
- Die USV können über zwei Einspeisungen versorgt werden. Der elektronische Bypass wird von der zweiten Einspeisung versorgt, d.h. wenn die USV oder die erste Einspeisung für den Gleichrichtereingang ausfällt, dann werden die Geräte von der zweiten Einspeisung weiter versorgt.
- Die dreiphasigen USV von Eaton Powerware verfügen über die Möglichkeit der Parallelschaltung im so genannten HotSync-Modus. Man kann je nach Serie 2-8 USV-Blöcke/Module parallel schalten. Bei einer Parallelschaltung teilen sich die beteiligten USV-Blöcke/Module die Arbeitslast, was wieder zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit führt.
- Durch spätere Zuschaltung weiterer USV-Blöcke/Module kann man die Ausgangsleistung und gegebenenfalls auch die Überbrückungszeit erhöhen. Man hat damit einen enormen Investitionsschutz. Wenn die Elt-Anlage auf Zuwachs projektiert wurde, kann man die Erweiterung im laufenden Betrieb ohne Einschränkungen für die Verbraucher vornehmen. Wichtig ist, dass man im Eingangsverteiler und Parallelmodul (SPM – System-Parallel-Modul) entsprechende Abgänge mit Trennern bzw. Sicherungen vorsieht, damit man auch weitere USV-Blöcke/Module zuschalten kann. Ein nicht unwesentlicher Punkt ist eine richtige Auswahl der Leiterquerschnitte, damit auch Erweiterungen möglich sind. So z. B. kann man vier USV mit 40kVA im gemischten Kapazitäts- und Redundanzmodus mit 3+1 Redundanz fahren und eine Ausgangsleistung von 120kVA realisieren. Alle vier USV-Blöcke/Module arbeiten zwar immer unter Last und teilen sich die 120kVA. Jedoch ist immer eine Reserve von 40kVA da, so dass man problemlos eine USV abschalten und einer Wartung unterziehen kann.
|
- Große USV werden ortsfest (Festanschluß) angeschlossen. Es gibt also keine Steckverbindungen (Stecker/Steckdosen), die zu Ausfällen führen können. Die ortsfeste Installation wird bis in die Server- und Netzwerkschränke hineingeführt. Neben der höheren Zuverlässigkeit ist der große Vorteil, dass eine ortsfeste Elektroinstallation gemäß VDE 0100 nur alle vier Jahre einer Elektrorevision unterzogen werden muss.
Eine einzelne USV hat eine MTBF von 150.000h. Damit kann im Allgemeinen für einen USV-Block/Modul eine Verfügbarkeit von mehr als 99,2% garantiert werden. Beachtet man alle oben aufgeführten konstruktiven Empfehlungen, kann man mit einem Parallelsystem auf Basis des HotSync-Verfahrens eine ausfallsredundante USV-Anlage mit einer Verfügbarkeit von mindestens 99,99992% realisieren, da es keinen Single Point of Failure (SPOF) im Gesamtsystem gibt.
Blockschaltbild einer USV-Anlage mit 2 x 40kVA, erweiterbar auf 4 x 40kVA
|
4. Einsatz redundanter Netzteile
|
Es gibt in der Elektronik eine Regel, je höher die Stromstärken, desto höher die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bzw. desto geringer die Zuverlässigkeit der Komponente.
Entsprechend dieser Regel haben die Netzteile in Computern und Telekommunikationsgeräten die höchste Ausfallrate. Deshalb ist es seit vielen Jahren schon üblich, Server, Router, Switches usw. mit redundanten Netzteilen auszustatten. Verbreitet ist der Irrglaube, dass immer ein Netzteil „hot standby“ sei, das bei Ausfall des ersten Netzteils die Last übernimmt. Tatsächlich arbeiten aber beide Netzteile echt parallel, d. h. sie teilen sich die Last. Man sagt, sie arbeiten im Halblastverfahren. Wenn jedes Netzteil nur die halbe Last trägt, dann erhöht sich die Zuverlässigkeit der Netzteile gravierend. Bei Einsatz redundanter Netzteile haben folglich die Netzteile eine wesentlich höhere Betriebsdauer. Gleichzeitig wird ein Defekt eines Netzteiles immer sofort bemerkt, und nicht erst im Notfall, wenn das Netzteil benötigt wird. Die alte Standby-Technologie hat den Nachteil, dass Fehler häufig lange Zeit unbemerkt bleiben.
Darüber hinaus erleichtert der Einsatz redundanter Netzteile viele praktische Sachen. Man kann z.B. einen Server für Schrankumbauten oder Umbauten der Stromversorgung im laufenden Betrieb auf eine Ersatz-USV umschalten. Die jährlich fällige Elektro-Revision für ortsveränderliche Geräte kann man im laufenden Rechenbetrieb durchführen, da man die Netzteile nacheinander aus dem Gerät entfernen und dem Elektriker zum Prüfen geben kann. Auf diese Art und Weise kann man auch die Elt-Zuführung zum Schrank im laufenden Rechenbetrieb stromlos machen und vom Elektriker prüfen lassen. Man muss eben nur darauf achten, dass immer ein Netzteil sicher am Netz angeschlossen ist.
Beim Einsatz redundanter Netzteile sollte man darauf achten, dass nie beide Netzteile vom gleichen Stromkreis gespeist werden. Unterschiedliche Stromkreise erhöhen wesentlich die Zuverlässigkeit, denn wenn eine Sicherung abschaltet, muss das zweite Netzteil weiterhin gespeist werden. Bei dreiphasigen USV wird auch empfohlen, die beiden Stromkreise von unterschiedlichen Phasen zu nehmen.
|
Ein Problem bringen redundante Netzteile mit sich. Man muss auf die Auslastung der einzelnen Stromkreise achten. Da alle Netzteile im Normalbetrieb im Halblastverfahren arbeiten, wird jeder Stromkreis immer nur mit der halben Last belastet. Fällt ein Stromkreis aus, dann muss der verbleibende Stromkreis die volle Last tragen. Daher sollte man im Normalbetrieb einen Stromkreis nie mit mehr als 40% belasten. Andernfalls kann es passieren, dass bei Ausfall eines Stromkreises der andere Stromkreis überlastet wird und folglich auch ausfällt. Damit hätten dann die redundanten Netzteile ihren Zweck verfehlt. Eine Erleicherung bringen hier die modernen, über IP steuerbaren Steckdosenleisten (auch PDU Power Distribution Unit genannt). Sie lassen auch die Überwachung des Stromes zu, den von angeschlossenen Lasten verbraucht wird. Damit kann man eine mögliche Überlastung rechtzeitig erkennen.
Ein Hinweis sei noch gegeben: Bei älteren Servern (es ist uns bei Produkten der Hersteller Sun und HP der Baujahre vor 2001 aufgefallen) kann es Einschränkungen betreffs der Verwendung der redundanten Netzteile geben. Die Einschränkung besteht darin, dass redundante Netzteile immer von der gleichen Phase gespeist werden müssen. Eine unterschiedliche Phasenlage kann zur Zerstörung der Netzteile führen. Ebenfalls sollte man bei Servern mit drei und mehr Netzteilen aufpassen. Häufig ist hier eine Aufteilung auf mehrere Stromkreise nicht sinnvoll. Man sollte bei älteren Servern bzw. Servern mit mehreren Netzteilen unbedingt die Dokumentation gründlich lesen.
Anschluß der redundanten Netzteile über fest angeschlossene Verteilerleisten
|
5. Verteilung der USV-Leistung auf die Verbraucher
|
Die Aufgabe der Projektierung einer USV-Anlage endet nicht am Ausgang der USV. Eine oft unterschätzte Aufgabe ist die fachgerechte Verteilung der USV-Leistung auf die zu versorgenden Verbraucher.
Bei größeren USV-Anlagen ab 5.000VA (Stromstärken über 16A je Phase) müssen entsprechend den gültigen VDE-Vorschriften fest angeklemmt werden. Ausnahmweise können auch Leistungsstecksysteme gemäß IEC309/EN60309 eingesetzt werden, die aber für stationäre Geräte in einem Rechnenzentrum nicht empfohlen werden.
Da die Leistungsverteilung im allgemeinen über Steckdosenleisten erfolgt. kann man im einfachsten Fall eine Steckdosenleiste (ePDU) direkt fest auf die USV klemmen.
|
Bei höheren Ausgangsleistungen und zur Erzielung einer maximalen Flexibilität sollte in der Regel nach der USV eine separate Niederspannungsverteilung als USV-Verteilung eingesetzt werden. Hier kann man beliebig viele getrennt abgesicherte Ausgangsstromkreise (16A, 20A, 25A oder 32A) installieren und an jeden Stromkreis eine geeignete Steckdosenleiste anschließen. Zur Erzielung einer maximalen Zuverlässigkeit wird empfohlen, möglichst alle Steckdosenleisten fest anzuschließen. Jede Steckverbindung reduziert die Zuverlässigkeit im Rechenzentrum.
Ein weiterer wichtiger Erfahrungswert ist, dass man an jeden Stromkreis immer nur eine Steckdosenleiste anschließen sollte. Steckdosenleisten sollten niemals kaskadiert werden.
|
|
|
|
