Stromzufuhr
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ENERGIEZUFUHR IM RECHENZENTRUM Network Engineering, Wintersemester 2011/2012 Denner Bernhard Petschenig Roland Pinter Andreas Seebacher Stephan Teuschl Stephan Vodep Michael INHALTSVERZEICHNIS Allgemeines ............................................................................................................................................................. 4 Einleitung ............................................................................................................................................................ 4 Crashkurs: Begriffe, Grössen, Berechnungen ...................................................................................................... 4 Schutz gegen elektrischen Schlag........................................................................................................................ 6 Gefahr für den Menschen ............................................................................................................................... 6 Fehlerarten ...................................................................................................................................................... 7 Schutzklassen .................................................................................................................................................. 7 Schutzeinrichtungen ....................................................................................................................................... 8 Überstrom-Schutzeinrichtungen ..................................................................................................................... 8 Redundanz und Automatic Transfer Switch ...................................................................................................... 10 Transformator ................................................................................................................................................... 11 Anforderungen an Transformatoren für ein Rechenzentrum: ...................................................................... 11 Verlustbewertung eines Transformators ...................................................................................................... 11 Kostenbetrachtung für Transformatorenauswahl ........................................................................................ 12 Anforderungen an den Aufstellungsort ........................................................................................................ 12 Wie viele Transformatoren werden benötigt?.............................................................................................. 14 Temperatur der Kühlluft ............................................................................................................................... 14 Aufstellungsbedingungen – Raumgestaltung................................................................................................ 15 Unterbrechungsfreie Stromversorgung ................................................................................................................ 16 Einleitung .......................................................................................................................................................... 16 Die USV .......................................................................................................................................................... 16 Aufgaben der USV ......................................................................................................................................... 16 Arten von USV Anlagen ..................................................................................................................................... 17 VFD (Voltage-frequency dependent) - OFFLINE ............................................................................................ 17 VI (Voltage independent) – line interactive .................................................................................................. 18 vFi (voltage-frequency independent) – online .............................................................................................. 18 Betriebsarten .................................................................................................................................................... 19 Betrieb über USV ........................................................................................................................................... 19 Betrieb über Bybass ...................................................................................................................................... 20 Batterien ........................................................................................................................................................... 20 VLA – VENTED LEAD ACID (Bleiakkumulator) ................................................................................................ 20 VRLA – VALVE REGULATED lead-acid (Bleiakkumulator) .............................................................................. 21 Nickel-Cadmium ............................................................................................................................................ 21 Li-Ionen ......................................................................................................................................................... 21 Lagerung ........................................................................................................................................................ 21 Wichtige Parameter einer USV Anlage.............................................................................................................. 22 Dimensionierung ........................................................................................................................................... 22 CREST Faktor ................................................................................................................................................. 22 Wie ermittelt man die erforderliche USV-Leistung? ..................................................................................... 23 Redundanz......................................................................................................................................................... 23 Potentielle Probleme ........................................................................................................................................ 24 Verfügbarkeit der USV....................................................................................................................................... 24 Notstromsysteme.................................................................................................................................................. 25 Antriebe ............................................................................................................................................................ 25 Generator .......................................................................................................................................................... 25 Betriebsarten von Generatoren ........................................................................................................................ 26 Betriebseigenschaften von Notstromaggregate mit Synchrongenerator ..................................................... 27 Frequenzstabilität ......................................................................................................................................... 27 Kurzschlussstrom .......................................................................................................................................... 27 Belastung von Notstromgeneratoren ........................................................................................................... 28 Wirtschaftliche Aspekte eines Dieselgenerators............................................................................................... 29 Anschaffung .................................................................................................................................................. 29 Laufender Betrieb ......................................................................................................................................... 31 ALLGEMEINES EINLEITUNG Im vorliegenden Dokument soll dem Leser ein Überblick zur Energiezufuhr eines Rechenzentrums verschafft werden. Dies beginnt bei Energiezufuhr durch gewöhnlichen Netzstrom. Da der Rechenzentrumsbetreiber hierbei keine größeren Eingriffsmöglichkeiten fsmöglichkeiten hat, beschränkt sich dieser Bereich auf Aspekte die für die Sicherung dieses Netzstroms und des daran angeschlossenen Rechenzentrums interessant sind. Dabei konzentriert sich das Dokument unter anderem auch auf den sogenannten Transformator Transformato Sollte trotz aller Sicherungen der Netzstrom doch ausbleiben befasst sich dieses Dokument weiter mit der Verwendung einer „Unterbrechungsfreien Stromversorgung“ (kurz USV).. In dem zugehörigen Kapitel werden die verschiedenen Arten, Betriebsmodi triebsmodi und deren Anwendungsgebiete betrachtet. Schließlich betrachtet das Dokument auch noch die verschiedenen Aspekte von Notstromsystemen, welche die Arbeit verrichten müssen, falls die zuvor genannten Lösungen nicht ausreichend sind. Dabei wird sowohl auf die technischen hen Besonderheiten dieser Systeme als auch die wirtschaftlichen Rücksicht genommen. CRASHKURS:: BEGRIFFE, GRÖSSEN, GRÖ BERECHNUNGEN Elektrischer Strom ist, auf atomarer Ebene betrachtet, die gerichtete Fortbewegung freier Elektronen in einem Leiter. Je mehr Elektronen ektronen durch den elektrischen Leiter fließen, desto höher ist die Stromstärke (Formelzeichen I, Einheitenzeichen [I] = A). Gleichstrom bedeutet, die Elektronen bewegen sich nur in eine Richtung. Die Stromstärke bleibt über die Zeit also gleich. Beispielee für Gleichstromquellen sind Batterien und Akkumulatoren. Im Wechselstrom fließen Elektronen abwechselnd in beide Richtungen, die Stromstärke verändert sich periodisch mit der Zeit. Die Anzahl der Wechsel der Richtung pro Sekunde ist die Frequenz. Aus dem Energienetz erhält man Wechselstrom, ebenso aus einem Generator und Dynamo. Abbildung 1: Symbol für Gleichstrom und Wechselstrom Drehstrom oder Dreiphasenwechselstrom besteht aus drei Wechselströmen gleicher Frequenz, welche zueinander eine feste Phasenverschiebung von 120° haben. 2 Die Stromdichte (J, [J] = A/mm ) beschreibt die Stromstärke durch den Leiterquerschnitt. Da sich ein Leiter durch den durch ihn durchfließenden Strom erwärmt gilt es, die zulässige Stromdichte (z.B. nach DIN VDE 02984 und DIN EN 60 204-1) zu berücksichtigen. Diese ist generell bei kleineren Leiterquerschnitten höher als bei großen. Elektrische Ladung (Q, [Q] = A s = C) ist gleich Stromstärke mal Zeit, sie ist also umso größer, je höher die Stromstärke und je länger die Zeit der Ladung dauert. Die elektrische Ladung kann in Kondensatoren kurzzeitig gespeichert werden. Elektrische Spannung (U, [U] = V) tritt durch das Trennen von elektrischen Ladungen auf. In einer Stromquelle werden elektrische Ladungen unter Energieaufwand voneinander getrennt, sie ist damit Spannungserzeuger und verursacht den Stromfluss. Ein Leiter setzt dem elektrischen Strom immer auch einen Widerstand (R, [R] = Ω) entgegen. Der elektrische Leitwert (G, [G] = S) eines Leiters berechnet sich aus dem Kehrwert des Widerstand. Mit Widerstand versteht man auch den Ohm’schen Widerstand. Den Zusammenhang zwischen Stromstärke, Spannung und Widerstand beschreibt das Ohm’sche Gesetz: I = U/R. Widerstandsänderungen können durch Wärme, elektrische Spannung, Licht oder Magnetfeld induziert werden. Elektrische Leistung (P, [P] = W) errechnet sich aus Spannung mal Stromstärke oder Spannung zum Quadrat durch den Widerstand. Die bei Geräten angegebene Nennleistung beschreibt, welche Leistung unter bestimmten Betriebsbedingungen aufgenommen werden kann. Die elektrische Arbeit (W, [W] = J) ist die aufgenommene Leistung mal der Zeit. Diese muss man meist dem Energieversorgungsunternehmen bezahlen, dafür misst ein Elektrizitätszähler die Arbeit in Kilowattstunden. Der Wirkungsgrad (η) ist das Verhältnis von zugeführter Leistung zu abgegebener Leistung eines Abnehmers. Eine Glühlampe hat z.B. einen Wirkungsgrad von 0,15, ein Transformator typischerweise 0,90. Die Verlustleistung ist der Teil der Leistung, der aufgrund von Nebeneffekten nicht für die eigentliche Aufgabe genutzt werden kann. In Geräten mit großer Leistung entsteht viel Wärme, die abgeführt werden muss. Stromstärke Stromdichte El. Ladung El. Spannung Widerstand Leitwert El. Leistung El. Arbeit I J Q U R G P W Wirkungsgrad η Einheit Ampere A A/mm2 Amperesekunden A s Volt V Ohm Ω Siemens S Watt W Joule J, Wattsekunden Kilowattstunden kWh Berechnung J=I/A Q=It W s, R=U/I G=1/R P=UI W=Pt Tabelle 1: Zusammenfassung der Größen, Einheiten und Berechnungen Abbildung 2: Wichtige Schaltsymbole (Bild: Wurzeldrei, Wikipedia) SCHUTZ GEGEN ELEKTRISCHEN SCHLAG GEFAHR FÜR DEN MENSCHEN Für den Menschen als sehr guten Leiter sind Stromstärken ab 50mA lebensgefährlich. Wenn der Körperwiderstand mit 1000 Ω angenommen wird, besteht somit ab 50V Lebensgefahr. Da bereits bei 50Hz Wechselstrom Herzkammerflimmern auftreten kann, ist dieser allgemein gefährlicher als Gleichstrom. Durch den Stromein- und austritt kommt es zu den sogenannten Strommarken, das sind Verbrennungen bis zur Verkohlung bei hohen Stromstärken. Ein Arzt ist bei einem Unfall auf jeden Fall aufzusuchen, auch wenn keine unmittelbaren Folgen erkennbar sind, da durch die Wirkung des Stromes das Blut zersetzt werden kann und es dadurch zu schweren Vergiftungserscheinungen kommt. Arbeiten an Teilen mit einer Betriebsspannung über 50V Wechselspannung oder 120V Gleichspannung dürfen nach ÖVE-E 1/T 1 nur Elektrofachkräfte mit Zusatzausbildung ausführen. Schwelle Wahrnehmbarkeitsschwelle Loslassschwelle Herzkammerflimmerschwelle Wechselstrom 50Hz 0,5 mA 10 mA 50 mA (bei > 1s) 1000 mA (bei < 100ms) Gleichstrom 2 mA 25 mA 150 mA (bei > 1s) 1000 mA (bei < 100ms) Tabelle 2: Richtwerte für Reizwirkungen des elektrischen Stromes FEHLERARTEN Ein Kurzschluss ist eine durch einen Fehler entstandene ungewollte Verbindung zwischen unter Spannung stehenden Teilen ohne Nutzwiderstand. Ein Erdschluss ist ähnlich wie ein Kurzschluss, nur entsteht die Verbindung zwischen einem Außenleiter Außenle oder Neutralleiter mit geerdeten Teilen. Ein Körperschluss ist eine ungewollt entstandene Verbindung zwischen Körper und aktiven Teilen, die durch einen Isolationsfehler entstanden ist. Ein Leiterschluss ist wie ein Kurzschluss eine ungewollte Verbindung Verbindung zwischen aktiven Teilen mit Nutzwiderstand im Fehlerstromkreis. Die Fehlerspannung ist die Spannung, die bei einem Körperschluss zwischen den inaktiven Teilen untereinander oder zur Erde auftritt. Die Berührungsspannung tritt bei elektrischer Durchströmung Durchströmung eines Menschen zwischen Berührungspunkten auf. SCHUTZKLASSEN Schutzklasse 0 I Bemerkungen Kennzeichnung Nur Basisisolierung, als selbständiges Betriebsmittel nur unter besonderen Bedingungen (nicht leitende Umgebung oder Schutztrennung) zugelassen zugelass Basisisolierung und Schutzleiteranschluss vorhanden oder PE an der Schutzleiterstelle II Schutzisolierung (doppelte oder verstärkte Isolierung) Schutzleiteranschluss unzulässig III Schutzkleinspannung am Betriebsmittel am Betriebsmittel Tabelle 3: Schutzklassen nach DIN EN 61140 den SCHUTZEINRICHTUNGEN In ÖVE EN 1 sind Schutzmaßnahmen festgelegt, die den Menschen gegen direktes Berühren und bei indirektem Berühren schützen soll. Schutz gegen elektrischen Schlag unter normalen Bedingungen, also gegen direktes Berühren, wird durch Isolierung von aktiven Teilen, Abdeckungen, Hindernissen und Abständen gewährleistet. Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen wird z.B. durch automatische Abschaltung der Stromversorgung, Schutzisolierung und Potentialausgleich gewährleistet. Fehlerstrom-Schutzschalter trennen Betriebsmittel selbständig vom Netz, wenn eine Berührungsspannung oder Überlastung auftritt. Man unterscheidet grundsätzlich zwischen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen ohne Hilfsspannquelle (FI-Schutzschalter, Fehlerstrom-Schutzeinrichtung) und solchen mit Hilfsspannquelle (DISchutzschalter, Differenzstrom-Schutzeinrichtung). FI-SCHUTZSCHALTER Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen oder auch RCDs (Residual Current Device), wie der FI-Schalter, haben die Aufgabe, aktive Teile innerhalb von sehr kurzer Zeit (0,2 bzw. 0,4 Sekunden) abzuschalten, wenn eine Berührungsspannung auftritt. Im Fehlerfall fließt ein Fehlerstrom durch den Schutzleiter oder über die Erde, wodurch die Summe der zu- und abfließenden Ströme nicht mehr null ist und dadurch eine Spannung im Summenstromwandler induziert wird. Bei Überschreitung des Bemessungs-Differenzstroms wird dann, um Mensch und Maschine zu schützen, der Stromkreis unterbrochen. FI-Schutzschalter Bemessungs-Differenzstrom = 30 mA Bemessungs-Differenzstrom = 0,3 A Bemessungs-Differenzstrom = 0,5 A Schmelzsicherung oder LS-Schalter 10 A Schmelzsicherung oder LS-Schalter 16 A Leistung in W 6,9 69 115 2300 3680 Tabelle 4: Leistung an Fehlerstellen bei 230V Betriebsspannung ÜBERSTROM-SCHUTZEINRICHTUNGEN Leiter erwärmen sich, wenn Strom durch sie fließt. Die Erwärmung ist abhängig von mehreren Faktoren wie Stromhöhe, Dauer und dem Leiterwiderstand. Durch übermäßig große Ströme können daher bei unzureichend dimensionierten Leitern Brände entstehen. In DIN VDE 0298-4 ist die Strombelastbarkeit von Kabeln abhängig von Material, Isolierung, Verlegeart und Umgebungstemperatur angegeben. Überstrom-Schutzeinrichtungen schützen Leitungen und die angeschlossenen Geräte gegen zu große Erwärmung bei Überlastung und Kurzschlüssen. Als Überstrom-Schutzeinrichtung werden unter anderem Schmelzsicherungen, Leitungsschutzschalter und selbstrückstellende Sicherungen verwendet. Es gibt Schutzschalter mit thermischen Auslösern, die nur vor Überlastung schützen. Schutzschalter mit elektromagnetischem Auslöser sind Schnellauslöser und schützen gegen Überlastung und Kurzschlüsse. AUSLÖSECHARAKTERISTIK Überstrom-Schutzeinrichtungen werden nach ihrer sogenannten Auslöse-Charakteristik Auslöse Charakteristik unterschieden. Diese Charakteristik beschreibt die Auslösezeit bei bestimmten Überströmen. Dabei reichen die Abschaltzeiten in einer Charakteristik teilweise von einigen Minuten bis Stunden bei geringer Überlast bis hinunter zu 50 ms bei sehr hohen Überlastströmen, etwa bei Kurzschlüssen. Abbildung 3: Zeit--Strom-Kennlinie mit Auslösezeiten (Bild: Allgemeingut, Wikipedia) Die Charakteristiken B, C und D werden nach DIN VDE 0641 0641 für den Haushalt und ähnliche Anwendungen verwendet. Die in Abbildung 3 nicht abgebildeten Charakteristiken K und Z nach DIN VDE 0660 und EN 60 947-2 947 beschreiben Baubestimmungen für Leistungsschalter. LEITUNGSSCHUTZSCHALTER Leitungsschutzschalter sschutzschalter oder auch LS-Schalter LS sind wiedereinschaltbare Überstrom-Schutzeinrichtungen, Schutzeinrichtungen, die meist einen thermischen sowie einen elektromagnetischen Auslöser besitzen. Nach ÖVE EN 1 müssen LSLS Schalter durch Überstrom-Schutzeinrichtungen Schutzeinrichtungen mit höchstens 100A Nennstrom gesichert werden, etwa durch eine Schmelzsicherung. Abbildung 4: Schaltsymbol LS-Schalter SCHMELZSICHERUNG Schmelzsicherungen sind Überstrom-Schutzeinrichtungen für verschiedenste Bereiche (HH – Hochspannungssicherung, Niederspannungssicherung, Feinsicherung etc.). Für uns interessant sind Schmelzsicherungen im Niederspannungsbereich. Diese haben im Inneren einen Schmelzleiter, der den Kopfkontakt mit dem Fußkontakt verbindet. Bei zu großem Strom schmilzt der Schmelzleiter und unterbricht damit den Stromfluss. Nach ÖVE EN 1, Teil 2a werden Niederspannungssicherungen in Funktionsklassen und Betriebsklassen eingeteilt. Sicherungen der Funktionsklasse g (Ganzbereichssicherung) schützen elektrische Anlagen gegen Überlastung und Kurzschluss, solche der Funktionsklasse a (Teilbereichssicherung) schützen nur gegen Kurzschluss. Die Sicherung in Abbildung 5 ist eine gL/gG Sicherung, wobei die Betriebsklasse L für GanzbereichsKabel- und Leitungsschutz steht und praktisch ident mit der neueren, internationalen Betriebsklasse G ist. Abbildung 5: 35A Schmelzsicherung (Bild: Creative Commons, Wikipedia) REDUNDANZ UND AUTOMATIC TRANSFER SWITCH Um die Ausfallsicherheit zu erhöhen, ist vom Energieversorgungsunternehmen idealerweise eine zweite Leitung oder ein zweites Energieversorgungsunternehmen zu beauftragen. Um einen Reibungslosen Übergang von der Versorgung einer Zuleitung zu einer anderen oder auch zwischen Zuleitung und USV zu ermöglichen, werden Transfer Switches eingesetzt, die im Fehlerfall die Stromversorgung in kürzester Zeit umschalten. Es gibt zwei Funktionsarten von Transfer Switches: Der Open Transition Transfer Switch trennt eine Verbindung komplett, bevor die Verbindung zur zweiten Stromquelle hergestellt wird. Bei einem Closed Transition Transfer Switch passiert der Umschaltvorgang auch schon bei Spannungsabfall und ohne vorherige Unterbrechung der primären Stromquelle. Statische Transfer Switches haben keine mechanisch beweglichen Teile, die beim Umschaltvorgang beteiligt sind, und können daher schneller umschalten. Bei Transfer Swichtes zwischen Zuleitung und Generator ist darauf zu achten, dass der Generator idealerweise automatisch sofort startet. Daher unterstützen manche Transfer Switches auch die Signalisierung an Generatoren, hier dauert der Umschaltvorgang in Abhängigkeit der Startzeit jedoch länger. Transfer Switches, die nur zwischen verschiedenen ständig verfügbaren Stromquellen umschalten, können dies schon in 160ms. TRANSFORMATOR Durch Transformatoren wird die durch Energieversorgungsunternehmen bereitgestellte elektrische Energie von der Mittelspannungsebene (10 kV bis 30 kV) auf eine gewünschte Stromstärke und Spannung der Niederspannungsebene (400V) herunter transformiert. Transformatoren können sich in speziellen Räumen innerhalb des Rechenzentrums oder außerhalb in eigenen Gebäuden befinden. Über Kabel oder Stromschienen gelangt der Strom über die Niederspannungshauptverteilung und Normal-Netzverteilung (230V) ins Rechenzentrum. Durch die Normalnetzverteilung wird auch die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) mit Strom versorgt. ANFORDERUNGEN AN TRANSFORMATOREN FÜR EIN RECHENZENTRUM: Abhäng von den örtlichen bzw. räumlichen Gegebenheiten des Rechenzentrums kommen verschiedene Arten von Transformatoren zum Einsatz. Die Norm ÖVE/ÖNORM EN 61936-1 gibt Auskunft darüber welche Art einzusetzen ist. Meist empfiehlt sich der Einsatz von sogenannten Gießharz-Trockentransformatoren. Im Vergleich zu flüssigkeitsgefüllten Transformatoren (Mineralöl, Silikonöl) stellen diese die geringsten Anforderungen an den Aufstellungsort und erfüllen die höchsten Anforderungen an den Personen- und Brandschutz. Bei der Verwendung von Gießharz-Trockentransformatoren sollten diese die in IEC 60076-11 definierten Anforderungen C2 (Klimaklasse), E2, (Umgebungsklasse) und F1 (Brandklasse) erfüllen. VERLUSTBEWERTUNG EINES TRANSFORMATORS Da der Energieverbrauch von Rechenzentren sehr hoch ist, sollte zu Planungsbeginn des Rechenzentrums auf energieeffiziente und verlustarme Komponenten geachtet werden. Bei Transformatoren die im Dauerbetrieb unter Volllast betrieben werden ist dies von besonderer Bedeutung. Verlustarme Transformatoren werden aus hochwertigen Komponenten hergestellt, was sich natürlich im höheren Anschaffungspreis widerspiegelt. Durch den geringeren Energieverbrauch von verlustoptimierten Transformatoren können diese Kosten meist schon nach weniger als drei Jahren ausgeglichen werden. Nachfolgend wird eine vereinfachte Berechnungsmethode zur Abschätzung der durch Verluste hervorgerufenen Kosten aufgezeigt. Folgende Annahmen werden zur Berechnung des Beispiels angenommen: • Die Transformatoren arbeiten im Dauerbetrieb. • Die Transformatoren arbeiten im Teillastbetrieb, mit konstanter Teillast. • Zusätzliche Kosten und Inflationsfaktoren werden nicht berücksichtigt. • Die Leistungspreise beziehen sich auf 100% Volllast. KOSTENBETRACHTUNG FÜR TRANSFORMATORENAUSWAHL KAPITALKOSTEN CC unter Berücksichtigung des Kaufpreises, des Zinssatzes und des Abschreibungszeitraums: Cc = Cp × r / 100 [Menge/ Jahr] Cp = Kaufpreis n n r = p × q / (q – 1 ) = Abschreibungsfaktor q = p / 100 + 1 = Zinsfaktor p = Zinssatz % pro Jahr n = Abschreibungszeitraum in Jahren KOSTEN DER LEERLAUFVERLUSTE CPO basierend auf den Leerlaufverlusten und den Stromkosten: CP0 = Ce × 8 760 h / Jahr × P0 [Energiebedarf / Jahr] Ce = Energiekosten [ Energiebedarf / kWh] P0 = Leerlaufverluste [kW] KOSTEN DER LASTVERLUSTE CPk beruhend auf den Wicklungsverlusten, dem entsprechenden jährlichen Lastfaktor und den Stromkosten: CPk = Ce × 8 760 h / Jahr a2 x Pk [Energiebedarf / Jahr] a = Dauer Betriebsleistung / Nennleistung AUS DEN LEISTUNGSPREISEN ENTSTEHENDE KOSTEN CD beruhend auf dem Energiebedarf, der vom Energieversorgungsunternehmen vorgegeben ist, und der Gesamtverlustleistung: CD =Cd (P0 + Pk) [Energiebedarf / Jahr] Cd = Leistungspreise [Energiebedarf / (kW × Jahr)] ANFORDERUNGEN AN DEN AUFSTELLUNGSORT Je nach Art des Transformators werden unterschiedliche Anforderungen an den Aufstellungsort gestellt. Zur Anmerkung, Gießharz-Transformatoren stellen die geringsten Anforderungen an den Aufstellungsort. IEC 60076-11 definiert Umgebungs-, Klima- und Brandklassen, die den unterschiedlichen Betriebsbedingungen am Aufstellungsort Rechnung Feuchteniederschlag und tragen. Die Verschmutzung. Umgebungsklasse (E) berücksichtigt Luftfeuchtigkeit, Die (C) berücksichtigt die Klimaklasse niedrigste Umgebungstemperatur. Sie ist somit auch ein Maß für die Rissfestigkeit des Gießharzvergusses. Die Brandklasse (F) berücksichtigt die möglichen Brandfolgen. Gemäß IEC 60076-11 bzw. DIN 42523 dürfen die erforderlichen Klassen durch den Betreiber definiert werden. Umgebungsklassen begrenzt Kein Feuchteniederschlag, Verschmutzung Klasse E0 vernachlässigbar Gelegentlicher Feuchteniederschlag, Klasse E1 Verschmutzung begrenzt möglich Häufiger Feuchteniederschlag oder Klasse E2 Verschmutzung, auch beides gleichzeitig Klimaklasse Klasse C1 Klasse C2 Innenraumaufstellung nicht unter -5°C Freiluftaufstellung bis herab auf -25°C Brandklasse Klasse F0 Klasse F1 Eine Begrenzung der Brandgefahr ist nicht Vorgehsehen Durch die Eigenschaften des Transformators wird die Brandgefahr begrenzt. Tabelle 5. Umgebungs-, Klima- und Brandklassen nach IEC 60076-11 Trafoausführung Mineralöl * Kühlungsart nach EN 60076-2 O Allgemein a) Auffangwannen und Sammelgruben b) Austritt von Flüssigkeit aus der Sammelgrube muss verhindert werden c) Wasserhaushaltgesetz und die landesrechtlichen Verordnungen sind zu beachten Wie bei Kühlmittelbezeichnung O Keine Maßnahmen erforderlich in abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten als Auffangwannen und Sammelgrube sind undurchlässige Fußböden mit Schwellen zulässig bei max. 3 Trafos und je Trafo weniger als 1000 l Flüssigkeit Trafos mit Silikonöl K bzw. synth. Ester ** GießharzA Trockentransformato ren * bzw. Brennpunkt der Kühl- und Isolierflüssigkeit ≤ 300 °C ** bzw. Brennpunkt der Kühl- und Isolierflüssigkeit > 300 °C Tabelle 6. Schutzmaßnahmen für Gewässerschutz nach DIN VDE 0101 Freiluftanlagen unter bestimmten Voraussetzungen keine Auffangwannen und Sammelgruben vollständiger Text aus VDE 0101, Abschnitt 5.4.2.5 C, ist unbedingt zu berücksichtigen Kühlmittelbez eichnung O Allgemein Freiluftanlagen a) Räume feuerbeständig F90A getrennt a) ausreichende Abstände b) Türen feuerhemmend T30 oder c) Türen ins Freie schwer entflammbar b) feuerbeständige Trennwände d) Auffangwannen und Sammelgruben so angeordnet, dass Brand nicht weitergeleitet wird, ausgenommen bei Aufstellung in abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten mit max. 3 Trafos, je Trafo weniger als 1000 l Flüssigkeit e) Schnell wirkende Schutzeinrichtungen Wie bei Kühlmittelbez. O; a, b und c kann entfallen, wenn e vorhanden Wie bei Kühlmittelbez. K, jedoch ohne d K A keine Maßnahmen erforderlich keine Maßnahmen erforderlich Tabelle 7. Schutzmaßnahmen für Brandschutz und Funktionserhalt nach DIN VDE 0101 WIE VIELE TRANSFORMATOREN WERDEN BENÖTIGT? Abhängig von den Anwendungen kann der Einsatz von mehreren parallel betriebenen Transformatoren sinnvoll sein. Bei Parallelbetrieb zweier Transformatoren ist darauf zu achten, dass beide Transformatoren die gleichen technischen Merkmale (einschließlich der Bemessungskurzschlussspannung) aufweisen. Für die Auslegung zweier Transformatoren im Parallelbetrieb bestimmt man als Anhaltswert: Bemessungsleistung jedes Transformators = ( Leistungsbedarf / 0,8 ) / 2. TEMPERATUR DER KÜHLLUFT Transformatoren werden beruhend auf einschlägigen Normen für folgende Werte der Kühlluft ausgelegt: maximal 40 °C monatlicher Durchschnitt des heißesten Monats 30 °C Jahresmittel 20 °C Bei Normalbetrieb wird dabei der normale Lebensdauerverbrauch erzielt. Für den Lebensdauerverbrauch sind insbesondere die mittlere Jahrestemperatur sowie die Belastung entscheidend. Davon abweichende Temperaturen der Umgebung verändern die Belastbarkeit der Anlage. Umgebungstemperatur (Jahresmittel) - 20 °C - 10 °C 0 °C + 10 °C + 20 °C + 30 °C Belastbarkeit 124 % 118 % 112 % 106 % 100 % 93 % Tabelle 8. Anlagenbelastbarkeit in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur AUFSTELLUNGSBEDINGUNGEN – RAUMGESTALTUNG BESONDERE AUFSTELLUNGSBEDINGUNGEN Extreme Bedingungen vor Ort sind bei der Anlagen-Planung zu berücksichtigen: Relevant für den Einsatz in tropischem Klima sind Anstrich und vorherrschende Temperaturen Bei Einsatz in über 1.000 m Höhe ist eine Sonderauslegung betreffend Erwärmung und Isolationspegel notwendig, siehe IEC 60076-11 Bei erhöhter mechanischer Beanspruchung – Einsatz in Schiff, Bagger, Erdbebengebiet usw. – können konstruktive Zusätze erforderlich sein, z. B. Abstützen des oberen Joches. BERÜHRUNGSSCHUTZ Die Gießharzoberfläche der Transformatorwicklung ist im Betrieb nicht berührungssicher. Deshalb ist ein Schutz gegen zufälliges Berühren notwendig. Durch verschiedene Maßnahmen kann für Berührungssicherheit gesorgt werden z. B. durch den Einbau einer Schutzleiste bzw. Gitters. Je nach Größe und Art des Transformators werden vom Hersteller Mindestabstände um den Transformator vorgegeben. Als generelle Regel gilt, Mindestabstand plus 30 mm Sicherheitszuschlag (Erfahrungswert) plus Montageabstand (abhängig je nach Platzbedarf) UNTERBRECHUNGSFREIE STROMVERSORGUNG EINLEITUNG In Umgebungen, in denen eine Störung der IT Struktur eine Auswirkung auf das Tagesgeschäft hat, ist es wichtig, Strategien einzuführen, welche den reibungslosen Ablauf ermöglichen. Doch was hilft, wenn der Infrastruktur der Strom fehlt oder es zu unerwarteten Schwankungen kommt? DIE USV USV steht für Unterbrechungsfreie Stromversorgung und wird in Stromnetzen eingesetzt, in denen kritische elektrische Verbraucher betrieben werden. Die Folgen eines Ausfalls können viele Bereiche eines Unternehmens (oder Haushalts) betreffen: Systemabsturz Datenverlust Betriebsstillstand Produktionsausfall Hardwareschäden Je nach Unternehmen ist die Verfügbarkeit der elektrischen Komponenten natürlich unterschiedlich wichtig. Während in einem normalen Betrieb der Buchhaltungsserver wahrscheinlich ausfallen kann, wenn es sowieso keinen Strom gibt, sind Alarmsysteme in Museen oder anderen öffentlichen Einrichtungen bzw. Notsysteme für Krankenhäuser unabkömmlich. AUFGABEN DER USV Die Aufgaben der USV sind sehr vielfältig. Sie schützt die Verbraucher vor Überspannung: Von einer Überspannung spricht man bei 110% des Normalwertes. Die wohl häufigste Ursache ist, dass große elektrische Anlagen abgeschaltet werden und es somit zu einer Überspannung kommt. Hochspannungsspitzen: treten bei einer kurzzeitigen Spannungsspitze von bis zu 6.000 V auf. Eine Ursache könnte z.B. ein Blitzeinschlag in der näheren Umgebung sein. Die Folgen einer Hochspannungsspitze können ein ganzes System zerstören (Leiterplatten etc.) Schaltspitzen: treten bei einer kurzzeitigen Spannungsspitze von bis zu 20.000 V auf - meistens in einer Dauer von 10 bis 100 Mikrosekunden. Schaltspitzen werden meistens durch Lichtbogen-Fehler und statische Entladung verursacht. Ursachen können z.B. das Aufschalten des EVU auf Volllast nach einer Störung sein Spannungseinbrüche: Von einem Spannungseinbruch spricht man, wenn die Spannung auf 80 bis 85% des Normalwertes abfällt. Die Ursache können z.B. die Inbetriebnahme großer Anlagen sein Frequenzabweichungen: Von einer einer Frequenzabweichung spricht man, wenn eine Abweichung der üblichen Frequenz von 50 bzw. 60 Hz stattfindet (je nach geographischer Lage). Ursachen können das fehlerhafte Betreiben von Notstromgeneratoren sein oder instabile Stromquellen Kurzschluss im öffentlichen fentlichen Netz: ein kontinuierlich reduzierter Spannungszustand. Ursache könnte z.B. sein, dass der Energielieferant den geforderten Spitzenbedarf nicht mehr decken kann. Netzausfall: Ursachen der Null--Spannung Spannung können vielseitig sein. Meistens z.B. ein Netzunterbrechung Ne (z.B. mechanisch getrennt) Leitungsrauschen: Elektrisches Leitungsrauschen, definiert als Hochfrequenzstörung und elektromagnetische Störung hat unerwünschte Auswirkungen auf sämtliche Schaltungen eines Computers. Zu den Störungsquellen gehören gehören hier Elektromotoren, Relais, Motorsteuerungs-Komponenten, Motorsteuerungs Rundfunkübertragungen, Mikrowellenstrahlung und Gewitter. Harmonische Oberwellen: Harmonische Oberwellen sind Verzerrungen der normalen Wellenform und werden normalerweise von nichtlinearen Lasten Lasten in die Leitung übertragen. Ursache sind meistens Nichtlineare Verbraucher ARTEN VON USV ANLAGEN VFD (VOLTAGE-FREQUENCY FREQUENCY DEPENDENT) DEPENDEN - OFFLINE Klassifikation 3 nach IEC 62040-3. 3. Schützt nur gegen 3 von 9 Spannungsprobleme: Stromausfall Spannungseinbruch Überspannung Dies ist die einfachste Art einer USV nach der Klassifizierung. Der Strom wird quasi „direkt“ vom Eingang an den Ausgang geschickt und gleichzeitig mittels eines Gleichrichters an die Batterien zum Laden transferiert. Der Ausgangsstrom wird nicht ht wesentlich qualitativ geregelt, jegliche Art von FrequenzFrequenz oder Stromstörungen werden an den Ausgang weitergegeben. Bei einem Stromausfall wird auf Batteriebetrieb umgeschaltet. Abbildung 6: VFD USV [Quelle: wikipedia] VI (VOLTAGE INDEPENDENT)) – LINE INTERACTIVE Klassifikation 2 nach IEC 62040-3. 3. Schützt gegen 5 von 9 Spannungsproblemen: Spannungsprobleme Stromausfall Spannungseinbruch Überspannung Kurzschluss im öffentlichen Netz Leitungsrauschen Diese Variante bietet zusätzlich zur VFD-Variante riante eine Spannungssaufbereitung, die Spitzen und Unebenheiten in der Stromversorgung glättet. Es wird ein Umrichter benutzt, welcher die Eingangswechselspannung in Gleichspannung zum Laden der Batterie bzw. die Gleichspannung der Batterie im Batteriebetrieb Batteriebet in Wechselspannung richtet. Der Umrichter sorgt auch für die eben erwähnte Spannungsglättung. Diese Art der USV wird auch „Single-conversion“ conversion“ genannt. Abbildung 7: VI USV [Quelle: wikipedia] VFI (VOLTAGE-FREQUENCY FREQUENCY INDEPENDENT) INDEPEN – ONLINE Klassifikation 1 nach IEC 62040-3. 3. Schützt gegen alle 9 Spannungsprobleme: Stromausfall Spannungseinbruch Überspannung Kurzschluss im öffentlichen Netz Leitungsrauschen Hohe Spannungsspitzen Frequenzabweichung Schaltspitzen Harmonische Oberwellen Der gesamte Stromverlauf wird im Normalbetrieb direkt über den Gleichrichter geführt, welcher durch das gleichrichten des Stromes die Stromnormalisierung durchführt. Mit diesem Strom werden dann sowohl die Batterien als auch der Wechselrichter betrieben, betrie welcher sowohl im Normal- als auch im Batteriebetrieb denselben Arbeitsschritt durchführt. Diese Art der USV wird auch „Double-Conversion“ „Double Conversion“ genannt, weil der Strom doppelt konvertiert wird. Das Problem dieses USV-Typus USV ist, dass Gleich- und Wechselrichter Wechselrich dauernd belastet werden und es so natürlich zu höherem Verschleiß kommt. Deswegen gibt es auch eine eigene BypassBypass Schaltung, die dann aktiv wird, wenn aus dem Gleichrichter-Wechselrichter-System Gleichrichter System eine Komponente funktionsunfähig wird. Diese verfügt dann natürlich nicht über die schönen Schutzmöglichkeiten der eigentlichen USV, ist allerdings auch nur eine Notlösung, bis das entsprechende Bauteil wieder repariert wird. Abbildung 8: VDI USV [Quelle: wikipedia] BETRIEBSARTEN BETRIEB ÜBER USV Abbildung 9:Energiefluss über USV Pfad Die Energie fließt über den Gleich-/Wechselrichter /Wechselrichter direkt zum Verbraucher. Die Batterien werden geladen bzw. auf einem ausreichenden Spannungsniveau gehalten. Die verwendeten ten Komponenten in der USV weisen einen gewissen Wirkungsgrad auf – es kann daher zu Verlusten kommen. BETRIEB ÜBER BYBASS Abbildung 10: Energiefluss über Bypass Hier wird der Verbraucher direkt aus dem Netz gespeist. Der Betrieb Betrieb ist am energieeffizientesten, da die Energieverluste - durch die geringere Anzahl von Komponenten - geringer ist. Dieser Betrieb ist dann aktiv, wenn ein Teil des regulären USV-Pfades Pfades defekt ist. BATTERIEN Batterien sind das Herzstück einer jeden USV-Anlage. USV Anlage. Sie werden im Normalbetrieb durch den eingehenden Strom aufgeladen; falls die Stromzufuhr ausfällt, sind sie dafür verantwortlich, die restlichen Systeme mit Energie zu versorgen, bis der Strom wieder hergestellt werden konnte (sei es durch einen Generator oder durch Wiederaufnahme der normalen Stromzufuhr) oder alle Systeme sicher heruntergefahren werden konnten. Es gibt bei USV-Batterien Batterien verschiedene Bauweisen und Typen, auf welche im nachfolgenden näher eingegangen wird, und je nach Art verschiedene verschiedene Dinge, auf die man bei der Lagerung achten muss, denn je nach Größe der USV müssen die Batterien gesondert aufbewahrt werden, sowohl aus PlatzPlatz als auch aus Sicherheitsgründen. eiteren sind bei jeder Batterie Kennwerte interessant, wie Temperaturverträglichkeit, Temperaturverträglichkeit, einzuhaltende Des Weiteren Ladezyklen und -werte werte sowie die dafür erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen. Bei vielen Akkus tritt überdies der sogenannte Memory-Effekt Effekt auf, das ist eine verringerte Leistung im Laufe des Lebens der jeweiligen Batterie. VLA – VENTED LEAD ACID (BLEIAKKUMULATOR) Dies sind allseits bekannte Standardbatterien, wie sie z.B. auch als Autobatterien benutzt werden. Da sie auf einer chemischen Reaktion zur Energiespeicherung und -abgabe abgabe beruhen und, wie der Name schon vermuten lässt, Säure äure beinhalten, gelten diese Batterien als vorsichtig zu handhaben. Im Laufe des Batterielebens entstehen Gase. Diese Gase beinhalten Wasser, welches somit in der Batterie regelmäßig nachgefüllt werden muss. Durch die Gase, die sich im Raum verteilen, muss muss eine gewisse Belüftung des Lagerungsstätte der Batterien sichergestellt werden. Sie sind nicht komplett verschlossen, d.h. bei unsachgemäßer Lagerung wie z.B. mit der Unterseite oben können sie einen Teil des Elektrolytgemisches verlieren. Leistungstechnisch haben sie eine eher geringere Energiedichte, verfügen aber über die Möglichkeit, relativ schnell viel Energie abzugeben. Durch die chemischen Prozesse verlieren die Batterien im Laufe ihres Lebens an Leistung. VRLA – VALVE REGULATED LEAD-ACID (BLEIAKKUMULATOR) Diese Art von Batterien, welche sich ferner in die Untergruppen Gel-Akkus und AGM (Absorbant Glass Mat)Akkus unterteilen, sind ebenfalls auf Bleibasis, verfügen allerdings über Technologien, die das Gas ablassen im Normalfall unterbinden sollen. Bei unsachgemäßen Ladezyklen, z.B. einer Überladung, kann es allerdings trotzdem zu einem Überdruck kommen, welcher dann durch Ventile abgelassen wird. Sie sind verschlossen (sealed), und können dadurch je nach Bauweise der Batterie auch z.B. seitwärts gelagert werden und verlieren durch die Lage keinen Teil des Inhalts. Oftmals brauchen sie für eine Ladung länger als normale Bleiakkumulatoren und vertragen auch schlechter Temperaturschwankungen oder unsachgemäße Ladungen. NICKEL-CADMIUM Vor einigen Jahren hat die EU eine Verordnung mit dem Ziel, den Cadmiumverbrauch in technischen Geräten einzudämmen, erlassen. Als direkte Konsequenz daraus gilt ein Verbot für alle Batterien, die mehr als einen gewissen Grenzwert an Cadmium verfügen, was diese Art von Batterie prinzipiell von sinnvollem Nutzen ausschließt. Allerdings gilt in der Richtlinie eine Ausnahme für u.A. „Not- und Alarmsysteme“. Es könnte argumentiert werden, das viele USV-Anlagen unter diese Art der Ausnahme fallen, allerdings geht aus dem Text nicht hervor, ob es für alle Arten von USV-Anlagen gilt. Prinzipiell ist durch dieses Verbot die weitere Verbreitung bzw. technologische Entwicklung von NiCd-Batterien unrealistisch, und man sollte es sich wohl genau überlegen, ob man solche Batterien für die eigene USV ankaufen will. Hervorzuheben ist allerdings die Toleranz dieser Art von Akkus gegenüber tiefen Temperaturen. LI-IONEN Dies sind Akkumulatoren auf Basis von Lithium, und werden wegen dem fehlenden Memory-Effekt und der hohen Energiedichte heutzutage bei so ziemlich jedem kleinen Elektrogerät eingesetzt. Sie sind allerdings sehr empfindlich gegenüber Tiefentladung sowie Überladung und haben von Haus aus eine relativ hohe Selbstentladung. Bei diesem Batterietyp sollte daher besonderes Augenmerk auf korrekte Ladestände der Batterien gelegt werden. Genau wie auch die Bleiakkumulatoren können auch hier Unfälle passieren, und die Batterie kann anfangen zu brennen. LAGERUNG Da die Leistungsfähigkeit einer USV-Anlage zu einem Großteil durch die Anzahl und die Art der Batterien bestimmt wird, nehmen Batterien in vielen Firmen eine große Menge an Platz ein. Des Weiteren gelten für viele Batterien besondere Auflagen, wie sie gelagert werden müssen, sowohl was Temperatur, Belüftung oder allgemeine Sicherheit des Raumes betrifft, falls Unfälle auftreten. Aufgrund des oftmals relativ großen Gewichts können große Ansammlungen von Batterien auch statische Anforderungen an das Gebäude stellen. Aus diesen Gründen werden Batterien oftmals in eigenen Batterieräumen untergebracht. Diese Räume müssen je nach Batterietyp spezielle Säurebeständigkeit oder Feuerfestigkeit haben, sowie Augenwaschstationen und sämtliche Schutzmaßnahmen, die für diese Art von gefährlichen Substanzen gelten. Außerdem muss eine eventuelle Wartung der Batterien möglich sein, wie sie z.B. bei Bleiakkumulatoren notwendig ist. WICHTIGE PARAMETER EINER INER USV ANLAGE DIMENSIONIERUNG Die Kapazität einer USV wird in VA angeben, während die Leistung für normale Systeme meist in Watt angegeben wird. Daher müssen ssen diese Werte konvertiert werden. Als groben Näherungswert kann man für diese Berechnung ∗ 1,4 annehmen. Dies sollte man natürlich auf seine eigene Netzwerklandschaft anpassen und im Idealfall genauer berechnen. Das wichtigste ist allerdings, zu wissen, dass diese zwei Werte nicht ident sind. Hat ein Server z.B. eine Leistung tung von 850 Watt angegeben, so ergibt das eine (angenäherte) Scheinleistung von 1190 VA. Die USV sollte daher mindestens 1200 VA stark sein. sein CREST FAKTOR Der Crestfaktor ist der Quotient aus: Spitzenwert / Effektivwert Ein Beispiel anhand einer Sinusschwingung: Sinusschw Abbildung 11: Sinusschwingung [Quelle: wikipedia] Gleichrichtwert bezogen auf Scheitelwert Formfaktor ∗√ 1,11 Effektivwert durch Scheitelwert Scheitelfaktor √2 1,414 √ 0,707 0,637 Netzteile haben eine stark verzerrte, impulsförmige Stromaufnahme. Der von ihnen aufgenommene Strom hat teilweise einen sehr hohen Scheitelfaktor von bis über 10. Zu beachten ist, dass eine USV die höheren Effektivwerte auch bereitstellen können muss. WIE ERMITTELT MAN DIE ERFORDERLICHE USV-LEISTUNG? Die Verbraucherlasten sind meist unterschiedlich. Anbei ein paar kurze Beispiele: Verbraucher Fallbeispiel 1 Leistung 4500 VA 3000 VA 2000 VA 1500 VA 11000 VA USV-Lasten PC, Server, Monitore Drucker Klimageräte Beleuchtung Sonstiges Summe 2 Strom CREST-Faktor 3 1,41 1,41 2 2,14 3 Einschaltstrom 1,5 * Innen 6 * Innen 1 * Innen 1 * Innen 2,57 * Innen Tabelle 9: Berechnungsbeispiel USV Leistung Die einzelnen Berechnungen funktionieren wie folgt: (1): 4500 + 3000 + 2000 + 1500 11000 (2): (3): !∗"#" !∗,# !∗,# !∗$ ! !∗,#" !∗%# !# !$ ! 2,14 2,57 → '()* 2,57 ∗ √2 3,64 Eine 15 kVA ist geeignet. Crest Faktor (> 2,14 erforderlich) bei 11 * + ! + ! ∗ 3 4,09 REDUNDANZ Um den Ausfall der Anlage zu vermeiden, empfiehlt es sich, bei einem Bedarf von N USVs N + 1 USVs anzuschaffen und zu betreiben. Dadurch ist es möglich, dass eine USV ausfällt und der Betrieb trotzdem beibehalten werden kann. Zu beachten ist, dass bei steigendem N die zusätzliche USV eine immer geringere Rolle zur Redundanz beiträgt. So ist in hochverfügbaren Szenarios ein 1 + 1 unumgänglich, in weniger kritischen Bereichen sollte jenseits von 4 + 1 eine detaillierte Evaluierung durchgeführt werden. Manche Hersteller integrieren eine redundante USV sogar in einem einzigen System, was allerdings wiederrum keine Standort-Redundanz bietet. POTENTIELLE PROBLEME USV Anlagen wurden knapp dimensioniert und die abnehmende Batteriekapazität kann im Bedarfsfall die angeschlossenen Systeme nicht mehr versorgen Ursprüngliche Dimensionierung war korrekt aber im Laufe der Zeit wurden Geräte angeschlossen Netzwerkkomponenten sind nicht an die USV angeschlossen und der Server kann andere Server nicht kontrolliert herunter fahren Geräte welche kurzzeitig großen Energiebedarf haben – und nicht kritisch für den Notfallbetrieb sind (Kopierer, Drucker, …) sollten nicht an eine USV angeschlossen werden VERFÜGBARKEIT DER USV -.'./.'.0$ 1234 1)5 2.6) 3)7))5 4.'89):$ 1234 1)5 2.6) 3)7))5 4.'89):$ + 122; 1)5 2.6) 2< ;)(.9$ Die Verfügbarkeit gibt somit die Wahrscheinlichkeit an, dass das System zu einem Zeitpunkt t funktionsfähig ist. z.B. 99,990% > >#,> Die MTBF einer USV kann durch Umgebungstemperatur und auch Höhe über Meer (nicht zu vernachlässigen – beste Werte auf Meeresspiegel) geändert werden. Auch hier können N+1 Lösungen helfen. NOTSTROMSYSTEME Notstromsysteme sollen bei Ausfall des Stromnetzes den für den Betrieb nötigen Strom erzeugen. Stromerzeugungsaggregate bestehen aus einem elektrischem Generator und einem Antrieb, die mit einer Welle verbunden sind. Es gibt viele Möglichkeiten einen Generator anzutreiben, jedoch möchten wir uns hier auf Antriebe mit Verbrennungsmotoren beschränken, da diese für Notstromaggregate am besten geeignet sind. Im Allgemeinen werden zur Stromerzeugung 2 verschieden Motorentypen verwendet: Dieselmotoren und Benzin/Gas betriebene Motoren. ANTRIEBE Benzin oder Gas betriebene Motoren werden hauptsächlich für kleine tragbare Aggregate verwendet, da die kompaktere Bauform von Benzinmotoren die Bauweise von kleineren und vor allem leichteren Stromerzeugern erlaubt. Für stationäre Notstromaggregate werden allerdings hauptsächlich Diesel betriebene Motoren als Antrieb verwendet, da diese gegenüber von Benzinmotoren in dieser Betriebsart mehrere Vorteile zu bieten haben. Dieselmotoren haben eine längere Lebensdauer, da sie mit geringerer Drehzahl laufen. Die Drehzahl hat direkte Auswirkung auf die Lebensdauer von Motoren, da bewegliche Teile im Motor weniger beansprucht werden. Weiters ist der Wirkungsgrad von Dieselmotoren besser als jener von leistungsgleichen Benzinmotoren, was geringeren Kraftstoffverbrauch zur Folge hat und damit günstiger im Betrieb ist. Ein weiterer großer Vorteil von Dieselmotoren für stationäre Notstromaggregate ist die einfachere Handhabbarkeit des Kraftstoffs. Diesel hat einen Flammpunkt von über 55°C wobei Benzin einen Flammpunkt von -21°C aufweist. Das hat zur Folge, dass Dieselkraftstoff wesentlich ungefährlicher beim Transport und bei der Lagerung ist, da sich bei einer üblichen Umgebungstemperatur von ca. 20°C keine brennbaren Dämpfe entwickeln können. Die Zündtemperatur beider Stoffe ist in etwa gleich (Diesel 220°C und Benzin 200 - 300°C). GENERATOR Grundsätzlich können Generatoren in 2 große Gruppen unterteilt werden: Synchron- und Asynchronmaschine. Beide Typen können sowohl als elektrische Generatoren aber auch als Motoren genutzt werden. Hier wird allerdings nur auf den Generatorbetrieb dieser Maschinen näher eingegangen. Die beiden Generatortypen unterscheiden sich hauptsächlich im Aufbau des Rotors von einander. Der Ständer (auch Anker genannt) besteht bei beiden Typen aus 3 um 120° versetzte Wicklungen die in den Ständer eingelassen sind. Da sich der Anker innerhalb des Ständers um die eigene Achse dreht und ein magnetisches Feld, das sogenannte Erregerfeld, erzeugt, wird in den Ständerwicklungen eine elektrische Spannung induziert (siehe Faraday'sche Induktion). Da die 3 Wicklungen um 120° versetzt angeordnet sind, entsteht in den drei Wicklungen, drei um 120° phasenversetzte Wechselspannungen, die gemeinsam ein Drehstromsystem bilden. Dabei bestimmt die Stärke des Erregerfeldes die Höhe der erzeugten Spannung und die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors die Frequenz des erzeugten Drehstromsystems. Der große Unterschied der beiden Generatortypen besteht, wie schon zuvor angedeutet, im Aufbau und Wirken des Rotors. Es gibt mehrere Verfahren um im Rotor einer Synchronmaschine das Erregerfeld erzeugen zu können: statische Erregereinrichtung: Bei dieser Form der Erregung ist in den Rotor eine Erregerwicklung eingelassen und über Schleifringe und Kohlebürsten nach außen geführt. Wird an diese Erregerwicklung nun eine elektrische Spannung angelegt (Erregerspannung) wird dadurch ein magnetisches Feld (Erregerfeld) um den Rotor erzeugt. Nachteil dieser Bauform ist, dass bei sehr großen Maschinen der Strombedarf für die Erzeugung des Erregerfeldes sehr groß sein kann, wodurch die Kohlebürsten entsprechend stark belastet werden. Dies kann zum Bürstenfeuer führen wodurch diese Bauform nicht in explosionsgeschützten Bereichen eingesetzt werden darf. bürstenlose Erregereinrichtung: Auch bei dieser Form der Erregung ist in den Rotor eine Erregerwicklung eingelassen. Um sich jedoch die Bürsten der statischen Erregereinrichtung zu ersparen, muss der benötigte Erregerstrom auf der sich drehenden Welle selbst erzeugt werden. Dies kann mit einer am gleichen Anker befestigen Erregermaschine und einer Hilfserregermaschine erfolgen. Die Erregermaschine ist als Außenpolmaschine ausgeführt, wobei es sich bei der Hilfserregermaschine meist um eine permanenterregte Maschine handelt. Die Hilfserregermaschine erzeugt den Erregerstrom für die Erregermaschine, die wiederum den Erregerstrom für den Hauptgenerator erzeugt. Da die Erregermaschine einen Wechselstrom erzeugt, für die Erregung des Hauptgenerators jedoch Gleichstrom benötigt wird ist auch noch ein auf dem Rotor mitlaufender Gleichrichter notwendig. Die Erregung des Hauptgenerators kann indirekt über die Erregung der Erregermaschine gesteuert werden. Hierbei ist offensichtlich, dass diese Bauform 2 große Nachteile aufweist: der komplizierte Aufbau des Rotors (viele mit rotierende Teile) und eine trägere Regelbarkeit der Erregung des Hauptgenerators. Permanentmagneterregung: Hierbei werden Permanentmagnete im Rotor zur Erzeugung des Erregerfeldes verwendet. Der Hauptvorteil hierbei ist, dass für der Erregerfeld keine zusätzliche Energie aufgebracht werden muss. Allerdings lässt sich damit nicht die Erregung regeln. Asynchronmaschinen haben ebenfalls eine Erregerwicklung im Rotor, die jedoch kurzgeschlossen wird. Da dabei sehr große Ströme auftreten können, handelt es sich meist nur mehr um dicke Stäbe, die am Anfang und am Ende des Rotors kurzgeschlossen sind (Kurzschlussläufer). Der Name der beiden Typen ergibt sich nun durch die Wirkungsweise des Rotors: Bei der Synchronmaschine läuft der Rotor synchron zum umlaufenden Drehfeld sowohl im Motor- als auch im Generatorbetrieb. Bei der Asynchronmaschine läuft der Rotor asynchron zum Drehfeld: im Motorbetrieb dem Drehfeld nacheilend und im Generatorbetrieb dem Drehfeld voreilend. BETRIEBSARTEN VON GENERATOREN Generatoren können in 2 verschiedenen Arten betrieben werden: im Netzbetrieb oder im Inselbetrieb. Im Netzbetrieb ist der Generator an ein (in Bezug auf Frequenz und Spannung) "starres" Netz angeschlossen und liefert elektrische Energie in das Netz. Da Notstromgeneratoren einen möglichen Ausfall dieses Netzes überbrücken sollen, ist diese Betriebsart hier nicht gegeben und wird auch nicht genauer betrachtet. Im Inselbetrieb steht kein Netz zur Verfügung, wobei hier nur durch Regelung des Generators Frequenz- und Spannungsstabilität erreicht werden kann. Da Asynchrongeneratoren schwieriger zu regeln sind, ist es auch schwieriger ein spannungs- und frequenzstabiles Netz mit variablen Lasten im Inselbetrieb zu erzeugen, wodurch sie für den Inselbetrieb nur bedingt geeignet sind. Üblicherweise findet man Notstromaggregate mit Asynchrongeneratoren nur für Leistungen bis 2,5 - 3 kVA. Darum werden sie hier nicht mehr weiter betrachtet. BETRIEBSEIGENSCHAFTEN VON NOTSTROMAGGREGATE MIT SYNCHRONGENERATOR Die Art und Stärke der Belastung eines Generators hat direkte Auswirkungen auf die Spannungs- und Frequenzstabilität eines Generators im Inselbetrieb. Daher muss, wie bereits weiter oben erläutert, ein Notstromerzeuger geregelt werden um eine konstante Spannung und Frequenz liefern zu können. SPANNUNGSSTABILITÄT Jede Laständerung verursacht eine Spannungsänderung, die wiederrum vom Spannungsregler kompensiert werden muss. Die Dauer bis diese Änderung kompensiert werden kann hängt von den konstruktiven Eigenschaften von Ständer, Rotor und Erreger ab. Ohm'sch-induktive Lasten führen zu einer Verminderung der Spannung. Sollten jedoch vorwiegend kapazitive Lasten auftreten, kann dies bei unzureichender Regelung zu Überspannungen führen, da kapazitive Lasten zur Erhöhung der Spannung führen. Dies kann andere Verbraucher beschädigen. Diese Spannungsänderungen werden durch den Spannungsregler ausgeglichen, der die Stärke des Erregerfeldes über die Regelung des Erregerstromes steuert. FREQUENZSTABILITÄT Jede Laständerung hat auch direkte Auswirkungen auf das Drehmoment des Generators. Dies hat wiederum direkte Auswirkungen auf die Drehzahl des Antriebsmotors, wodurch es zu einer Frequenzänderung des Drehfeldes kommt. Darum ist eine Drehzahlregelung des Antriebsmotors sehr wichtig. Eine Besonderheit tritt bei Dieselmotoren mit Turbolader auf. Turbolader können eine Leistungssteigerung von bis zu 100% erreichen. Diese Leistungssteigerung ist jedoch abhängig von Abgasvolumenstrom. Daher kann ein leerlaufender Motor nur jene Leistung aufnehmen, die er ohne Turbolader aufnehmen könnte. Wird der Motor jedoch stärker belastet, kann dieser bis zum Stillstand abgebremst werden (man spricht hierbei vom sogenannten Turboloch). Dies führt dazu, dass der Antriebsmotor entsprechend überdimensioniert werden muss (um den Faktor den der Turbolader zur Leistungssteigerung beiträgt), sollte eine Lastzuschaltung in mehreren Stufen nicht möglich sein. KURZSCHLUSSSTROM Da Synchronmaschinen einen höheren Innenwiderstand als Transformatoren (im Vergleich zum Stromnetz) haben, weisen sie auch einen wesentlich niedrigeren Kurzschlussstrom auf. Dies kann im Fehlerfall zu unerwarteten Problemen mit Schutzeinrichtungen führen. Außerdem ist dieser Kurzschlussstrom nicht konstant, sondern zeitlich variabel. Zu Beginn ist er relativ hoch, geht jedoch nach 15-25ms in den transientenund nach 120-250ms in den Dauerkurzschlussstrom über. Üblicherweise treten Dauerkurzschlussströme vom 2 - 5 fachen Nennstrom auf. Überstromschutzeinrichtungen, die auf sehr hohe Kurzschlussströme angewiesen sind (wie Schmelzsicherungen oder Leistungsschalter mit hohen Einstellbereichen), könnten möglicherweise nicht oder zu spät ansprechen. Daher sollten nur Leistungsschalter mit definierter Zeitverzögerung bzw. strombegrenzende Leistungsschalter eingesetzt werden. Außerdem hat ein Kurzschluss nicht nur mechanische und thermische Auswirkungen auf den Generator, sondern auch auf den Antriebsmotor. Befindet sich der Kurzschluss in der Nähe des Generators kann es zu einem starken Anstieg der Drehzahl kommen, da der Kurzschlussstrom überwiegend induktiv ist und keine Wirkleistung abgegeben werden kann. Befindet sich der Kurzschluss jedoch in weiter Entfernung vom Generator, dient das Kabel als ohm'sche Last und führt zur Überlastung des Motors. Dies kann zu Drehzahleinbrüchen von bis zu 50% und weniger führen. Dies hat auch drastische Spannungseinbrüche zur Folge. BELASTUNG VON NOTSTROMGENERATOREN Für den Betrieb von Notstromgeneratoren wurden mit ISO-8528-5 4 Ausführungsklassen für Betriebsgrenzwerte bezüglich Spannungs- und Frequenzverhalten eingeführt: G1: geringe Anforderungen an Spannungs- und Frequenzverhalten (Beleuchtung, einfache Antriebe) G2: Anforderungen an Spannungs- und Frequenzverhalten entsprechen weitgehend dem öffentlichen Netz (haustechnische Einrichtungen, Lüfter, Aufzüge) G3: höhere Anforderungen an Spannungs- und Frequenzverhalten und an die Kurvenform (Fernmeldeeinrichtungen) G4: höchste Anforderungen an Spannungs- und Frequenzverhalten und an die Kurvenform (EDV-Anlagen) Damit ein Notstromaggregat diese Anforderungen erfüllen kann, sollten einige Punkte bei der Art und Form der Belastung beachtet werden. Nur so kann sichergestellt werden, dass es zu keinen Schäden an Geräten kommen kann. Da jede Laständerung zu einem Spannungseinbruch (oder aber auch zu Überspannung) führt, sollte darauf geachtet werden, dass diese Spannungseinbrüche nicht zu groß werden. Dies kann nur gewährleistet werden, wenn die zugeschalteten Laständerungen nicht zu groß werden. Viele Hersteller definieren daher Grenzwerte für die Lastzuschaltung, damit eine gewisse Spannungs- und Frequenzstabilität gewährleistet werden kann. Im Fall eines Netzausfalls muss ein Notstromaggregat in der Lage sein die komplette Stromversorgung übernehmen zu können. Jedoch muss berücksichtigt werden, dass diese Aggregate in der Regel eine Anlaufzeit (Zeit von Stillstand bis zur Erzeugung der Nennleistung) von 10 Sekunden bis 3 Minuten haben können. Um daher eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gewährleisten zu können, muss eine USV-Anlage verwendet werden um diese Anlauf- und Übernahmezeit überbrücken zu können. Viele USV-Anlagen sind auch in der Lage eine Lastzuschaltung in mehreren Stufen durchzuführen. Weiters sollte auch auf eine symmetrische Belastung bei Mehrphasensystemen geachtet werden. Eine unsymmetrische Belastung (auch Schieflast genannt) eines Drehstromsystems führt zu einem gegenläufigen Drehfeld, das in weiterer Folge eine erhebliche Erwärmung im Läufer verursachen kann. Außerdem führt dies zu Pendel- und Rüttelmomente, die die Welle und das Fundament stark belasten. Weiters kann eine unsymmetrische Belastung zu Oberschwingungen im Drehstromsystem führen. Der Unsymmetriegrad kann mit folgender Faustformel abgeschätzt werden: werden 2 Leiter nicht belastet, ist der Unsymmetriegrad gleich der Strom im dritten Leiter geteilt durch 3. Außerdem sollte bei der Anschaffung eines Notstromaggregats darauf geachtet werden, dass die benötigte Leistung etwa 70 - 80% der Nennleistung des Notstromaggregats beträgt. In diesem Bereich liegt üblicherweise der optimale Betriebsbereich und die Effektivität (Verbrauch zu Leistung) am größten. Ein Notstromsystem sollte aber auch nicht zu stark überdimensioniert werden, da bei zu wenig Belastung dies zum sogenannten "Wet Stacking" führen kann. Wird ein Dieselmotor dauerhaft zu wenig belastet, führt dies zu Rußablagerungen im Motor und in weiterer Folge zur Leistungsminderung. WIRTSCHAFTLICHE ASPEKTE EINES DIESELGENERATORS Bei der Verwendung eines Dieselgenerators als Sicherungssystem müssen mehrere Punkte beachtet werden. Im Gegensatz zum vorigen Kapitel soll der Fokus im folgenden Abschnitt auf den wirtschaftlichen Gesichtspunkten liegen. Diese Punkte versuchen wir in zwei Kategorien zu teilen: Anschaffung und laufenden Betrieb. ANSCHAFFUNG Neben den notwendigen räumlichen Anforderungen muss auch bei der Auswahl des tatsächlichen Generators auf verschiedene Dinge, wie zum Beispiel die Betriebsart, Rücksicht genommen werden. Wir wollen uns zunächst die Anforderungen an den Standort des Generators ansehen. ZUGÄNGLICHKEIT Der Ort an dem der Generator steht muss selbstverständlich ausreichend gut zugänglich sein. Dies betrifft sowohl die Zugänglichkeit für kurze Überprüfungen als auch für notwendige Wartungsarbeiten. Der Generator sollten jederzeit von nahezu jeder Seite aus zugänglich sein um ein schnelles und effizientes Arbeiten bei etwaigen Wartungstätigkeiten gewährleisten zu können. Abhängig vom Modell des Generators kann es sein, dass manche Seiten des Geräts nicht zugänglich sein müssen! Zusätzlich muss berücksichtigt werden, dass sich im Laufe der Zeit die Größe des Generators (mehr Leistung wird notwendig durch Expansion des Rechenzentrums) und/oder der Platzbedarf anderer Geräte im Raum erhöhen kann. Zweiteres gilt natürlich nur, wenn der Generator nicht in einem eigenen Raum untergebracht wird (Aufgrund mancher der nachfolgenden Punkte wäre dies das zu bevorzugende Szenario). Umgekehrt dürfen natürlich der Einbau anderer Geräte oder bauliche Veränderungen nicht zur Unzugänglichkeit des Generators führen. LAUTSTÄRKE Wie im technischen Teil bereits gezeigt produziert ein Dieselgenerator nicht nur Energie sondern auch Lärm. Dieser bewegt sich, abhängig von der Größe und dem Modell, zwischen 40 und 100 dBA. Hierbei handelt es sich üblicherweise nur um die Angabe für den tatsächlichen Generator unter Vollast (jede andere Angabe ist mit Vorsicht zu genießen und sollte genau hinterfragt werden!). Zusätzliche Lärmquellen wie die Klimatisierung müssen hier gesondert berücksichtigt werden. Es versteht sich von selbst, dass eine derartige Lärmquelle nicht in der Mitte eines Großraumbüros platziert werden sollte. Eine direkte Platzierung im Serverraum wäre allerdings durchaus vorstellbar, vor allem weil die nachfolgenden Anforderungen auch so ähnlich oder noch strikter für einen Serverraum gelten. LÜFTUNG/KÜHLUNG Ein Dieselgenerator benötigt eine Zufuhr von kalter und sauberer Luft. Saubere Luft beschreibt in diesem Zusammenhang eine möglichst staubfreie Umgebung, da der Staub zu Kurzschlüssen und anderen Problemen im Generator führen kann, was letztendlich die Lebensdauer des Geräts reduziert. Wie es bei vielen Dingen der Fall ist, muss die Luft die wir dem Generator zugeführt haben auch wieder abgeführt werden, nachdem sie ihren Teil zur Kühlung des Generators beigetragen hat. Auch diese Funktionalität wäre in einem Serverraum bereits unter bestimmten Umständen gegeben. Eine Anforderung die der Serverraum vermutlich nicht unterstützt ist die Abfuhr der Abgase. Wie aus dem technischen Teil bereits ersichtlich produziert der Dieselgenerator seine Energie durch die Verbrennung von Treibstoff und produziert dabei (wie jedes Auto) Abgase. Diese müssen mit einem Rohrsystem möglichst schnell und direkt nach draußen transportiert werden. Bei diesem “Auspuff” muss darauf geachtet werden, dass es sich nicht in der Nähe von Mitarbeiter oder Ansaug-Ventilatoren befindet. Wie bei jedem modernen Auto muss auch bei diesem Auspuff eine entsprechende CO2 - Filterung/Säuberung stattfinden. KRAFTSTOFF Eine weitere Besonderheit in den Anforderungen an die Räumlichkeiten eines Generators besteht in der Lagerung und Zufuhr des Kraftstoffs; in unserem Fall Diesel. In Österreich ist es so, dass der Treibstoff in einem doppelwandigen Behälter mit Leckanzeige untergebracht werden kann. Diese Leckanzeige muss ausschlagen, wenn die erste der beiden Wände des Behälters leck geschlagen ist. In solch einem Fall muss unverzüglich für ein neues Aufbewahrungssystem gesorgt werden. Eine Alternativmöglichkeit besteht in der Anschaffung eines einwandigen Behälters, der um ein Auffangbecken ergänzt wird. Hier ist keine gesonderte Leckanzeige notwendig, da eine optische Überprüfung des Auffangbeckens möglich ist. Wenn der Tank in einem gesonderten Raum aufgestellt wird, kann auch der Raum selbst (mit entsprechender Abdichtung) zum “Auffangbecken” deklariert werden. Es versteht sich von selbst, dass das Auffangbecken eine Kapazität von 100% des Fassungsvermögens des Tanks haben muss. Abhängig von der Größe des Tanks gelten unterschiedliche länderspezifische Sicherheitsrichtlinien. In Österreich gilt, dass der Betreiber der Anlage eigenverantwortlich handelt und regelmäßige Überwachung, Dokumentation und Wartung durchzuführen hat. ab 1 m³ Tank ( 1000 Liter Diesel ) muss der Tank bei der Behörde angezeigt und von der selbigen genehmigt werden. ab 5 m³ Tank ( 5000 Liter Diesel ) muss eine gesonderte Baugenehmigung eingeholt werden. Mit dieser Menge lässt sich ein Dieselgenerator allerdings schon gut einen Monat lang durchgehend betreiben. Neben der Lagerung des Treibstoffs muss natürlich auch auf die Zufuhr zum Generator Rücksicht genommen werden. Idealerweise findet diese Zufuhr auf möglichst direktem Weg statt. Dennoch wäre es besser den Lagertank “tiefer” anzusiedeln als den Generator selbst und den Treibstoff mit einer Pumpe zum Generator führen. Dies hat den Vorteil, dass es bei einem Rohrbruch nicht zum Auslaufen des Diesel führt. Der offensichtliche Nachteil, dass es hierfür auch eine geeignete “intelligente” Pumpe benötigt tritt auch bei einer anderen Anordnung auf. In Österreich ist es nämlich untersagt den Treibstoff durch die “Schwerkraft” zuzuführen. Ein dritter zusätzlicher Punkt betrifft das Betanken des Dieseltanks. Sollte es sich um einen größeren Tank handeln, muss dafür gesorgt werden, dass der Tankwagen ungehindert zu einem Tankstutzen heranfahren kann. Von dort sollte der Treibstoff möglichst direkt in den Tank geleitet werden. Bei kleineren Tanks kann dies auch händisch durchgeführt werden. LAUFENDER BETRIEB Nachdem ein passendes Notstromdiesel ausgewählt und installiert wurde, stellt sich natürlich die Frage: Welche weiteren Aufwände kommen auf einen Betreiber solch eines Geräts zu? Zunächst lässt sich sagen, dass die Wartungsarbeiten für einen Dieselgenerator vergleichbar sind mit den Arbeiten an einem normalen Dieselfahrzeug. Regelmäßige Überprüfung und Wartung des Öls sowie von Öl, Luft und Diesel Filter sollten angedacht werden. Abhängig von der Lokalität des Generators muss das Öl alle 100 bis 250 Stunden ausgetauscht werden. Das hierbei interessante Kriterium für die Umgebung ist der Staubanteil. Es hat sich herausgestellt, dass es ganz praktisch ist den Ölfilter im selben Intervall wie das Öl selbst zu wechseln. Ein ähnlicher Zyklus gilt für das Wechseln der Luftfilter. Diese sollten abhängig von der Umgebung etwa alle 100 Stunden überprüft werden. Die hier angegeben Stunden geben natürlich die Laufzeit des Generators an. Der Unterschied zum normalen Dieselfahrzeug besteht darin, dass der Dieselgenerator in deutlich unregelmäßigereren Zeitpunkten tatsächlich eingesetzt wird. Da es sich bei dem Generator um eine Notfallmaßnahme handelt ist nicht schlimmer als wenn er im Falle eines Stromausfalls nicht funktioniert. Um dies zu verhindern und eine einwandfreie Funktionstüchtigkeit des Geräts zu gewährleisten empfehlen die meisten Hersteller, dass der Generator einmal pro Woche für etwa eine halbe Stunde voll in Betrieb genommen wird. Dabei handelt es sich allerdings lediglich um einen Richtwert. Die genaue notwendige Betriebsdauer hängt von der Größe des Generators ab. Ziel des Durchlaufs soll sein, sämtliche Komponenten des Generators auf Betriebstemperatur zu bringen um so einen langfristen reibungslosen Ablauf sicherstellen zu können. Neben den hier aufgeführten Kosten für die Wartung fallen natürlich auch Kosten an, wenn der Generator tatsächlich im Einsatz ist, wie zum Beispiel Spritkosten. Die folgende Formel kann für eine überschlagsmäßige Berechnung des Verbrauchs herangezogen werden: 28% der Angegebenen Generatorleistung Beispiel: 20 kW * 0.28 = 5.6 Liter pro Stunde (bei voller Last) Für den Betrieb des Generators wird handelsüblicher Diesel verwendet. Dennoch ist dieser für den hier beschriebenen Verwendungszweck günstiger als für das Betreiben eines Fahrzeugs. In der aktuellen Fassung des österreichischen Mineralölsteuergesetz ist verankert, dass bei der Verwendung des Treibstoffs zur Erzeugung von Wärme oder elektrischer Energie die Steuerdifferenz zwischen Diesel und Heizöl 1 zurückgefordert werden kann. Laut Mineralölsteuergesetz §3(1) Abschnitt 4d) aa) und Abschnitt 5a) beträgt diese Differenz 0.299 €uro / Liter. Nachdem nun geklärt ist, welche Aufwände für die Erhaltung und den Betrieb des Generators zu berücksichtigen sind, bleibt noch eine letzte Frage zu beantworten: Wann brauche ich einen neuen? Zunächst das Offensichtliche. Wenn der aktuelle Generator die notwendige Leistung nicht mehr liefern kann, muss er ausgetauscht werden. Dieser eine Satz führt uns direkt in die Gretchenfrage der Generatorwahl. Ein Dieselgenerator läuft am besten und effizientesten wenn er etwa mit 80 - 85% Last betrieben wird. Wenn die verwendete Last längerfristig darunter liegt kann es zum “Wet Stacking” kommen (siehe Kapitel Belastung von Notstromgeneratoren). Andererseits kann ein bereits fast voll ausgelasteter Generator nicht mehr großartig mit neuen Servern belastet werden. Man muss sich also zwischen mehr Spielraum bei der Erweiterung des Rechenzentrums dafür höhere Wartungsaufwand oder weniger Möglichkeit zur Erweiterung und dafür optimale Generatornutzung entscheiden. Ein anderer Grund um einen Generator auszutauschen ist des Alter. Im Allgemeinen beträgt die Lebensdauer eines solchen Dieselgenerators zwischen 10.000 und 20.000 Stunden Laufzeit. Ausschlaggebend für diese Zahlen ist primär die Umdrehungsgeschwindigkeit des Generators (je höher desto weniger Stunden Laufzeit). Andererseits fallen diese Zahlen drastisch nach unten, wenn der Generator nicht ausreichend gewartet und geprüft wird. 2 Laut der “Ausfalls- und Störungsstatistik” für das Jahr 2010 ist in Österreich das Stromnetz für 51.64 min pro Endverbraucher ausgefallen. Davon waren 31.77 min ungeplante Ausfälle. Im Durchschnitt dauerte eine Unterbrechung 61.99 min lang an. Mit diesen Zahlen lässt sich leicht abschätzen, dass ein Generator mit einer Lebensdauer von 10.000 Arbeitsstunden durchaus “ein Leben lang” halten könnte. Die hier beschriebenen Tätigkeiten und Kosten werden leider viel zu oft vernachlässigt, da sie auf lange Sicht recht teuer werden können. Doch nutzt der beste und vielleicht teuerste Notstromgenerator nichts, wenn er im Falle eines Stromausfalls nicht funktioniert, weil bei den Wartungskosten gespart wurde. 1 2 http://www.ris.bka.gv.at/GeltendeFassung.wxe?Abfrage=Bundesnormen&Gesetzesnummer=10004908 http://www.e-control.at/de/statistik/strom/statistik-fuer-versorgungsqualitaet/stoerungsstatistik
