Am Anfang war
der Gleichstrom, dessen Nutzung ein Kraftwerk an jeder Straßenecke bedurft hätte.
Mit der
Nutzung des Wechselstromes löste man das Problem der langen Übertragungswege
und der Höhe von Spannungen.
Zu kämpfen
hatte man mit dem Problem der Verfügbarkeit und mit nicht vorhersehbaren Ausfällen.
Sehr viele
fremde Faktoren schränkten die Stromnutzung ein.
Abhilfe
konnte nur ein eigenes Kraftwerk schaffen, welches der Nutzer bedienen und
warten konnte.
Über
Jahrzehnte leistete der gute alte Diesel seine Dienste für alle Arten der
Notversorgung, allerdings mit Netzunterbrechungen.
Die moderne
Elektronik verachtet solche Dinosaurier der Elektrotechnik und nimmt
Umschaltungen und Kurzzeitunterbrechungen (KU) übel.
Folglich
wurden unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV bzw. UPS) entwickelt.
Aufgabe war
es, für eine kurze Ausfallzeit Energie für Verbraucher bereitzuhalten.
Die
wesentlichsten Medien waren Batterien und kinetische Energie, welche bis in höchste
Leistungsstufen Verwendung finden.
In der
Datentechnik wurde die Sicherheitsphilosophie zur Religion erhoben und führte
zu einem Variantenreichtum, der nur durch die finanziellen Möglichkeiten
begrenzt wurde.
USV-Arten:
--rotierende Umformer,
Kurzzeitspeicher: kinetische Energie,
Langzeitspeicher: Diesel
--statische Umformer,
Kurzzeitspeicher: Batterie
Langzeitspeicher: Diesel
Arten: Doppelumformer, Delta-Konverter
Off- und Online-Systeme
Haupt-Varianten:
a)
netzparallele Redundanz
(gesicherte A-Versorgung)
Dabei
wird parallel zum Netz ständig ein System bereitgehalten, welches sofort einen
Ausfall ausgleicht.
Bei Fehler oder
Überlast wird ein Bypass aktiv. (Bild
1)
b)
Durch Parallelschalten mehrerer Einheiten und eine Überdimensionierung
(n+1) wird eine weitere Sicherheit
erreicht.
Eine UPS-Einheit
kann immer ausfallen. (Bild 2)
Die Schaltkoordination übernimmt eine Netzrückschalteinrichtung (NRE).
c)
teilparallele Redundanz
(gesicherte
A-Versorgung, gesicherte oder ungesicherte B-Versorgung)
Ein
zweiter Versorgungsweg wird bis zur Last aufgebaut, der wahlweise ebenfalls als
USV-Zweig gesichert werden kann.
An
der Last kann nun ein schneller Umschalter zwischen zwei Versorgungen wählen.
Auslegung:
Last = ½ USV1 + ½ USV2
Jede Last mit
einem statischen Schalter ist gesichert. (Bild
3)
d)
getrennte Redundanz
Bei
diesem System wird für N-Anlagen eine Redundanz vorgesehen, welche jeweils eine
Anlage ersetzt. Basis für die Auslegung ist eine Betrachtung der
Ausfall-Wahrscheinlichkeit und eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.
Eine
redundante Anlage für maximal 6 Hauptanlagen sind technisch und wirtschaftlich
sinnvoll.
Ein
Nachteil ist die dauernde lastlose Bereitschaft der
redundanten
Anlage. Jede Last mit einem statischen Schalter ist gesichert. (Bild 4)
e)
integrierte Redundanz
Bei
diesem System wird die Redundanz in jede Anlage integriert und darf nicht
genutzt werden. Die Höhe der nicht
nutzbaren Leistung hängt von der Anzahl der parallelen Systeme
ab und ist nicht mehr veränderbar.
Das bedeutet bei:
2 Anlagen:
50% nicht nutzbare Reserve,
3 Anlagen:
33% nicht nutzbare Reserve,
4 Anlagen:
25% nicht nutzbare Reserve.
5 Anlagen:
20% nicht nutzbare Reserve usw. (Bild
5)
f)
USV- und STS-System
Ein System von parallelen UPS erzeugt zwei USV-Netze, die kritische Last wird über STS angekoppelt. Die Leistungsbilanz im Ausfallszenario ist zu beachten. (Bild 6)
g)
autonome Redundanz
Bei diesem System wird der Bypass
zusätzlich durch eine UPS gestützt. Dadurch sind auch Lastprioritäten möglich.
( Bild 7)
Die Bedeutung
von A- und B-Systemen:
Von A- und
B-Systemen spricht man, wenn zwei unabhängige Netze zur Verfügung stehen.
Zwingend ist zur Nutzung ein STS (schneller Schalter) erforderlich. Bis zum STS
ist eine doppelte Installation vorzusehen. Nur in Sonderfällen kann es nach
zentralen STS eine A- und B-System geben, wobei die Lastvarianten zu beachten
sind. Ohne eine Registrierung der Lastflüsse sind alle Systeme in
Grenzbereichen nicht betreibbar.
Die Bedeutung
eines schnellen statischen Schalters (STS) und einer Netzrückschalteinrichtung
(NRE):
Schaltzeiten
von Leistungsschaltern sind in der Regel zu lang und verursachen eine
Kurzzeitunterbrechung (KU), insbesondere dann, wenn auf ein anderes Netz
umgeschaltet wird.
Dafür wurden
schnelle statische Schalter (STS) entwickelt, welche die Umschaltung zwischen
Netzen vornehmen.
Beide Netze
(A und B) sollten nahezu gleichphasig sein, um Stromspitzen während der
Umschaltung zu vermeiden. Somit sind STS bei der Versorgung mit zwei Netzen
unbedingt erforderlich.
Grundsätzlich
müssen das A- und B-Netz für die volle Leistung der Last ausgelegt werden,
also: LAST =A=B.
Netzrückschalteinrichtungen
(NRE) sind Bestandteil einer UPS und übernehmen die Funktion eines
automatischen Bypasses. Ein Handbypass ist zusätzlich nötig.
Variante 1:
lastbezogener STS mit A und B-Anschluss (in Bild 3)
(getrennte Vollinstallation für A und B nahe STS und Last)
Variante 2:
zentraler STS für 100% A und 100% B und 100% Last
(in Bild 4 und 5). Für A + B am STS muss eine Handumgehung
vorhanden sein.
Lastanschlüsse
mit A und B sind möglich, aber nicht zwingend. Dabei ist die Leistungsbilanz zu
beachten.
Variante 3:
doppelter zentraler STS für 50% A und 50% B und 50% Last, zwingend ist
ein lastbezogener (kleiner) STS erforderlich, der die komplette Umschaltung von
A auf B oder umgekehrt ermöglicht.
(System: 2A + 2B, in Bild 8)
Ohne
lastbezogene (kleine) STS
ist das System nutzlos und birgt Gefahren.
Die
Kombination der Varianten ist eine Philosophiefrage und von der Höhe der
Investition abhängig.
Ein stufiger
Ausbau ist (außer der Variante e) immer möglich, jedoch nicht ein
Variantenwechsel.
Von einer
Kombination der Varianten ist dringend abzuraten.
Die
allgemeine nicht-kritische Last ist separat zu berücksichtigen.
Der
Planer/Berater sorgt für die Funktion der Anlagen von der Netzversorgung bis zu
Last unter Berücksichtigung folgender Faktoren:
--
Verkehrswege, Gewichte
--
Ausbaustufen
--
Raumkonzept gemäß Wichtigkeit der Anlagen
--
Bauscheinauflagen
-- Netzformen
--
Verriegelungen
--
Kompensation
--
Oberwellenmessung und Steuerung
--
Synchronisation
-- Störmeldungen
--
Notabschaltungen
--
Leistungsmanagement/Belastungskurven
--
Vermietungsvarianten
-- Wartungen
--
Belastungstest ins Netz
-- Überspannungsschutz/Blitzschutz
-- Kurzschluß
und Selektivität
-- Geräusch-
und Abgasemission
--
Betankungsanlagen
-- Anlagenkühlungen
-- Flucht-
und Rettungswege
--
Sicherheitsmanagement
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