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USV (UPS)

Gerade im Serverbetrieb ist Verfügbarkeit ein wichtiges Thema. Defekte Hardware kann schnell zu einem Problem für den Betrieb werden. Aber nicht unbedingt muss die Ursache ein Defekt sein. Auch ein Stromausfall bringt Ärger und ist sogar häufiger als ein Defekt am Server. Aus diesem Grund hat man das USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung, engl. UPS = uninterruptible power supply) "erfunden", was je nach Auslegung des USVs vom sichereren Herunterfahren des Servers/Arbeitscomputers bis hin zum mehrstündigen Betrieb der Anlagen reicht, um den Stromausfall zu überbrücken. Die Stromspeicherung wird in Blei-Vlies- bzw. Blei-Gel-Batterien vorgenommen. Eingesetzt werden USVs üblicherweise dort, wo ein Ausfall fatale Folgen haben kann. Beispielsweise in Leitstellen, Stellwerken, Krankenhäusern oder Rechenzentren.

Der Anschluss der USVs ist meist über Serielle Kabel, USB oder Netzwerkkabel. Die Steuerung ist über den Webbrowser oder eigener Software vom USV-Hersteller.

Im Grund unterscheidet man drei Arten von USVs.

  1. VFD (Voltage and Frequency Dependent)
  2. VI (Voltage Independent)
  3. VFI (Voltage and Frequency Independent)

 

VFD - "Offline-USV"

Beim VFD wird die Eingangsspannung per Gleichrichter zum Laden der Batterie umgewandelt. Im Falle eines Stromausfalls wird die Spannung aus der Batterie mit einem Wechselrichter umgewandelt und der Verbraucher versorgt. Im Normalbetrieb wird der Strom vom Eingang direkt zum Ausgang weitergeleitet. Diese USV sind die günstigste Variante. Die Umschaltzeit mit 10 ms ist sehr lange und für empfindliche Verbraucher ggf. ungeeignet.Auperdem bietet es keinen Über- oder Unterspannungsschutz.

 

VI - "Voltage Independent"

Die USV dieser Art wandelt die Spannung am Eingang mit einem bidirektionalen Gleichrichter nach Bedarf zum Laden der Batterie um. Weil der Umrichter außerdem fortlaufend die Höhe der Spannung am Ausgang begrenzt, ist diese weitgehend unabhängig von der Höhe der Spannung am Eingang. Liegt eine Spannung am Eingang an, so bestimmt die Frequenz die Spannung am Ausgang. Die Eingangsspannung ist gleich der Ausgangsspannung. Diese USV bieten Schutz für Unter- und Überspannung und die Umschaltzeit ist mit 2 - 4 ms schneller als das "offline-USV".

 

VFI - "Online-USV"

Die teuerste Variante. Der Eingang wird über einen Gleichrichter umgewandelt und zum Laden der Battrie verwendet. Der Ausgang ist ausschließlich über einen Wechselrichter versorgt. Dieses USV steht quasi permanent unter Last. Aus diesem Grund ist die Umschaltzeit am geringsten von allen USVs. Da der Ausgang und der Eingang quasi getrennt voneinander sind, ist das USV unabhängig von Frequenzschwankungen und Unter- bzw. Überspannung.

 

Ich brauche eine USV. Wie gehe ich vor?

Das ist eigentlich ganz einfach. Man muss sich nur über einige grundlegende Dinge im Klaren werden. Die Fragen, die man sich stellen muss sind:

  1. Wie viel Energie benötigt das Gerät, was vor einem Stromausfall geschützt werden soll?
  2. Wie viel Zeit benötigt das Gerät, wenn es heruntergefahren wird bis es aus ist?
  3. Wie lange soll die USV das Gerät versorgen können bevor ein Shutdown ausgelöst wird?
  4. Welche USV muss ich also nehmen?

Ich mache das mal an einem ganz einfachen Beispiel:

Der Server hat einen Energiebedarf von 120 Watt pro Stunde. Das kann man mit einem einfachen Gerät aus dem Baumarkt ermitteln. Natürlich stimmen die nicht auf das Watt genau, aber bei 120 Watt/h spielen +/- 3 Watt keine Rolle. Frage 1 ist also geklärt.

Ich möchte, dass die USV 30 Minuten durchhält. Wer sich noch an die alten SBS 2011 Server erinnert, der weiß, dass 20 Minuten durchaus real sind. Der Shutdown wird einige Sekunden (vielleicht 10 - 15) nach dem Power Failure (Stromausfall) ausgelöst. Frage 2 und 3 sind ebenfalls beantwortet.

Die meisten kleinen USV werden mit einen 12V Blei- oder Gelakku betrieben. Die gibt es dann in verschiedener Größe. Sagen wir, dass dieser Akku 12 Volt und 7,2 Ampere/h hat. Damit ich weiß wie viel Watt dieser Akku pro Stunde leisten kann, multipliziere ich Volt * Ampere und das ergibt Watt/h. Also Leistung (Watt) pro Stunde. Der Akku hat also 86,4 Watt. Nun teile ich die 86,4 durch 120 und erhalte 0,72 Stunde. Also etwas mehr als 40 Minuten. Viel kleiner dürfte dieser Akku also nicht mehr sein.

Nun gibt es aber noch einen weiteren Faktor zu beachten: Die maximals Leistungsabgabe der USV. Die USV kann nur mit maximal X Watt belastet werden. Bei meiner sind es 650 Watt. Mehr darf ich nicht dran hängen, da sie sonst überlastet wird.

 

Es gibt USV, die man mit weiteren Batterien erweitern kann, um so den Ausdauerzeitraum zu vergrößern. Gerade in Infrastrukturen, die sich stetig erweitern, sind solche USV sinnvoll, da sie nicht ständig ersetzt, sondern nur erweitert werden müssen, wenn ein weiterer Server hinzu kommt. Aber auch hier ist zu bedenken, dass auch diese USV mit maximal X Watt belastet werden können. Nicht vergessen! ;-)

 

Brauchen VMs eine USV?

Auf virtuellen Maschinen ist eine Installation der USV nicht notwendig, da das über den Wirt geregelt wird. Dort wird sichergestellt, dass zuerst die VMs heruntergefahren werden, dann erst der Wirt selbst. Das ist unter Hyper-V ebenso möglich wie unter KVM/QEMU. Auf anderen System, so nehme ich an, wird es genau so funktionieren. Im Zweifelsfall den Hersteller fragen.

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