Unterbrechungsfreie Stromversorgung für Fernwirk- und Leittechnik – wie man ein System für den Ausfall der Netzversorgung auslegt
25/08/2026
Autor: Andrzej Łapa
Ein Stromausfall darf nicht zum Verlust der Steuerung und Kommunikation führen
Eine moderne elektrische Energieanlage muss auch dann steuerbar und überwachbar bleiben und die Kommunikation aufrechterhalten, wenn die primäre 230-V-AC-Versorgung ausfällt.
Während eines Ausfalls sollten unter anderem Steuerungen, Übertragungseinrichtungen, Schutzrelais, Router und Funkgeräte weiterhin betrieben werden. Von ihnen hängt die Möglichkeit ab, Informationen mit dem übergeordneten System auszutauschen, den Zustand der Anlage zu überwachen und bestimmte Automatisierungsfunktionen auszuführen.
Ein Problem entsteht, wenn diese Geräte direkt aus dem 230-V-AC-Netz versorgt werden. Bei einem Spannungsausfall verlieren sie genau in dem Moment ihre Versorgung, in dem ihr Betrieb besonders wichtig sein kann.
Deshalb reicht in solchen Anlagen ein gewöhnliches 230-V-AC/24-V-DC-Netzteil nicht aus. Erforderlich ist ein System, das die Verbraucher versorgt, die Akkumulatoren betriebsbereit hält und bei Ausfall der primären Versorgung automatisch auf Batteriebetrieb umschaltet.
Diese Funktion übernimmt eine Pufferstromversorgung.
Wie funktioniert eine Pufferstromversorgung?
Unter normalen Bedingungen wandelt das Netzteil die Spannung von 230 V AC in die von den Verbrauchern benötigte Gleichspannung um. Gleichzeitig lädt es den Akkumulator und hält ihn betriebsbereit.
Bei einem Ausfall der AC-Versorgung werden die Verbraucher direkt aus dem Akkumulator versorgt. Die Umschaltung zwischen den Energiequellen erfolgt automatisch, ohne dass ein manueller Eingriff erforderlich ist.
Der Einsatz einer Batterie allein löst jedoch nicht alle Fragen bei der Auslegung.
Bei Energieversorgungsanlagen müssen unter anderem folgende Fragen beantwortet werden:
- Wie lange müssen die einzelnen Geräte nach einem Versorgungsausfall weiterarbeiten?
- Welche Verbraucher haben die höchste Priorität?
- Wie soll der Akkumulator korrekt geladen und überwacht werden?
- Was ist zu tun, wenn sich die Umgebungstemperatur während des Betriebs verändert?
- Welche Verbraucher können automatisch abgeschaltet werden, um die Überbrückungszeit zu verlängern?
- Wie wird die Information über eine Störung der Stromversorgung an das übergeordnete System übertragen?
- Benötigen alle Geräte die gleiche Versorgungsspannung?
Erst die Antworten auf diese Fragen ermöglichen die Auswahl des geeigneten Stromversorgungssystems.
Die Überbrückungszeit ist nicht der einzige Parameter
Bei der Auslegung einer Notstromversorgung lautet die erste Frage meist:
Wie lange soll die Batterie die Verbraucher versorgen?
Das ist ein wichtiger Parameter, aber nicht der einzige.
Ebenso wichtig ist ein korrektes Batteriemanagement. Bei VRLA-Akkumulatoren sollte die Ladespannung an die Betriebstemperatur angepasst werden. Für Akkumulatoren, die in solchen Systemen eingesetzt werden, liegt die typische Temperaturkompensation bei etwa -4 mV/°C pro Zelle bezogen auf eine Referenztemperatur von 25 °C.
Warum ist das wichtig?
Bei höheren Temperaturen kann eine zu hohe Ladespannung die Alterung des Akkumulators beschleunigen. Bei niedrigeren Temperaturen kann eine zu niedrige Ladespannung hingegen zu einer unzureichenden Ladung führen.
Eine Pufferstromversorgung sollte daher nicht nur Energie bereitstellen, sondern auch eine geeignete Batterieladung und -überwachung gewährleisten.
Ebenso wichtig ist der Schutz vor einer übermäßigen Entladung. Wird ein Akkumulator zu tief entladen, kann dies zu Schäden oder einer verkürzten Lebensdauer führen.
In der Praxis bedeutet dies, dass bei der Auswahl der Stromversorgung nicht nur die Leistung der Verbraucher und die erforderliche Überbrückungszeit berücksichtigt werden sollten, sondern auch die Betriebsbedingungen und die Art der Nutzung des Akkumulators.
Die Geräte können unterschiedliche Spannungen benötigen
Ein weiteres Problem ist die Vielfalt der Verbraucher.
In einem Schaltschrank können sich beispielsweise eine Steuerung befinden, die eine Versorgungsspannung von 24 V DC benötigt, und ein Funkgerät, das mit 13,2 V DC betrieben wird.
Der Einsatz eines separaten Netzteils für jede Spannung erhöht die Anzahl der Geräte, Verbindungen und wartungsbedürftigen Komponenten.
W modelach ZEM100-DBS i ZEM100-DBS-RS485 zastosowano dodatkowe wyjście 13,2 V DC o wydajności do 6 A, przeznaczone między innymi do zasilania radiotelefonu TETRA MTM5400.
Dzięki temu jeden układ może obsługiwać odbiorniki o różnych wymaganiach napięciowych.
Dla projektanta oznacza to możliwość ograniczenia liczby oddzielnych zasilaczy i uproszczenia układu zasilania w szafie.
Das Netzteil sollte seinen Zustand melden
Die reine Aufrechterhaltung der Stromversorgung reicht nicht aus, wenn der Betreiber nicht weiß, in welchem Zustand sich das System befindet.
Ein Ausfall der primären Stromversorgung, ein Problem mit dem Akkumulator oder eine fehlerhafte Versorgungsspannung sollten nicht erst bei einem Vor-Ort-Einsatz festgestellt werden.
Deshalb ist es in Fernwirksystemen wichtig, den Zustand der Stromversorgung an ein übergeordnetes Überwachungssystem übermitteln zu können.
Ausgewählte Modelle der ZEM-Netzteile sind mit einer RS485-Schnittstelle ausgestattet. Das Modell ZEM200 unterstützt zusätzlich das DNP-3.0-Protokoll.
Je nach Ausführung stehen unter anderem Informationen über die DC-Spannung, den Zustand der Netzversorgung und den Batteriestatus zur Verfügung. Die Netzteile können außerdem Alarmsignale über Relaisausgänge übertragen.
Damit erfüllt das Netzteil zwei Funktionen: Es versorgt die Verbraucher mit Energie und liefert gleichzeitig Informationen über seinen Betriebszustand.
Dies ist besonders bei Anlagen von Bedeutung, deren Geräte räumlich verteilt sind und eine Fernüberwachung erfordern.
Wie die ZEM-Serie diese Anforderungen erfüllt
Je nach Modell bietet die ZEM-Serie unter anderem:
- Pufferstromversorgung für DC-Verbraucher,
- Laden und Überwachen des Akkumulators,
- Temperaturkompensation der Ladespannung,
- Schutz vor einer übermäßigen Entladung der Batterie,
- unabhängige Ausgänge für verschiedene Verbrauchergruppen,
- zeitgesteuertes Abschalten eines ausgewählten Ausgangs,
- zusätzlichen 13,2-V-DC-Ausgang für Funkgeräte,
- RS485-Kommunikation,
- DNP-3.0-Protokoll beim Modell ZEM200,
- Vorladen von Akkumulatoren mit niedrigem Ladezustand beim Modell ZEM100,
- Relaisausgänge zur Übertragung von Alarmsignalen.
Nicht jedes System benötigt alle diese Funktionen. Daher sollte das Modell anhand der tatsächlichen Anforderungen der Anlage ausgewählt werden.
ZEM – welches Modell für welche Anwendung?
| Modell | Leistung | Wichtigste Funktionen |
| ZEM40-D | 50 W | grundlegende Pufferstromversorgung, zeitgesteuert abschaltbarer Ausgang |
| ZEM40-D-RS485 | 50 W | wie oben + RS485 |
| ZEM100-DBS | 130 W | zwei DC-Ausgänge + 13,2 V DC zur Versorgung von TETRA-Geräten |
| ZEM100-DBS-RS485 | 130 W | Wie oben + RS485 |
| ZEM101-DBS-RS485-REL | 130 W | RS485 + steuerbare Relaisausgänge |
| ZEM200 | 200 W | RS485, DNP 3.0, LCD und zusätzliche Steuerfunktionen |
Die Auswahl des Modells sollte in erster Linie auf der Leistungsbilanz, den erforderlichen Spannungen, der Überbrückungszeit, der Aufteilung der Verbraucher und den Anforderungen an die Überwachung basieren.
Ein leistungsstärkeres Netzteil ist nicht automatisch die bessere Lösung. Wenn eine Anlage mehrere Verbrauchergruppen mit unterschiedlichen Prioritäten versorgen muss, kann die Möglichkeit zur unabhängigen Steuerung der Ausgänge wichtiger sein als die reine Nennleistung.
Welche Vorteile bietet eine korrekt ausgelegte Pufferstromversorgung?
Für den Endanwender ist nicht entscheidend, über welche Funktionen das Netzteil selbst verfügt, sondern wie sich das gesamte System im Störungsfall verhält.
Ein korrekt ausgelegtes System kann Folgendes gewährleisten:
- Kontinuität des Fernwirkbetriebs – Automatisierungsgeräte können ihre Aufgaben auch nach Ausfall der primären Versorgung weiterhin ausführen,
- Aufrechterhaltung der Kommunikation – Kommunikationsgeräte können über dasselbe Pufferstromversorgungssystem versorgt werden,
- Effizientere Nutzung der Batteriekapazität – weniger wichtige Verbraucher können automatisch abgeschaltet werden,
- Ferndiagnose – Informationen über den Zustand der Stromversorgung und der Batterie können an ein übergeordnetes System übertragen werden,
- Vereinfachung der Stromversorgung – ein System kann Verbraucher mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen versorgen,
- Einfacherer Service – die Kaltstartfunktion ermöglicht den Start des Systems aus der Batterie auch ohne Netzspannung.
Bei Photovoltaikanlagen und anderen Anlagen aus dem Bereich der erneuerbaren Energien besteht ein zusätzlicher Vorteil darin, dass die Kommunikation mit dem übergeordneten System auch bei Ausfall der Hilfsversorgung aufrechterhalten werden kann.
Wie wählt man eine Pufferstromversorgung für eine Anlage aus?
Die Auswahl sollte mit der Analyse der Verbraucher beginnen und nicht mit der Wahl eines bestimmten Netzteilmodells.
Zunächst sollten folgende Punkte bestimmt werden:
1. Welche Geräte sollen versorgt werden?
Es sollten deren Nennspannungen sowie Stromaufnahme oder Leistung erfasst werden.
2. Welche Verbraucher haben die höchste Priorität?
Dadurch lässt sich festlegen, welche Geräte während der gesamten Überbrückungszeit aktiv bleiben müssen und welche früher abgeschaltet werden können.
3. Welche Überbrückungszeit benötigt die Anlage?
Auf dieser Grundlage lassen sich die erforderliche Batteriekapazität und die Art des Energiemanagements im Störungsfall bestimmen.
4. Benötigen alle Verbraucher die gleiche Versorgungsspannung?
Wenn nicht, sollte geprüft werden, ob ein einziges Netzteil verschiedene Verbrauchergruppen versorgen kann.
5. Ist eine Überwachung erforderlich?
Wenn der Zustand der Stromversorgung aus der Ferne überwacht werden soll, müssen die erforderliche Kommunikationsschnittstelle, das Protokoll und die Art der Alarmübertragung berücksichtigt werden.
Mit diesem Ansatz lässt sich die Lösung an die tatsächlichen Anforderungen der Anlage anpassen, anstatt die Anlage an die Möglichkeiten eines zufällig ausgewählten Netzteils anzupassen.
Die Notstromversorgung ist Bestandteil des Systems – nicht nur eine Energiequelle
In Anlagen der Fernwirk- und Leittechnik übernimmt eine Pufferstromversorgung weit mehr als nur die Bereitstellung einer bestimmten Leistung.
Sie muss die Versorgung nach Ausfall der primären Spannung sicherstellen, die Batterie korrekt verwalten, unterschiedliche Prioritäten der Verbraucher berücksichtigen und – sofern von der Anlage gefordert – Informationen über ihren Zustand an das übergeordnete System übertragen.
Das wichtigste Auswahlkriterium ist daher nicht ein einzelner Parameter des Netzteils, sondern die Abstimmung des gesamten Systems auf die Funktionen, die während eines Ausfalls aufrechterhalten werden müssen.
Die ZEM-Serie von MERAWEX kombiniert DC-Stromversorgung, Batteriepufferung sowie Steuerungs- und Überwachungsfunktionen. Damit lassen sich Stromversorgungssysteme auf die Anforderungen von Automatisierung, Fernwirktechnik und Kommunikation in der Energieinfrastruktur abstimmen.
Sind die Verbraucher, ihre Anforderungen und die erforderliche Überbrückungszeit bekannt, kann die Auswahl der Lösung mit der Analyse des konkreten Systems beginnen. MERAWEX kann auf dieser Grundlage bei der Bestimmung des geeigneten Netzteilmodells und der Batteriekonfiguration unterstützen.
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