USV richtig planen: Dimensionierung, Anbindung und Test

Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV, englisch UPS) überbrückt den Ausfall des Stromnetzes so lange, dass Systeme geordnet herunterfahren können – oder der Betrieb ohne Unterbrechung weiterläuft. Sie ist die Versicherung gegen den Ausfall, der sich nicht vorhersagen lässt.

Warum überhaupt – und warum nicht nur für Server

Ein Stromausfall von zwei Sekunden ist für einen Server kein Ausfall, sondern ein Absturz: Der Speicherinhalt ist weg, laufende Schreibvorgänge brechen mitten im Vorgang ab. Bei Datenbanken und Dateisystemen führt das regelmäßig zu Inkonsistenzen, deren Reparatur Stunden kostet. Ein kurzer Ausfall ist also nicht harmlos, sondern der teuerste Fall.

Zwei weitere Schäden treten ohne Ausfall auf:

  • Spannungsschwankungen und Spitzen: Sie verkürzen die Lebensdauer von Netzteilen und können Hardware beschädigen. Eine USV filtert sie.
  • Frequenz- und Spannungsabfall: Manche Netzteile reagieren mit Abschaltung, obwohl der Ausfall nur Millisekunden dauerte.

Die drei Bauarten

  • Offline / Standby (VFD): Im Normalbetrieb fließt der Strom direkt vom Netz; die USV springt erst bei Ausfall ein. Es entsteht eine Umschaltlücke von einigen Millisekunden, und Spannungsspitzen werden nur grob gefiltert. Geeignet für Arbeitsplätze, Router oder kleine NAS – nicht für Server mit empfindlichen Netzteilen.
  • Line-Interactive (VI): Wie oben, ergänzt um eine automatische Spannungsregelung (AVR). Sie gleicht dauerhafte Über- und Unterspannung aus, ohne auf Batterie zu gehen. Das ist die übliche Klasse für kleine Serverräume und NAS-Systeme – gutes Verhältnis von Preis zu Nutzen.
  • Online / Double Conversion (VVI): Der Strom läuft immer über den Wechselrichter; die Batterie ist Teil des Pfades, es gibt keine Umschaltlücke und keine Störung vom Netz. Dafür ist der Wirkungsgrad geringer und der Preis deutlich höher. Standard in Rechenzentren und für Medizintechnik.

Dimensionierung: die entscheidende Rechnung

Die Angabe in Voltampere (VA) ist nicht die nutzbare Leistung in Watt. Bei kleinen Anlagen liegt der Leistungsfaktor (Power Factor) typisch bei 0,6 bis 0,9:

# Beispiel: USV mit 1500 VA, Leistungsfaktor 0,8
nutzbar = 1500 VA * 0,8 = 1200 W

# Last bestimmen (Summe der tatsaechlichen Aufnahme, nicht der Netzteil-Angabe)
# 4 Server  * 120 W = 480 W
# 1 Switch  *  40 W =  40 W
# 1 NAS     *  60 W =  60 W
# Summe               = 580 W

# Reserve einplanen: Ziel liegt bei 40-60 % Auslastung der USV
# Damit sind rund 30 % Reserve fuer Spaeteres drin und die Laufzeit ist laenger

# Laufzeit abschaetzen (grobe Naeherung, aus dem Datenblatt verfeinern)
# 1500-VA-USV mit 580 W Last  ->  typisch 5-10 Minuten
# Mit 290 W Last              ->  typisch 20-30 Minuten

Drei Regeln aus der Praxis:

  1. Nie am Limit auslegen. Eine USV, die zu 100 % ausgelastet ist, hält nur Brückensekunden und altert schnell.
  2. Batterien altern. Nach drei bis fünf Jahren sinkt die Kapazität spürbar; die Anlage muss dann neue Batterien bekommen. Viele Geräte melden den Zustand selbst.
  3. Laufzeit ist nicht das Ziel. Eine USV soll zehn Minuten zum Herunterfahren geben, keinen Betriebstag überbrücken. Für längere Überbrückung braucht man einen Generator.

Anbindung an den Server

Eine USV ohne Datenverbindung schützt nur den Speicherinhalt nicht – sie hält den Server am Laufen, bis die Batterie leer ist, und dann stürzt er doch ab. Erst die Verbindung erlaubt ein geordnetes Herunterfahren.

# USB oder seriell verbinden, dann Zustand abfragen
upsc meine-usv@localhost

# Ausgabe enthaelt unter anderem:
#   ups.status: OL          (On Line - Netzbetrieb)
#   ups.status: OB          (On Battery - Batteriebetrieb)
#   battery.charge: 100
#   battery.runtime: 1800   (Sekunden)

# Treiber laufen als eigener Dienst
systemctl status nut-driver@meine-usv
systemctl status nut-monitor

# Selbst ausloesen (nur zum Testen!)
upsmon -c fsd
# /etc/nut/upsmon.conf - Verhalten bei Batteriebetrieb
MONITOR meine-usv@localhost 1 monuser geheim primary
MINSUPPLIES 1
SHUTDOWNCMD "/sbin/shutdown -h +0"
POLLFREQ 5                 # alle 5 Sekunden pruefen
POLLFREQALERT 5
HOSTSYNC 15
DEADTIME 15
NOTIFYCMD /usr/sbin/upssched

# /etc/nut/upsmon.conf - wann gehandelt wird
NOTIFYFLAG ONBATT SYSLOG+WALL+EXEC
NOTIFYFLAG LOWBATT SYSLOG+WALL+EXEC

# /etc/nut/upssched.conf - Verzoegerung, damit kurze Ausfaelle
# nicht sofort herunterfahren
CMDSCRIPT /etc/nut/upssched-cmd
AT ONBATT * START-TIMER onbatt 60        # 60 s Batteriebetrieb abwarten
AT ONLINE * CANCEL-TIMER onbatt
AT LOWBATT * EXECUTE lowbatt

Die Verzögerung ist wichtig: Ein Ausfall von 20 Sekunden soll nicht dazu führen, dass alle Server herunterfahren und anschließend niemand da ist, der sie wieder einschaltet. Erst wenn der Batteriebetrieb anhält, wird gehandelt.

Testen ist Pflicht

Eine USV, deren Funktion niemand geprüft hat, ist eine Annahme, kein Schutz. Zwei Tests gehören in den Wartungsplan:

  1. Batterietest ohne Lastabwurf: Die Anlage führt einen kurzen Selbsttest durch und meldet das Ergebnis. Manche Modelle machen das automatisch wöchentlich.
  2. Ernstfallprobe mit Absicht: Netzstecker ziehen und beobachten, ob die Server nach der konfigurierten Zeit wirklich herunterfahren. Das ist der einzige Test, der die gesamte Kette prüft. Vorher ankündigen und danach alles wieder hochfahren.

Anschließend gehört der Ablauf dokumentiert: Wer fährt wie wieder hoch? Gibt es Systeme, die in bestimmter Reihenfolge starten müssen (Datenbank vor Anwendung)?

Was eine USV nicht leistet

  • Kein Schutz gegen Datenverlust durch Fehlbedienung. Dafür sind Sicherungen zuständig.
  • Kein Ersatz für einen Blitzschutz. Für Überspannungsschutz am Einspeisepunkt braucht es eigene Maßnahmen.
  • Kein Ersatz für Notstrom bei langen Ausfällen. Ab etwa 30 Minuten wird ein Generator die wirtschaftlichere Lösung.
  • Kein Schutz vor Netzwerkausfällen. Verfügbarkeit braucht mehr als Strom – Redundanz bei Netzwerk, Speicher und Standort.

Verwandte Grundlagen: USV, Backup-Strategie für KMU, Hochverfügbarkeit, Monitoring.