USV · KNX-Schaltanlage · PELV · SELV · Batterie-Backup · IEC 60364-4-41 · 9 Min. Lesezeit

USV-Integration in KNX-Schaltanlagen: Batterie-Backup und PELV-Konformität

KNX-Puffermodule überbrücken nur wenige Minuten auf dem Bus allein. Wenn eine gesamte KNX-Schaltanlage – einschließlich 230V-Aktuatorversorgungen, IP-Routern und Lastausgängen – bei Netzausfall stundenlang betriebsbereit bleiben muss, ist eine USV auf Schaltanlagenebene erforderlich. Korrekte Dimensionierung, Topologieauswahl und PELV-Trennung sind entscheidend für eine sichere und konforme Integration.

Wann eine USV auf Schaltanlagenebene erforderlich ist

Ein KNX-Bus-Puffermodul schützt nur den 29-V-KNX-Bus und die davon versorgten Geräte. Es schützt nicht die 230-V-AC-Versorgungsschiene, die die Schaltnetzteile der Aktoren, die KNX-IP-Router-Steckernetzteile oder die 24-V-DC-Hilfsstromversorgungen für Zutrittskontroll- und Sicherheitstafeln versorgt. Wenn die gesamte Tafel einen Netzausfall überstehen muss, ist eine USV vorgeschaltet vor dem Eingangs-MCB der Tafel erforderlich.

Anwendungen, die eine Tafel-USV erfordern

Krankenhäuser und Gesundheitseinrichtungen – HTM 06-01-Konformität
Sicherheitskontrollräume – BS EN 50131-6 Grad 3/4
Rechenzentren – USV deckt KNX-Zutrittskontrolltafeln ab
Hotels und Gastgewerbe – Gästezimmertafeln mit Bitte-nicht-stören / Zimmer-aufräumen-Funktionen, die einen ständigen Betriebsstatus erfordern
Kritische HLK-Steuertafeln, bei denen ein Herunterfahren nicht akzeptabel ist

Puffermodul ausreichend, wenn

Nur KNX-Buskontinuität erforderlich (keine 230V-Lasten während Backup)
Backup-Zeit unter 2 Stunden für leichte Buslasten
Brandrollladen-Hub- und Überwachungszeitraum nur (~1h)
Budgetbeschränkung – Puffermodul ist 10–20× günstiger als USV

USV-Topologieauswahl

USV-Systeme werden nach Topologie klassifiziert, die die Umschaltzeit (die Lücke zwischen Netzausfall und Batterieausgang) und die Ausgangsqualität bestimmt. Für KNX-Schaltschränke hängt die Topologiewahl von der Anwendung und der Empfindlichkeit der angeschlossenen Geräte ab.

Topologie	Umschaltzeit	KNX-Auswirkung	Empfohlen für
Offline / Standby	4–10 ms	PS640 interner Kondensator hält 29V während 10ms Lücke – akzeptabel für Standard-KNX	Standard-KNX-Schaltschränke in Gewerbegebäuden
Line-interaktiv	2–4 ms	Akzeptabel — AVR korrigiert Spannungseinbrüche ohne Umschaltung auf Batterie	KNX-Schaltschränke mit einigen empfindlichen Lasten; effizienter als Online
Online-Doppelwandlung	0 ms (unterbrechungsfreier Übergang)	Empfohlen für KNX-Schaltschränke in Krankenhäusern, Sicherheits- und Rechenzentren	Kritische KNX-Installationen; Geräte erleben nie eine Versorgungsunterbrechung

USV-Modelle für die Integration in KNX-Schaltschränke

Die beiden gängigsten USV-Formfaktoren für die Integration in KNX-Schaltschränke sind Turm/Rack-USV, die neben oder in der Nähe des Schaltschrankgehäuses platziert werden, und DIN-Schienen-USV-Module, die im Schaltschrank montiert werden. DIN-Schienen-USV sind auf etwa 1000 VA begrenzt, eliminieren jedoch die Notwendigkeit eines externen USV-Gehäuses.

APC Smart-UPS SC 650VA (Turm)

650 VA / 400 W Ausgangsleistung
Eingang: 230V 50Hz; Ausgang: 230V AC (reine Sinuswelle online)
4 × IEC C13 Ausgangssteckdosen
USB- und RS-232-Kommunikationsanschlüsse
Akkulaufzeit bei 100W Last: ca. 8 Minuten
Batterie ersetzen, wenn die Anzeige einen Kapazitätsabfall von 40%+ anzeigt
Optionale SNMP-Karte AP9630 für Netzwerküberwachung

DIN-Schienen-USV-Optionen

PowerWalker VI 1000 RLE: 1000 VA, DIN-Schiene, 230V-Ausgang, USB-Anschluss
Salicru SPS Advance: Wandmontage, 1000 VA, potenzialfreier Kontaktausgang (NO/NC)
Eaton 5S IEC: kompakte DIN-Montageversion für die Schaltschrankintegration erhältlich
Überbrückungszeit bei 75W Last: ca. 15–20 Minuten (variiert je nach Batteriegröße)
DIN-Schienen-USV belegen typischerweise 8–12 DIN-Module im Schaltschrank

Batteriewechselplanung: Die USV-Batterielebensdauer beträgt unter normalen Bedingungen (20°C Umgebungstemperatur, regelmäßige Ladezyklen) 3–5 Jahre. In warmen Schaltschrankumgebungen (über 25°C) sinkt die Batterielebensdauer erheblich – planen Sie in warmen Gehäusen Wechselintervalle von 2–3 Jahren ein. Integrieren Sie den Batteriewechsel in den jährlichen Wartungsvertrag für alle KNX-Schaltschränke mit USV.

Lastberechnung des Schaltschranks

Bevor Sie die USV-Kapazität auswählen, berechnen Sie die gesamte Schaltschranklast, die die USV unterstützen muss. Berücksichtigen Sie jedes Gerät, das über den USV-Ausgang versorgt wird – nicht nur die KNX-Busspannungsversorgung.

Lastberechnung des Schaltschranks – Beispiel KNX-Gewerbeschaltschrank

Component                              Typical power draw
-----------------------------------------------------------
KNX PS640 (29V/640mA bus supply)            20 W
KNX IP router brick power supply             5 W
24V DC SMPS for actuator auxiliary           30 W
Access control 12V PSU (0.5A × 12V)          6 W
KNX IP gateway (LAN side)                    5 W
Panel internal lighting and socket           5 W
-----------------------------------------------------------
Total panel load                             71 W

UPS selection:
  Load = 71 W
  650 VA UPS at 0.6 power factor = 390 W capacity  ✓

Battery runtime at 71W load (650VA APC SC):
  Approximately 25–30 minutes (consult manufacturer runtime chart)

If runtime < required: step up to 1000VA or add external battery pack

Die USV nicht unterdimensionieren: Der Betrieb einer USV über 80 % ihrer Nennleistung reduziert die Akkulaufzeit und verkürzt die Lebensdauer der Batterie. Wenn die berechnete Last über 80 % der USV-Nennleistung liegt, wählen Sie die nächsthöhere USV-Kapazität. Ein häufiger Fehler ist die Angabe der USV-Scheinleistung (VA) ohne Umrechnung in Watt unter Verwendung des Leistungsfaktors der Last.

USV-Überwachung über KNX-Gruppenadressen

Die Integration des USV-Status in KNX ermöglicht automatische Gebäudereaktionen bei Netzausfall: Abschalten nicht kritischer Lasten, Scharfschalten der Sicherheit und Senden von Push-Benachrichtigungen über Home Assistant oder Gira X1. Je nach USV-Fähigkeiten stehen zwei Integrationsmethoden zur Verfügung.

Methode 1: APC Smart-UPS mit SNMP-Karte (AP9630)

APC Smart-UPS + AP9630 SNMP card
  → Network (LAN) → Home Assistant (apc_ups integration)
  → Home Assistant KNX integration
  → KNX group address write: DPT 1.001
     0 = on mains power (normal)
     1 = on battery power (mains failed)

ETS6 reaction to on_battery = 1:
  → Activate "power failure" scene:
     - Non-critical lighting circuits: OFF
     - Security system: ARMED
     - HVAC: minimum ventilation mode
     - Access control: locked down or free exit (project-specific)
  → Gira X1 / Homeserver: push notification to facility manager

Methode 2: potenzialfreier Kontakt an KNX-Binäreingang (Salicru / jede einfache USV)

Basic UPS with NO/NC dry contact relay output:
  Relay closes on battery power (or relay opens — check datasheet)

Wiring:
  UPS dry contact COM → MDT BE-0800.01 input terminal (e.g. IN1)
  UPS dry contact NO  → 12V auxiliary supply (MDT BE-0800.01 requires
                         12–24V AC/DC at input)

ETS6 programming:
  BE-0800.01 IN1 object (DPT 1.001) → send on change → GA "UPS status"
  GA "UPS status" = 1 → trigger power failure scene (same as SNMP method)

Cost: ~€80 for MDT BE-0800.01 vs ~€200 for SNMP card
Limitation: no runtime remaining or battery health data in KNX

Anforderungen an die Trennung von PELV und SELV

Der KNX-TP-Bus arbeitet mit 29 V DC SELV (Safety Extra Low Voltage). Der USV-Ausgang ist 230 V AC Netzspannung. IEC 60364-4-41 verlangt, dass SELV-Stromkreise physisch und elektrisch von Netzstromkreisen getrennt sind, um ihre Sicherheitsklassifizierung zu erhalten. Wird diese Trennung nicht eingehalten, besteht die Gefahr, dass der KNX-Bus im Fehlerfall auf Netzpotential liegt – eine lebensgefährliche Situation.

IEC 60364-4-41 Anforderungen an die SELV-Trennung

KNX bus = SELV circuit (29V DC, transformer isolated)
UPS output = 230V AC MAINS circuit

Requirements (IEC 60364-4-41, clause 414):
  1. SELV conductors must be physically separated from mains conductors
     Minimum: 50mm physical spacing in open cable tray, OR
     Insulating barrier (PVC or polycarbonate divider in duct), OR
     Individual conduit for SELV cables separate from mains conduit

  2. SELV conductors sharing cable duct with mains:
     Each SELV conductor must be insulated for 230V AC
     (use 450/750V insulated wire even for SELV circuits)

  3. 4kV impulse withstand between SELV and mains circuits
     (maintained by KNX PS640 internal isolation transformer)

  4. SELV connectors must not be intermateable with mains
     (KNX TP uses screw terminals — segregation is physical only)

In KNX panel layout:
  - Route KNX bus wires (green/red) in separate cable duct from
    230V UPS output wiring (brown/blue/green-yellow mains cables)
  - Minimum 50mm between KNX bus cable duct and mains cable duct
  - Add insulating barrier strip between KNX section and 230V section
    of DIN-rail if both are in the same panel enclosure

Unterscheidung PELV: PELV (Protective Extra Low Voltage) unterscheidet sich von SELV dadurch, dass PELV-Stromkreise geerdet sein dürfen. Der KNX-Bus ist SELV – er darf NICHT geerdet werden (keine Verbindung zwischen den KNX-Busleitern und PE). Wenn der KNX-Busschirm am PS640-Ende geerdet wird (üblich für EMV), ist dies akzeptabel, da der Schirm kein stromführender Leiter ist – die Busleiter selbst bleiben von Erde isoliert.

Dokumentation und Wartung

Every KNX panel with UPS integration requires specific documentation for maintenance compliance and insurance purposes. Record the following in the panel schedule and O&M manual:

Dokumentationsanforderungen für USV

Panel schedule — UPS record:
  UPS manufacturer and model: APC Smart-UPS SC 650VA
  UPS topology: line-interactive
  Rated capacity: 650 VA / 400 W
  Measured panel load at commissioning: 71 W
  Battery runtime at commissioning load: 28 minutes
  Battery model: APC RBC17
  Battery installation date: [date]
  Next battery replacement due: [date + 4 years]

Annual maintenance inspection:
  1. Check UPS front panel for any fault/battery LEDs
  2. Initiate self-test (via front panel or PowerChute software)
  3. Record battery runtime from self-test result
  4. Compare to commissioning runtime — replace battery if < 50%
  5. Check that UPS KNX integration is functional:
     Switch UPS to battery manually → verify KNX power failure scene triggers
  6. Check UPS input and output wiring for signs of overheating

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