PDF [2,5 MB] - bei der IBH IT-Service GmbH

Planung und Gestaltung 

hochzuverlässiger, 

ausfallredundanter, 

dreiphasiger USV-Anlagen 

im Bereich von 8kVA-4.400kVA 

Prof. Dr. Thomas Horn 

IBH IT-Service GmbH 

Gostritzer Str. 67a 

01217 Dresden 

http://www.ibh.de 

info@ibh.de 

www.ibh.de

Inhaltsverzeichnis 

1. IT-Grundschutzhandbuch des BSI zum Spannungsausfall 

2. Drei Arbeitsthesen 

3. DIN IEC 62040-3: USV-Klassifikation 

4. Zur Qualität der Stromversorgung 

5. Elektrotechnische Grundlagen 

6. Funktionsweise HotSync-Cluster 

7. Zur Auswahl der USV-Anlage 

8. Planung einer Eaton 9355 



11. BladeUPS 

12. Aufbau einer 3-phasigen Anlage 

13. Aufbau einer 1-phasigen Anlage 

14. Planung HotSync-Cluster 

15. Aufbau der Stromversorgung / Elt-Verteilung im Rack 

16. Welche Vorteile hat ein Servicevertrag? 

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G 4.1 Ausfall der Stromversorgung 

Wichtigste Gefährdung (direkt benannt in 16 Bausteinen) 

◆ Trotz hoher Versorgungssicherheit kommt es immer wieder zu Unterbrechungen 

der Stromversorgung seitens der Energieversorgungsunternehmen 

(EVU). Die größte Zahl dieser Störungen ist mit Zeiten 

unter einer Sekunde so kurz, dass der Mensch sie nicht bemerkt. Aber 

schon Unterbrechungen von mehr als 20ms sind geeignet, den 

IT-Betrieb zu stören. 

◆ Von der Stromversorgung sind nicht nur die offensichtlichen Stromverbraucher 

(PC, Beleuchtung usw.) abhängig. Alle Infrastruktureinrichtungen 

sind heute direkt oder indirekt vom Strom abhängig. 

◆ Die Liberalisierung des Strommarktes führte in einigen Industrieländern 

zur Verschlechterung des Versorgungsniveaus. Auch in Deutschland 

könnte daher die Gefahr wachsen, dass Probleme durch 

Ausfälle der Stromversorgung oder durch Schaltvorgänge 

an nationalen Versorgungsübergängen entstehen. 

◆ Beispiele: 2001: Kalifornien, 

2005: Niedersachsen/NRW, etc. 

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M 1.28 Lokale unterbrechungsfreie 

Stromversorgung 1 

◆ Verantwortlich für Initiierung: Leiter Haustechnik, Leiter IT 

◆ Verantwortlich für Umsetzung: Haustechnik, Administrator 

◆ Begründung der Notwendigkeit einer USV-Anlage 

◆ Drei Arten der USV sind zu unterscheiden: 

● VFD-USV (Voltage and Frequency Dependent) 

Verbraucher werden im Normalbetrieb direkt aus dem 

Stromversorgungsnetz gespeist. Eine VFD-USV hat eine Umschaltlücke 

von bis zu 10ms � früher: Offline-USV 

● VI-USV (Voltage Independent) 

Versorgungsspannung wird bei kleineren Schwankungen nachgeregelt, 

Frequenz am Ausgang einer VI-USV ist vom Versorgungsnetz abhängig. 

Umschaltlücken möglich � früher: Line-interactive USV 

● VFI-USV (Voltage and Frequency Independent) 

Im Normalbetrieb keine direkte Verbindung mehr zwischen USV-Eingang 

und -Ausgang 

� Doppelwandler-USV bzw. früher auch Online-USV 

VFI-USV ist wirklich unterbrechungsfrei 

Gemäß DIN IEC 62040-3: VFI-SS-111 

4



◆ Werden IT-Geräte in einem Gebäude mit TN-S-Netz mit einer lokalen 

USV versorgt, ist zu beachten: Um die Schutzwirkung des TN-S-Netzes 

gegen Ausgleichsströme auf Schirmen von Datenleitungen aufrecht zu 

erhalten, ist darauf zu achten, dass USV-ausgangsseitig keine 

Verbindung zwischen N- und PE-Leiter (Nullung) besteht. Ggf. sind 

solche oft serienmäßig eingebauten Verbindungen vor Einbau in das 

TN-S-Netz zu entfernen. 

�� Bei Eaton ist N und PE immer isoliert 

◆ Bei der Dimensionierung einer USV kann man in der Regel von einer 

üblichen Überbrückungszeit von ca. 10 bis 15 Minuten ausgehen. Die 

Mehrzahl aller Stromausfälle ist innerhalb von 5 bis 10 Minuten 

behoben, so dass nach Abwarten dieser Zeitspanne noch 5 Minuten 

übrig bleiben, um die angeschlossene IT geordnet herunterfahren zu 

können, sollte der Stromausfall länger andauern. 

5



◆ Die meisten modernen USV-Geräte bieten Rechnerschnittstellen an, die nach 

einer vorher festgelegten Zeit, entsprechend dem Zeitbedarf der IT und der 

Kapazität der USV, ein rechtzeitiges automatisches Herunterfahren (Shut-Down) 

einleiten können. 

◆ Für spezielle Anwendungsfälle (z. B. TK-Anlagen) kann die erforderliche 

Überbrückungszeit auch mehrere Stunden betragen. 

◆ Um die Schutzwirkung aufrechtzuerhalten, ist eine regelmäßige Wartung der 

USV vorzusehen. 

◆ Falls die Möglichkeit besteht, die Stromversorgung unterbrechungsfrei aus einer 

anderen Quelle zu beziehen (z. B. durch Anschluss an eine zentrale USV), so 

stellt dies eine Alternative zur lokalen USV dar. 

◆ Ergänzende Kontrollfragen: 

● Werden die Wartungsintervalle der USV eingehalten? 

● Ist ein automatisches Shut-Down vorgesehen? 

● Wird die Wirksamkeit der USV regelmäßig getestet? 

● Haben sich Veränderungen ergeben, so dass die vorgehaltene Kapazität der USV 

nicht mehr ausreichend ist? 

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M 1.70 Zentrale unterbrechungsfreie 

Stromversorgung 1 (neu, 11. EL 2009) 

◆ Verantwortlich für Initiierung: Leiter Haustechnik, Leiter IT 

◆ Verantwortlich für Umsetzung: Haustechnik, Administrator 

◆ Wertvolle Hinweise zu: 

● Bei der Festlegung der Ausgangsleistung sollte man also ausreichende 

Reserven einplanen. 

● Typische Werte für die Stützzeit liegen bei 30 bis 60 Minuten. Der doppelte 

Ansatz der Shutdown-Zeit bewirkt ein Sicherheitspolster. 

● Empfindlichster Teil einer USV ist die Batterie. 

Nur wenn diese bei der vom Hersteller genannten optimalen Temperatur 

(typischerweise um 20°C) untergebracht wird, kann s ie ihre maximale 

Leistung und Lebensdauer erreichen. 

� Die EuroBAT-Norm legt verbindlich 20°C fest. 

Pro 10 Kelvin, um die diese Solltemperatur überschritten wird, vermindern 

sich Leistung und Lebensdauer um circa 50 %. 

� Man sollte also auch berücksichtigen, dass eine Batterie nur in den 

ersten Jahren die volle Leistung bringt. 

7

M 1.70 Zentrale unterbrechungsfreie 

Stromversorgung 1 (neu, 11. EL 2009) 

◆ Redundante, ausfallredundante USV-Anlagen kennt das GSHB des BSI 

noch nicht. 

◆ Aber es gibt einen Hinweis: 

Außerdem ist bei einer USV besonders auf den Schutz vor dem Zugriff 

Unbefugter, Brand und Wasser zu achten. 

Ein sinnvoller Schutz gegen 

Brand macht es nahezu 

unverzichtbar, einander 

Redundanz bietende 

USV-Einheiten in getrennten 

Brandabschnitten 

unterzubringen. 

� Dieser Hinweis orientierte 

sich aber primär an der 

"alten" US-Norm TIA-942 

von 1993, die für Systeme 

der Verfügbarkeitsklasse 

Tier IV einen Feed A 

und einen Feed B fordert. 

Feed A Feed B 

MSHV 

A B 

IT-Komponente 

MSHV 

NEA NEA NEA NEA 

NSHV 

BATT BATT BATT 

USV 

ANSCHLUSS 

VERTEILUNG 

KOMMUNIKATION 

UV 

Tier IV 

A B 

IT-Komponente 

USV 

ANSCHLUSS 

VERTEILUNG 

KOMMUNIKATION 

UV 

NSHV 

BATT 

BATT BATT 

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Drei Arbeitsthesen 

(1) In der Praxis: "Man braucht kein USV-Projekt" 

◆ "Eine USV kauft man über den Elektrogroßhandel und schließt drei 

Kabel an!" 

◆ Ein USV-Projekt ist aber sehr komplex! 

(2) IT-Sicherheit muss in der IT selbst realisiert werden! 

◆ Aber erfahrungsgemäß werden die meisten Ausfälle durch die 

Stromversorgung verursacht. 

◆ Wenn die Stromversorgung ausfällt, nützen alle anderen Maßnahmen 

nichts! 

(3) Hochverfügbare USV-Anlagen sind die Grundlage 

◆ Gegenüber anderen Maßnahmen zur Hochverfügbarkeit ist die 

Stromversorgung relativ preiswert (und langlebig) 

◆ Mit relativ einfachen Mitteln lässt eine Verfügbarkeit von mehr als 

99,9999% realisieren 

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DIN IEC 62040-3: USV-Klassifikation 

Wogegen schützen VFI-USV? 

Der Spannungsschutz konzentriert sich 

auf folgende Spannungsprobleme: 

◆ Stromausfall 

◆ Spannungseinbrüche 

◆ Überspannung 

◆ Kurzschluss im öffentlichen Netz 

◆ Störspannungen im Netz 

◆ Hochspannungsspitzen 

◆ Frequenzabweichungen 

◆ Schaltspitzen 

◆ harmonische Oberwellen 

Eine VFI-USV erzeugt eine Ausgangsspannung, die im 

Normalfall von der Eingangsspannung komplett entkoppelt ist: 

Online-USV oder Doppelwandler-USV 

VFD �� Serie 3 

VI �� Serie 5 

VFI �� Serie 9 

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DIN IEC 62040-3: VFI-SS-111 

Aufbau einer VFI-USV VFI – Voltage and 

Frequency Independent 

Bypass-Eingang 

F2 

Gleichrichtereingang 

Elektronischer Bypass 

Gleichrichter Wechselrichter 

~ = 

= ~ 

F1 

+ - 

Batterieketten 

Elektr. 

Schalter 

Ausgang 

Batterieanschlußeinheit (BAE) 

SS – Form der Ausgangsspannung 

bei Normal- und 

Batteriebetrieb 

111 – Toleranzen bei 

• Wechsel der Betriebsart 

• Lastsprüngen 

mit linearer Last 

• Lastsprüngen 

mit nicht linearer Last 

Klassifikation 1 bedeutet 

max. ±30% im Intervall von 

bis zu 1ms und max. ±10% 

oberhalb von 20ms. 

Wirkungsgrad in Abhängigkeit von Größe und Auslastung der USV 91-94%! 

11

Zur Qualität der Stromversorgung 1 

Information Technology Industry Council (ITI) 

vor 1994 Computer Business Equipment Manufacturers Association (CBEMA) 

◆ 1996 eine Spannung-Zeit-Kurve (ITIC-Kurve) definiert, welche die 

maximale Spannungsabweichung in Abhängigkeit von der Dauer der 

Abweichung beschreibt, die ein Computernetzteil tolerieren können muß 

◆ Spannungsausfälle ab 20ms zählen als Blackout 

◆ welche Schäden verursachen Spannungsausfälle: 

● Datenverluste bei Ausfall des Computersystems (direkt) 

● keine Versorgungsleistung durch Ausfall des Computersystems (direkt) 

● Schäden bei Wiederkehr der Spannung (indirekt): 

■ Platten laufen nicht mehr an 

■ Netzteile fallen aus 

■ Elektronik geht in einen "nichtdefinierbaren Zustand" 

■ u.v.a.m. 

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ITIC-Kurve für Netzteile (Rev. 2000) 

ITIC erlaubt eine dauerhafte 

Abweichung (nach 10s) 

von max. ±10% 

30% Unterspannung 

für die Abschaltung 

fehlerhafter Geräte 

(Kurzschlußfestigkeit) 

13


Green-IT 

◆ Eine Doppelwandler-USV hat eine relativ hohe Verlustleistung und 

Toleranzen von weniger als 2%, was von der IKT-Industrie nicht 

gefordert ist. 

◆ Unsere Versorgungsspannung liegt im Regelfall innerhalb der von der 

ITIC vorgegebenen Grenzwerte. 

◆ Aber nur Doppelwandler-USV schützen zuverlässig gegen Schalt- und 

Hochspannungsspitzen, Frequenzabweichungen und Oberwellen. 

◆ Dies führte zur Entwicklung des Hoch-Effizienz-Modus (HE-Modus) 

oder Hybrid-Modus. Man nennt dies auch "Doppelwandler auf Abruf", 

was in Sinne von "Green-IT" zur erheblichen Einsparung an 

Verlustleistung führt. 

◆ Im HE-Modus wird bei guter Qualität die Eingangsspannung direkt auf 

den Ausgang durchgeschaltet. Beim Verlassen des Toleranzbereiches 

schaltet die USV schnell (


Energy Advantage Architecture (EAA) von Eaton 

◆ Energy Saver Systems (ESS) – Weiterentwicklung des HE-Modus 

Das patentierte Verfahren ESS erkennt 

ein Problem mit der Eingangsspannung 

durch spezielle DSP und schaltet somit 

innerhalb von 2ms automatisch auf 

Doppelwandlermodus zurück � η>98% 

◆ Variable Module Management System (VMMS) 

Durch Abschalten von USV-Modulen wird der 

Wirkungsgrad η der restlichen Module verbessert, 

z. B. von 91% auf 95%. Erst wenn die Leistungsabnahme 

steigt oder ein Modul ausfällt, werden 

weitere Leistungsmodule wieder zugeschaltet. 

◆ Bei einer USV mit einer Last von 200kW bedeutet das damit monatlich 

eine Einsparung von ca. 2.700EUR unter Berücksichtigung der 

reduzierten Kühllast. 

15


Energy Advantage Architecture (EAA) in der Praxis 

◆ Abschalten einer USV im Cluster mit VMMS zur Erhöhung der 

Auslastung der anderen USV � 424KW, statt 212 kW 

Teilung 10ms 

Umschaltprozess 

< 2ms 

16

USV-Grundlagen (1) 

Wirkleistung vs. Scheinleistung 

◆ Grundlegend für die Bemessung einer USV ist die Wirkleistung in kW: 

P = U * I � bei einer ohmschen Last (lineare Last) 

◆ Durch induktive oder kapazitive Lasten ergibt sich ein nachlaufender oder 

vorauseilender Strom gegenüber der Spannung: 

● Phasenverschiebungswinkel φ >0 � induktive Last 

● Phasenverschiebungswinkel φ

USV-Grundlagen (2) 

Kurzschlußfestigkeit und Selektivität 

Eaton 9355 

40kVA 

~ 

= 

~ 

= 

= 

~ 

290A (1.100A) 

= 

~ 

Kurzschlußfestigkeit 

145A für max. 300ms 

Parallelmodul 

6m, 16mm² 

0,006 Ω 

6m, 16mm² 

0,006 Ω 

NH00 

80A 

20m, 25mm² 

0,013 Ω 

Spannungsabfall 

auf 226V (-1,7%) 

USV-Verteiler 

LS 

C16A 

25m, 2,5mm² 

0,168 Ω 

Spannungsabfall 

auf 209V (-9%) 

Verbraucher 

bei Kurzschluß 

max. Strom: 624A 

Das HotSync-Cluster kann aber nur max. 290A liefern � Spannungseinbruch auf 123V 

�� Umschaltung auf Bypass 

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Funktionsweise HotSync-Cluster 1 

Theoretische Grundlagen 

◆ mehrere Spannungsquellen können parallel geschaltet werden, wenn 

Frequenz und Phasenlage übereinstimmen 

◆ die HotSync-Technologie ist von Powerware patentiert worden: 

● digitale Signalprozessoren (DSP) berechnen die Sinuskurve für die 

Ausgangsspannung in kleinsten Schritten (3.000 Schritte pro Sekunde) 

und steuern die IBGT-Leistungsmodule an 

● über eine rekursive Gleichung wird dabei von den DSP für ihre Phase die 

Frequenz variiert, was zu einer Leistungserhöhung/-reduzierung führt 

� wenn dies jede USV für sich macht, ergibt sich eine ideale Lastteilung 

● Vorteil: zwischen den USV gibt es keine Kommunikation und damit 

keinen Single Point of Failure (SPOF) 

Eingang 

USV 

USV 

Ausgang 

19


Arbeitsmodi eines Hotsync-Clusters 

◆ Redundanzmodus � 1+1-Redundanz 

● zwei USV-Anlagen teilen sich die Last � Halblastverfahren 

● die Leistung des Clusters entspricht der Leistung einer USV 

● wenn eine USV ausfällt, dann übernimmt die verbleibende USV die volle 

Last 

◆ Kapazitätsmodus � keine Redundanz 

● zwei USV-Anlagen teilen sich die Last � Halblastverfahren 

● die Leistung des Clusters entspricht der doppelten einer USV 

● wenn mehr als die einfache Leistung entnommen wird und eine USV fällt 

aus, dann kommt es zum Totalausfall der USV-Anlage 

◆ gemischter Modus � n+1-Redundanz 

● mehrere USV-Anlagen teilen sich die Last � Lastteilungsverfahren 

● bei vier USV-Anlagen kann die Leistung der Anlage der dreifachen Leistung 

einer USV entsprechen 

● fällt eine USV aus, übernehmen die verbleiben drei USV-Anlagen die volle 

Last 

20


Anzahl der USV in einem Hotsync-Clusters 

◆ Vom Grundsatz her können beliebig viele USV parallel geschaltet 

werden 

◆ Getestet sind: 

● Eaton 9355 � max. 4 USV 

● Eaton 9390 � max. 8 USV 

● Eaton 9395 � max. 6 USV (im gemischten Modus) 

◆ Problem ist die Herstellung einer korrekten Lastteilung 

Die Länge l1 von der USV zur 

Parallelschiene ist kritisch 

� gleicher Widerstand ist wichtig 

für die "ideale" Lastteilung 

� gleiche Kabellänge 

◆ Da trotzdem herstellungsbedingte 

Toleranzen vorhanden 

sind, gibt es eine Kalibrierung 

USV 

USV 

l1 

l1 

Ausgang 

Parallelschiene 

21


Realisierung des Bypassbetriebs 

◆ USV haben normalerweise einen integrierten elektronischen Bypass auf 

Basis von Thyristoren 

◆ Damit auch im Bypassbetrieb eine Lastteilung möglich ist, muss auch 

der Widerstand und damit die Länge der Bypass-Kabel gleich sein 

◆ Die Thyristoren sind aber robuster als die IGBT im Wechselrichter 

ausgelegt (siehe Überlasten) 

� damit ist die Länge l2 weniger kritisch, aber Thyristoren lassen keine 

Kalibrierung zu, da keine "aktiven" Elemente 

◆ Zur Koordinierung des 

Bypassbetriebs muss 

eine Abstimmung 

USV 

Ausgang 

stattfinden 

Bypass 

CAN-Bus 

� Einsatz des 

CAN-Busses 


im Eingangsverteiler 

Bypass 

l2 l2 

l2 

USV 

l1 

l1 


22


Verfügbarkeit eines HotSync-Clusters 

◆ Bei regelmäßiger Wartung hat eine USV eine Verfügbarkeit 

von mind. n > 99,9% 

� max. Ausfall pro Jahr von 8,76h 

◆ Bei Parallelschaltung, wenn es keine anderen Komponenten gibt, 

die ausfallen können, ist die Verfügbarkeit eines Cluster 

aus zwei USV: 

n cluster = 1 – ( (1-n) * (1-n) ) 

= 1 – ( (1-0,999) * (1-0,999) ) 

= 99,9999% 

23

Zur Auswahl der USV-Anlage 1 

BladeUPS 

ESS 

12kVA 

interne 

und externe 

Batterien 

möglich 

Eaton 9355 Eaton 9390 Eaton 9395 

ESS ESS 

ESS+VMMS 

8kVA 

10kVA 

12kVA 

15kVA 

20kVA 

30kVA 

40kVA 

interne 

und externe 

Batterien 

möglich 

40kVA 

60kVA 

80kVA 

100kVA 

120kVA 

160kVA 

nur externe 

Batterien 

1 UPM 2 UPM 3 UPM 4 UPM 

225kVA 

275kVA 

450kVA 

550kVA 

675kVA 

825kVA 

möglich nur externe Batterien möglich 

900kVA 

1100kVA 

24


◆ Investitionsschutz durch Upgrade innerhalb eines Basismodells, 

z. B. von 8kVA � 12kVA oder von 20kVA � 30kVA 

◆ Investitionsschutz durch Parallelschaltung mehrerer USV-Anlagen 

auf Basis des HotSync-Verfahrens (Clusterbildung): 

● Kapazitätsmodus zur Leistungserweiterung 

● Redundanzmodus zur Implementierung von Ausfallsicherheit 

● gemischter Modus, z.B. 2+1-Modus 

� Kapazitätserweiterung und Ausfallredundanz 

◆ Realisierbare Clustergrößen 

● Eaton 9355: max. 4 USV-Anlagen 



(bei Eaton 9395, 900/1100kVA max. 4 USV-Anlagen) 

◆ Nachrüstung eines UPM bei den Modellen Eaton 9395, 225/275kVA, 

450/550kVA und 675/825kVA 

bei der Planung der Elt-Installation sind die 

gewünschten Upgrades zu berücksichtigen 

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Planung einer Eaton 9355 (1) 

Schritt 1: Wahl der Gleichrichter-Sicherungen 

◆ Beispiel: Eaton 9355: 40kVA 

Leistungsfaktor 0,9 � Wirkleistung P=0,9*S= 36kW 

max. Ausgangsstrom: I max-out = P/230V = 174A � je Phase: 52A 

zuzüglich Verlustleistung und Eigenbedarf von ca. 4A 

zuzüglich Ladestrom 

� minimale Absicherung 63A je Phase am Gleichrichtereingang 

◆ Die USV kann im Normalmodus im Spannungsbereich von 192-276V 

arbeiten � höhere Leistungsaufnahme bei 192V! 

26


Schritt 1: Wahl der Gleichrichter-Sicherungen (Forts.) 

◆ Handling von Unterspannungen 

Max. Strom: I max = P/230V = 156,5A � je Phase: 52,2A 

Max. Strom: I max = P/192V = 187,5A � je Phase: 62,5A 

zuzüglich Verlustleistung und Eigenbedarf von ca. 4A 


Absicherung des Gleichrichtereingangs: 80A je Phase 

(max. Gleichrichtereingangsstrom: 73A) 

27


Schritt 2: Handling von Überlasten 

◆ Eine USV sollte immer so geplant werden, dass die Auslastung 85-90% 

nicht überschreitet 

◆ Eine ungleiche Phasenbelastung ist für IGBT und DSP kein Problem, 

aber jede Phase sollte nicht mit mehr als 85-90% belastet sein sollte 

◆ Beispiel: 

Eaton 9355: 40kVA, 36kW, Last hat cos φ = 0,9 

Phase 1: 43A � 8,9kW 

Phase 2: 46A � 9,5kW 

Phase 3: 63A � 13,0kW � 8,3% Überlast 

Summe: 31,4kW � 87,2% Auslastung 

◆ Für hochverfügbare USV-Anlagen ist das Handling von Überlasten zu 

klären 

eine Überlast soll nicht zum Ausfall der USV führen 

28


Schritt 2: Handling von Überlasten (Forts.) 

◆ Überlastbarkeit bedeutet Überlast im Normalbetrieb für jede einzelne 

Phase am Wechselrichter 

◆ Am Gleichrichter mittelt sich die Überlast auf alle drei Phasen 

Normalbetrieb 

Bypass-Betrieb 

◆ Überlastbarkeit (am Netz) bedeutet Überlast im Bypass-Betrieb für jede 

einzelne Phase 

29


Schritt 3: Auswahl der Sicherungen für Ausgang/Bypass 

◆ Sind kurzzeitige Überlastungen möglich (Zuschaltung von größeren 

Verbrauchern, Klimaanlagen, Motoren etc.)? 

◆ Sollen Überlasten akzeptiert werden, die manuell kurzfristig beseitigbar 

sind? 

◆ 10% Überlasten sind im Normalbetrieb bis zu 10min und im 

Bypassbetrieb bis zu 60min zulässig 

◆ 25% Überlasten sind im Normalbetrieb bis zu 1min und im 

Bypassbetrieb bis zu 10min zulässig � könnte durch eine falsche 

Zuschaltung neuer Verbraucher entstehen, wäre binnen 10min wieder 

zu beseitigen! 

◆ Folgende Sicherungen müssen gewählt werden: 

Bypass-Eingang: 58,5A *125% = 72,5A � 80A 

USV-Ausgang: 58,5A *125% = 72,5A � 80A 

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Schritt 4: Auswahl der Leiterquerschnitte 

◆ Leiterquerschnitte sind anhand der 

maximal zulässigen Dauer-Stromstärke 

auszuwählen. Dabei sind zu beachten: 

● Kabeltyp 

● Kabellänge 

● Verlegeart 

◆ Im Beispiel ergibt sich bei 80A je Phase 

ein Querschnitt von 25mm². 

◆ Da der Gleichrichter die Last auf alle 

3 Phasen aufteilt, kann bei der Gleichrichterzuleitung 

der Neutralleiter entfallen. 

◆ Da man von einer ungleichen Last- 

Unverbindliche Leiterquerschnitte: 

16A - 2,5mm² (max. 21A) 

20A - 4mm² (max. 27A) 

25A - 6mm² (max. 35A) 

35A - 10mm² (max. 48A) 

50A - 16mm² (max. 65A) 

63A - 16mm² (max. 65A) 

80A - 25mm² (max. 88A) 

100A - 35mm² (max. 112A) 

125A - 50mm² (max. 150A) 

160A - 70mm² (max. 195A) 

200A - 95mm² (max. 250A) 

250A - 120mm² (max. 300A) 

verteilung am USV-Ausgang ausgehen muss, hat der Neutralleiter 

auf allen übrigen Kabeln vom gleichen Querschnitt zu sein. 

◆ Der Schutzleiter PE (Protective Earth) kann gemäß VDE 100 mit 

einem geringeren Querschnitt ausgewählt werden 

◆ Daraus ergibt sich im allgemeinen als Kabel 4x25/16mm² 

31


Schritt 5: Auswahl der Überbrückungszeiten 

◆ Auswahl des Batterietyps nach EuroBAT 

● 5-Jahresbatterien: normative Lebensdauer bei 20°C � 5 Jahre 

größere Kapazität bei gleichen Abmessungen 

● 10-Jahresbatterien: normative Lebensdauer bei 20°C � 10-12 Jahre 

kleinere Kapazität bei gleichen Abmessungen 

◆ Standard sind fest verschlossene, wartungsfreie Batterien (OGiV) 

◆ Beim Modell Eaton 9355 sind interne Batterien möglich, wodurch die 

USV-Anlage sehr kompakt wird 

◆ Überbrückungszeiten in min bei den Modellen Eaton 9355, 20-40kVA, 

in Abhängigkeit vom cos φ bei 4 Batterieketten (144 Stück, 10 Jahre) 

Batterietyp 

7 Ah 12 V 

7 Ah 12 V 

7 Ah 12 V 

cos φ 

0,7 

0,8 

0,9 

5kVA 

152 

136 

122 

10kVA 

55 

53 

46 

15kVA 

40 

30 

27 

20kVA 

◆ Clusterbildung führt ebenfalls zu verlängerten Überückungszeiten, z. B. 

9355, hat bei einer Last von 30kVA bei cos φ=0,9 eine 

Überbrückungszeit von 10min, bei 1+1 Redundanz im Halblastverfahren 

von 27min. 

26 

21 

17 

25kVA 

18 

14 

12 

30kVA 

15 

11 

10 

35kVA 

11 

9 

7 

40kVA 

9 

7 

6 

32


Schritt 5: Auswahl der Überbrückungszeiten (Forts.) 

◆ Bei höheren Leistungen und größeren Überbrückungszeiten sollte man 

unbedingt externe Batterieschränke wählen, die eine kostengünstigere 

Implementierung durch den Einsatz größerer Batterien gestatten 

für 40 Akkus: 

1 Schrank 

600x800x2000 

1 Schrank 

800x800x2000 

2 Schränke 

600x800x2000 

◆ Beim Modell 9355, 8-15kVA können mit 5 integrierten Batteriemoduln in 

kompakter Bauweise bei 15kVA/cos φ=0,9 eine Überbrückungszeit von 

27min und bei 8kVA/cos φ=0,9 sogar 59min realisiert werden. 

◆ Beim Modell 9355, 20-40kVA, sollte man bei größeren 

Überbrückungszeiten die internen Batterien unbestückt lassen. 

◆ Bei externen Batterieschränken ist eine sorgfältige Planung der 

Fußbodenbelastung erforderlich! 

33


Schritt 1: Wahl der Sicherungen 

◆ Eaton 9390: 80kVA, Leistungsfaktor 0,9 � P=0,9*S= 72kW 

Max. Strom: I max-out = S/U = 348A � je Phase: 116A 

minimale Absicherung: 125A je Phase 



◆ Eingangsstrom bei einer Wirkleistung P = 72kW 

Max. Strom: I max-in = P/230V = 313A � je Phase: 104,5A 

Max. Strom: I max-in = P/184V = 382A � je Phase: 130,5A 

zuzüglich Ladestrom und Eigenbedarf von max. 13A 

minimale Absicherung: 160A je Phase 

34



Normalbetrieb 


◆ Absicherung bei 10% Überlast: 

Max. Ausgangstrom: I max-out = S/3/230V*110% = 127,5A 

Max. Eingangsstrom: I max-in = P/3/184V*110% = 143,5A+13A=156,5A 

� 160A für Input, Bypass und Output (sogar 125% Überlast möglich) 

35


Schritt 3: Planung der Aufstellung 

◆ Abmessungen: 519x808x1.879 

◆ Gewicht: 313kg 

◆ Batterieschrank: 800x800X1.900 

5 Ebenen, 8Akkus je Ebene, 12V/35-93Ah 

40x12V/93Ah � 1.730kg inkl. Schrank und BAE 

36


Übersicht über die Modelle 

◆ modulare Struktur, bestehend aus ISBM (Integr. Service-Bypass-Modul) 

und 1-4 Leistungsmoduln (UPM – Uninterruptible Power Module) 

◆ ausfallredundante USV-Steuerung 

1 UPM 

225/275kVA 

(830kg) 

2 UPM 

450/550kVA 

(1.430kg) 

3 UPM 

675/825kVA 

(2.520kg) 

4 UPM = 900/1100kVA (3.120kg) 

37


Eaton 9395-1.100kVA (825kVA mit Field-Upgrade auf 1.100kVA) 

FI-UPM 4 ISBM 

UPM 1 UPM 2 UPM 3 

736 1.704 1.872 

4.312 

606kg 730kg 1.690kg 

38


Aufbau einer Eaton 9395 

X-Slot-Steckplätze 

Anschlußfeld 

(Batterien, 

Eingänge, 

Ausgang,) 

Optionaler 

Eingangstrennschalter 

Optionaler MBS 

Statischer Bypass 

Verkabelung 

ISBM UPM1 UPM2 

Gleichrichtermodul 

Wechselrichtermodul 

redundante 

Netzteile 

Logikboard 

Ausgangstrennschalter 

UPM-Serviceschalter 

39


Realisierungsvarianten für HotSync-Cluster 

◆ Variante 1: 

integrierter Service-Bypass-Modul (ISBM) mit statischem elektronischen 

Bypass für Systeme mit verteiltem Bypass 

◆ Variante 2: 

alternativ als IO-Modul-Variante (IOM) ohne statischem Bypass für 

Systeme mit einem externen statischer Bypass � zentralisierter Bypass 

Bypasseingang 

Gleichrichtereingänge 

SBM 

USV 

USV 

CAN-Bus 

l1 

Ausgang 

System Bypass Modul (SBM) 

2.000-5.000A 

(120mm² = 250A!!!) 


l1 für USV-Systeme kritisch, nicht für Bypass 

40


Weitere Eigenschaften: 

◆ Unterstützung von VMMS 

alle UPM eines Clusters werden in einem gemeinsamen Pool verwaltet 

� ab 50% Auslastung ein Wirkungsgrad von mehr als 95% 

◆ Unterstützung von ESS 

Versorgung der Ausgangsseite über den Bypass, wenn die Bypass- 

Spannung in den vorgegebenen Grenzwerten sich befindet 

� Wirkungsgrad von mehr als 98% 

◆ sehr hohe Kurzschlußfestigkeit 

je UPM ca. 800A für mindestens 300ms 

für eine Eaton 9395, 1.100kVA, ergibt sich damit ein Kurzschlußstrom 

von ca. 3.200A 

Sollte die Kurzschlußfestigkeit nicht ausreichend sein, dann schalten die 

UPM kurzzeitig auf den Bypass um. Im Bypass beträgt die 

Kurzschlußfestigkeit das 10fache des nominalen Stromes, also ca. 

4.000A je UPM. 

◆ gemeinsame oder getrennte Batterien für die UPM einer USV 

41


Schritt 1: Wahl der Sicherungen 

◆ Eingangsstrom bei einer Wirkleistung P = 247,5kW 

Max. Strom: I max-out = P/230V = 1.076A � je Phase: 359A 

zuzüglich Verlustleistung und Eigenbedarf von max. 23A 


Absicherung: 500A je Phase 

42


Schritt 1: Wahl der Sicherungen (Forts.) 



◆ Eingangsstrom bei einer Wirkleistung P = 247,5kW 

Max. Strom: I max-in = P/230V = 1.076A � je Phase: 359A 

Max. Strom: I max-in = P/196V = 1.263A � je Phase: 421A 

zuzüglich Verlustleistung und Eigenbedarf von max. 23A 

max. Eingangsstrom ist auf 456A begrenzt! 

� Absicherung im Gleichrichtereingang mit 500A je Phase ist 

ausreichend 

43



◆ Nominaler Ausgangsstrom: 

Nom. Ausgangstrom: I nom-out = S/3/230V = 399A 

◆ Absicherung bei 10% Überlast: 

Max. Ausgangstrom: I max-out = S/3/230V*110% = 438A 

� 500A für Bypass und Output 

� dauerhaft 125% Überlast möglich 

Normalbetrieb 


44

BladeUPS (1) 

Aufbau und Funktionsweise einer BladeUPS 

◆ entspricht im Wesentlichen einer Eaton 9355 

◆ nur ein Eingang und nur 5-Jahresbatterien 

◆ 19"-Bauweise, integrierter Wartungsbypass 

45

BladeUPS (2) 

Vor- und Nachteile einer BladeUPS 

◆ standardmäßig ESS (ECO-Mode) η>97% 

◆ optimiert für Blade-Systeme und moderne 

Server 

◆ je Modul 12kW=12kVA (cos φ=1) 

◆ max. 6 Anlagen im Cluster 

bei 5+1 Redundanz max. 60kW 

◆ integrierte Batterien 20x12V/9Ah = 5min 

◆ max. 4 erweiterte Batteriemodule 

Stromverteiler 

schiene 

BladeUPS 

Anschlußmodul 

46

Aufbau einer 3-phasigen Anlage 

Externer Service-Bypass vs. MBS 

◆ ein manueller Bypass-Schalter (MBS) unterstützt nur bei der Wartung 

◆ durch ext. Service-Bypass kann USV spannungsfrei geschaltet werden 

◆ auf durchgehenden Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) achten! 

47

Aufbau einer 1-phasigen Anlage 

Welche Vor- und Nachteile hat eine einphasige USV 

◆ wesentlich höhere Stromstärken auf dem USV-Ausgang 

◆ ungleiche Belastung der Phasen im Objekt im Bypass-Betrieb 

◆ man muss nicht auf eine gleiche Phasenbelastung am Ausgang achten 

◆ ist sinnvoll, wenn ein großer Verbraucher zu speisen ist 

◆ hat einen wesentlich größeren Kurzschlußstrom!!! 

ein-/einphasig 

bis 10kVA 

verfügbar 

drei-/einphasig 

bis 30kVA 

verfügbar 

48

Planung von HotSync-Cluster 1 

Planung des prinzipiellen Aufbaus (3+1 Redundanz, 90kVA) 

SV 

AV 

49


Aufstellungsplan für Eaton 9355, 20-40kVA 

50


Aufstellungsplan für Eaton 9355, 8-15kVA 

51


Aufstellungsplan 

für Eaton 9390 

◆ Ausführungsplanung 

für den Aufbau des 

gestelzten Fußbodens 

◆ Berücksichtigung der 

zulässigen Lasten 

● Lastverteilungsplatten 

● zusätzlich Stelzen 

◆ Fußbodendurchbrüche 

52


Schaltverteiler für max. 90kVA 

53


Schaltverteiler 

◆ Standverteiler 

Kabelzuführung von oben 

◆ USV-Eingangssicherungen 

◆ Wartungsbypass 

◆ Eingangsbypass 

◆ Parallelschienen 

◆ USV-Verteilung: 

● C16A-Leitungsschutzschalter 

● C25A-Leitungsschutzschalter 

● FI/LS C16A 

● D02-Sicherungen 

2A-63A 

54


Verkabelungsplan 

55

Aufbau der Stromversorgung 1 

Elektroeinspeisung 

◆ mindestens von 2 getrennten UV (Unterverteilung) oder separate 

Zuleitungen von HV (Hauptverteilung) 

� separate Zugangsleitungen und getrennte Sicherungen 

56

Aufbau der Stromversorgung 2 

Ortsfester Anschluss an USV und redundante Netzteile 

◆ Revision für ortsfeste Elektroanlagen alle vier Jahre 

◆ Umbau der Stromversorgung im RZ im laufenden Betrieb 

◆ Durchführung der Elektrorevision im RZ im laufenden Betrieb 

57

Elt-Verteilung im Rack 

Überwachung der Elt-Verteilung im Rack mit Eaton ePDU 

◆ messende ePDU 

Ablesen der aktuellen 

Stromstärke 

◆ überwachbare ePDU 

Einlesen der aktuellen 

Stromstärke per TCP/IP 

◆ steuerbare ePDU 

Einlesen von Stromstärke und Spannung je 

Steckdose 

Einzelschaltung je Steckdose 

Messung von Temperatur und Luftfeuchte 

58

Welche Vorteile hat ein 

Serviecevertrag? 

Hochverfügbarkeit setzt eine regelmäßige Wartung voraus 

◆ Safe (Basic Care) 

● jährliche Inspektion (prophylaktische Wartung) 

● Servicefenster und Reaktionszeit 8h 

● 25% Rabatt auf Ersatzteile/Batterien 

◆ Advance (Plus Care) 

● zusätzlich inkl. aller Arbeitsleistungen 

◆ Power (Plus Care1) 

● zusätzlich inkl. aller Arbeitsleistungen und Ersatzteile 

◆ Bei Abschluss der Wartung ab Installation der USV erhalten Sie im 

ersten Jahr einen Rabatt von 30%, da es auf den Anlagen ein Jahr 

Gewährleistung gibt (bei Installation durch IBH) 

◆ Für die zeitgleiche Wartung mehrerer USV-Anlagen gibt es 

entsprechende Rabatte 

◆ Bei Bedarf ist eine Gewährleistungserweiterung auf 24 oder 36 Monate 

möglich. 

59

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