In New Jersey in den Vereinigten Staaten gehört die Hurrikan-Saison mit Regen, Überflutungen und Stromausfälle zum täglichen Leben. Es ist üblich, dass Anwohner Sumpfpumpen im Keller installieren. Können diese kurzfristig durch unterbrechungsfreie Stromversorgungen gegen Stromausfälle abgesichert werden? Leitungsanalysatoren helfen bei der Beantwortung der Frage. Lässt sich mit einer 1200W/2000VA UPS (kurz für unterbrechungsfreie Stromversorgungen) eine Sumpfpumpe für einige Stunden – bis zum Einsatz eines Notstromgenerators - betreiben, die sich immer nur dann kurz einschaltet, wenn der Wasserstand im Wassersammelbecken einen gewissen Pegel übersteigt?

Um diese Frage zu klären, müssen drei weitere Fragen beantwortet werden:

1. Würde der Anlaufstrom der Pumpe die UPS beschädigen?
2. Würde der Betriebsstrom der Pumpe die UPS überlasten?
3. Wie lange würde die Pumpe laufen, bevor die Batterie in der UPS leer ist?

Für derartige Messungen lässt sich der Leistungsanalysator Keysight PA2201A IntegraVision einsetzen. Mit ihm kann die Leistungsaufnahme elektrischer Geräte schnell und einfach erfasst werden. Der Analysator ermöglicht außerdem dynamische Messungen, das heißt, er kann Spannungs-, Strom- und Leistungstransienten erfassen, visualisieren und analysieren. Das Gerät ist eine Komplettlösung für komplexe Leistungsmessungen aller Art.

Messung des Anlaufstroms
Zur Bestimmung des Anlaufstroms wird eine einfache Single-Shot Messung des Stroms durchgeführt, der beim Einschalten der Pumpe aus dem Stromnetz in die Pumpe fließt. Für diese Messung ließe sich auch ein Oszilloskop verwenden, doch wären dann sowohl eine Strommesszange, als auch ein Hochspannungs-Differenzialtastkopf zur Messung der Netzspannung erforderlich. Ein Leistungsanalysator macht diese externen Messmittel überflüssig und vereinfacht die Messung. Die meisten Leistungsanalysatoren können zwar Spannungen und Ströme ohne Zuhilfenahme externer Messmittel messen, viele davon sind aber nicht Single-Shot fähig. Der IntegraVision hingegen ermöglicht getriggerte, potenzialfreie Single-Shot Messungen von Strömen bis 100AS und Spannungen bis 1000 VAC.

Spannungsprüfung
Um die auf die UPS wirkende Spannung zu prüfen, wird der Leistungsanalysator so eingestellt, dass er auf die Anstiegsflanke des Stroms triggert. Anschließend wird ein Wassersammelbecken der Pumpe mit Wasser gefüllt. Bei einem Pegelstand von etwa 75 Liter springt die Pumpe an. Während der ersten Netzspannungsperiode flossen 41 Ampere. Innerhalb von etwa 10 Perioden sank der Strom auf etwas unter 20A und blieb danach konstant auf diesem Wert. Diese Werte dürfte eine UPS problemlos verkraften.

Messung der Leistungsaufnahme im stationären Betrieb
Bei der Messung der Leistungsaufnahme der Pumpe werden auf dem Bildschirm des IntegraVision die wichtigsten AC-Leistungsparameter aufgelistet. Die Messung ergab, dass die Pumpe mit 492.31 Watt, 922.17 VA und Leistungsfaktor 0.5339 eine auf 1200 Watt/ 2000 VA ausgelegte UPS auch leistungsmäßig nicht überfordern würde.

Berechnung der UPS-Batterielaufzeit
Mit einem Leistungsanalysator lässt sich die Laufzeit bestimmen, ohne eine Batterie unnötig zu strapazieren. In der Abbildung sind zwei Signale zu sehen. Die obere, dunkelgelbe Kurve, zeigt die Netzspannung. Man beachte, dass die Zeitbasis auf 2 sec/div eingestellt ist. Das bedeutet, dass auf jeden Skalenteil 120 Netzspannungszyklen entfallen. Deshalb kann man keine einzelnen Zyklen erkennen, stattdessen sieht die Kurve aus wie eine breite durchgezogene Linie. Bei einer schnelleren Zeitbasis-Einstellung könnte man die einzelnen Zyklen erkennen. Die Zeitbasis musste jedoch so eingestellt werden, dass ein kompletter Pumpzyklus erfasst werden konnte. Die hellgelbe untere Kurve zeigt den Strom. Die Pumpe ist zunächst ausgeschaltet, springt dann an (horizontale Mitte des Bildschirms) und läuft etwa sechs Sekunden (drei Skalenteile) lang. Danach ist das Wassersammelbecken leer, und die Pumpe schaltet sich ab. Eine weitere wichtige Messfunktion des Leistungsanalysators IntegraVision ist der Energieverbrauch. Es lassen sich Amperestunden und Wattstunden anzeigen. Während die Pumpe läuft, werden 1.112 Wh pro Pumpzyklus verbraucht. Zur Berechnung der Batterielaufzeit (in Anzahl Pumpzyklen) wird einfach die Kapazität der Batterie durch die Wattstunden pro Betriebszyklus dividiert. Die UPS ist mit zwei in Serie geschalteten 12V/9Ah-Batterien bestückt. Die gespeicherte Energie beträgt demnach 216 Wattstunden. Wenn jeder Pump-zyklus 1.122 Wh entnimmt, sollte die Batteriekapazität für 216 Wh/ 1.122 Wh = 192 Pumpzyklen ausreichen. Bei einem angenommenen Spannungswandler-Wirkungsgrad von 75 Prozent kommt man immerhin noch auf 144 Pumpzyklen.

Mit einem Leistungsanalysator, der – ähnlich wie ein Oszilloskop – Single-Shot Messungen ermöglicht, lässt sich der Stromverbrauch der Pumpe pro Pumpzyklus direkt messen. Indem man einfach die Batteriekapazität durch den Stromverbrauch dividiert, erhält man die Batterielaufzeit. Fazit: Mit einer USP kann man einem Stromausfall gelassen entgegen sehen – eine Sumpfpumpe mit USP kann den Keller so lange trocken halten, bis ein Notstromgenerator läuft.