Unterbrechungsfreies Stromversorgungssystem (USV) mit integriertem Schwungrad für industrielle Anwendungen

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1 Unterbrechungsfreies Stromversorgungssystem (USV) mit integriertem Schwungrad für industrielle Anwendungen Technische Dokumentation W. Braker Lane, BK12 Austin, Texas

2 Zielsetzung Dieser Bericht gibt einen Überblick über das starke Wachstum derjenigen industriellen Anwendungen, die durch hoch-digitalisierte Prozesse erfolgskritisch geworden sind, von der Papiermühle bis zur Abfüllstation für Mineralwasser. Bei dem Bestreben, die Leistungsfähigkeit zu erhöhen, wurden viele der Herstellungsprozesse digitalisiert und, daraus folgend, von hoch entwickelten Computern gesteuert. In Bezug auf die digitalisierten Prozesse zeigt das Dokument, wie ein USV-System mit integriertem Schwungrad die Computerlasten unternehmenskritischer Anwendungen, die unmittelbar die Fertigungsleistung beeinflussen, effektiv und vorausschauend schützen kann. 2

3 Digitalisierte Industrieprozesse Der globale Wettlauf treibt Industrieanwender dazu, jeden Aspekt werksseitiger Produktivität neu zu bewerten. Dies führt zu einem immer weiter steigendem Grad an Automatisierung, vor allem im Bereich von Prozess- und Maschinensteuerung, Kommunikation und computergestützter Optimierung des Materialflusses. Im Wesentlichen bedeutet dies, daß-daß die Elektronik in den Fertigungsbereich eindringt, ähnlich wie sich zehn Jahre zuvor Schreibtischrechner in den Büros vermehrten. Der durchschnittliche Fabrikarbeiter, ebenso wie sein oder ihr Gegenüber im Büro, ist in der niemals endenden Spirale nach höherer Produktivität, besserer Qualität und geringeren Fixkosten nun mit hochmoderner Computertechnologie ausgerüstet. Ein Aufgebot an automatisierter Ausrüstung in der Fabrikhalle ist heute alltäglich. Abbildung 1: Roboter, gesteuert durch ein CAD/CAM - Programm. Es werden sowohl Regler für Kleinmotoren als auch drehzahlveränderbare Antriebe höchster Leistung eingesetzt, um die elektrischen Energiekosten zu senken und um eine bessere Kontrolle über die Prozesse zu erzielen. Programmierbare Regler wurden alltäglich wegen ihres entscheidenden Nutzens beim Verbessern der Produktqualität durch bessere Regelung, Datenerfassung und Kommunikation. Produktionsstatistiken in Echtzeit werden von einer immer größer werdenden Zielgruppe benutzt, um Entscheidungen vom Maschinenbediener bis zum Geschäftsführer zu beeinflussen. Die Nutzbarkeit des Computers wurde für jeden Aspekt der Produktion erforscht, sowohl um ihr Potenzial zu verbessern, als auch um den höchsten Grad an Verfügbarkeit durch integrierte Kontrolle aufrecht zu erhalten. Jedoch sind die meisten dieser wettbewerbssteigernden Werkzeuge anfällig für die gleichen Themen der Stromqualität, die auch traditionelle Computeranwendungen bedrohen, und werden zusätzlich durch Umweltfaktoren belastet. Die Fabrikumgebung enthält wesentlich mehr Risiken für die Elektronik mit ihren großen Temperaturunterschieden, hoher Feinstaubpartikeldichte und häufigeren Spannungseinbrüchen im Vergleich zu klimatisierten Computerräumen. Trotz dieses Hintergrunds steigen die Erwartungen an eine vollkommene Verfügbarkeit an. Daher wird die gesamte Frage der Stromversorgung für die Produktion nochmals überprüft. Industrieprozesse Werden Zu Unternehmenskritischen Anwendungen 3 Schon lange wurde bemerkt, daß-daß manche Prozesse eine Versorgungsunterbrechung ohne Verlust von Fertigungslosen oder Durchläufen von Material nicht verkraften konnten. Gewisse Diffusionsschritte in der Halbleiterindustrie sind kritisch und eine falsche Temperatur oder ein

4 Schaden an einem Timer können eine vollständige Produktion zu sehr teurem Abfall machen. Fehler in bestimmten hintereinander-geketteten integrierten Extrusionspozessen enden nicht nur in einem verlorenen Los von fertigen Produkten, sondern auch in ernsten Schäden an den Maschinen. Zum Beispiel können Maschinen durch Rohmaterial bei einer thermischen Fehlfunktion blockiert werden, oder auch wenn eine Motorsteuerung ausfällt. Heutzutage befasst sich das Management einer Fabrik auch mit globaler Verfügbarkeit und es gibt einen steigenden Trend zur elektrischen Versorgung aus mehrfachen Quellen für den gesamten Betrieb. Es können elektrische Einspeisungen von zwei oder mehr Unterstationen genutzt werden oder Strom kann lokal durch Notstromgeneratoren oder Blockheizkraftwerke erzeugt werden. Generell nähert sich die Toleranzgrenze für Produktionsverluste aufgrund von Versorgungsproblemen schnell Werten, die für die Informationstechnologie (IT) gelten. Wegen der Wichtigkeit und der Vielfalt der Verbraucherlasten im industriellen Sektor, verbunden mit dem Bedarf an einer robusten USV in grober Umgebung, wird die CleanSource-USV von Active Power mit integriertem Schwungrad in dieser Dokumentation durchgehend als Maßstab genutzt. Probleme Von Versorgungsqualität Und Zuverlässigkeit In Der Industrie Eine Studie des Electric Power Research Institute (EPRI) über wiederkehrende Versorgungsprobleme in den USA zeigt, daß mehr als 90 Prozent der produzierenden Betriebe Spannungseinbrüche erfahren, die mehr als 20 Prozent vom Nennwert betragen. Die Studie zeigt ebenfalls, daß es jährlich mehr als 30 Einbrüche größer als 10 Prozent gibt. Diese Störungen treten am elektrischen Eingang zu Gebäuden auf und hängen von natürlichen und zufälligen Ereignissen irgendwo im Netzbereich ab. Vollständige Ausfälle, die in der Häufigkeit ihres Auftretens weltweit stark schwanken, sind ebenfalls zu betrachten. Sogar in den Vereinigten Staaten mit ihrer relativ stabilen Energieerzeugung gibt es eine deutliche Streuung in der Anzahl von Totalausfällen nach Regionen: Regionen mit hoher Gewitterrate erleiden mehr Stromausfälle natürlichen Ursprungs als solche mit geringer Gewitterrate. Industriebetriebe am Ende langer Versorgungsleitungen haben ein höheres Risiko für Ausfälle als Betriebe in der Nähe von Unterstationen. Gebäude in älteren Teilen einer Stadt oder in Vororten können eine höhere Fehlerrate erfahren aufgrund von Alterung der Betriebsmittel oder schlechter Wartung. Im Allgemeinen ist klar, daß die elektrische Infrastruktur zur Versorgung eines Unternehmens, das von der Elektroenergiequalität mehrere Neunen verlangt, heutzutage nicht automatisch durch das öffentliche Netz gegeben ist und sicherlich in Zukunft durch Effekte wie die Deregulierung in ihrer Qualität noch nachlassen wird. Dieses Problem in der Zuverlässigkeit der Stromversorgung ist allgemein erkannt und ist in EPRI s Roadmap Initiative dargestellt. Als Teil der Power Delivery Infrastructure Challenge stellt EPRI fest: 4 das existierende sternförmige, elektromechanisch geregelte Netz muss in ein elektronisch geregeltes, intelligentes elektrisches Netz überführt werden, um der steigenden Anforderung des wettbewerblichen Marktes im Hinblick auf Skalierung, übergreifende Komplexität und Versorgungsqualität gerecht zu werden. Diese Beschränkung in Zuverlässigkeit und

5 Versorgungsqualität kostet die Wirtschaft der USA schon jetzt mehr als 30 Milliarden Dollar pro Jahr. Das aufgerüstete System ist weder Luxus, noch ist es nur eine Option für die Zukunft. Es ist vielmehr eine Notwendigkeit zur Verbesserung von Produktivität und Sicherstellung globaler Wettbewerbsfähigkeit in der über 8 Billionen Dollar US-Wirtschaft. Die Negativbotschaft dabei ist, daß dieses Vorhaben als ein 50-Jahres-Programm angelegt ist, welches das amerikanische Wirtschaftsleben mit tiefen Einschränkungen aufgrund mangelnder Versorgungszuverlässigkeit allein lässt. Beschränkung In Der Industrieausrüstung Mit der Zeit sammelt sich bei Firmen, die computergestützte Antriebstechnik und Prozesssteuerungen einsetzen, eine gewisse Anzahl an Hardware verschiedener Hersteller an. Jede Hardwaregattung zeigt dabei ganz eigene Grenzen der Elektroversorgung, Funktionen in Aufbau und Anwendung. Viele vernetzte und einzeln arbeitende PC s und Netzwerkserver haben einen empfohlenen Toleranzbereich für die Spannungsversorgung, entsprechend der Computer Business Manufacturers Association (CBEMA) siehe Abbildung 2. Dies ist eine Empfehlung und keine allgemein gültige Norm, obwohl sie ein nützliches Werkzeug zum Vergleich von Schutzmaßnahmen darstellt. Andere Einrichtungen für standardisierte Prozessautomation, wie Programmierbare Steuerungen (SPS) haben keine gemeinsame Empfehlung für Toleranzbereiche in der Versorgung und deshalb können die Angaben von verschiedenen Herstellern unterschiedlich sein. Für integrierte Steuerungen und andere Maschinenausrüstungen sind die speziellen Anforderungen an die Spannungsversorgung vom jeweiligen Hersteller zu berücksichtigen, jedoch als Referenz kann die jeweilige Charakteristik der CBEMA-Kurve verglichen werden. Abbildung 2 CBEMA-Kurve 5 Motorsteuerungen und drehzahlveränderliche Antriebe erlauben nur eine kurze Überbrückungszeit bei Störungen der Spannungsversorgung und schalten sich bereits bei Anomalien der Spannung zwischen einer Halbwelle und drei Perioden ab. Viele Anwendungen dieser Motorsteuerungen finden sich in kontinuierlich betriebenen Prozessen wieder, wie in Papiermühlen, wo viele von ihnen in einer einzelnen Produktionsstraße eingesetzt sind. Die Abschaltung einer Antriebseinheit oder die nichtgeordnete Abschaltung der gesamten Motorengruppe bewirkt erhöhten Ausschuss und einen erheblichen personellen Einsatz, um den Prozess wieder anlaufen zu lassen.

6 Bei all diesen Beispielen gibt es Versuche zur Beseitigung der elektrischen Probleme mit entweder dezentralen oder lokalen Lösungen, wie die Versorgung nur der Steuerungen von numerisch gesteuerten Maschinen mit kleinen USV-Anlagen oder den Einsatz von Energiespeichern direkt am DC-Bus der Motorsteuerung. Dieselgeneratoren werden ebenfalls eingesetzt, oft aber erst, nachdem das Werk einen unerwarteten Ausfall erlitten hat. Zudem sind sie selten auf die Leistungsanforderungen abgestimmt. Der Industriemarkt hat keine gut geplante, integrierte Lösung parat, die einen vollständigen Schutz vor Versorgungsproblemen für Ausrüstungen jedweden Typs bietet und gleichzeitig die Fabrik während eines totalen Stromausfalls am laufen hält. DIE INTEGRIERTE SCHWUNGRAD-USV Speziell für die raue Umgebung der Fabrikhalle wurde eine integrierte Schwungrad- USV entwickelt, die einen vollständigen Schutz gegen transiente Überspannungen, Spannungseinbrüche und totale Stromausfälle ohne eine zeitliche Begrenzung bietet. Um die Wirkungsweise des USV-Systems zu verstehen, sollen die CBEMA-Kurve und die EPRI-Daten als Referenz für Spannungsstörungen dem Einfluss und der Funktion des neuen Systems, das diese Probleme in der Stromversorgung kompensiert, gegenüber gestellt werden. Vergleiche mit der bekannten, batteriegestützten Doppelwandler-USV werden ebenfalls durchgeführt. Transienten In Der Spannung Für die CleanSource-USV wurde ein echter line-interaktiver Wechselrichter gewählt, da dieser die beste Lösung für das gesamte Schutzpaket darstellt. In dieser Anordnung ist der Wechselrichter kontinuierlich in Betrieb und überwacht dauernd die Qualität der Eingangsdaten. Alle auftretenden transienten Überspannungen werden durch zwei Maßnahmen gedämpft. Zum einen befinden sich Hochenergie-Überspannungsableiter (TVSS) und große, zum Netz isolierende Drosseln im Eingang. Zum anderen gibt es zusätzliche Überspannungsableiter im Ausgang an den Wechselrichterklemmen. Beide Anordnungen entsprechen der amerikanischen ANSI-Norm C für hochenergetische (6 kv bei 3 ka), hoch-beanspruchende Transienten. Zusätzlich zu diesen schnell reagierenden passiven Ableitern wird ein Teil der Energie gefahrlos über den Wechselrichter in die Zwischenkreiskondensatoren geleitet. Aufgrund dieser Techniken zur Reduzierung der Transienten wird eine starke Spannungsspitze von 6000 Volt am Eingang auf eine ungefährliche Spannungsabweichung am Ausgang reduziert. Dieser Schutzgrad gegenüber Transienten entspricht dem einer typischen Doppelwandler- USV. Einbrüche In Der Spannung 6 Der EPRI-Report über Spannungsstörungen weist aus, daß die meisten Netzprobleme durch Spannungseinbrüche von 10 bis 30 Prozent vom Nennwert verursacht werden, die zwischen 3 und 30 Perioden andauern. Diese Art Störungen bewirken, daß Prozesse mit drehzahlverstellbaren Antrieben kurzzeitig ausfallen oder dauerhaft abgeschaltet werden. Das USV-System mit integriertem Schwungrad erfasst den Beginn einer Spannungsabsenkung und bezieht sofort Energie zur Kompensation aus dem integrierten Schwungspeicher. Gesetz

7 dem ungünstigsten Fall eines 30-prozentigen Spannungseinbruchs mit einer Dauer von 30 Perioden, gefolgt von einem gesteuerten sanften Wiederstart in den Normalbetrieb, entnimmt dieser Vorgang weniger als 10 Prozent der gespeicherten Energie aus dem Schwungrad. Die durch den 30-prozentigen Einbruch verbrauchte Speicherenergie wird in kurzer Zeit zurückgeladen, so daß das Schwungrad nach 20 Sekunden wieder seine volle Ladekapazität zurück gewonnen hat. Anders als eine Bleibatterie aus einer konventionellen Doppelwandler- USV, hat der Schwungmassenspeicher keine Begrenzung in der Anzahl an Entladezyklen und zeigt auch keine wesentlichen Alterungserscheinungen durch die Anzahl der Entladungen. Das Schwungrad hat zudem einen wesentlich weiter gefassten operativen Temperaturbereich (0 bis 40 C) als die Bleibatterie. Die Installation in Fertigungshallen kann ohne die sonst obligatorischen Klimaanlagen erfolgen, die für die Lebensdauer und den Betrieb von Batterien erforderlich sind. Überspannungen Der Wechselrichter besitzt einstellbare Toleranzgrenzen für die Erfassung der Ausgangsspannung, die leicht per Software an die speziellen Erfordernisse des Kunden angepasst werden können. Der Bereich zulässiger Spannung am Ausgang der USV (mit Vorwahl durch den Kunden) bestimmt, wann das System Energie aus dem Schwungrad entnimmt oder wann es den Dieselgenerator startet. Es gibt einen Bereich mit einer schnellen Erfassung für Reaktionen auf Spannungseinbrüche und es gibt einen Bereich mit einer langsameren Erfassung für Reaktionen auf Unter- und Überspannungen. Wenn die Spannung der elektrischen Versorgung die programmierten Grenzen verlässt, wird die Energie entweder nahtlos für eine begrenzte Zeit aus dem Schwungspeicher entnommen oder für unbestimmte Zeit aus dem Dieselgenerator. Die Verbraucherspannung bleibt dabei für kurze oder lange Störungsdauern, von Bruchteilen einer Periode bis lang andauernd, immer innerhalb des eingestellten Spannungsbereichs. Netzausfall 7 Das Schwungrad liefert kurzzeitig Energie, so wie sie gebraucht wird, mit einer Dauer von einer Periode bis zu 14,5 Sekunden (bei 100 Prozent Belastung) oder länger. Für alle Ausfallzeiten, die länger dauern als die Speicherzeit des Schwungrades, übernimmt der Dieselgenerator als bevorzugte Quelle. Um eine hohe Zuverlässigkeit zusammen mit dem Generator zu erreichen, ist eine spezielle redundante Startversorgung für das Schwungrad-USV-System vorgesehen, das ebenfalls Energie aus dem Schwungrad für die 24 Volt DC Startleistung bezieht. Da das Schwungradsystem kontinuierlich überwacht und gesteuert ist, hat der Betreiber immer sofortige Information über die Verfügbarkeit des Schwungrades für den Startvorgang; d.h. es gibt keine Überraschungen auch nicht im ungünstigsten Fall. Zuverlässigkeitsstudien dieser neuen integrierten Startfunktion, die entsprechend dem Military Handbook MIL-217 ausgeführt sind, sagen aus, daß ein integriertes Schwungrad-USV-System einen ähnlichen Zuverlässigkeitswert (MTBF, mean time between failure) hat, wie ein herkömmliches Doppelwandlersystem mit Bleibatterien, allerdings ohne dessen notwendige Wartung, Verschleiß und Fehlerprobleme der Batterien. Zudem hat es die neuartige Eigenschaft, daß die Überbrückung nicht auf die 15 Minuten der herkömmlichen auf Batterien basierenden Systeme begrenzt ist, sondern nur durch die Kraftstoffversorgung des Dieselmotors. Das System bietet daher einen erweiterten Schutz gegen natürliche Katastrophen, wie sie offensichtlich in regelmäßiger Folge auftreten.

8 Beschränkungen In Frequenz Und Wirkungsgrad Das Prinzip der line-interaktiven USV wird in der integrierten Schwungrad-USV eingesetzt, um dem Betreiber einen Betriebswirkungsgrad von typischerweise 98 Prozent zu ermöglichen, der bedeutend höher ist, als bei Doppelwandlersystemen mit 92 bis 94 Prozent und daher die Gesamtbetriebskosten erheblich senkt. Allerdings gibt es keine Frequenzunabhängigkeit zwischen Eingang und Ausgang. Dies ist unbedeutend, solange Netzbetrieb vorherrscht, da das Verbundnetz extrem frequenzstabil ist. Bereits kleine Frequenzabweichungen um 0,1 Prozent könnten das Verbundnetz bei Nichtbeachtung durch den Netzbetreiber zusammenbrechen lassen. Größere Frequenzabweichungen kommen typischerweise bei Dieselgeneratoren im Inselbetrieb oder bei kleinen Blockheizkraftwerken vor. Obwohl ihre Grundfrequenz recht stabil ist (annehmbar für alle bekannten Industrieverbraucher, sowie kommerziellen und IT- Lasten), können große Lastschwankungen Frequenzinstabilitäten erzeugen, besonders wenn unzureichend ausgelegte Generatoren im Spiel sind. Die integrierte Schwungrad-USV berücksichtigt dies in zweierlei Weise. Ersten sind der statische Wechselrichter der integrierten Schwungrad-USV und der Generator auf absolute Kompatibilität ausgelegt. Zweitens erfasst die USV alle kurzzeitigen Laständerungen oder Einschaltströme und verhindert mit Hilfe der Energie des Schwungrades, daß die Störung einen Einfluss auf die Last hat. In der Tat wirkt die USV wie ein großes Filter zwischen Aggregat und Last. Sobald eine Transiente auf der Lastseite auftritt, die eine Frequenzstörung bewirken könnte, erfasst die USV diese und greift ein. Dabei sorgt sie für eine stabile Frequenz auf der Lastseite mit einer maximalen Abweichung von ±1Hz. Dies ist dieselbe Toleranz, auf die eine Doppelwandler-USV eingestellt ist, damit sie einem Dieselgenerator folgen kann. Doppelwandler-USV-Systeme werben mit einer sehr stabilen Ausgangsfrequenz von typischerweise ±0,1Hz. Allerdings folgen sie auch der Frequenz eines angeschlossenen Generators bis auf ±1Hz. Dieses ist notwendig, um den Ausgang mit der speisenden Quelle synchron zu halten, damit im Fall eines USV- Fehlers die Last über den Bypass ohne Phasensprung direkt auf den Generator geschaltet werden kann. Damit arbeitet die integrierte Schwungrad-USV mit denselben Frequenzgrenzen wie eine Doppelwandler-USV und kann genauso per Software für engere Grenzen konfiguriert werden, wenn ein Anlass dazu besteht. Kurzschlussstromvermögen 8 Nach den Erfahrungen verzeichnen Industriestandorte oftmals erheblich häufigere Schaltvorgänge mit Leistungsschaltern in ihren internen Netzzweigen als kommerzielle oder IT-Standorte. Das liegt im Wesentlichen an dort häufiger auftretenden Bedienfehlern und Maschinenausfällen. Für eine optimale Verfügbarkeit des Geschäftsbetriebs muss das USV- System in der Lage sein, genügend Energie zur Auslösung der Leistungsschalter oder der Sicherungen zur Verfügung zu stellen, ohne daß die Ausgangsspannung unzulässig für andere kritische Verbraucher beeinflusst wird. Hier hat die integrierte Schwungrad-USV die größere Chance, den fehlerhaften Zweig erfolgreich abzuschalten als die Doppelwandler-USV. Das Doppelwandler-System erfasst üblicherweise die durch einen Fehlerstrom hervorgerufene

9 Überlast und transferiert die Last unmittelbar auf den Bypasszweig, um von dort den maximal möglichen Kurzschlussstrom zu erhalten. Die integrierte Schwungrad-USV ist aber bereits mit dem Netz verbunden und braucht nicht die Last auf den Statikschalterzweig umschalten. Deshalb muss die Fehlerwahrscheinlichkeit des Statikschalters bei der Betrachtung des Kurzschlußstromvermögens der Doppelwandler-USV berücksichtigt werden. Klirrfaktor (Thd) Der Ausgangsspannung Im Normalbetrieb ist die Verzerrung der Ausgangsspannung der USV ein Abbild der speisenden Spannung. Da Fertigungsbetriebe in der Regel eine starre, niederohmige Netzanbindung besitzen, ausgelegt auf Leistungszuwachs, ist die Verzerrung der Sinusform allgemein durch Spannungseinbrüche, -absenkungen und Überspannungen gekennzeichnet. Unter ungünstigsten Bedingungen im Dauerbetrieb erzeugen nichtlineare Lasten von unkompensierten Motorsteuerungen mit niedrigem Leistungsfaktor typischerweise einen Spannungsklirrfaktor von fünf bis acht Prozent. Die Netzdrossel der line-interaktiven USV erhöht den Klirrfaktor geringfügig, jedoch sollte er für die meisten Anwendungen unter 10 Prozent bleiben. Klirrfaktor (Thd) Des Eingangsstroms Die meisten Doppelwandler-USV-Systeme verwenden am Eingang einen Sechspuls- Gleichrichter. Dieser geregelte Gleichrichter hat einen typischen Klirrfaktor des Eingangsstroms von 28 bis 30 Prozent, unabhängig von der Nichtlinearität des Laststroms. Aufgrund dieser Eingangsverzerrung bieten die Hersteller von Doppelwandler-USV-Anlagen passive Filter an, die den Klirrfaktor auf unter 10 Prozent reduzieren. Leider können diese Filter Probleme im Zusammenspiel der Systemkomponenten verursachen, insbesondere bei schwach belasteter USV. Sie können den Dieselgenerator mit großen Blindströmen beaufschlagen, insbesondere bei kritisch instabiler Abstimmung zwischen USV und Generatorregelung. Bei kapazitiv werdender Eingangslast an der USV kann es dabei sogar zu einem plötzlichen hohen Spannungsanstieg an den Generatorklemmen kommen. Die Kondensatoren in den Filtern führen unter Umständen auch zur Selbsterregung von bestimmten Motoren, die dann bei Abschaltung aufgrund eines Netzfehlers weiterlaufen und eine unkontrollierte Situation hervorrufen, verbunden mit einem Sicherheitsrisiko. Der line-interaktive Wechselrichter der integrierten Schwungrad-USV arbeitet anders als der gesteuerte Gleichrichter und leitet normalerweise den lastseitigen Oberschwingungsstrom an die speisende Quelle durch. Allerdings gibt es im industriellen Bereich zunehmend leistungsfaktorkompensierte Lasten und der übliche Verzerrungsstrom, den die integrierte Schwungrad-USV in das Netz zurückspeist ist damit typischerweise kleiner als bei einer Doppelwandler-USV. Betriebskosten 9 Einen wesentlichen Vorteil der integrierten Schwungrad-USV stellt der Betriebswirkungsgrad dar. Während die meisten Doppelwandler-USV-Anlagen Wirkungsgrade im Bereich von 92 bis 94 Prozent aufweisen, arbeitet dieses System bei 98 Prozent, wobei die notwendige Leistung zur Aufrechterhaltung der vollen Schwungraddrehzahl bereits berücksichtigt ist. Eine einfache Betrachtung der Betriebskosten eines USV-Systems für eine Last von 2000 kw zeigt,

10 daß bei 10 ct pro Kilowattstunde und sechs Prozentpunkten Unterschied im Wirkungsgrad eine jährliche Ersparnis von entsteht. Dieser Wert berücksichtigt noch nicht den reduzierten Aufwand für die Kühlung der USV, der 25 Prozent gegenüber dem Aufwand einer batteriegestützten Doppelwandler-USV ausmacht. Rechnet man dann noch die Kosten für den Austausch der Bleibatterien einer konventionellen USV hinzu, ist ein Betrag in Höhe eines ein- oder zweimaligem Kaufpreises während einer Betriebsperiode von 10 Jahren aufgrund begrenzter Lebensdauer hinzuzufügen. Das Ergebnis zeigt, daß die gesamte Einsparung an Betriebskosten das integrierte Schwungrad-USV-System zu einer exzellenten Wahl für den industriellen Markt macht. Umweltfreundliche Technik Ein weiterer Aspekt für ein integriertes Schwungrad-USV-System ist die reduzierte CO2- Belastung. Sie macht das System in vielerlei Hinsicht umweltfreundlich. Der DC-Energiespeicher ist aus einer sich drehenden Masse aus Stahl abgeleitet und nicht aus Blei und Säure, wie bei einer chemischen Batterie. Bei Ersatz der Batterien wird sechs- bis zehnmal soviel Energie für Recycling verbraucht, als die Batterie während ihrer gesamten Betriebszeit austauscht. Bei einem Unterschied im Wirkungsgrad von sechs Prozentpunkten verbraucht das integrierte Schwungrad-USV-System nur 25 Prozent der Energie einer batteriegestützten Doppelwandler- USV, was bei einer Last von 2000 kw einer jährlichen Reduktion von 800 t CO2 -Ausstoß entspricht. Dies ist gleichzusetzen mit der Versorgung von 691 mittleren Haushalten jedes Jahr. ZUSAMMENFASSUNG Der Einzug der Computer in den Industriemarkt ändert die Philosophie in der Herstellung vom Einzelbetrieb hin zu unternehmenskritischen Prozessen. In einer kritischen Umgebung kann selbst ein kleinerer Spannungseinbruch erhebliche Auswirkungen auf das Ergebnis einer bestimmten Fabrik haben, ob Papiermühle oder Abfüllstation für Mineralwasser. Das integrierte Schwungrad-USV-System bietet erhebliche Vorteile in rauer Umgebung, wie sie in Industrieanlagen vorherrschen. Die Tatsache, daß das System praktisch überall aufgestellt werden kann, auch in unmittelbarer Nähe des zu schützenden Objektes, macht es sehr attraktiv. Da keine chemischen Batterien im Spiel sind, gibt es keine Notwendigkeit für eine genaue Einhaltung einer bestimmten Temperatur. Ein Wirkungsgrad von 98 Prozent bietet erhebliche Vorteile, so daß die Investition sich mit der Zeit von selbst bezahlt macht und außerdem eine zu 75 Prozent geringere CO2 -Emission erzeugt wird, verglichen mit einem batteriegestützten Doppelwandler-USV-System. 10 TM 2012 Active Power, Inc. All rights reserved. WP-109

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