12.2 USV-Berechnungen für Prüfungen

Größen und Einheiten

Grundformeln für Leistung und Leistungsfaktor

Prüfungsfaktor: 1 W entspricht 1,65 VA

In IHK-orientierten Aufgaben wird häufig ein fester Umrechnungsfaktor vorgegeben, zum Beispiel 1 W = 1,65 VA. Dieser Faktor ist keine allgemeingültige Eigenschaft jeder USV. Er ist eine Rechenvorgabe der Aufgabe und wird verwendet, wenn er im Aufgabentext oder in der Formelsammlung genannt ist.

Stehen in einer Aufgabe sowohl ein Leistungsfaktor als auch ein fester Umrechnungsfaktor, muss aus der Aufgabenstellung eindeutig hervorgehen, welcher Wert verwendet werden soll. Bei realen Geräten werden Watt- und VA-Grenze anhand des Datenblatts getrennt geprüft.

Leistungsreserve berücksichtigen

Eine Reserve wird erst nach dem Addieren aller Verbraucher aufgeschlagen. Bei 30 Prozent Reserve wird die Gesamtleistung mit 1,30 multipliziert. Anschließend erfolgt die in der Aufgabe verlangte Umrechnung zwischen Watt und VA.

• Alle gleichen Geräte zuerst mit ihrer Stückzahl multiplizieren.
• Watt und VA nicht ungeprüft addieren oder gleichsetzen.
• Die gewählte USV muss die geforderte Topologie sowie die notwendige Watt- und VA-Leistung erfüllen.
• Bei Auswahlaufgaben wird stets auf die nächstgrößere passende Anlage aufgerundet.

Beispiel 1: USV für einen Serverraum auswählen

Eine VFI-USV soll einen Fileserver mit 650 W, einen Webserver mit 650 W, einen Verwaltungsserver mit 600 W, einen Router mit Firewall mit 120 W, drei Monitore mit jeweils 45 W und fünf LAN-Switches mit jeweils 35 W versorgen. Gefordert sind 30 Prozent Reserve und der Prüfungsfaktor 1 W = 1,65 VA.

Akkukapazität und Laufzeit aus Stromstärke

Wenn Kapazität und Entladestrom in derselben Einheit vorliegen, ergibt sich die ideale Laufzeit unmittelbar aus Q = I × t. Vor der Rechnung werden Milliamperestunden und Milliampere entweder beide beibehalten oder beide in Ah und A umgerechnet.

Beispiel 2: Laufzeit eines einzelnen Akkus

Ein Akku ist mit 12 V und 2200 mAh angegeben. Die konstante Stromentnahme beträgt 900 mA. Gesucht ist die ideale Laufzeit.

Die Spannung von 12 V wird für diese Aufgabe nicht benötigt, weil Kapazität und Strom bereits direkt zueinander passen. Bei realen Akkus beeinflussen unter anderem Entladestrom, Temperatur, Alter und Abschaltspannung die erreichbare Zeit.

Autonomiezeit aus Batterieenergie berechnen

Bei mehreren Akkus ist die Energie in Wattstunden die übersichtlichste Rechengröße. In einer Reihenschaltung addieren sich die Spannungen, während die Kapazität in Ah gleich bleibt. In einer Parallelschaltung bleibt die Spannung gleich und die Kapazitäten addieren sich. Die Gesamtenergie ist bei gleicher Anzahl identischer Akkus in beiden Fällen gleich.

Beispiel 3: Autonomiezeit zweier Disk-Arrays

Zwei Disk-Arrays mit jeweils 360 VA werden von einer USV mit 24 Akkus versorgt. Jeder Akku besitzt 12 V und 3,6 Ah. Bei 35 Prozent Restladung soll heruntergefahren werden. Da die Aufgabe keinen abweichenden Leistungsfaktor und keinen Wirkungsgrad nennt, wird für die idealisierte Prüfungsrechnung 720 VA = 720 W angenommen.

Berechnete und reale Autonomiezeit unterscheiden

Die Prüfungsrechnung arbeitet mit den ausdrücklich angegebenen Werten. Die reale Laufzeit einer USV kann niedriger ausfallen, weil Wechselrichterverluste, Eigenverbrauch, Entladerate, Temperatur, Alterung und die Abschaltspannung des Batteriesystems wirken. Für eine reale Auslegung ist deshalb die Laufzeitkurve des konkreten Herstellermodells maßgeblich.

Typische Fehler in Prüfungsaufgaben

• mAh und Ah beziehungsweise mA und A innerhalb einer Formel vermischen.
• 30 Prozent Reserve als × 0,30 statt als × 1,30 berechnen.
• Den Faktor 1 W = 1,65 VA umdrehen.
• Watt und VA ohne Aufgabenannahme gleichsetzen.
• Bei 35 Prozent Restladung mit 35 statt mit 65 Prozent nutzbarer Energie rechnen.
• Stunden nicht in Minuten umrechnen: Stundenwert × 60 ergibt Minuten.
• Bei einer Auswahl nur auf VA achten und die geforderte USV-Klasse oder Wattgrenze übersehen.

Zusammenfassung

Für die USV-Auswahl werden zunächst alle Wirkleistungen addiert, danach die Reserve aufgeschlagen und anschließend mit dem in der Aufgabe genannten Leistungsfaktor oder Umrechnungsfaktor in VA umgerechnet. Der häufig verwendete Prüfungswert 1 W = 1,65 VA wird nur dann eingesetzt, wenn er vorgegeben ist.

Für die Autonomiezeit werden Ladungsmenge oder Batterieenergie und die geforderte Restladung berücksichtigt. Prüfungsaufgaben liefern idealisierte Ergebnisse; reale Anlagen werden zusätzlich mit Herstellerkurven sowie Watt- und VA-Grenzen geprüft.