Eaton: Zentralisierte USV-Systeme verbessern die Absicherung von Fertigungsanlagen Schutz vor Blackouts und Netzschwankungen

Angesichts der sinkenden Qualität des Stromnetzes setzen viele Industriebetriebe auf Systeme zur unterbrechungsfreien Stromversorgung, die Schutz vor Blackouts und Netzschwankungen bieten. Damit die Betriebskosten nicht überhand nehmen, sollte die USV-Lösung jedoch sorgfältig geplant werden.

Von Simon Feger, Field Product Management D-A-CH bei Eaton Electric GmbH

Die Abhängigkeit industrieller Produktionsprozesse von der Stromnetzqualität ist durch den hohen Automatisierungsgrad moderner Fertigungssysteme und den Trend zu Industrie 4.0 enorm verstärkt worden. Ohne zuverlässige Stromversorgung drohen heute mehr denn je empfindliche Prozessstörungen: Unvorhergesehene Maschinen- und Anlagenstopps sowie plötzliche Ausfälle der IP-basierten Steuerungs- und Regelungstechnik können gefährliche Betriebsunfälle und lange Produktionsunterbrechungen zur Folge haben.

Eine stabile Stromversorgung sicherzustellen, ist deshalb sowohl aus wirtschaftlichen Gründen als auch aus Gründen der Betriebssicherheit unerlässlich. Dieses Ziel zu erreichen, ist in den letzten Jahren allerdings nicht einfacher geworden. Vor allem die Energiewende hat sich hierbei zu einem echten Risikofaktor entwickelt: Wurde das deutsche Stromnetz in der Vergangenheit stets für hohe Stabilität gelobt, führt die Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien inzwischen zu einem Absinken der Versorgungsqualität.

Neben Netzschwankungen haben nach Angaben aus der Industrie vor allem Stromausfälle von weniger als drei Minuten Dauer, sogenannte Mini-Blackouts, kontinuierlich zugenommen. Die von der Bundesnetzagentur alljährlich veröffentlichte Statistik aller Stromausfälle im Bundesgebiet, der sogenannte SAIDI (System Average Interruption Duration Index), erfasst diese Netzstörungen nicht, weil hier nur Blackouts ab drei Minuten Dauer verzeichnet werden.

Nach Einschätzung von Experten ist die Anzahl der Mini-Blackouts jedoch mindestens ebenso hoch wie die Anzahl längerer Ausfälle, von denen es 2014 laut SAIDI immerhin fast 174.000 gab. Hinzu kommen dann immer noch Unterbrechungen, die durch Wartungen sowie Witterungseinflüsse und Naturkatastrophen verursacht werden. Auch diese Netzausfälle gehen nicht in den SAIDI ein.

USV-Systeme als Schutz vor sinkender Stromnetzqualität

In Anbetracht dieser nur wenig beruhigenden Zahlen setzen die meisten Fertigungsbetriebe inzwischen Systeme zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) ein. USV-Systeme stellen einen Batteriepuffer bereit, der das angeschlossene Equipment bei Blackouts oder Netzschwankungen mit Strom versorgt. Die Umstellung auf Batteriebetrieb vollzieht sich im Störfall je nach verwendeter USV-Technologie unterbrechungsfrei – oder innerhalb von maximal 10 ms – und hat keine Prozessunterbrechungen zur Folge.

 Der Batteriepuffer wird im allgemeinen so ausgelegt, dass die Produktion eine Zeit lang uneingeschränkt fortgesetzt werden kann. Wird die Störung nicht innerhalb der Stützzeit behoben, sorgt moderne Powermanagement-Software für eine rechtzeitige und geordnete Prozessabschaltung gemäß der inneren Logik des Produktionssystems. Maschinen werden in vordefinierte Sicherheitspositionen gebracht, Regel-PCs und Steuerungen ohne Datenverlust heruntergefahren.

Auf die Funktionalität dieser Sicherungslösung können Anwender durchaus lange setzen: Größere USV-Anlagen haben eine Lebensdauer von immerhin 10 bis 15 Jahren. Neben Blackouts und kritischen Netzschwankungen fangen einige Systeme auch Überspannungen – beispielsweise durch Blitzschlag – ab und bieten so umfassenden Schutz (Abb. 1). Die Aufgabe, Produktionsumgebungen durch USV-Anlagen abzusichern, gestaltet sich nun allerdings komplex.

 Weil die Wahl des richtigen USV-Typs und des richtigen Betriebsmodus von der standortspezifischen Netzqualität abhängt, sollte am Anfang jeder USV-Installation eine umfassende Stromnetzanalyse stehen (Abb. 2). Führende USV-Hersteller wie Eaton bieten hier umfassende Services inklusive Beratung an. Ist die Netzqualität ermittelt und der passende USV-Typ profiliert, muss im zweiten Schritt die erforderliche Ausgangsleistung der USV-Anlage festgelegt werden.

Diese Ausgangsleistung lässt sich bei den meisten Anlagen nicht mehr nachträglich verändern und sollte um mindestens ein Drittel größer sein als die Aufnahmeleistung der angeschlossenen Last. Eine solche Überdimensionierung verhindert Überlastungen der USV, wie sie beispielsweise durch hohe Anlauf- und Rückspeiseströme von Elektroantrieben verursacht werden könnten.