USV-Umschaltzeit: was die Millisekunden kaufen

Was in diesen Millisekunden wirklich passiert

Wenn eine Powerstation in der Steckdose hängt und ein Gerät an ihr, läuft der Netzstrom normalerweise glatt durch. Der Wechselrichter ruht, und ein Relais verbindet die Eingangs- mit der Ausgangsbuchse. Das nennt sich Durchleitung oder Bypass.

Fällt das Netz aus, passieren drei Dinge nacheinander. Die Überwachung muss den Verlust erkennen, und das kann sie nicht sofort, denn eine gesunde Netzspannung geht in jeder Periode ohnehin zweimal durch null. Die Schaltung muss also lange genug warten, um sicher zu sein, dass die Abwesenheit echt ist. Dann muss das Relais sich physisch bewegen, und das ist ein mechanischer Kontakt mit Masse und Feder. Dann muss der Wechselrichter auf volle Leistung kommen, möglichst phasenrichtig zu dem, wo das Netz gerade war.

Die veröffentlichte Umschaltzeit ist die Summe dieser drei, und der mechanische Schritt in der Mitte setzt die Untergrenze. Deshalb liegen die Zahlen über vier Marken hinweg so eng beieinander, statt zu streuen: Sie werden alle von ungefähr derselben Physik begrenzt.

USV, EPS, und was die Begriffe verbergen

Streng genommen bietet eine tragbare Powerstation eine Ersatzstromversorgung, also ein EPS: Der Verbraucher läuft am Netz, bis das Netz verschwindet, und wechselt dann auf den Akku. Viele Hersteller schreiben trotzdem USV darauf, und diese Seite hält fest, was in ihren Datenblättern steht.

Eine echte Online-USV mit doppelter Wandlung arbeitet anders. Der Verbraucher wird immer aus dem Wechselrichter versorgt, der immer aus dem Akku versorgt wird, der immer aus dem Netz nachgeladen wird. Es gibt keine Umschaltung, weil nichts schaltet. Fällt das Netz aus, hört einfach das Ladegerät auf. Ihre Umschaltzeit ist tatsächlich null und keine kleine Zahl.

Diese Architektur kostet Wirkungsgrad, weil dauerhaft zwei Wandlungen laufen, und sie kostet Zellenleben, weil der Akku ununterbrochen arbeitet. Sie gehört in Serverräume. Eine Powerstation, die im Bypass ruht und in wenigen Millisekunden umschaltet, ist die richtige Bauform für ein Gerät, das den größten Teil des Jahres nichts tut, aber sie ist eine andere Maschine und sollte nicht als Online-USV beschrieben werden.

Ein Wert in diesem Datenbestand verlangt Sorgfalt. Die BLUETTI Apex 300 gibt ihre Umschaltzeit mit 20 ms an. Das ist die Behauptung des Herstellers, so gedruckt, wie sie geliefert wurde, und diese Seite zeigt sie wörtlich, statt sie in eine Null zu übersetzen, die wie eine fehlende Angabe aussähe.

Was ein Rechnernetzteil wirklich verträgt

In jedem Rechnernetzteil sitzt eine Bank von Kondensatoren auf der Hochspannungsseite, geladen auf den Scheitel der ankommenden Welle. Ihre Aufgabe im Normalbetrieb ist es, die Versorgung zwischen zwei Scheiteln zu glätten. Ihr Nebeneffekt ist, dass sie die Ausgänge nach dem Wegfall der Eingangsspannung noch eine Weile am Leben halten. Diese Spanne heißt Haltezeit.

Das seit Langem übliche Auslegungsziel für diese Haltezeit ist etwa eine volle Netzperiode. Bei fünfzig Hertz sind das zwanzig Millisekunden, und angegeben wird sie bei voller Last. Die meisten Rechner laufen nicht unter voller Last, die gespeicherte Energie reicht also entsprechend länger: Eine Maschine, die ein Drittel der Netzteilleistung zieht, überbrückt deutlich mehr.

Das ist die Zahl, gegen die jede Umschaltzeit gelesen gehört, und sie fällt in einem 50-Hertz-Netz etwas großzügiger aus als in einem 60-Hertz-Netz, weil die Periode länger ist. Eine Umschaltung in 10 ms ist abgeschlossen, während die Kondensatoren kaum entladen sind. Eine Umschaltung in 20 ms liegt bei einer teilweise belasteten Maschine immer noch im Fenster. Unterhalb dieses Fensters erfährt der Rechner nie, dass etwas passiert ist, und noch schneller zu sein ändert nichts, was er wahrnehmen könnte.

Warum eine kleinere Zahl aufhört, Geld wert zu sein

Sobald die Umschaltung schneller ist als die Überbrückung des Verbrauchers, hat der Wert seine Aufgabe erfüllt, und jede weitere Verkleinerung ist unsichtbar. Es gibt keinen Preis für eine doppelt so schnelle Umschaltung, denn die langsamere hätte ebenfalls niemand bemerkt.

Die Geräte, die tatsächlich eingesteckt werden, haben großzügige Reserven. Ein Rechner und sein Monitor laufen auf Kondensatoren wie beschrieben. Router, Modem und Netzwerkswitch hängen an kleinen Steckernetzteilen, deren Ausgangskondensatoren sie mühelos tragen. Ein CPAP-Gerät ist ein Verbraucher mit kleiner Aufnahme und eigener Glättung. Eine Spielkonsole verhält sich wie ein kleiner Rechner. Ein Fernseher blinzelt schlimmstenfalls.

Praktisch heißt das: Behandeln Sie die Umschaltzeit als bestanden oder nicht bestanden, nicht als Rangliste. Wenn ein Gerät überhaupt einen Wert in dieser Größenordnung veröffentlicht, trägt es die Technik von oben. Entscheiden Sie zwischen Geräten stattdessen nach Kapazität, Dauerleistung und Zyklenfestigkeit, denn diese Unterschiede sind echt und dauerhaft, ein paar Millisekunden Umschaltzeit sind es nicht.

Die Ausnahme ist ein Rechner, der ohnehin grenzwertig läuft. Eine Maschine mit stark belastetem Netzteil, mit einem alten Netzteil und müden Kondensatoren oder mit einer leistungshungrigen Grafikkarte hat weniger Reserve, als die Werte oben unterstellen. Die ehrliche Prüfung ist Ihre eigene: Ziehen Sie den Eingangsstecker der Powerstation und sehen Sie zu, ob die Maschine weiterläuft.

Wogegen eine Umschaltung nicht schützt

Gegen alles, was bei vorhandenem Netz passiert. In der Durchleitung hängt das Gerät am Netz, mitsamt dessen Fehlern. Einbrüche, Spitzen, Unterspannung und Schaltvorgänge kommen mit durch. Ein Gerät, das nur bei vollständigem Verlust umschaltet, tut nichts gegen eine Spannung, die lediglich schlecht ist, und keiner der Hersteller hier veröffentlicht eine automatische Spannungsregelung.

Gegen Lasten über der Durchleitgrenze. Der Bypass-Pfad hat eine eigene Strombelastbarkeit, und die entspricht nicht immer der Dauerleistung des Wechselrichters. Überschreiten Sie sie, schaltet das Gerät nicht einfach um, sondern ab.

Bei Geräten ganz ohne Umschaltfunktion. Mehrere Modelle im Datenbestand haben keine. Bei der Anker SOLIX C300 DC steht Keine USV-Funktion, ebenso bei den anderen reinen Gleichstromgeräten, die gar keinen Wechselstromausgang zum Umschalten haben. Bei der EcoFlow DELTA 2 steht ebenfalls Keine USV-Funktion, obwohl sie ein vollwertiges Wechselstromgerät ist, denn der Hersteller nennt keine Umschaltzeit. Eine fehlende Angabe ist nicht dasselbe wie eine fehlende Funktion, und diese Seite rät nicht, welches von beidem zutrifft.

Gegen einen langen Ausfall. Die Umschaltzeit entscheidet, ob der Übergang unbemerkt bleibt. Wie lange das Licht danach anbleibt, entscheidet die Kapazität, und das ist eine völlig andere Rechnung, geführt im Ratgeber zum Stromausfall.

Was bei einem Ausfall zuerst ausfällt, und was zuerst eingesteckt gehört

Geordnet danach, wie stark die Umschaltzeit zählt:

• Ein Rechner mit ungesicherter Arbeit. Der einzige übliche Haushaltsfall, in dem Millisekunden das Ergebnis entscheiden. Alles in diesem Datenbestand mit veröffentlichtem Wert trägt ihn.
• Netzwerktechnik. Router und Modem starten bei einem Ausfall neu und brauchen ein, zwei Minuten, bis sie wieder da sind. Die Unterbrechung ist ein Ärgernis und kein Verlust, aber sie ist das Billigste, was man schützen kann, und genau die, die übersehen wird. Im Homeoffice wiegt sie schwerer, als sie klingt.
• Ein CPAP-Gerät. Schützenswert aus Komfortgründen, nicht aus Sicherheitsgründen, und eine so kleine Last, dass es den Akku über eine Nacht kaum berührt.
• Ein Kühlgerät. Gegenüber der Umschaltzeit nahezu gleichgültig und mit einer kurzen Lücke oft besser dran: Viele Kompressoren laufen gegen den Restdruck nicht sofort wieder an und brauchen ohnehin ein paar Minuten. Ein Kühlschrank braucht Kapazität und ein Gerät, das seinen Anlaufstoß verträgt, wie der Laufzeitrechner und die Seite zum Wechselrichter ausführen.
• Licht und Ladegeräte. Vollkommen gleichgültig. Die werden danach eingesteckt.

Wenn die Liste oben Ihren Fall beschreibt, erfüllt fast jedes Gerät aus der Vergleichsübersicht, das überhaupt eine Umschaltzeit angibt, die Anforderung, und die Entscheidung fällt woanders.