USV hohe Überbrückungszeit 12V, 5V

[pascal]

Hallo,

zunächst freut es mich, so ein passendes Forum hier gefunden zu haben. Danach hatte ich schon länger gesucht. Einige Threads haben mir bereits echt weitergeholfen.

Für eine Alarmanlage benötige ich nun eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung.
Dazu würde ich gerne auf ein fertiges Produkt zurückgreifen. An den Ausgängen hängen zwei DC-Netzteile, 5V für den Mikrocontroller und die Sensoren, sowie 12V für die Sirenen und Lichter.
Die max. Leistungsaufnahme wird auch unter Volllast < 50W sein. (Die Verluste der Netzteile mit eingerechnet, also das, was die USV leisten muss)

Im Visier habe ich da die BX650CI-GR von APC (Akku: 12 V; 7,2 Ah), die über den "Program Mode" auch ermöglicht, bei geringer Last trotzdem nicht auszugehen ("No-load Shutdown" / "Abschaltung bei Fehlen einer Last")

Bedienungsanleitung & techn. Specs. / User Manual (DE): http://www.apcmedia.com/salestools/AHUG-..._R0_DE.pdf und als Attachment

Nun die eigentliche Frage:
Wie lange würde die USV meine Alarmanlage denn nun puffern können?
Ich habe halt für die Anlage im scharfgestellten Normalbetrieb (also Überwachung durch die handvoll Sensoren) eine sehr geringe Last und erhoffe mir dadurch eine lange Überbrückungszeit.

Falls es hilfreich ist:
5V-Netzteil (wo die Elektronik dran ist) : max. 10W (eher deutlich weniger)
12V-Trafo (wo die Sirenen dran sind) : normal: nur den Standby, im Alarmfall aber locker 30W.

Viele Grüße, und danke für alle hilfreichen Antworten.
Pascal

[evertech]

http://www.online-usv.de/de/produkte/usv...wwodO40AiA

Google Suchbgriff " USV Rechner" da findest du mit Sicherheit noch mehr.

[Time_to_wonder]

Die Datenlage ist ja nach Lesen der Anleitung eher dürftig. Also fange ich mal an zu rechnen.

Der Akku hat bei 12 V eine Kapazität von 7,2 Ah. Macht eine Stunde lang 86,4 Watt (P=UxI) ohne die Berücksichtigung der Verluste der USV. Den Rest kannst Du Dir selbst ausmalen.

[pascal]

Hallo nochmal und danke für die Antworten.

@ Time_to_wonder :
Die Rechnung P=U*I habe ich auch schonmal durchgespielt für diesen Akkutyp.

Dabei drängen sich mir gleich zwei Fragen auf:
* Ist die Effizienz der USV eher 80-90% oder eher 10% (leider habe ich da „keine Ahnung“)
* Gibt es Gründe, warum die USV vielleicht viel früher als berechnet ausgeht. Vielleicht weil ich irgendeinen ganz anderartigen Denkfehler habe?

Ist denn so eine USV für die Anwendung überhaupt auch gedacht oder gibt es andere Empfehlungen? Würde mich über fachkundige Erfahrungen freuen.

Zu der Berechnung (leider aufgrund meiner mangelnden Erfahrung rein theoretisch ohne Verluste oder sonstige technische Beschränkungen):
Energie(ges.) = 86,4 Wh, wie bereits vorgerechnet ;-)

Die Sirene(n) soll wenigstens 15 Minuten (= 1/4 h) funktionieren, d.h. natürlich Volllast:
30W * 1/4 h = 7,5 Wh.

Verbleiben also noch knapp 80 Wh für die Überwachung (µC, Sensoren und so):
Bei einer Leistung von 5W wären das ja 16h Laufzeit des Systems - schön wär's.

Leider kenne ich die Tücken dieser theoretischen Berechnungen, nur ich kann's auch nicht besser

Wenn mir jemand - am besten aus praktischer Erfahrung - verraten kann, ob diese Rechnung wenigstens so ganz grob auf die Realität übertragbar ist, so würde ich mich freuen.

[Time_to_wonder]

Mit praktischen Erfahrungen kann ich da leider nicht dienen, weil ja gewöhnliche Alarmsysteme mit eingebauten Akkus laufen. Deine Lösung ist sicher auch ein wenig verwegen: Du willst eine 12V-V-Energiequelle nutzen, deren Gleichspannung erst einmal über einen Wechselrichter und weitere Stufen auf nutzlose 230 VAC gebracht wird, um sie dann direkt wieder auf 12 Volt und 5 Volt DC herunterzutransformieren. Kann man da nicht gleich einen Akku nehmen und eine netzgespeiste Erhaltungsladung dazu bauen und das ganze Gleich-Wechselrichter-Geraffel weglassen?

Gruß Jörg

[funkistnichtalles]

Eben.
Meanwell Netzteil mit 1 A Akkuladeteil liegt bei 45 € Akku 7,2 AH dazu. Spannungsteiler auf 5,5 V und gut is.
Hält bei so ner Geschichte ca 18 h.
Die USV hat nur den einen Vorteil dass das Teil komplett abschaltet und so den Akku schützt.
Notstromnetzteile von Pulsar liegen hier so bei 120 € Die schalten dann sogar bei gravierender Unterspannung aus. Aber dafür mit besserem Wirkungsgrad.

[pascal]

Den Gedanken hatte ich auch, nur wohl leider nicht zu Ende gedacht...

Jetzt habe ich eher diese USV im Auge:
BlueWalker PowerWalker DC 12V USV
(ca. 50-60 EUR)

kann max. 30 W, und hat auch einen Kontakt, um zu prüfen, ob es ein Stromausfall gibt, also ob die Energie von AC oder vom Akku kommt, was für die Anlage sehr sinnvoll ist

Für 12V -> 5V gibt es auch Module, damit man keinen Spannungsabfall bekommt.
Obwohl Spannungsteiler gibt es doch auch belastetbare und die simplen, oder?

Ich glaube, dass diese USV für meine Anforderungen deutlich besser geeignet ist - insbesonder wegen der von @Time_to_wonder beschriebener Problematik, dass man durch unnötige Wandlungen Verluste bekommt.

Da gibt es auch ein Datenblatt:
http://www.powerwalker.com/datasheet/DC/...%2012V.pdf

12V / 7Ah, leistet aber nicht 7 Stunden lang 1A, sondern nur 340min (5:40h)

Hat es einen Nachteil, dass diese eine "offline"/standby ist?
Der Akku wird doch dennoch immer geladen, wenn sie am Netz ist?

[Time_to_wonder]

(07-01-2015 19:37)pascal schrieb:  12V / 7Ah, leistet aber nicht 7 Stunden lang 1A, sondern nur 340min (5:40h)

Passt auch rechnerisch, die Mühle hat einen Wirkungsgrad von 80% und 80% von 7h (420 min) sind 336 min.

(07-01-2015 19:37)pascal schrieb:  Hat es einen Nachteil, dass diese eine "offline"/standby ist?
Der Akku wird doch dennoch immer geladen, wenn sie am Netz ist?

Ich glaube nicht, dass die APC oben im Doppelwandler-Dauerbetrieb fährt. Wäre es so, würde die kritische Last immer über den Gleichstrom-Zwischenkreis versorgt, was zur Folge hat, dass bei Netzausfall nicht umgeschaltet werden muss. Gibts in Rechenzentren, aber kaum für 52 €.

Diese günstigen Systeme hier laufen permanent auf Bypass und schalten bei Stromausfall (im Millisekunden-Bereich) um. Diese Umschaltungszeit ist die relevante Größe für Dich, leider steht sie nirgends. Wäre schade, wenn sich die angeschlossene Alarmanlage dann verschuckt. Aber eine solche Schaltung verbessert den Wirkungsgrad.

Gruß Jörg

[pascal]

Daran habe ich noch gar nicht gedacht, habe dann hier
http://www.elektronik-kompendium.de/site...812171.htm
wenigstens gelesen, dass diese im Bereich von bis zu 10ms liegen soll/sollte

Eine wirklich relevante Größe - möglicherweise einfach einen Kondensator zwischen 12V und GND an die Ausgänge der USV bauen, sollte dann aus dem kurzzeitigen Fehlen der Spannung je nach Umschaltdauer und Kapazität des Kondensators so eine kleine Einbuchtung geben, die hoffentlich nicht deutlich unter 2/3 der 5V fällt...

Aber eines noch:
Diese 12V-USV läuft ja nicht wirklich auf Bypass (also so, als ob die USV nicht wäre), sondern es ist noch der Trafo / oder das Schaltnetzteil da, was die 12V generiert.
Gemäß der Grafik auf der Powerwalker-Seite (Standby/Off-line: PowerWalker USV - Unterbrechungsfreie Stromversorgung - passiver Mitlaufbetrieb : "Off-line USV Block diagramm") ist da zwar der bypass mode als direkte Verbindung vom Input zum Output gezeichnet.
Meine Hoffnung ist, dass da eine Art Schaltnetzteil mit eingebautem Speicherkondensator drin ist, dass die Funktion des sonst selbst hinzugefügten Kondesators übernimmt.

Aber wirklich schade, dass diese Dauer nirgendwo beziffert ist, Suchen nach ms oder so leider erfolglos...

[funkistnichtalles]

Schon mal darüber nachgedacht, wie lange der Akku hält in diesen billigen USVs?
Die Hersteller schweigen sich da dezent aus. Warum wohl?
Die prüfen alle naselang mit Vollast den Akku und schalten bei Bedarf um.
Diese Testschaltung geht teilweise in den Vollzyklenbetrieb.
Telefonanlagenhersteller empfehlen : festhalten alle 3 Jahre.
Wir nutzen solche Teile auch wenn exoten gestützt werden sollen, also alles was so 5v nutzt. Jedoch haben ausser D-link, die keine 12v vertragen, so wie Netgear etc alle die Möglichkeit, mit 12 V Netzteilen aus der Sicherungstechnik zu stützen.
Die Teile schalten nicht hart um, sondern liefern Teilspannungen aus beiden Bereichen.
Das Meanwell Konstrukt haben wir bei Accesspointanwendungen genutzt, der Akku hält schon 5 Jahre bei nahezu voller Kapazität. Der AP zieht bei Netzausfall 34 W und hielt wie beschrieben 18 h. Wie voll er danach war, kann ich nicht beurteilen, bei Netzwiederkehr lief alles problemlos weiter. Ich hab so ein Konstrukt noch da, das System wurde Ende 2014 vom Netz genommen. Ich werde morgen mal einen Kapazitätstest machen, interessiert mich jetzt mal selber, da ich nur Netz rausgezogen und den Akku am Netzteil gelassen habe. Bei den Baustellenüberwachungen hielt das immer problemlos die Überbrückungszeit. Da hatten wir auch einen DC-DC Wandler von der Stange, fällt mir gerade ein. Der konnte sogar gerade 5 V, weil da ein billiger Switch drin war, der konnte auch nichts anderes. Die Akkus hielten problemlos 2 Jahre und die waren nie neu
Wenn wir heutzutage Router stützen müssen, IP Übertragung lässt grüssen, musst du solche Wege gehen. Ansonsten kannst du keine Netzausfallmeldung aus der EMA raus generieren. Deswegen nutzt die Sicherungstechnik keine Online USVs, da die 230 V Verlust erst nach dieser Überbrückungszeit erkannt werden würden, da ginge viel zu viel Zeit ins Land.
D. h. du kommst erst nach der Überbrückungszeit in den Genuss der Meldung Netzverlust, geh Sicherung reindrücken.
Ich bezweifle aber, ob deine "Alarmanlage" das überhaupt erkennen kann. Wenn du nicht vor Ort bist, geht das Ding danach aus. Du brauchst noch Meldung "Netzausfall" Und das würde ich nicht aus der USV per Email nehmen, da die nachts mal gerne "verschlafen" wird.

[ToWo]

Hi,

(07-01-2015 22:31)funkistnichtalles schrieb:  Telefonanlagenhersteller empfehlen : festhalten alle 3 Jahre.

Der VdS aber auch.
"3 Jahre nach Herstellungsdatum, wenn vom Hersteller nichts anderes angegeben wird."
Bei Preisen von 25 bis 35 EUs für einen 7Ah-Akku immer noch eine sehr überschaubare Größe.....

Grüße
ToWo

[Jens Knoche]

Hallo,

eine kleine Übersicht über USV-Anlagen.

Es gibt drei Arten von USV-Anlagen:
- Offline
- Line-Interactive / Booster
- Online / Doppel- / Dauerwandler

Die einzige wirklich unterbrechungsfreie Variante ist die sogenannte Online oder Doppelwandler USV Anlage. Hier wird das eingehende Netz in eine Gleichspannung (Gleichrichter) gewandelt und versorgt die eingebauten oder extern vorhandenen Akkumulatoren mit einer ständigen Pflegeladung bei variablem Strom und konstanter Spannung. Gleichzeitig wird auch der Wechselrichter versorgt, der wiederum aus der Gleichspannung wieder eine Wechselspannung macht. Fällt nun der Gleichrichter aus, bezieht der Wechselrichter seine Gleichspannung aus den Akkus. Der Ausgang der Dauerwandleranlage ist vom Eingang Spannungs- und Frequenzunabhängig und verfügt über hervorragende Netzfiltereigenschaften. Nachteile sind der deutlich höhere Anschaffungspreis und ca. 7% Verlustleistung.

Eine Line-Interactive oder auch Boosteranlage verfügt über einen Boostertrafo, der Spannungsänderungen im Eingang ausgleichen kann. Daher ist diese Art der Anlagen Spannungsunabhängig. Eine Umschaltzeit in den Akkubetrieb von bis zu 12ms ist möglich. Die Frequenz am Ausgang ist die des Eingangs. Die Verlustleistung beträgt knapp 3-5%

Die Offline-USV arbeitet nur wenn die Eingangsspannung oder Frequenz das eingestellte Fenster verlassen und schaltet in den Akkubetrieb. Der Eingang wird im normal Betrieb ungefiltert am Ausgang ausgegeben. Also keinerlei Netzfiltereigenschaften. Die Umschaltzeit kann bis zu 16ms betragen. Die Verlustleistung liegt bei ca. 1%

Große Preisunterschiede ergeben sich durch Bauart und Überbrückungszeit. Gerade Kleinstanlagen haben meist einen sehr schlechten Ladegleichrichter und in Kombination der auf engstem Raum verbauten Komponenten und der dadurch resultierenden Stauwärme, verringert sich die Lebensdauer der Akkumulatoren drastisch.

Temperatur an den Akkumulatoren gemessen:
20-25°C - volle Leistung - Akkus sollten nach ca. 4,5 Jahren getauscht werden.
25-30°C - Halbierung der Lebensdauer - ca. 2,5 Jahre
30-35°C - Tausch wird nach etwa einem Jahr fällig.
Über 35°C – Lebensdauer unter einem halben Jahr.

Was vielfach nicht erkannt wird, ist die Gefahr die von diesen Akkus ausgeht. Ein defekter Akku ist eine nicht unerhebliche Brandgefahr. Und sollte daher in regelmäßigen Abständen geprüft werden und damit sind nicht die eventuell vorhandenen Batterietest einer USV gemeint, diese sind nicht aussagekräftig. Die Elektronik dafür würde gerade in diesem Anlagenbereich ein vielfaches des Anschaffungspreises der Anlage übersteigen. Eine USV darf daher nicht zu warm stehen und immer ausreichend Belüftung haben. Da eine Wartung dieser Kleinstanlagen zu teuer ist, ist es sinnvoll die Akkus spätestens nach 3 Jahren zu tauschen (entsprechende Umgebungstemperatur vorausgesetzt).

Weiterhin sind gerade billige Anlagen meist mit zu kleinen Lüftern ausgestattet und drehen daher auch im normal Betrieb hörbar, bis belästigend laut auf. Offline Anlagen schalten den Lüfter meist nur bei einem Stromausfall zu. Die Folge ist hierbei wieder eine unzureichende Kühlung im Normalbetrieb.

Sollte Bedarf an USV-Anlagen bestehen oder Akkumulatoren für jedes Fabrikat biete ich Euch gerne preiswert an.

Gruß Jens

@ ToWo: Viel zu teuer!

[funkistnichtalles]

was für ein Werbeartikel
Sehr informativ- jedoch für eine Stromversorgung, sei es auch nur einer Blaupunkt oder sonstigen Anlage ohne Akku, ist diese Art der Stromversorgung nicht notwendig, ja in meinen Augen oversized.
Hängt mal an so ne USV ein Energiekostenmessgerät, da gehen die Augen auf.
Und die Laborwerte von den Typenschildern kann man genauso vergessen wie die Literangaben zum Verbrauch eines Kfz.

[Time_to_wonder]

Hm. Ich finde diese Abhandlung auch etwas unreflektiert. Kommen wir doch schon viel weiter oben zu dem Schluss, dass USV-Anlagen für Einbruchmeldesysteme eher ungeeignet sind. Aber schön, dass es jetzt noch eine Seite im Internet gibt, wo man lesen kann, wie USV geht.

Jens - nix für ungut, vielleicht hast Du ja eine Idee, wie man eine akkugestützte 12-V-DC-Sicherheitsversorgung hinbekommt, die möglichst wenig Verluste hat.

Gruß Jörg

[evertech]

Bitteschön
Im Fachjardon ein NOTSTROMNETZTEIL

http://www.hed-radio.com/de/Netzteil-Not...155-A.html

Ach ja bezüglich Leerlaufverluste:
Die APC Back UPS ES 700VA 230V hat lt. einer Amazon Rezension 35mA Eigenverbrauch.
Das geht sogar mit dem Verlinken:
http://www.amazon.de/gp/cdp/member-revie...G3V4CH9RXC
Eine USV kann man nicht erklären so etwas muss man einfach erleben---Plötzlich kein Gerät mehr unerklärlich tod
Das was Jens mit der Brandgefahr angsprochen hat ist richtig. Selbst schon gesehen wenn so ein Akku ausfährt. Es ist nicht anzunehmen das die USV selber abraucht. Aber die Hitze vom Akku könnte zum Brandstifter werden.
Sollte daher die USV auf einen entflammbaren Untergrund stehen ist eine Steinplatte von Vorteil. Habe für eines meiner Geräte kurzerhand im Baumarkt eine 2cm Granitplatte besorgt. Ansonsten die Dinger an die Wand schrauben.

[Time_to_wonder]

Hallo Evertech,

so einen enttäuschenden Beitrag haben wir lange nicht mehr von Dir gesehen! Ich fordere Dich hiermit auf, umgehend und a.s.a.p. ein animiertes Bilchen hochzuladen, auf dem Evertech in seiner Abus-Burg sitzt, in die der Blitz einschlägt. Während nun der gesamte Pöbel drumherum frustriert Kerzen aufstellt, weil die 380-kV-Strecke getroffen wurde, erstrahlt die Abus-Burg von Evertech dank der 120-kVA-USV-Lösung im ersten UG, gestützt mit der Diesel-Netzersatzanlage für 48 Stunden im 2.UG in vollem Lichterglanz. Das dürfen wir doch einfach von Dir erwarten. Das kann doch nicht zu viel verlangt sein!



Holde Grüße
Jörg

[evertech]

Notstrom .... kein Problem.

Hier stehen zwei Dieselgeneratoren im UG. Einmal Drehstrom und eine Wechselstrommaschine. OPZS Akkumulatoren mit 400Ah und ein 2KW Sinus-Wechselrichter sind auch noch da.
Gleich nebenbei:
Keine Drehstromgeneratoren für die Ersatzstromversorgung im Haus verwenden. Die Schieflast wird bei vielen Generatoren hier sehr schlecht ausgeglichen und es kann durch die ansteigende Spannung auf den nicht -oder weniger belasteten Aussenleitern zur Zerstörung von Haushaltsgeräten und Glühlampen kommen. Daher ist der Einphasen-Wechselstrombetrieb vorzuziehen. Den ein Grundlastbetrieb mit je 500W Halogen finde ich auch nicht sehr sinnvoll.
Soweit zum abgewichenen Thema.

[Jens Knoche]

@ funkistnichtalles:

Es sollte halt mal eine kleine und grobe Übersicht über die Welt der USV-Anlagen geben. Und da ich diese Dinger auch Verkaufe, allerdings meist in Leistungsbereichen die etwas größer sind . Und für eine EMA definitiv oversized

Die Angaben der Schilder sind schon ein guter Richtwert, man muss nur betrachten, dass diese Angaben sich auf Vollastbetrieb beziehen. Je weiter die Last von der Volllast entfernt ist, desto schlechter ist der Wirkungsgrad einer USV.

@ Time_to_wonder:

Ich hatte nicht vor zu reflektieren, sondern wollte lediglich eine Übersicht über die verschiedenen Arten von USV-Anlagen liefern.

@ evertech:

Richtig, das hast Du aber auch nur bei einer Online USV, die über oben erwähnte Netzfiltereigenschaften verfügt, denn diese schützt als einzige sehr effektiv vor Spannungs- und Frequenz-schwankungen und spitzen.

Wenn eine USV abraucht, ist meistens der Auslöser ein defekter Akku. Akkus können verschweißen und auch Löcher in das Gehäuse der USV Anlage schweißen, sie können anfangen zu brennen, die Säure kann herausspritzen, etc. . In jedem Fall sind starke thermische Reaktionen damit einhergehend. Neben entstehenden Dämpfen/Gasen ist das Ganze so oder so nicht sonderlich Gesund.

[Time_to_wonder]

(19-01-2015 12:52)Jens Knoche schrieb:  ... die Säure kann herausspritzen ...

Du machst mir Angst. Ich dachte, heutzutage gibt es nur noch Akkus mit in Vlies gelagertem Gel???

[MGMGMG]

Die Vorteile einer Online USV liegen ja auf der Hand, allerdings KANN man die vorliegende Problemstellung auch hervorragend mit einem Netzteil lösen, welches von einem Akku gestützt ist. Ich möchte nur mal so in den Raum werden, das dann hochtransformieren und wieder runter entfällt und damit Verlustleistung... ein Spannungswandler von 12v auf 5v stellt da nur ein kleines Problem dar...nur mal so am Rande ...VG Marc