Maximierung der USV-Verfügbarkeit

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1 Eaton White Paper Maximierung der USV-Verfügbarkeit Maximierung der USV-Verfügbarkeit Eine vergleichende Bewertung von USV-Topologien und Konfigurationen zur höheren Verfügbarkeit des Stromversorgungsschutzes für Datenzentren. Von Chris Loeffler Product Manager BladeUPS & Data Center Applications Eaton Corporation

2 EINFÜHRUNG Anlagen zur Gewährleistung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) spielen eine entscheidende Rolle für die Zuverlässigkeit von IT-Equipment. Deshalb ist natürlich die Zuverlässigkeit der USV selbst von ausschlaggebender Bedeutung. Betriebswichtige Geräte sind möglicherweise bedroht, wenn eine USV versagt. Was kann getan werden, um die Verfügbarkeit von USV-Anlagen zu optimieren? Wie dieses White Paper zeigt, sind die konventionellen Antworten auf diese Frage nicht immer die besten. Die USV Zuverlässigkeit ist weniger eine Frage der verwendeten USV-Topologie wie beispielsweise die Unterschiede zwischen netzinteraktiven (line-interactive) Geräten und Produkten mit Doppelwandlertechnologie (Zweifachumformung) als vielmehr eine Folge der Konfiguration und Auslegung der gesamten Stromversorgungsanlage. Der sicherste Weg zur Erhöhung der USV-Verfügbarkeit wird schließlich durch die Minimierung von Reparaturzeiten und die Maximierung von Redundanz beschritten. Das gilt sowohl für die USV selbst, als auch für die gesamte Stromversorgungsanlage. Dieses White Paper will zeigen, dass entgegen der landläufigen Meinung, die höchste Verfügbarkeit durch eine modular aufgebaute USV erzielt wird, auch wenn diese aus einer größeren Anzahl von Komponenten besteht, die möglicherweise ausfallen könnten. INHALTSVERZEICHNIS Einführung 2 Der Mythos von MTBF 3 USV-Topologien und Wege des Stromflusses 4 Strategien zur Erhöhung der Verfügbarkeit der USV 6 gestützten Stromversorgung Erhöhung der Verfügbarkeit durch Verwendung 7 paralleler USV-Systeme Architektur paralleler USV-Systeme 8 Wie n die Zuverlässigkeit beeinflussen 12 Fazit: Sechs Schritte zur Maximierung der 13 Verfügbarkeit der Stromversorgung Über Eaton 13 Über den Autor 13 2 EATON CORPORATION Maximierung der USV Verfügbarkeit

3 Der Mythos von MTBF Traditionell wird der mittlere Zeitraum zwischen zwei Ausfällen (MTBF = mean time between failures) von USV Herstellern als Maß für die Zuverlässigkeit der Anlage verwendet. Tatsächlich ist der MTBF jedoch nur eine unsichere Methode, die Verfügbarkeit einer USV vorherzusagen. Dennoch steht letztendlich kein wirklicher Standard zur Festlegung der Wirksamkeit einer USV für den Schutz angeschlossener Geräte zur Verfügung. Somit ist es nahezu unmöglich, die MTBF Zahlen eines Herstellers mit denen eines anderen zu vergleichen. Zum besseren Verständnis betrachten wir eine USV mit einem MTBF von Stunden. Der Laie wird dabei erwarten, dass nur ein Ausfall innerhalb von Stunden oder 23 Jahren auftreten wird. In der Realität kann und wird jedoch kein Hersteller seine USV-Produkte über einen Zeitraum von 23 Jahren testen. Stattdessen wird ein MTBF Anfangswert auf der Grundlage der erwarteten Lebensdauer der USV-Komponenten definiert. Nachdem eine statistisch bedeutsame Anzahl von Geräten ausgeliefert ist, wird dieser geschätzte Anfangswert durch den Erfahrungswert, basierend auf der Leistungsfähigkeit der Geräte in den Kundenanlagen, ersetzt. Dieser revidierte Wert kann allerdings immer noch irreführend sein. Wenn beispielsweise USV-Anlagen während einer Studie über einen Zeitraum von fünf Jahren fehlerlos laufen, resultiert daraus ein eindrucksvoll hoher MTBF Wert. Wenn diese Systeme jedoch jeweils ein einziges Bauteil mit einer nur sechsjährigen Lebensdauer beinhalten, könnten 90% von ihnen schon im ersten Jahr nach Beendigung der Studie ausfallen. Zusätzlich gibt es keinen universellen Standard zur Festlegung des MTBF. Jahrelang haben amerikanische Regierungsstellen von den Herstellern Berechnungen auf der Grundlage des Handbuchs MIL-HDBK-217F verlangt, wogegen viele kommerzielle Kunden den Telcordia (Bellcore) SR-332 Prozess übernommen haben. In jüngster Zeit ist die Technologie-Industrie zu dem Schluss gekommen, dass die Verwendung dieser Messwerte, wenn sie auch hilfreich sind, nicht das einzige Verfahren zur Ermittlung der Produktzuverlässigkeit durch den Hersteller sein sollte. Deshalb nutzen viele Hersteller heute außerdem den DFR (design for reliability) Wert. Abweichend von früheren Standards, deren Schwerpunkt auf einzelnen elektronischen Bauteilen und deren Bedeutung für die betriebswichtigen Schaltkreise der Geräte lag, berücksichtigt die DFR Methode stärker die beabsichtigten Einsatzbereiche und die erwartete Nutzung einer Anlage unter verschiedenen Bedingungen. Die Verfügbarkeit ist dagegen ein realistischeres Maß zur Bewertung von betriebswichtigen Stromversorgungsschutz-Systemen. Angesichts der zentralen Rolle von USVs in Datenzentren, ist die Möglichkeit, defekte oder gealterte Bauteile schnell auswechseln zu können, von entscheidender Bedeutung. Das Maß der Verfügbarkeit verbindet den MTBF Wert mit einem zweiten Kennwert, dem MTTR (mean time to repair), der die erforderliche Zeitspanne von der Erkennung eines Fehlers, über die entsprechende Reaktion darauf, bis zur ausgeführten Reparatur angibt. Verfügbarkeit = MTBF / MTBF + MTTR Die Verfügbarkeit wird üblicherweise als eine Anzahl der Ziffer 9 angegeben, wobei diese die prozentuale Betriebsbereitschaft eines Systems über einen Zeitraum von einem Jahr angeben. Beispielsweise verfügt eine USV mit einem MTBF von Stunden und einem MTTR von vier Stunden über eine Verfügbarkeit von 0, bzw. 99,9992 Prozent (fünf Neunen) und ergibt sich aus : Dieser Wert ergibt eine zu erwartende Ausfallzeit von 4,2 Minuten pro Jahr. Obwohl die Verfügbarkeit ein besseres Maß für die Zuverlässigkeit einer Anlage darstellt als der MTBF Wert alleine, sind wichtige Aspekte dabei noch nicht berücksichtigt. Insbesondere wird die notwendige Zeit für Routine-Servicearbeiten nicht mit einkalkuliert. Wenn ein System einmal jährlich für Inspektions-, Einstellungs- oder allgemeine Wartungsarbeiten abgeschaltet werden muss, wird die tatsächliche Verfügbarkeit im Betrieb dadurch geringer sein, als es die oben beschriebene Formel suggeriert. 3

4 USV-Topologien und Wege des Stromflusses Obwohl dadurch die Kosten steigen können, bringt die Bereitstellung mehrerer möglicher Wege für die Stromversorgung in einer USV die Sicherheit, dass angeschlossene wichtige Verbrauchergeräte unterbrechungsfrei versorgt werden, auch wenn Komponenten wie, oder interne Backup-n ausfallen. Standby-USV-Anlagen (Offline/VFD) ermöglichen den Betrieb von IT-Geräten direkt am. Sobald ein Problem erkannt wird, bietet die USV Schutz gegen den Ausfall der Stromversorgung. Einige Standby- Systeme bieten sogar einen Teilschutz gegen Über- oder Unterspannung. Jedoch sind die Umschaltzeiten recht lange. Dadurch bieten Standby USV-Anlagen, auch wenn sie einen hohen Wirkungsgrad aufweisen und sehr wirtschaftlich sind, nur einen unvollständigen Schutz gegen Stromversorgungsprobleme. Netzinteraktive (line-interactive/vi) USV-Anlagen regulieren die Spannung aus dem auf angemessene Weise, bevor die angeschlossenen Geräte damit gespeist werden. Jedoch müssen diese USV- Anlagen zur Regulierung von Frequenzabweichungen ebenso die benutzen wie es auch beim Netzausfall erforderlich wäre. Doppelwandler (Zweifachumformung) USV-Anlagen betreiben die angeschlossenen wichtigen Verbraucher isoliert vom Stromversorgungsnetz und stellen dadurch sicher, dass die Stromversorgung der sauber und zuverlässig ist. Doppelwandler-Anlagen sind weniger energieeffizient als Standby- oder netzinteraktive Systeme. Wegen der größeren Verlustleistung wird auch mehr Wärme im Datenzentrum oder im USV Raum erzeugt. Doppelwandler USV-Anlagen mit Multi- Modus-Betrieb werden normalerweise im Hocheffizienz-Modus betrieben, wobei Geld und Energie eingespart werden. Wenn es wegen schlechter Qualität der Netzversorgung erforderlich wird, schalten sie automatisch auf den Doppelwandler-Modus um und bieten somit einen verbesserten Stromversorgungsschutz. Zusätzlich sind die meisten Multi-Modus USV-Anlagen modular aufgebaut, wodurch die erforderliche Zeit für Wartung und Reparatur verringert wird. Standby-USV-Anlage (Offline/VFD) Jede dieser USV-Topologien weist verschiedene interne Wege des Stromflusses auf. Eine typische Standby-USV-Anlage hat zwei Wege des Stromflusses, die beide von einem einzelnen Leistungsumschalter bedient werden. Wenn der Leistungsschalter versagt, fällt dadurch die Stromversorgung der angeschlossenen aus. Die meisten Standby-Systeme sind allerdings auf Leistungen von weniger als 2kVA ausgelegt, so dass ein Ausfall nur wenige Teile einer IT-Anlage betreffen würde. Typischer Standby-Betrieb Leistungsschalter Bild 1. In einer typischen Standby-USV, geht die Stromversorgung von IT-Geräten durch Versagen des Leistungsumschalters verloren. 4 EATON CORPORATION Maximierung der USV-Verfügbarkeit

5 Netzinteraktive USV-Anlage (line-interactive/vi) Eine netzinteraktive USV hat typischerweise zwei vollständig unabhängige Wege des Stromflusses, von denen einer ein Leistungs-Interface speist. Wenn das Leistungs-Interface ausfällt, kann die USV die angeschlossenen Verbraucher ausreichend lange mit Energie versorgen, um ein geordnetes Herunterfahren zu ermöglichen. Einige netzinteraktive Premium-Geräte besitzen außerdem einen statischen Bypass-Pfad, wodurch die angeschlossenen IT-Geräte bei internen Ausfällen von USV Komponenten direkt mit dem verbunden werden. Leistungsinterface Bild 2. Wege des Stromflusses in einer typischen netzinteraktiven USV Doppelwandler USV-Anlage Die meisten Doppelwandler USV-Anlagen haben zwei Wege des Stromflusses einer wird vom und einer von der gespeist und außerdem: Einen automatischen statischen Bypass-Schalter, der die angeschlossenen IT-Geräte direkt mit dem verbindet, wenn der Gleich- oder fehlerhaft ist. Einen manuell betätigten Wartungs-Bypass-Schalter, durch den das System von Technikern gewartet werden kann, ohne dabei die Stromversorgung für die geschützten Geräte zu unterbrechen. Wartungs-Bypass (manuell) Bild 3. Wege des Stromflusses in einer typischen Doppelwandler USV Doppelwandler USV-Anlage mit Multi-Modus Einige Doppelwandler USV-Anlagen mit Multi- Modus-Betrieb verfügen über die gleichen Wege des Stromflusses wie eine typische Doppelwandler-USV, besitzen aber zusätzlich einen automatisierten Wartungs-Bypass, durch den der Inverter automatisch umgangen wird, wenn die USV-Elektronik repariert oder gewartet werden muss. Bei der Verwendung in einer modularen Redundanz-Topologie kann eine Multi-Modus USV automatisch selektieren, ob ein Verbraucher per Bypass versorgt werden muss oder nicht. Dadurch wird sichergestellt, dass angeschlossene Geräte während fast aller Servicearbeiten durch die USV Backup-Versorgung geschützt bleiben. Das führt zu verbesserten MTTR Werten und zur Reduzierung des Risikos, dass während der Wartungs- und Reparaturarbeiten Stillstandszeiten oder plötzliche Unterbrechungen der Stromversorgung auftreten. Wartungs-Bypass (Automatik) Bild 4. Strompfade in einer Multi-Modus USV mit Hocheffizienzbetrieb 5

6 Strategien zur Erhöhung der Verfügbarkeit der USV gestützten Stromversorgung Es gibt etliche Möglichkeiten die Zuverlässigkeit der Stromversorgungspfade einer USV zu erhöhen. Hinzufügen paralleler stänge. Wenn eine USV lediglich mit einem Strang in Reihe geschalteter n ausgestattet ist, kann das Ausfallrisiko dramatisch ansteigen. Beispielsweise kann eine große USV 40 n in Reihe geschaltet aufweisen (Pluspol der ersten an den Minuspol der nächsten). Falls ein Problem in nur einer dieser n auftritt, wird wahrscheinlich der gesamte Strang ausfallen, was wiederum zum Ausfall der gesamten USV führt. Durch Hinzufügen eines weiteren Strangs von 40 n, parallel zum ersten (die positiven Enden dieses Strangs, als auch die negativen Enden werden mit einander verbunden), kann die USV normalerweise mit jeweils einer der beiden Stränge für eine begrenzte Zeit betrieben werden, falls die andere fehlerhaft wird. Währenddessen kann ein Notstromaggregat gestartet werden, oder die angeschlossenen Geräte können ordnungsgemäß heruntergefahren werden. USV-System In Reihe geschaltet Parallel geschaltet Bild 5. Hinzufügen eines parallelen strangs verringert die Gefahr des USV-Ausfalls durch fehler. Installation eines Generators. n sind immer nur eine zeitlich begrenzte Stromversorgungsquelle. Während eines längeren Netzausfalls wird auch die beste reihe irgendwann völlig entladen sein. Ein Generator bietet dem System eine zweite Backup-Quelle zum Schutz gegen lang andauernde Netzausfälle. Notstromaggregat Bild 6. USV Wege des Stromflusses bei Verwendung eines Notstromaggregats 6 EATON CORPORATION Maximierung der USV-Verfügbarkeit

7 Sicherstellen, dass die USV einen automatischen statischen Bypass-Umschalter hat Dieses Gerät umgeht den und den im Falle eines USV internen Fehlers oder bei starker Überlast bzw. Kurzschluss durch die angeschlossenen Geräte. Dabei werden die angeschlossenen IT-Geräte direkt von der Netzversorgung gespeist. Ein statischer Bypass-Schalter führt einen Transfer in den Bypass-Betrieb für die IT-Geräte fast unterbrechungsfrei in nur 3 bis 8 Millisekunden oder schneller durch. Notstromaggregat Notstromaggregat Bild 7. USV Wege des Stromflusses bei Verwendung eines internen statischen Umschalters Erhöhung der Verfügbarkeit durch Verwendung paralleler USV-Systeme Die Logik der Redundanz ist auf Energieverteilungsanlagen ebenso anzuwenden wie auf USV-Topologien. Mehrfache Wege des Stromflusses in eine Energieverteilungsanlage einzubauen, führt an sich schon zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit. Subsystem B λ2 Subsystem A λ1 Subsystem B λ2 Subsystem C λ3 Subsystem D λ4 Subsystem B λ2 Bild 8. Zuverlässigkeit von Systemen und Subsystemen. Quelle: US-Verteidigungsministerium Bild 8 illustriert zwei einfache aber wichtige Punkte: Stromfluss-Komponenten, die in Reihe geschaltet sind, wie Subsysteme A, C und D, schwächen die gesamte Zuverlässigkeit. Strompfad-Komponenten, die parallelredundant sind, wie Subsystem B, verbessern die gesamte Verfügbarkeit. Das ergibt sich daraus, dass ein Ausfall in den Subsystemen A, C oder D den gesamten Weg des Stromflusses lahm legen könnte. Subsystem B hat dagegen drei parallele Komponenten. Wenn eine von ihnen ausfällt, wird der Fehler durch die anderen kompensiert und das Gesamtsystem bleibt funktionsfähig. 7

8 Anders gesagt: Auch eine Kette von Energieversorgungs-Gliedern ist nur so stark wie ihr schwächstes Glied. Wenn man an jeder Stelle der Kette für mehr Redundanz sorgt, wird die Gesamtzuverlässigkeit des Systems erhöht. Das zuverlässigste Energieverteilungssystem besteht also aus mehrfachen, voneinander unabhängigen Wegen des Stromflusses innerhalb des gesamten Bereichs, von der Energiequelle bis zum Verbraucher. In einer solchen Topologie führen weder Ausfälle von Bauteilen noch Routine-Wartungsarbeiten dazu, dass die Stromversorgung der angeschlossenen geschützten IT-Geräte unterbrochen wird. Sammelschiene USV 1 USV 2 USV 3 Bild 9. Die Verwendung mehrfacher Strompfade vom über USV-Anlagen bis zu den IT-Geräten verbessert die Zuverlässigkeit durch Vergrößerung der Redundanz. Architektur paralleler USV-Systeme In der USV Industrie gibt es etliche Methoden zur Anwendung in Parallel-Systemen. Die beliebtesten Methoden bestehen aus der kaskadierten Parallel-Architektur oder der vollständig redundanten Parallel-Architektur. USV 1 USV 2 Sammelschiene System im Normalbetrieb USV 1 USV 2 Sammelschiene Fehler Hauptpfad Pfad im Fehlerbetrieb Bild 10. Kaskadierte Parallelsysteme im Normalbetrieb (oben) und im Fehlerbetrieb (unten) 8 EATON CORPORATION Maximierung der USV-Verfügbarkeit

9 Kaskadierte Redundanzsysteme werden oft genutzt, wenn zwei USV-Systeme zum Schutz der vorhanden sind, es sich dabei jedoch um verschiedene Modelle von verschiedenen Herstellern handelt. Diese können nicht in einer Redundanz-Konfiguration parallel geschaltet werden. Durch die kaskadierte Parallel-Architektur wird diese Einschränkung umgangen. Zwar bieten diese kaskadierten Parallelsysteme eine gewisse eingeschränkte Redundanz, jedoch sind einige wichtige Voraussetzungen zu erfüllen, um den Schutz der angeschlossenen Verbraucher im Fehlerfall durchgängig zu gewährleisten: 1. Das ausgefallene System muss erkennen, dass ein Fehler aufgetreten ist. 2. Das ausgefallene System muss den Transfer zu seinem eigenen internen statischen Umschalter sicher durchführen können. 3. Das ausgefallene System muss seine fehlerhaften Komponenten von der Sammelschiene trennen. 4. Das Backup System muss in der Lage sein, die volle sofort zu unterstützen, wenn es erforderlich wird (sprünge). Zusätzlich erzeugt ein kaskadiertes Parallel-System auch immer Betriebs- und Wartungskosten, da eine der USV-Anlagen im Leerlauf betrieben werden muss. Die Parallel-Architektur mit vollständiger Redundanz bietet generell eine höhere Zuverlässigkeit. Auch das ist natürlich jeweils von der Ausführung im Detail abhängig. Einige so genannte Parallel-Architekturen besitzen lediglich eine begrenzte Anzahl paralleler Komponenten. Dadurch fehlen ihnen, wenn sie ihre begrenzte Redundanz ausgeschöpft haben, individuelle Subsysteme für den Fall, dass ein weiteres Teil versagt. Wenn ein Subsystem ausfällt, dann muss die gesamte USV abgeschaltet und repariert werden. USV 1 Sammelschiene Statischer Schalter Master Systemsteuerung Bild 11. Parallel-Architektur mit interner Redundanz Andere USV-Topologien verfügen über individuelle Subsysteme ebenso wie über Peer-to-Peer parallel vernetzte Anlagenteile, wodurch sie sich selbst steuern können und nicht auf eine zentrale Steuerung angewiesen sind, was ihnen das höchste Maß an Zuverlässigkeit verleiht. Die Idee hinter jeder Parallel-Architektur ist, so viele Einzelfehlerpunkte wie möglich zu eliminieren, ohne die Topologie unnötig kompliziert zu machen. Deshalb wird durch die Nutzung von individuellen Subsystemen und Peer-to-Peer-Steuerungen die zuverlässigste Topologie mit der geringsten Anzahl von möglichen Fehlerquellen erzielt. 9

10 USV 1 Sammelschiene Statischer Schalter Automatischer Wartungs-Bypass Systemsteuerung USV 2 Statischer Schalter Automatischer Wartungs-Bypass Systemsteuerung USV 3 Statischer Schalter Automatischer Wartungs-Bypass Systemsteuerung Bild 12. Parallel-Redundanz-Architektur mit Peer-to-Peer-Steuerung und individuellen Subsystemen für jede USV. Natürlich hat eine Parallel-Redundanz-Topologie mit einer größeren Anzahl von Komponenten und Verbindungen auch mehr potenzielle Fehlerquellen und dadurch einen geringeren MTBF Wert. Als Folge davon nehmen IT-Manager häufig an, dass ihre USV-Anlage umso zuverlässiger wird, je weniger Module sie in eine Parallel-Architektur einbringen. Es gilt jedoch: Wenn auch durch Hinzufügen von immer mehr Komponenten vielleicht ein Punkt erreicht werden kann, bei dem die Ergebnisse verschlechtert werden könnten, so liefert doch ein konservativ entwickeltes System mit mehreren USV-Anlagen die größere Verfügbarkeit gegenüber einem System mit einer geringeren Anzahl von USV-Anlagen. Zum besseren Verständnis betrachten wir zwei Möglichkeiten der Parallel-Redundanz zum Schutz einer 60kW. Die erste Version besteht aus zwei traditionellen 60kW USV-Anlagen. Die zweite Version nutzt sechs neuere 12kW USV-Anlagen, die aus modularen Baugruppen bestehen. Nun stellen wir uns die Auswirkungen eines Hardwarefehlers auf beide Konfigurationen vor: Die 60kW USV kann nur durch einen ausgebildeten Servicetechniker repariert werden. Auch wenn dieser Techniker innerhalb von 4 Stunden vor Ort wäre, könnte die Ausfallzeit für die betroffene USV durchaus 8 Stunden betragen. Wenn die Servicefirma außerdem keinen schnellen Zugriff auf die erforderlichen Ersatzteile hat, kann sich die Ausfallzeit leicht auf mehr als 24 Stunden erhöhen. Während dieses Zeitraums sind die angeschlossenen IT-Geräte einer erhöhten Gefahr ausgesetzt, weil die USV keine Redundanz mehr bieten kann. Die 12kW USV-Geräte bietet im Gegensatz dazu die Möglichkeit, elektronische Bauteile und module im Betrieb zu wechseln (hot-swappable), und der Nutzer der USV kann die defekten Teile innerhalb von wenigen Minuten selbst auswechseln, sofern er die Ersatzteile vorrätig hält. 10 EATON CORPORATION Maximierung der USV-Verfügbarkeit

11 1+1 Parallel-Redundanz-System mit zwei Modulen (60kW) Eingang Ausgangsleistung 60kW (N+1) USV 1 60kW USV 2 60kW 5+1 Parallel-Redundanz-System mit sechs Modulen (60kW) Eingang USV Gesamtleistung 72kW USV 1 12kW Ausgangsleistung 60kW (N+1) Wechselstromquelle Wechselstromquelle USV 2 12kW USV 3 12kW USV 4 12kW USV 5 12kW USV 6 12kW Bild 13. Zwei Optionen für den Schutz einer 60kW mittels Parallel-Redundanz Die Einbeziehung der n in die Betrachtung bringt weitere Anhaltspunkte. Die Lebensdauer einer typischen USV- beträgt vier Jahre. Deshalb verliert die Konfiguration mit zwei 60kW USV-Anlagen für mindestens sechs Stunden pro Jahr ihre Redundanz, hervorgerufen durch notwendige Arbeiten an den n. Dagegen würde die Konfiguration mit mehreren 12kW Modellen wahrscheinlich für nur eine Stunde pro Jahr ihre Redundanz einbüßen. Was für die n gilt, gilt natürlich auch für elektronische und mechanische Bauteile wie Lüfter und Kondensatoren, die grundsätzlich als Verschleißteile in einer USV angesehen werden können. Produkte, die mit hot-swappable Bauteilen konstruiert sind, führen grundsätzlich zu geringeren Ausfallzeiten als andere. Das hat zur Folge, dass die Architektur mit den sechs USV-Anlagen zwar einen schlechteren MTBF Wert aufweist als die andere Topologie, jedoch führt der geringere MTTR Wert letztlich zu einer weit höheren Verfügbarkeit. 11

12 Wie n die Zuverlässigkeit beeinflussen Die technische Auslegung einer USV bestimmt, wie oft ihre n genutzt werden, was wiederum ausschlaggebend für die laufzeiten und deren Lebensdauer ist. Standby-USV-Anlagen schalten relativ häufig in den betrieb um, wodurch Lebensdauer und die Laufzeiten verringert werden. Außerdem können die kurzen Unterbrechungen der Stromversorgung während dieser häufigen Transfers zum Absturz von IT-Systemen führen, und der relativ große Toleranzbereich der Ausgangsspannungsregelung kann zudem bewirken, dass IT- Stromversorgungen abschalten. Netzinteraktive (line-interactive) USV-Anlagen gewährleisten einen besseren Schutz gegen Abweichungen in der Qualität der Stromversorgung als es bei Standby-Systemen der Fall ist. Sie müssen jedoch häufiger auf unterstützung zurückgreifen, z. B. wenn sie vom Normalbetrieb in den regulierten Betrieb übergehen oder wenn sie die Unstabilitäten während des Hochfahrens von Generatoren ausgleichen müssen. Doppelwandler USV-Anlagen gehen pfleglich mit den n um. Die Kombination von und in der USV kann eine große Toleranz der Eingangsspannung zulassen und benötigt zur Regulierung der Ausgangsspannung dennoch keine unterstützung. Zusätzlich wird der Transfer vom Normal- zum betrieb so schnell ausgeführt, dass keine Absturzgefahr für IT-Geräte durch eine Unterbrechung der Stromversorgung besteht. Bei den neuen hocheffizienten Multi-Modus USV- Anlagen sind Häufigkeit und Dauer der nutzung ähnlich wie bei den Doppelwandler USV- Anlagen, und in einigen Fällen sogar geringer. Darüber hinaus arbeiten diese USV bei normaler Nutzung mit Wirkungsgradwerten von bis zu 99%. Höhere Wirkungsgradwerte führen zu längeren laufzeiten und geringeren Betriebstemperaturen, was insgesamt zur Verlängerung der lebensdauer führt. Doppelwandler-Multi-Modus-USV Doppelwandler-USV Netzinteraktive USV Standby-USV Synchronisierung von netzinteraktivem und Standby- Alle USV-Anlagen im Normalbetrieb Netzausfall Generatorstart Generator online Synchronisierung der Doppelwandler Frequenz- und Spannungsabweichungen beim Anschluss der Verbrauchergeräte, während der Generator warm läuft. Netzinteraktive und Standby-Systeme nutzen die zur Kompensation. Netzausfall, Generator läuft hoch, USV im betrieb USV im betrieb, Generator verfügbar USV im Normalbetrieb ( wird geladen) Bild 14. Typische Muster der nutzung bei verschiedenen USV-Topologien 12 EATON CORPORATION Maximierung der USV-Verfügbarkeit

13 Fazit: Sechs Schritte zur Maximierung der Verfügbarkeit der Stromversorgung 1. Entscheiden Sie sich grundsätzlich für eine qualitativ hochwertige USV. Wählen Sie einen Hersteller mit einschlägiger Erfahrung, der zudem nachweislich eine hohe Servicequalität bietet. Achten Sie auf USV-Konstruktionen mit interner Redundanz der Schlüsselkomponenten, mehrfachen Wegen des Stromflusses sowie hochwertigen Komponenten und Herstellungsverfahren unter Einbeziehung eines rigorosen Qualitätsmanagements. 2. Wählen Sie USV-Anlagen mit mehrfachen internen Wegen des Stromflusses. Bessere USV- Topologien bieten mehrfache Wege des Stromflusses für eine zusätzliche Redundanz, einschließlich solcher Merkmale wie einen statischen Bypass-Umschalter und einen manuellen oder automatisierten Wartungs-Bypass. 3. Achten Sie darauf, dass die USV in der Lage ist, Ihr IT-Equipment zu unterstützen. Einige billige USV-Modelle sind eventuell nicht geeignet, Ihre Geräte zu unterstützen, weil sie Computerabstürze und Datenzerstörungen nicht verhindern können. Doppelwandler USV-Anlagen und hocheffiziente Multi-Modus USVs liefern konditionierte Stromversorgungen innerhalb akzeptabler Spannungs- und Frequenzbereiche, die zum Schutz von IT-Equipment und industriellen Geräten geeignet sind. 4. Verwenden Sie USV-Anlagen mit Parallel-Redundanz. Diese Strategie stützt sich auf redundante Wege des Stromflusses, elektronische Komponenten und module, um die höchste Zuverlässigkeit des Stromversorgungsschutzes zu erreichen. 5. Schauen Sie nach Merkmalen, die den MTTR Wert verbessern. Wählen Sie modulare USV-Topologien mit leicht zu wartenden Komponenten, so wie im Betrieb austauschbare (hot-swappable) n und Elektronikteile. Letztlich hat der MTTR Wert einen weit größeren Einfluss auf die Verfügbarkeit als der MTBF Wert. 6. Wählen Sie eine USV-Topologie, die nur eine minimale nutzung impliziert. Nutzungszeiten und Lebensdauer von n sind kürzer, wenn die USV häufig in den betrieb wechselt. Doppelwandler USV-Anlagen und hocheffiziente Multi-Modus USV-Anlagen nutzen die weniger, wodurch die lebensdauer erhöht wird. Über Eaton Die Eaton Corporation ist ein breit gefächerter Energie-Management-Konzern mit einem Umsatz von 11,9 Milliarden Dollar im Jahr Eaton ist auf dem Weltmarkt der Technologieführer bei elektrischen Komponenten und Systemen für Energieversorgungsschutz, -verteilung und -steuerung, ebenso wie bei hydraulischen Systemen und Serviceleistungen für industrielles und mobiles Equipment, Flugzeugtreibstoffen, hydraulischen und pneumatischen Systemen für militärische Zwecke und Antriebssystemen für hohe Leistungen, geringen Treibstoffverbrauch und größte Sicherheit. Eaton hat annähernd Beschäftigte und verkauft seine Produkte an Kunden in mehr als 150 Ländern. Für weitere Informationen besuchen Sie bitte Über den Autor Chris Loeffler ist als Produktmanager der Eaton Corporation spezialisiert auf Lösungen für die Stromversorgung von Datenzentren und entsprechende Dienstleistungen. Mit mehr als 19 Jahren Erfahrung in der USV Industrie hat er die Übersicht über das Produktmanagement von mehr als 20 USV-Produkten für Datenzentren und industrielle Anwendungen. Herr Loeffler hat eine Reihe verschiedener Positionen innerhalb des Eaton Konzerns bekleidet, sowohl im Service- und Applikationsbereich als auch im Programmmanagement und seit mehr als 10 Jahren im Produktmanagement. Herr Loeffler ist Autor einer Anzahl von Artikeln in Fachpublikationen und etlicher White Papers über Energieeffizienz, Virtualisierung und Cloud-Computing in Datenzentren. Er hat außerdem Artikel über verschiedene USV-Topologien für Datenzentren und industrielle Anwendungen geschrieben. 13

14 Anfordern von Informationsschriften Sie können Eaton White Papers downloaden, um mehr über Technologiethemen zu lernen, oder sie Ihren Kunden oder Kontaktpersonen zu erläutern. Maintenance- Bypass (Wartungs-Bypass), Parallelsystem, USV-Topologien, Energie-Management und andere Themen werden durch kostenlose White Papers aus unserer Online- Bibliothek verdeutlicht: Eaton Corporation, Alle Rechte vorbehalten Gedruckt in Deutschland Mai 2011 Im Sinne fortlaufender Produktverbesserungen können sich die hier gemachten Angaben jederzeit ohne vorherige Ankündigung ändern. Eaton, Powerware, ABM, BladeUPS, epdu, LanSafe, Hot Sync, epdu, Intelligent Power sind Markennamen, Handels- und/oder Dienstleistungsbezeichnungen der Eaton Corporation oder ihrer Tochtergesellschaften oder Zweiggesellschaften. Alle anderen Marken sind Eigentum ihres jeweiligen Besitzers. GEWÄHRLEISTUNGSAUSSCHLUSS UND HAFTUNGSBESCHRÄNKUNG Die Informationen, Empfehlungen, Beschreibungen und Sicherheitshinweise in diesem Dokument basieren auf den Erfahrungen und Einschätzungen der Eaton Corporation ( Eaton ) und berücksichtigen möglicherweise nicht alle Eventualitäten. Wenn Sie weitere Informationen benötigen, wenden Sie sich bitte an ein Verkaufsbüro von Eaton. Der Verkauf der in diesen Unterlagen dargestellten Produkte erfolgt zu den Bedingungen und Konditionen, die in den entsprechenden Verkaufsrichtlinien von Eaton oder sonstigen vertraglichen Vereinbarungen zwischen Eaton und dem Käufer enthalten sind. ES EXISTIEREN KEINE ABREDEN, VEREINBARUNGEN, GEWÄHRLEISTUNGEN AUSDRÜCKLICHER ODER STILLSCHWEIGENDER ART, EINSCHLIESSLICH EINER GEWÄHRLEISTUNG DER EIGNUNG FÜR EINEN BESTIMMTEN ZWECK ODER DER MARKTGÄNGIGKEIT, AUSSER SOWEIT IN EINEM BESTEHENDEN VERTRAG ZWISCHEN DEN PARTEIEN AUSDRÜCKLICH VEREINBART. JEDER SOLCHE VERTRAG STELLT DIE VERPFLICHTUNGEN VON EATON ABSCHLIESSEND DAR. DER INHALT DIESES DOKUMENTES WIRD WEDER BESTANDTEIL EINES VERTRAGES ZWISCHEN DEN PARTEIEN NOCH FÜHRT ER ZU DESSEN ÄNDERUNG. Eaton übernimmt gegenüber dem Käufer oder Nutzer in keinem Fall eine vertragliche, deliktische (einschließlich Fahrlässigkeit), verschuldensunabhängige oder sonstige Haftung für außergewöhnliche, indirekte oder mittelbare Schäden, Folgeschäden bzw. -verluste irgendeiner Art unter anderem einschließlich, aber nicht beschränkt auf Schäden an bzw. Nutzungsausfällen von Geräten, Anlagen oder Stromanlagen, von Vermögensschäden, Stromausfällen, Zusatzkosten in Verbindung mit der Nutzung bestehender Stromanlagen, oder Schadensersatzforderungen gegenüber dem Käufer oder Nutzer durch deren Kunden infolge der Verwendung der hierin enthaltenen Informationen, Bitte wenden Sie sich an Ihren Vertriebspartner vor Ort, wenn Sie Fragen zu Ihren speziellen Power-Quality-Anforderungen haben. EATON Deutschland Eaton Electric GmbH Karl-Bold-Straße Achern Germany Tel Fax infogermany@eaton.com EATON Schweiz Eaton Industries II GmbH Im Langhag Effretikon Switzerland Tel Fax effretikonswitzerland@eaton.com Empfehlungen und Beschreibungen. Wir behalten uns Änderungen der in diesem White Paper enthaltenen Informationen vor. Fotos und Abbildungen dienen lediglich als Hinweis und begründen keine Verpflichtung oder Haftung seitens Eaton. EATON Österreich Eaton GmbH Scheydgasse Wien Austria Tel Fax infoaustria@eaton.com USV_WP-MaximizingUPS-Availability_2012_01_D