USV – Unterbrechungsfreie Stromversorgung#

Eine USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) schützt IT-Geräte vor Stromausfällen und Netzstörungen. Sie überbrückt kurze Ausfälle und ermöglicht ein geregeltes Herunterfahren bei längeren Ausfällen.

Normiert in IEC 62040-3 – die drei Klassen werden durch die Kürzel VFD, VI und VFI unterschieden.

Die drei USV-Typen#

VFD – Voltage and Frequency Dependent (Offline-USV)#

Normalbetrieb:
Stromnetz ──────────────────────────────► Verbraucher
              │
           [Batterie lädt]

Bei Ausfall (Umschaltzeit ~4–10 ms):
Stromnetz ─ ✗
           [Batterie] ──────────────────► Verbraucher

Funktionsweise: Im Normalbetrieb wird der Verbraucher direkt aus dem Stromnetz gespeist. Die Batterie lädt dabei passiv mit. Bei einem Stromausfall schaltet die USV auf Batteriebetrieb um (kurze Umschaltzeit!).

Merkmal	Detail
Normalbetrieb	Direktdurchleitung (Netz → Verbraucher)
Schutz bei Ausfall	Ja (nach Umschaltzeit)
Spannungsregulierung	Nein
Frequenzregulierung	Nein
Umschaltzeit	4–10 ms (kurze Unterbrechung!)
Wirkungsgrad	Sehr hoch (~99%)
Kosten	Günstig
Einsatz	PCs, Monitore, einfache Geräte

Problem: Spannungsschwankungen und Frequenzabweichungen aus dem Netz werden nicht gefiltert und direkt weitergeleitet!

VI – Voltage Independent (Line-Interactive-USV)#

Normalbetrieb:
Stromnetz ──► [AVR-Regler] ──────────────► Verbraucher
              │
           [Batterie lädt]

Bei Ausfall (Umschaltzeit ~2–4 ms):
Stromnetz ─ ✗
           [Batterie] ──► [Wechselrichter] ► Verbraucher

Funktionsweise: Im Normalbetrieb reguliert ein AVR (Automatic Voltage Regulator) Spannungsschwankungen automatisch, ohne auf Batterie umzuschalten. Bei Ausfall folgt eine kurze Umschaltung auf Batterie.

Merkmal	Detail
Normalbetrieb	Netz mit Spannungsregulierung (AVR)
Schutz bei Ausfall	Ja
Spannungsregulierung	Ja (AVR)
Frequenzregulierung	Nein
Umschaltzeit	2–4 ms
Wirkungsgrad	Hoch (~95–98%)
Kosten	Mittel
Einsatz	Server, Netzwerkgeräte, kleine Serverräume

VFI – Voltage and Frequency Independent (Online-USV / Doppelwandler)#

Normalbetrieb UND bei Ausfall (0 ms Umschaltzeit):
                ┌──────────────────────┐
Stromnetz ──►  [Gleichrichter] ──► [Wechselrichter] ──► Verbraucher
                      │                  ▲
               [Batterie lädt]    [Batterie liefert
                                   bei Ausfall sofort]

Funktionsweise: Der Verbraucher wird immer über den Wechselrichter gespeist – das Netz speist nur die Batterie. Bei einem Ausfall merkt der Verbraucher nichts, da er dauerhaft aus der Batterie/dem Wechselrichter versorgt wird.

Merkmal	Detail
Normalbetrieb	Immer über Wechselrichter (Batterie)
Schutz bei Ausfall	Vollständig, keine Unterbrechung
Spannungsregulierung	Ja (vollständig)
Frequenzregulierung	Ja (vollständig)
Umschaltzeit	0 ms (kein Umschalten nötig)
Wirkungsgrad	Geringer (~90–95%, Verluste durch Doppelwandlung)
Kosten	Hoch
Einsatz	Rechenzentren, kritische Server, Medizintechnik

Vergleichstabelle#

	VFD (Offline)	VI (Line-Interactive)	VFI (Online)
Umschaltzeit	4–10 ms	2–4 ms	0 ms
Spannungsschutz	Nein	Ja (AVR)	Ja (vollständig)
Frequenzschutz	Nein	Nein	Ja
Schutzlevel	Basis	Mittel	Maximum
Kosten	€	€€	€€€
Wirkungsgrad	~99%	~95–98%	~90–95%
Typischer Einsatz	Arbeitsplatz-PCs	Server, kleine RZ	Rechenzentren

Was schützt eine USV?#

Störung	VFD	VI	VFI
Stromausfall	Ja	Ja	Ja
Unterspannung (Brownout)	Nein	Ja	Ja
Überspannung	Nein	Ja	Ja
Spannungsspitzen (Surges)	Nein	Teilweise	Ja
Frequenzabweichungen	Nein	Nein	Ja
Oberwellen / Rauschen	Nein	Teilweise	Ja

Wichtige Begriffe#

Begriff	Erklärung
Überbrückungszeit	Wie lange die Batterie bei Ausfall den Betrieb aufrechterhalten kann (z.B. 10–30 min)
Bypass	Notumgehung der USV – Verbraucher direkt am Netz (z.B. bei USV-Wartung)
AVR	Automatic Voltage Regulator – regelt Spannungsschwankungen ohne Batterie
Wechselrichter	Wandelt Gleichstrom (Batterie) in Wechselstrom (für Verbraucher) um
Gleichrichter	Wandelt Wechselstrom (Netz) in Gleichstrom (für Batterie) um
Leistung (VA/W)	USV-Leistung in Voltampere (VA) oder Watt (W); Watt = VA × Leistungsfaktor

USV im Sicherheitskonzept#

Eine USV ist Teil des physischen Schutzes im IT-Sicherheitskonzept:

Gefährdung: Stromausfall
     ↓
Schutzmaßnahmen (gestaffelt):
1. USV (VFI) → überbrückt kurze Ausfälle, ermöglicht geregeltes Herunterfahren
2. Netzersatzanlage (NEA / Dieselgenerator) → für längere Ausfälle
3. Redundante Stromversorgung → zwei unabhängige Einspeisungen

Prüfungsbeispiele#

„Ein Rechenzentrum soll vollständig vor allen Stromnetzstörungen geschützt werden. Kein Datenverlust darf entstehen. Welcher USV-Typ ist zu wählen?"

→ VFI (Online-USV) – 0 ms Umschaltzeit, vollständige Spannungs- und Frequenzregulierung.

„Ein kleines Unternehmen möchte seine Server vor Spannungsschwankungen und kurzen Stromausfällen schützen. Der Wirkungsgrad soll möglichst hoch sein. Welcher USV-Typ eignet sich?"

→ VI (Line-Interactive) – Spannungsschutz durch AVR, guter Wirkungsgrad, moderate Kosten.

„Was ist der Unterschied zwischen VFD und VFI hinsichtlich der Umschaltzeit?"

→ VFD: 4–10 ms Unterbrechung beim Umschalten. VFI: 0 ms, da der Verbraucher dauerhaft über den Wechselrichter läuft – kein Umschalten notwendig.

Siehe auch#

schutzbedarfsanalyse_ISMSLF4 — USV als physische Schutzmaßnahme im ISMS
raid — weitere Hardware-Redundanzmaßnahmen
backup strategien — ganzheitliches Sicherheitskonzept
[[../03_hardware_elektrotechnik]] — Grundlagen Stromversorgung und Hardware

Usv Typen