IHK AP2 IT-System-Elektroniker/in

LF 10: Stromversorgungs- & USV-Anlagen Projektierung

Wirk-, Blind- und Scheinleistung, USV-Klassifizierung (VFD, VI, VFI) & Autonomiezeit

📚 Fachwissen & IHK-Prüfungsrelevanz

USV-Anlagen sichern unterbrechungsfreien Betrieb bei Netzausfällen und filtern Oberwellen, Spannungsspitzen und Frequenzschwankungen.

1. Leistungsdreieck & Berechnungen

Wirkleistung $P$ (Watt - W): Die tatsächliche Nutzleistung, die thermisch/mechanisch umgesetzt wird: $P = U \cdot I \cdot \cosarphi$.
Scheinleistung $S$ (Voltampere - VA): Die gesamte vom Netz geforderte Leistung: $S = U \cdot I = rac{P}{\cosarphi}$.
Leistungsfaktor $\cosarphi$: Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung (Server-Netzteile typisch 0,9 bis 0,98 mit PFC).

2. USV-Typen nach DIN EN 62040-3

Klasse	Bezeichnung	Umschaltzeit	Einsatzbereich
VFD	Offline / Standby	4 - 10 ms	Einfache Büro-PCs, Router (nicht für Server)
VI	Line-Interactive	2 - 4 ms	Abteilungs-Server, Netzwerk-Switches
VFI	Online / Dauerwandler	0 ms (unterbrechungsfrei)	Rechenzentren, Core-Infrastruktur, Medizintechnik

📝 Original-Prüfungsaufgaben (ZPA Nord-West)

USV-Dimensionierung & Leistungsberechnung 10 Punkte

Ein Rack im Serverraum beherbergt 4 Server (je 450 W Wirkleistung, cos phi = 0,9), 2 Core-Switches (je 120 W, cos phi = 0,85) und ein SAN-Storage (600 W, cos phi = 0,92). Die Anlage soll bei Stromausfall für mindestens 20 Minuten durch eine Online-USV (VFI) abgesichert werden.

a) Berechnen Sie die gesamte Wirkleistung P (in W) und die gesamte Scheinleistung S (in VA) aller Verbraucher. b) Welcher USV-Typ nach DIN EN 62040-3 (VFD, VI oder VFI) ist für Rechenzentren zwingend einzusetzen? Begründen Sie Ihre Wahl anhand der Umschaltzeit. c) Welcher Sicherheitszuschlag wird für die Dimensionierung der USV-Nennleistung empfohlen?

💡 Didaktischer Erwartungshorizont & Punkteverteilung (nach KMK-Kriterien)

a) Wirkleistung P = (4 * 450 W) + (2 * 120 W) + 600 W = 1800 W + 240 W + 600 W = 2.640 W (2,64 kW). Scheinleistung S = (1800 / 0,9) + (240 / 0,85) + (600 / 0,92) = 2000 VA + 282,35 VA + 652,17 VA = 2.934,52 VA (ca. 2,94 kVA). b) VFI (Voltage and Frequency Independent / Dauerwandler / Online-USV). Nur VFI arbeitet mit unterbrechungsfreier Umschaltung (Umschaltzeit = 0 ms), da der Wechselrichter permanent die Last versorgt. c) Empfohlen wird ein Sicherheits- und Erweiterungszuschlag von mindestens 20 % bis 30 % (USV-Mindestleistung ca. 3,5 bis 3,8 kVA).