Unterbrechungsfreie Stromversorgung: Zweck und Besonderheiten des Betriebs einer Haushalts-USV

Um die Funktionalität von Geräten bei Netzwerkausfällen aufrechtzuerhalten, wird eine unterbrechungsfreie Stromversorgung eingesetzt.Abhängig von der Art der bedienten Verbraucher und den Leistungsparametern müssen Sie unterschiedliche Modelle auswählen. Diese Geräte sind gefragt, daher ist es nicht schwierig, ein Exemplar mit den erforderlichen Eigenschaften zu erwerben.

Aber vor dem Kauf müssen Sie die Funktionen selbst verstehen und dürfen dieses Problem nicht den am Verkauf interessierten Managern anvertrauen.

In diesem Material werden wir uns mit den Design- und Betriebsmerkmalen der USV befassen und auch über die Regeln für ihre Verwendung sprechen.

AC-USV-Schaltungen

Für den häuslichen Bedarf werden unterbrechungsfreie Stromversorgungsgeräte verwendet, die an ein einphasiges 220-V-Netz angeschlossen sind und Verbraucher, die bei Stromausfall eine Zeit lang dieselbe Spannung benötigen, versorgen können.

Es gibt auch USVs, die am Eingang an ein Drehstromnetz angeschlossen sind und deren Ausgang entweder 380 V oder 220 V beträgt. Sie sind jedoch teuer und werden verwendet, wenn eine autonome Stromversorgung von 10 kVA A erforderlich ist. was für den häuslichen Bedarf nicht erforderlich ist.

Haushalts-AC-USVs werden entsprechend ihrem Betriebsschema in die folgenden Typen unterteilt:

• Sicherung (offline);
• interaktiv (linear-interaktiv);
• Doppelkonvertierung (online).

Sie unterscheiden sich in der Qualität der Ausgangsspannung und im Preis.Am günstigsten sind die Standby-Modelle und am teuersten sind die Doppelwandler-Modelle.

Das einfachste Notstromkonzept umfasst ein Schaltrelais und eine passive Filterung zur Unterdrückung von Störungen.

Um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, wird im Ladegerät ein Gleichrichter eingesetzt. Und die Rücktransformation erfolgt über einen Wechselrichter.

In unterbrechungsfreien Stromversorgungssystemen werden üblicherweise gewöhnliche elektromechanische Relais installiert, um den Stromkreis vom Netzwerk zur Batterie umzuschalten. Wenn dieser Teil von hoher Qualität ist, reicht seine Ressource für den gesamten Betrieb der USV aus. Aber meistens liegt das Problem beim Ausfall eines Blocks genau in diesem Strukturelement.

Der interaktive Schaltkreis unterscheidet sich vom Backup-Schaltkreis durch das Vorhandensein eines Spannungsstabilisators. Er ist als typischer Spartransformator mit direkt angeschlossenen Wicklungen aufgebaut

Auch eine Spannungsstabilisierung ist in vielen Haushaltsgeräten vorhanden, sodass es bei unbedeutenden Abweichungen keinen Sinn macht, ein teureres linear-interaktives Modell zu kaufen.

Das Vorhandensein eines Transformators zwingt den Hersteller häufig dazu, eine Zwangskühlung einzusetzen, weshalb solche USVs mit Kühlern ausgestattet sind. Sie geben Geräusche ab, die in ihrer Intensität mit dem Betrieb einer Computersystemeinheit vergleichbar sind.

Bei einem Online-System wird der Wechselrichter kontinuierlich über Batterien mit Strom versorgt. Daher beträgt die Umschaltzeit für die Notstromversorgung bei einem Stromausfall Null

Die komplexesten und teuersten Doppelwandlergeräte weisen auch den niedrigsten Wirkungsgrad auf. Strom geht in Wärme verloren, die das Gerät abgibt. Daher muss ihre Verwendung gerechtfertigt sein.

Der größte Vorteil dieser Art der unterbrechungsfreien Stromversorgung ist die sofortige Reaktion auf einen Stromausfall. Für die meisten Haushaltsgeräte ist dies jedoch nicht so wichtig. Dieselben Computer sind normalerweise mit einer Backup- oder interaktiven USV ausgestattet.

Die wichtigsten Parameter

Mittlerweile gibt es auf dem Markt viele Angebote für den Verkauf von unterbrechungsfreien Stromversorgungen für den Haushalt. Um ihren Zweck richtig zu bestimmen und bei der Auswahl keinen Fehler zu machen, müssen Sie zunächst verstehen, auf welche Parameter Sie achten sollten.

Wichtigste technische Merkmale

Die Ausgangsleistung des Gerätes bestimmt den maximal zulässigen Wert, den das Gerät dem Verbraucher zuverlässig zur Verfügung stellen kann. Sie wird in Voltampere (VA) gemessen. Aus Gründen der Benutzerfreundlichkeit wird dieser Wert oft angegeben und in Watt.

Um die Belastung von Geräten zu messen, können Sie entweder ein Amperemeter verwenden oder diese anhand der Messwerte eines in der Wohnung installierten Messgeräts berechnen.

Sie können den Stromverbrauch mit einem Haushaltsamperemeter (Wattmeter) mit Steckdose messen. Das angeschlossene Gerät muss in den Maximalverbrauchsmodus geschaltet werden

Bei der Ermittlung der tatsächlichen Leistung eines Computers sollten Sie sich nicht an der Nennleistung des Netzteils orientieren, da dieses immer mit Reserve gekauft wird.

Wenn Sie kein Amperemeter haben, müssen Sie Folgendes tun:

1. Trennen Sie alle Stromkreise in der Schalttafel außer dem Stromkreis, der den Computer mit Strom versorgt.
2. Schalten Sie alle Geräte in diesem Stromkreis aus.
3. Schalten Sie den Computer ein und führen Sie ein typisches Programm darauf aus (z. B. ein Video von YouTube).
4. Warten Sie, bis der Zähler den Wert um ein Zehntel Kilowatt ändert.
5. Zeit bis zur nächsten Änderung.

Durchschnittlicher Stromverbrauch (P, Watt) für diesen Zeitraum (T, Minuten) kann nach folgender Formel berechnet werden:

P = 100 * (60 / t)

Das nächste wichtige Merkmal ist die Akkulaufzeit. Dieser Indikator hängt von der Belastung ab, der die USV in diesem Moment ausgesetzt ist. Bei der maximal zulässigen Leistung arbeiten die Batterien eines Haushaltsgerätes 1-3 Minuten lang. Und bei der Hälfte - viel länger (bis zu 10 Minuten).

Das Diagramm der Abhängigkeit der Batterielebensdauer von der durchschnittlichen Belastung zeigt, dass diese Abhängigkeit nichtlinear ist. Dies liegt an der Art und Weise, wie die Batterien entladen werden.

Dies führt zu zwei Schlussfolgerungen:

• Bei einem Stromausfall ist es notwendig, die von den Geräten verbrauchte Last so weit wie möglich zu reduzieren;
• Es empfiehlt sich, eine USV zu kaufen, deren Leistung die berechnete um mindestens 30 % übertrifft.

Der Eingangsspannungsbereich zeigt die minimal und maximal zulässige Netzspannung an, bei der nicht auf die Batterien umgeschaltet wird. Grundsätzlich vertragen alle USVs einen Spannungsbereich von 180-260 V.

Einige Hersteller haben sehr gute (Werbe-)Kennzahlen, zum Beispiel liegt der untere Wert bei 110 V. Hier ist darauf zu achten, dass diese Zahlen gezielt für die maximale Belastung und nicht für die Hälfte genommen werden.

Ein weiterer wichtiger technischer Indikator ist der Geräuschpegel. USVs, die mit Line-Interactive- oder Online-Technologie hergestellt werden, erzeugen viel Wärme, weshalb die Hersteller Ventilatoren an ihnen installieren. Wenn die Kühler günstig sind, machen sie mit der Zeit Geräusche, die für den Wohnraum unerwünscht sind.

Schnittstelle und Einrichtung

Das Aussehen von Blöcken kann sehr unterschiedlich sein. Sie haben meist eine klassische rechteckige Form, mit Anzeigen oder einem Display auf der Vorderseite und Stromanschlüssen auf der Rückseite. Ihre Anzahl ist nicht so wichtig, da an den Ausgang ein Verlängerungskabel mit T-Stück angeschlossen werden kann.Dies widerspricht in keiner Weise dem USV-Konzept.

Das Modell verfügt möglicherweise über ein LCD-Display, das die Situation mit der Versorgung angeschlossener Geräte anzeigt: Stromverfügbarkeit, Anzahl der Verbraucher, Batterieladung usw.

Das Anzeigesystem reduziert die Gerätekosten. Darüber hinaus ist es praktischer. Wenn Sie irgendwelche Parameter kennen müssen, verfügen viele Modelle über die Funktion, eine Verbindung zu einem Computer herzustellen

Um die Parameter der Stromversorgung, den Zustand der USV-Batterien und ihre Funktionsweise herauszufinden, können Sie sie an einen Computer anschließen. Für viele Modelle wurde diese Funktion implementiert und Software entwickelt.

Es gibt drei Haupttypen von Schnittstellen:

• USB. Die häufigste Verbindung zwischen einem Computer und einer USV.
• RS-232 (COM-Anschluss). In Haushaltsmodellen selten vorhanden.
• Ethernet 10/100. Es dient zur Fernsteuerung der unterbrechungsfreien Stromversorgung.

Die Software zum Erhalten von USV-Kenndaten und deren Verwaltung wurde nicht nur für verschiedene Windows-Versionen entwickelt. Beispielsweise verfügt der bekannte Hersteller Powercom über eine Android-Version der Software, mit der Sie den Energiestatus aus der Ferne überwachen und bei Bedarf den Betrieb der unterbrechungsfreien Stromversorgung anpassen können.

Mit der Software können Sie die Hauptmerkmale des Stromnetzes überwachen, z. B. Eingangs- und Ausgangsspannung und Frequenz. Außerdem können Sie den Akkuladestand und die Gerätetemperatur ermitteln

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen werden in unmittelbarer Nähe von geschützten Stromverbrauchern platziert. Sie werden normalerweise auf dem Boden oder auf Regalen platziert. Einige Modelle sind mit Befestigungselementen ausgestattet, die eine Wandmontage ermöglichen.

Qualität des Ausgangsstroms

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen müssen Strom in ausreichender Qualität liefern.Beim Betrieb mit Batterien ist hierfür der Wechselrichter verantwortlich, bei Netzstrom sollten die Problemstellen durch Filter und einen Stabilisator geglättet werden. Störungen, die in einem Stromkreis auftreten, haben unterschiedliche Ursachen und Folgen für die Elektronik. Daher muss auch dieses Thema sorgfältig geprüft werden.

Netzwerkinterferenz und -schutz

Alle modernen USVs sind mit einem Schutz gegen Probleme im Zusammenhang mit den zu wartenden Geräten ausgestattet. Wenn die Gesamtlast den maximal zulässigen Wert überschreitet oder ein Kurzschluss auftritt, schaltet die unterbrechungsfreie Stromversorgung den Strom sofort ab.

Störungen im Netzwerk können in Frequenz und Impuls unterteilt werden. Erstere sind nicht so gefährlich, insbesondere für Computer- oder TV-Netzteile, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln. Letzteres kann zu Problemen mit jeglicher Elektronik führen.

Daher sind die meisten USV-Anlagen mit einem Überspannungs- und Oberschwingungsschutz durch Varistoren und Hochfrequenzfilter ausgestattet.

Die Beseitigung von Störungen auf der Leitung erfolgt in zwei Schritten. Zunächst schneiden Varistoren hochfrequente Impulse ab, anschließend glättet der Filter kleine Sprünge

Das Problem des Auftretens von Hochspannungsimpulsen ist nicht nur für Stromkabel typisch, sondern auch für Datenübertragungsnetze – Computer oder Telefon. Sie können aufgrund der Einwirkung von atmosphärischer Elektrizität, Ausfällen benachbarter Leitungen, elektrischer Störungen und aus anderen Gründen auftreten.

Viele Hersteller produzieren Modelle mit der Fähigkeit, ein lokales Netzwerk zu schützen. Dafür verfügt die USV über zwei RJ-45-Anschluss - eine für die Einfahrt und eine für die Ausfahrt. Das Signal durchläuft einen Filter, der Spannungsspitzen unterdrückt. Für Telefonleitungen ist das System dasselbe, nur die Anschlüsse sind im RJ-11-Format.

Nieder- und Hochspannung

Die Spannungsanpassung erfolgt mithilfe eines automatischen Spannungsreglers (AVR), dessen Hauptelement ein Spartransformator ist. Das Funktionsprinzip basiert auf der Änderung der Windungszahl einer der Wicklungen, wodurch sich die Spannung in Richtung einer Erhöhung oder Verringerung ihres Wertes ändert.

Das Vorhandensein von AVR in der USV ermöglicht es Ihnen, den autonomen Modus nicht jedes Mal einzuschalten, wenn die Spannung geringfügig von den Standardwerten abweicht. Dadurch erhöht sich die Akkulaufzeit deutlich.

Professionelle Multimeter wie das CEM DT 9909 sind in der Lage, den Spannungswert über einen langen Zeitraum aufzuzeichnen. Der Einsatz eines solchen Geräts kann bei der Auswahl eines Stabilisators oder einer USV hilfreich sein

Gemäß GOST 29322-2014 ist eine Spannungsabweichung von 10 Prozent vom Referenzwert für einen Zeitraum von höchstens 1 Stunde zulässig. Alle modernen USVs mit Regler bewältigen solche Schwankungen.

Ausgangsreinheit

Die Art des Ausgangssignals hängt vom Modell des Wechselrichters ab, der in der unterbrechungsfreien Stromversorgung installiert ist. Idealerweise sollte die Wechselspannungswellenform eine Sinuswelle sein. Nach der Umwandlung durch einen Wechselrichter nimmt es jedoch eine stufenförmige Form an.

Je größer die Anzahl der Schritte in der Momentanspannungs-Zeit-Kurve ist, desto besser ist die Qualität des Wechselstroms. Dies ist für einige Geräte wichtig

Für Geräte, die asynchrone Elektromotoren (Kühlschrank, Klimaanlage), Transformator-Netzteile (hochwertige Audiogeräte) und APFC-Netzteile (Server und leistungsstarke Computer) enthalten, benötigen Sie eine reine oder gut angenäherte Sinuswelle.

Kein einziger Wechselrichter und damit auch keine USV erzeugt eine reine Sinuswelle, egal was Gerätehersteller in Werbebroschüren schreiben. Die Annäherung des Ausgangssignals an eine Sinuskurve wird anhand der Gesamtharmonischen Verzerrung (THD) beurteilt.

Der Signalausgang des Geräts kann bei einem Klirrfaktor von <5 % als sinusförmig betrachtet werden. Bei einigen Modellen, wie zum Beispiel IMV NetPro 2000, beträgt dieser Wert nur 2 %.

Regeln für die Verwendung von UPS

Beim Kauf einer unterbrechungsfreien Stromversorgung zur Organisation der Notstromversorgung müssen Sie wissen, mit welchen Geräten sie verwendet werden kann. Manchmal reicht eine USV allein nicht aus und dann müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um Ihr Zuhause mit Strom zu versorgen.

Anschließen von Haushaltsgeräten

Computer, Modems, Router, Video- und Audiogeräte sind typische Heim- oder Bürogeräte, an die eine unterbrechungsfreie Stromversorgung angeschlossen ist. Wenn diese Technik gewöhnliche Schaltnetzteile enthält, reicht es aus, relativ günstige Modelle zu kaufen, die keine reine Sinuswelle erzeugen.

Moderne Modelle sind kompakt und haben ein attraktives Design, das sich harmonisch mit anderen Geräten in den Innenraum eines Wohnzimmers einfügt.

Auch die Anschaffung teurer Produkte für die Beleuchtung entfällt. Hier geht es vor allem darum, die maximale Leistung und Akkulaufzeit richtig zu berechnen.

Bei häufigen Ausfällen ist das Problem des ungeplanten Abtauens von Kühlschränken und des Verderbens von Lebensmitteln relevant. Beim Schutz solcher Geräte mit Asynchronmotoren sind komplexer aufgebaute USVs erforderlich, da ein „reines“ Sinussignal erforderlich ist.

Darüber hinaus ist das Vorhandensein von Anlaufströmen zu berücksichtigen, die beim Starten des Motors entstehen.Vereinfacht lässt sich ihr Wert für Kühlgeräte ermitteln, indem man den Leistungswert mit 5 multipliziert.

Verfügt die Küche beispielsweise über einen Kühlschrank mit einer Gesamtleistung von 300 W (beim Start – 1500 W) und einen Gefrierschrank mit 200 W (beim Start – 1000 W), dann benötigen Sie ein Netzteil mit reiner Sinuswelle und eine maximale Leistung von mindestens 1700 W. Dieser Wert wurde für den Fall ermittelt, dass der Gefrierschrank in Betrieb ist und zu diesem Zeitpunkt der Kühlschrank eingeschaltet ist. Der gleichzeitige Start beider Motoren ist unwahrscheinlich, und eine solche USV hält einem Sekundenstoß von 2,7 kW stand.

Ein Online-Gerät mit einer maximalen Leistung von 2000 W kann bei einem Gesamtverbrauch von 500 W etwa eine halbe Stunde lang betrieben werden. Da der Kühlmodus ca. 5 Minuten dauert, reicht die unterbrechungsfreie Stromversorgung garantiert für 6 Starts beider Geräte.

In Privathäusern und Ferienhäusern ist es außerdem wichtig, eine USV zur Unterstützung einer Heizungsanlage mit Zwangsumlauf einzusetzen. Pumpen benötigen auch einen sauberen Sinus

Unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme werden auch aktiv für die Arbeit genutzt Gasheizkessel. Angesichts der Kosten für die angeschlossenen Geräte sollten Sie in diesem Fall nicht an der Qualität der USV sparen.

Backup und zusätzliche Stromversorgung

Für viele Haushaltsgeräte ist es unmöglich, eine kostengünstige USV zu wählen, da bei einem langen autonomen Betrieb eine erhebliche maximale Leistung erforderlich ist. Waschmaschinen, Elektroöfen und dezentrale Klimaanlagen verbrauchen viel Strom.

Selbstverständlich können Sie bei einem Stromausfall auf diese Geräte verzichten. Dies empfiehlt sich, wenn solche Unterbrechungen selten und nur für kurze Zeit auftreten.Entscheidet man sich jedoch dafür, leistungsstarke Verbraucher autark mit Strom zu versorgen, greift man besser auf einen Benzin- oder Dieselgenerator zurück. Um sie bei fehlender Spannung schnell zu starten, wird ein automatisches Transfersystem (ATS) verwendet.

Wenn Sie über eine zusätzliche Stromquelle verfügen, lohnt sich zumindest für Computer dennoch der Einsatz einer USV. Es ist unmöglich, einen sofortigen Start des Generators und eine Wiederherstellung der Stromversorgung zu erreichen.

Niederspannungsstabilisierung

Das Problem der Niederspannung ist für Anlagen relevant, die an alte oder schwache Stromnetze angeschlossen sind. Wenn diese Situation ständig auftritt, ist es besser, die Eingabe zu verwenden Stabilisator.

Wenn ein Stabilisator vorhanden ist, wird die Spannung des hausinternen Netzwerks auf Standardwerte gebracht. Dies betrifft auch Geräte, die nicht an die USV angeschlossen sind.

Wenn die Spannung reduziert wird, erhöht sich der Strom, der durch das hausinterne Netzwerk fließt. Angenommen, die Gesamtleistung der an die USV angeschlossenen Verbraucher beträgt 1,5 kW und die Versorgungsspannung beträgt 190 V.

Dann vorbei Ohm'sches Gesetz:

• ICH₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – Strom im Stromkreis bis zur USV ohne Stabilisator;
• ICH₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – Stromstärke im Stromkreis bis zur USV mit Stabilisator.

Dadurch kommt es bei einem hausinternen Netzwerk ohne Stabilisator zu einer erhöhten Belastung, die bei der Wahl des Leitungsquerschnitts möglicherweise nicht berücksichtigt wurde.

Daher ist es bei konstanter Niederspannung besser, einen Stabilisator zu installieren. In diesem Fall wird der USV-Spartransformator weniger belastet, was seine Lebensdauer verlängert. Darüber hinaus können Sie unter Berücksichtigung des Spannungsausgleichs günstigere unterbrechungsfreie Stromversorgungen erwerben.

Unterbrechungsfreie Stromversorgung von Gleichstromverbrauchern

Für einige Geräte ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit DC 12, 24 oder 48 V erforderlich. Eine USV dieses Typs ist ebenfalls käuflich zu erwerben. Ihre Kennzeichnung enthält das Kürzel „DC“. Es gibt auch Geräte mit einer Spannungsversorgung von 60, 110 oder 220 V, die jedoch in der Industrie oder im Energiebereich eingesetzt werden.

Der Unterschied zwischen unterbrechungsfreien Gleichstromversorgungen im internen Aufbau und den klassischen Modellen besteht im Fehlen eines Wechselrichters. Die Batterien werden über ein Schütz mit strombegrenzendem Messshunt direkt an den Ausgang angeschlossen, um eine unzulässige Tiefentladung der Batterien zu verhindern.

Manchmal befindet sich am Ausgang ein Stabilisierungswandler, wenn die von der USV versorgten Geräte empfindlich auf kleine Spannungsschwankungen reagieren.

Zusammen mit Spannungswandlern ist eine 48-W-DC-USV in der Lage, ein Videoüberwachungssystem mit einem Umkreis von bis zu 1 km zu versorgen

Diese Notstromversorgungen werden zum Schutz der folgenden gleichstrombetriebenen Haushaltsgeräte verwendet:

• CCTV-Systeme und Sicherheit;
• alle Arten von Sensoren (Leckage, Rauch, Feuer, Bewegung usw.);
• Beleuchtungssysteme;
• Telekommunikationsgeräte;
• Kommunikationssysteme;
• Komponenten des Steuerungssystems "Intelligentes Haus".

Viele DC-USVs verfügen über die Möglichkeit, externe Batterien anzuschließen. In diesem Fall kann die autonome Funktion der von ihnen bedienten Geräte sehr lange dauern.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Kurz zu den Hauptmerkmalen von Haushalts-USVs:

Die Vielfalt der USV-Typen und ihrer Eigenschaften ist eine Folge der unterschiedlichen Einsatzbedingungen: Leistung und Art der angeschlossenen Geräte, Parameter und typische Probleme eines bestimmten Stromnetzes.Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung ist normalerweise nicht das teuerste Element des Systems, aber die Stabilität seines Betriebs hängt davon ab. Daher müssen Sie die Betriebsbedingungen ermitteln und ein Modell sorgfältig auswählen.

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