Eine USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung, englisch UPS für Uninterruptible Power Supply) ist eine Anlage, die Server und andere kritische Geräte bei einem Stromausfall sofort aus Akkus weiter versorgt. Sie überbrückt die Zeit, bis ein Notstromaggregat anläuft, oder ermöglicht ein geordnetes Herunterfahren ohne Datenverlust.
Warum eine USV nötig ist
Ein plötzlicher Spannungsabfall ist für Elektronik gefährlicher als ein sauberes Abschalten. Ohne USV reißt die Versorgung mitten im Schreibvorgang ab: Dateisysteme können beschädigt werden, laufende Transaktionen brechen ab. Neben dem reinen Stromausfall gleicht eine USV auch kurze Einbrüche, Spannungsspitzen und Frequenzschwankungen aus.
Die drei Topologien nach IEC 62040-3
Die Norm IEC 62040-3 unterscheidet USV-Anlagen danach, wie unabhängig ihre Ausgangsspannung vom Netz ist:
- Offline-USV (VFD): Die Last hängt im Normalbetrieb direkt am Netz. Fällt es aus, schaltet die USV in wenigen Millisekunden auf den Wechselrichter um. Günstig und sparsam, aber mit kurzer Umschaltlücke — für Arbeitsplätze, nicht für empfindliche Server.
- Line-Interactive-USV (VI): Ein bidirektionaler Wechselrichter arbeitet mit dem Netz mit und regelt Spannungsschwankungen über eine automatische Spannungsanpassung (AVR) aus. Der Kompromiss aus Preis, Effizienz und Schutz für kleinere Serverräume.
- Online-USV (VFI, Doppelwandler): Die Last liegt permanent hinter Gleichrichter und Wechselrichter. Es gibt keine Umschaltung und damit keine Lücke; die Ausgangsspannung ist völlig unabhängig vom Netz. Das ist die Bauart im Rechenzentrum, dafür mit dem geringsten Wirkungsgrad der drei Varianten. Dieser Wirkungsgrad wirkt sich direkt auf die Energieeffizienz des Rechenzentrums aus, die als Power Usage Effectiveness (PUE) gemessen wird.
Leistung, Autonomie und Batterien
Ausgelegt wird eine USV nach zwei Größen: der Scheinleistung in VA und der Wirkleistung in Watt. Das Verhältnis beider ist der Leistungsfaktor; eine USV mit 1500 VA und einem Leistungsfaktor von 0,7 liefert rund 1050 Watt. Die Autonomiezeit hängt an der Batteriekapazität und der Last: Sie reicht von wenigen Minuten (nur zum geordneten Herunterfahren) bis zu mehreren Stunden mit Zusatzbatterien. Verbreitet sind Blei-Akkus (wartungsarm, günstig) und zunehmend Lithium-Ionen-Zellen (kompakter, länger haltbar, teurer).
Bypass und Redundanz
Für Wartung und den Fehlerfall hat eine USV einen Bypass: Eine statische Umschaltung legt die Last bei einem internen Defekt direkt aufs Netz, eine manuelle Wartungsbrücke erlaubt den Austausch im laufenden Betrieb. Im Rechenzentrum werden USV-Systeme redundant ausgelegt — als N+1 (ein Gerät mehr als nötig) oder als 2N mit zwei vollständig getrennten Versorgungswegen (A/B-Einspeisung), sodass ein einzelner Defekt die Versorgung nicht unterbricht.
Im Zusammenspiel überbrückt die USV die Anlaufzeit des Notstromaggregats; im Schrank verteilt danach eine PDU den Strom auf die einzelnen Geräte. Verwandte Grundlagen: Hochverfügbarkeit, Kühlung und Server-Hardware.