Leistung der USV und Überbrückungszeit berechnen

Leistung der USV in VA aus der Gesamtlast, ungefähre Überbrückungszeit eines Batteriesatzes und Batteriekapazität für eine gewünschte Dauer. Alle Faktoren werden eingegeben.

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Hinweis zur Vorbemessung: Dieser Rechner liefert eine grobe erste Schätzung. Er leitet die Leistung der USV aus der Gesamtlast und die Überbrückungszeit aus der Batterieenergie ab. Bei hohem Entladestrom liefert eine Batterie deutlich weniger als ihre Nennkapazität. Die tatsächliche Überbrückungszeit kann daher kürzer sein. Einschaltströme, Oberschwingungslasten, Temperatur, Batteriealterung und Überlastkennlinien der USV werden nicht berücksichtigt. Bei Gefährdung von Menschenleben oder drohendem Datenverlust muss eine qualifizierte Ingenieurfachkraft die Auswahl anhand der Herstellerdaten von USV und Batterie vornehmen.

Formeln

Leistung der USV

Scheinleistung der Last: S_{L} = P / cos φ_{L}
Leistung der USV (y: Leistungsreserve): S_{UPS} = max(S_{L}, P / cos φ_{UPS}) · (1 + y)

Überbrückungszeit

Energie des Batteriesatzes: E_{a} = n · V_{a} · C_{a}
Überbrückungszeit: t = E_{a} · k · η / P

Benötigte Batterie

Energie des Batteriesatzes: E_{a} = n · V_{a} · C_{a}
Benötigte Batteriekapazität: C_{a} = P · t / (n · V_{a} · k · η)

Annahmen

Das Beispiel mit 11,7 Minuten bei 600 W und k = 0,6 ist eine arithmetische Rechnung aus dem eingegebenen Energieanteil. Es ist keine anhand der Entladetabelle einer bestimmten Batterie bei konstanter Leistung geprüfte Laufzeit.
Methode: Die USV muss sowohl die Scheinleistungsgrenze in VA als auch die Wirkleistungsgrenze in W erfüllen. Der größere der beiden Ansätze wird verwendet und um die Leistungsreserve ergänzt.
Die Überbrückungszeit folgt aus einer Energiebilanz: Batterieenergie × nutzbarer Anteil × Wirkungsgrad / Last. Der Kapazitätsverlust bei hohem Strom nach Peukert wird nicht gesondert berechnet und muss im nutzbaren Anteil enthalten sein.
Die Last bleibt während der Überbrückungszeit konstant. Reihenanordnung oder Parallelanordnung der Batterien ändern die Energie nicht. Die zur Batteriespannung der USV passende Anordnung ergibt sich aus dem Datenblatt.
Lasten mit hohem Einschaltstrom wie Laserdrucker und Motoren beanspruchen die USV über ihre Nennleistung hinaus und müssen gesondert geprüft werden.
Temperatur, Batteriealterung mit Kapazitätsabnahme zum Lebensende, Wiederaufladezeit sowie Verhalten bei Bypass oder Überlast sind nicht enthalten.
Der Rechner empfiehlt keine Werte für Reserve, Wirkungsgrad oder nutzbaren Anteil. Die Vorgaben dienen nur der Beispielrechnung.

Wie wird eine USV ausgelegt?

Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) hat zwei Grenzen: Scheinleistung in VA und Wirkleistung in W. Ihr Verhältnis ist der Ausgangsleistungsfaktor der USV. Die Last muss beide Grenzen einhalten.

Scheinleistung der Last: S = P / Lastleistungsfaktor

Äquivalente Scheinleistung der Wirkleistungsgrenze: P / Leistungsfaktor der USV

Benötigte Leistung der USV: größerer der beiden Werte × (1 + Leistungsreserve)

Beispiel

Eine Last mit 3000 W und Leistungsfaktor 0,8 entspricht 3750 VA. Für eine USV mit Ausgangsleistungsfaktor 0,9 fordert die Wirkleistungsgrenze 3333 VA. Daher sind 3750 VA maßgebend. Mit 25 % Reserve werden mindestens 4687,5 VA benötigt. Wählen Sie die nächsthöhere verfügbare Nennleistung.

Überbrückungszeit

t = n × V × Ah × k × η / P

n ist die Batteriezahl, V und Ah sind Spannung und Kapazität einer Batterie, η der Wechselrichterwirkungsgrad und k der nutzbare Kapazitätsanteil. Zwei Batterien mit je 12 V und 9 Ah enthalten 216 Wh. Mit k = 0,6 und η = 0,9 erhält die Last 116,6 Wh. Eine Last mit 600 W wird damit etwa 11,7 Minuten versorgt.

Warum ist der nutzbare Anteil wichtig?

Die Angabe in Ah gilt für eine lange Entladung, oft 10 oder 20 Stunden. Eine USV entlädt ihre Batterien in Minuten. Dabei steht nur ein Teil der Nennkapazität zur Verfügung. Der Anteil hängt von Batterietyp, Entladedauer und Abschaltspannung ab. Der passende Wert steht in der Entladetabelle des Batterieherstellers bei konstanter Leistung. Der Rechner schlägt keinen Wert vor.

Grenzen

Einschaltströme, Oberschwingungslasten, Temperatur, Batteriealterung und Überlastkennlinie der USV sind nicht enthalten. Das Ergebnis ist eine erste Schätzung. Für kritische Lasten muss eine qualifizierte Ingenieurfachkraft die Auswahl anhand der Herstellerdaten von USV und Batterie treffen.

Häufige Fragen

Welche Leistung der USV benötige ich?

Bei 3000 W Last, Lastleistungsfaktor 0,8, Ausgangsleistungsfaktor der USV 0,9 und beispielhaften 25 % Reserve werden 4,688 kVA benötigt. Die USV muss außerdem 3750 W Wirkleistung liefern. In diesem Beispiel ist die Scheinleistung maßgebend. Dies ist eine Vorbemessung. Batterielaufzeit, Anlaufstrom und Überlastverhalten müssen gesondert geprüft werden.

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