Die meisten Fehler bei der USV-Auslegung sind keine Rechenfehler, sondern Fehler im Betrachtungsumfang: Die Last wird anhand des Typenschilds geschätzt, die Überbrückungszeit wird vorausgesetzt, und die Standortspannung wird dem Nennwert des Energieversorgers entnommen statt der tatsächlichen Spannung am Einspeisepunkt. Je präziser die Arithmetik, desto leichter erhält man eine exakte Antwort auf die falsche Frage.
Dieser Artikel verwendet dieselbe Methode, die wir bei Projektanfragen einsetzen: Last messen, in kVA umrechnen, einen Zuschlag ansetzen, den Motoranlauf prüfen, die Batterie dimensionieren und schließlich anhand der Standortbedingungen korrigieren. Das Ergebnis sollte ein Kapazitätsbereich und ein Batterieziel sein, nicht eine einzelne Modellnummer.
Was wird beim „Dimensionieren“ einer USV wirklich ausgewählt?
Dimensionieren bedeutet, unter den Standardmodellen das kleinste Gehäuse zu finden, das die tatsächliche Last, die größte Laststufe und die geforderte Überbrückungszeit tragen kann, mit ausreichendem Zuschlag für Lastwachstum und Batteriealterung. Es ist ein Problem mit mehreren Randbedingungen, keine einfache Multiplikation.
Es gibt vier Randbedingungen: Die dauerhafte kW-Last bestimmt die Wechselrichtergröße; der Anlauf des größten Motors oder Kompressors bestimmt die Überlastfähigkeit; die Überbrückungszeit bestimmt die Batteriebank; und Spannung sowie Frequenz am Standort bestimmen Topologie und Eingangsbereich. Eine Auslegung, die drei davon erfüllt und bei der vierten scheitert, verursacht vor Ort weiterhin Probleme.
Beginnen Sie mit einer Lastliste. Führen Sie jede Last einzeln auf, mit Gerät, Betriebsleistung, Stückzahl, ob Motoren oder hohe Einschaltströme enthalten sind und ob sie gleichzeitig laufen. Summiert werden die gleichzeitig betriebenen Lasten, nicht alle Geräte des gesamten Gebäudes.
| Last | Betriebsleistung W | Stückzahl | Gleichzeitig? | Hinweise |
|---|---|---|---|---|
| Server | 350 | 4 | Ja | Am PDU gemessen |
| Netzwerk-Switch | 60 | 2 | Ja | PoE-Budget separat berechnet |
| Storage-Array | 400 | 1 | Ja | Festplatten laufen beim Start an |
| Monitor | 30 | 4 | Ja | Wird oft übersehen |
| Laserdrucker | 600 | 1 | Nein | Hohe zyklische Last |
| Klimaanlage | 1,800 | 1 | Nein | Motoranlauf; separater Stromkreis |
Die Lastliste ist wertvoller als eine Faustregel. Sie unterscheidet, welche Lasten kontinuierlich und welche gelegentlich anfallen, und verhindert, dass Drucker und Klimaanlage versehentlich zur USV-Last addiert werden.
Wie werden kW in kVA umgerechnet?
Die USV wird in kVA angegeben, die Last wird jedoch üblicherweise in kW gemessen. Die Umrechnung verwendet den Ausgangsleistungsfaktor der USV:
kVA = kW ÷ Leistungsfaktor
Beispiel: Bei einer Online-USV mit einem Ausgangsleistungsfaktor von 0.9 benötigt eine Last von 7.2 kW 8 kVA. Ein Modell mit 10 kVA liefert 9 kW; es arbeitet mit dieser Last also bei 80% seiner aktiven Nennleistung, was ein gesunder Auslegungspunkt ist.
Beträgt die Last 10 kW bei einem Leistungsfaktor von 0.9, werden bereits vor dem Zuschlag 11.1 kVA benötigt. Die nächste Standardgröße ist 15 kVA, nicht 10 kVA. Eine 10-kVA-USV kann keine 10 kW liefern: Bei Volllast liefert sie nur 9 kW, und zudem sollte sie nicht dauerhaft bei 100% betrieben werden.
| Last | Leistungsfaktor | Erforderliche kVA | Mit 25% Zuschlag | Standardkapazität |
|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 0.9 | 3.3 kVA | 4.2 kVA | 5 kVA |
| 7.2 kW | 0.9 | 8.0 kVA | 10.0 kVA | 10 kVA |
| 14.4 kW | 0.9 | 16.0 kVA | 20.0 kVA | 20 kVA |
| 36 kW | 0.9 | 40.0 kVA | 50.0 kVA | 60 kVA |
| 72 kW | 0.9 | 80.0 kVA | 100.0 kVA | 100 kVA |
In diesem Schritt ist der Ausgangsleistungsfaktor der USV zu verwenden, nicht der Verschiebungsleistungsfaktor der Last. Der Leistungsfaktor der Last bestimmt die tatsächliche Wirkleistungsnachfrage; der Leistungsfaktor der USV gibt an, wie viel Wirkleistung das Gehäuse bei seiner Nennkapazität in kVA liefern kann.
Welcher Auslegungszuschlag ist einzuplanen?
Für normale gewerbliche oder IT-Lasten sind 20–25% einzuplanen; für Lasten mit vielen Motoren, mit unsicherem Wachstum oder an Standorten, an denen der tatsächliche Verbrauch noch nicht gemessen wurde, 30%.
Der Zuschlag ist kein „Polster für den Verkäufer“: Er deckt vier reale Effekte ab. Das Lastwachstum über die Lebensdauer der USV. Die Batteriealterung, die die Überbrückungszeit verkürzt (nicht die USV-Kapazität), wobei eine leicht belastete USV kühler läuft und mehr Spielraum zum Nachladen der Batterie lässt. Die Oberschwingungsströme nichtlinearer Lasten, die den RMS-Strom bei gleicher kW-Last erhöhen. Und die Differenz zwischen Typenschildleistung und tatsächlichem Verbrauch, die oft groß ist, besonders bei Servern und Klimageräten.
| Zuschlag | Anwendungsfall | Risiko |
|---|---|---|
| 10–15% | Gemessene, stabile Last, kurze Nutzungsdauer | Wenig Wachstumsspielraum |
| 20–25% | Normale gewerbliche / IT-Last | Ausgewogen |
| 30% | Viele Motoren, unsicher oder kritisch | Höhere Anfangsinvestition |
| 40%+ | Sehr unsichere Last | Wahrscheinlich überdimensioniert; erneut messen |
Fügen Sie nicht ohne Grund 50% „zur Sicherheit“ hinzu. Eine überdimensionierte USV läuft lange Zeit mit geringer Last, was den Wirkungsgrad senken und bei manchen modularen Gehäusen Modulkapazität verschwenden kann. Der richtige Zuschlag ist der, den Sie erklären können.
Wie wird die Batterie anhand der Überbrückungszeit dimensioniert?
Die Überbrückungszeit ist eine Batterieberechnung, kein Merkmal der USV. Die vereinfachte Formel lautet:
Ah = kW × 1,000 × Stunden ÷ (DC-Bus-Spannung × Wechselrichterwirkungsgrad × nutzbare Entladetiefe)
Für eine Last von 7.2 kW, 1 Stunde Überbrückungszeit, einen DC-Bus von 192 VDC, einen Wechselrichterwirkungsgrad von 0.85 und eine nutzbare Entladetiefe von 0.6 ergibt sich ein Wert von etwa 73.5 Ah. 16 Batterien à 12 V 100 Ah in Reihe bilden einen Strang mit 100 Ah Nennkapazität, der das Ziel mit einer kleinen Reserve abdeckt. Bei 2 Stunden verdoppeln sich die erforderlichen Ah auf etwa 147 Ah, sodass zwei parallele Stränge mit 100 Ah benötigt werden.
Die Formel ist nur der Ausgangspunkt. Bei kurzen Entladungen mit hohem Strom liefert die Batterie weniger als ihre Nennkapazität bei 20 Stunden, sodass die tatsächliche Bank größer ausfällt. Prüfen Sie dies mit der Entladetabelle des Herstellers bei der vorgesehenen Entladeschlussspannung.
| Überbrückungszeit | Last | DC-Bus | Geschätzte Ah | Stränge mit 12 V 100 Ah |
|---|---|---|---|---|
| 5 min | 7.2 kW | 192 V | 6 Ah | 1 (minimaler Strang) |
| 15 min | 7.2 kW | 192 V | 18 Ah | 1 |
| 30 min | 7.2 kW | 192 V | 37 Ah | 1 |
| 60 min | 7.2 kW | 192 V | 74 Ah | 1 |
| 120 min | 7.2 kW | 192 V | 147 Ah | 2 |
| 240 min | 7.2 kW | 192 V | 294 Ah | 3 |
Die Tabellenwerte sind Richtwerte und setzen eine Batterie in gutem Zustand bei 25 °C voraus. Ein zu warmer Batterieraum verringert die verfügbare Kapazität und die Lebensdauer; ein zu kalter Raum verringert die Kapazität während der Entladung. Beide Faktoren verändern die Auslegung der Batteriebank.
Was ändert sich bei der Auslegung, wenn das Netz instabil ist?
Ein instabiles Netz verändert zuerst die Entscheidung über die Topologie und danach die Kapazität. Eine Line-Interactive-USV schaltet in 4–6 ms um und korrigiert die Spannung mit einer AVR-Stufe; eine Online-USV führt die Last immer über eine Doppelwandlung und schaltet in 0 ms um. Wenn das Netz häufig auf 160 V absinkt oder auf 260 V ansteigt, kann ein Line-Interactive-Modell zu oft auf Batterie umschalten, und die Batterie kann sich zwischen zwei Ereignissen nicht ausreichend erholen.
Der wichtigste Parameter, der geprüft werden muss, ist das Eingangsfenster. Viele Online-Modelle akzeptieren 85–300 VAC, was tiefe Einbrüche und Generatorschwankungen abdeckt. Wenn der Eingang unter dieses Fenster fällt, wechselt die USV auf Batterie oder Bypass. Ein vorgeschalteter Servo-Stabilisator hält die USV am Netz, verursacht aber zusätzliche Kosten und einen Wartungspunkt.
| Netzstatus | Empfohlene Topologie | Begründung |
|---|---|---|
| Stabil, gelegentliche Ausfälle | Line-Interactive | Geringere Kosten, ausreichende Umschaltung |
| Häufige Einbrüche, kurze Ausfälle | Online mit weitem Eingangsbereich | Umschaltung in 0 ms, Batterie für echte Ausfälle reserviert |
| Tiefe Unterspannung, mit Generator | Online + Servo-Stabilisator | Stabiler Eingang, sauberer Ausgang |
| Motorlasten, Industrieumgebung | Industrie-Online | Hohe Überlastfähigkeit, weiter Eingangsbereich |
| Rechenzentrum, N+1 | Modular Online | Redundanz und Wachstum |
Die Standortspannung muss gemessen, nicht angenommen werden. Eine kontinuierliche Woche Aufzeichnung am Verteilerschrank zeigt die minimale und maximale Phasenspannung, die Phasenunsymmetrie und die Frequenz. Diese Aufzeichnung ist nützlicher als die Angaben des Energieversorgers.
Welche Informationen sollten an den Lieferanten übermittelt werden?
Übermitteln Sie die Lastliste, den größten Motor oder Kompressor, die geforderte Überbrückungszeit, Phasenzahl und Spannung, das Projektland, die Umgebungstemperatur und die Dokumentationsanforderungen. Falls ein einpoliges Schaltbild oder die Spezifikation eines Planers vorliegt, fügen Sie diese bei.
Der Lieferant sollte mit folgenden Angaben antworten: kVA, kW, Ausgangsleistungsfaktor, Eingangsfenster, Batteriekonfiguration, Abmessungen, Gewicht, Wärmeabgabe und die Berechnungsgrundlage der Überbrückungszeit. Wenn das Angebot nur „10-kVA-USV“ angibt, sind die übrigen Parameter anzufordern. Batterie und Eingangsbereich können den Preis um eine Größenordnung verändern.
Ein gutes Angebot sollte auch angeben, was nicht enthalten ist: Bauleistungen, Kabel, Installation, Zölle und Zollabfertigung. Mit klar definierten Grenzen gibt es keine Überraschungen, wenn das Gerät eintrifft.
Checkliste für die Auslegung
- Messen Sie die tatsächliche Leistungsaufnahme in kW; verwenden Sie nicht das Typenschild.
- Setzen Sie einen Zuschlag von 20–25% für normale Lasten und von 30% für Lasten mit vielen Motoren an.
- Prüfen Sie den Anlauf des größten Motors anhand der Überlastkennlinie der USV.
- Dimensionieren Sie die Batterie anhand der Überbrückungszeit, des DC-Busses und der Entladekennlinie.
- Bestätigen Sie das Eingangsfenster anhand der am Standort gemessenen Spannung.
- Wählen Sie die Topologie nach der Empfindlichkeit der Last und den Netzgegebenheiten, nicht allein nach dem Preis.
- Fordern Sie vor der Auftragserteilung das Modellblatt, das Datenblatt der Batterie und die Zeichnungen an.
Der Rechner auf dieser Website liefert eine Kapazität und eine geschätzte Batterie als erste Näherung. Nutzen Sie ihn, um die Anfrage einzugrenzen, und bestätigen Sie anschließend die endgültige Konfiguration mit dem Datenblatt des Modells und dem Messprotokoll des Standorts.
