Hybrid-USV sorgt für die nötigen Ströme
Geringer Spannungseinbruch
Eine Gleichspannungs-USV-Anlage muss über eine lange Zeit eine sichere Stromversorgung zur Verfügung stellen, um Verbraucher in Bereichen von kritischen Infrastrukturen zu versorgen. Bei solchen Langzeitpufferungen tritt häufig das Problem auf, dass nach einer langen Entladezeit der Batterie mit einer sehr kleinen Belastung am Ende noch ein kurzzeitiger hoher Strom benötigt wird. Eine bereits stark entladene oder gealterte Batterie kann diesen Strom jedoch nicht mehr sicher liefern und bricht mit der Spannung zu tief ein. Eine neue Hybrid-USV kann hier Abhilfe schaffen und für die benötigten hohen Ströme sorgen.
Bild 3 | Spannungseinbruch bei Lastsprung bei einer reinen Batterie USV
Bild 3 | Spannungseinbruch bei Lastsprung bei einer reinen Batterie USVBild: J. Schneider Elektrotechnik GmbH

Hybrid-USV als Lösung

Für die beschriebenen Problemstellungen hat J. Schneider Elektrotechnik eine spezielle Hybrid-USV entwickelt. Sie gewährleistet eine sehr lange Nutzung der Batterien und eine hohe Zuverlässigkeit ohne extrem hohen Personalaufwand für Prüfung. Bei der Hybrid-USV handelt es sich um eine Kombination aus einem Batterie-Ladegerät (Akkutec 2403) mit Batterieüberwachung (RI Messung und Batteriekreistest) und einer DC-USV (C-Tec 2425 P) mit Ultrakondensatoren (kurz UC). Die beiden Geräte wurden speziell auf einander abgestimmt, um eine zuverlässige Versorgung der Verbraucher zu gewährleisten. Die Kombination der beiden Geräte spielt ihre Stärke bei Anwendungen mit folgenden kritischen Situationen aus:

  • Die Anwendung ist bereits kurz vor dem Entladungsende.
  • Die Batterien sind bereits gealtert und der RI-Wert ist entsprechend angestiegen.
  • Im Einsatzgebiet herrschen niedrige Temperaturen unter 10°C.
  • Eine Kombination aus mehreren obigen Faktoren.

Hybrid-USV in der Praxis

In einer eigens aufgelegten Prüfreihe wurden drei verschiedene Batteriekapazitäten (18 Ah, 24 Ah, 40 Ah) mit einer Grundlast von 3 A und einem zusätzlichen Peakstrom von 20 A für 100 ms belastet. Bei diesen Prüfungen wurden die folgende Parameter protokolliert.

  • Ausgangsspannung und -strom der Hybrid-USV
  • Ausgangstrom der Batterie
  • Ausgangsstrom der DC-USV mit UCs

Dieser Test wurde jeweils mit vollgeladenen und zu 80 % entladenen neuen Batterien durchgeführt. Anschließend wurde der Test mit einer gealterten Batterie wiederholt. Zum Vergleich wurden die Prüfungen zuerst mit einer reinen Batterie-USV und anschließend mit der Hybrid USV durchgeführt. Im Prüfbeispiel wurden stark gealterte 18 Ah Batterien entladen auf 22,9 V DC. Anhand der blauen (C-Tec) und grünen (Batterie) Kurve ist zu erkennen, dass die Ultrakondensatoren die Batterien entlasten und somit die Spannung nicht so stark einbricht. Dies ist bei allen Batteriezuständen (neu, gealtert, geladen oder zu 80% entladen) der Fall, allerdings in unterschiedlicher Ausprägung. Die Ergebnisse der gesamten Messreihe können bei J. Schneider Elektrotechnik angefordert werden.

Fazit

Bild 4 | Spannungseinbruch bei Lastsprung bei einer Hybrid USV
Bild 4 | Spannungseinbruch bei Lastsprung bei einer Hybrid USVBild: J. Schneider Elektrotechnik GmbH

Der Test zeigt, dass die Batterien ohne Unterstützung des C-Tecs gerade gegen Ende der Entladung und der Lebensdauer deutlich einbrechen. Bei der Anwendung nach VDE-AR-N-4110 lassen sich während oder am Ende der acht Stunden Pufferzeit der Grundlast noch mehrere sichere Schaltvorgänge mit Einschaltstromspitzen bis 25 A realisieren. Wird durch das Akkutec die extreme Erhöhung des RI gemeldet, müssen die Batterien ausgetauscht werden. Was passiert nach den 8 Stunden Pufferzeit? Hier bleiben im Prinzip zwei Möglichkeiten: Erstens das System puffert bis zum Erreichen der Tiefentladegrenze der Batterien und schaltet die Last dann ab (diese sollte bei Langzeitentladungen mit niedriger Last nicht unter 1,8 V/Zelle liegen), da sonst die Batterien zerstört werden. Alternativ kann nach der normativ geforderten Zeit von acht Stunden eine automatische Abschaltung über das Akkutec-Gerät erfolgen. In diesem Fall bleibt noch eine Restenergie in den Batterien. Die Hybrid-USV kann händisch mittels Taster aktiviert werden, die Restenergie der Batterien reicht aus, um das Ultrakondensatormodul innerhalb weniger Sekunden wieder aufzuladen. Es sind dann nochmal Schaltungen über die USV möglich.

www.j-schneider.de

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J. Schneider Elektrotechnik GmbH

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