Das 1x1 der gesicherten Stromversorgung

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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