3-Phasenstrom –
Die Bedeutung der Sternschaltung
Anmerkung der Redaktion: Dieser Blog wurde ursprünglich am 31. Oktober 2013 veröffentlicht. Am 20. Juni 2019 wurde er aktualisiert, um zusätzliche relevante Links, weitere Informationen über 3-Phasenstrom, 3-phasige Verdrahtung und 3-phasige Sternschaltungen einzubeziehen, und um zu erläutern, warum Rechenzentren 3-phasige Sternschaltungen verwenden.
Es gibt viele überzeugende Argumente für die Verwendung von 3-Phasenstrom in Ihrem Datenzentrum. Energieversorger können mehr Strom über kompaktere, kostengünstigere Leitungen anliefern als bei einem einphasigen Stromversorgungssystem. Die Verwendung von 3-phasigem Strom ermöglicht außerdem höhere Kapazitäten, da hier drei Wechselströme kombiniert werden, die in der Phase um 120 Grad versetzt sind. (Dadurch wird ein Absinken der Leistung auf den Nullpunkt verhindert).
Bei der Stromversorgung von Rechenzentren erfreut sich insbesondere die 3-phasige Sternschaltung (ein 3-phasiger Stromtyp) wachsender Beliebtheit. Im Folgenden erfahren Sie, warum Sie die 3-phasige Sternschaltung beachten sollten.
Warum sollten Sie 3-Phasenstrom nutzen?
Um die Stromversorgung in Rechenzentren zu beurteilen, müssen Sie zunächst die Unterschiede zwischen einphasiger und 3-phasiger Stromverteilung erkennen.
In den meisten Wohngebäuden (Einfamilienhäusern) erfolgt die Verdrahtung mit einphasigem Strom, d. h. mit einer Wechselspannung, die über zwei stromführende Drähte und einen Nullleiter übertragen wird. Die Speisung der beiden stromführenden Drähte misst 240 V Wechselstrom (für Geräte wie z. B. einen Ofen oder Trockner); die Speisung von der Stromquelle zum Nullleiter misst 120 V Wechselstrom (für andere Geräte).
Die meisten Gewerbebetriebe hingegen sind mit 3-phasigem Strom verdrahtet, der sich aus drei Wechselspannungen zusammensetzt, die jeweils um 120 elektrische Grade (oder ein Drittel eines Zyklus) voneinander getrennt sind. Diese Systeme liefern Strom über drei stromführende Leitungen; die Spannung an zwei beliebigen stromführenden Leitungen entspricht 208 V Wechselstrom. Die Stromlast bleibt zu jedem Zeitpunkt konstant, da die drei einphasigen Stromkreise kontinuierlich Strom liefern (an der Wellenform unten ist dies veranschaulicht).
Aufgrund seiner kontinuierlichen Belastung eignet sich 3-Phasenstrom ideal für Motoren, und der Einsatz von Startkondensatoren ist nicht mehr erforderlich. Auch kompaktere Leitungen werden so möglich (das bedeutet weniger Kupfer, wodurch die Installation günstiger wird und weniger Material benötigt wird) sowie geringere Spannungen, also mehr Sicherheit, für die Übertragung der gleichen Leistung wie bei einphasigem Strom.
Darum sollten Sie die 3-phasige Sternschaltung beachten
Es gibt zwei Schaltkreistypen, die verwendet werden, um eine gleichmäßige Belastung der drei stromführenden Leiter in einem 3-phasigen Stromsystem zu gewährleisten: Vergleichen wir Dreieck- und Sternschaltungen.
Bei der Dreieck-Konfiguration sind die drei Phasen in Form eines Dreiecks miteinander verbunden. Dreieck-Systeme weisen insgesamt vier Verdrahtungen auf: drei stromführende Leiter und eine Erdung.
Sternschaltungen verbinden die drei stromführenden Leiter in Sternform. In der Mitte dieser Konfiguration entsteht ein Neutralpunkt. 3-phasige Sternschaltungen weisen auch einen Nullleiter und eine Erdung auf, insgesamt also fünf Leiter.
Bei einem Vergleich zwischen Dreieck- und Sternschaltung führen beide Systeme 208 V Wechselstrom zwischen zwei beliebigen stromführenden Leitern, aber 3-Phasen-Sternschaltungen führen außerdem 120 V Wechselstrom zwischen einem beliebigen stromführenden Leiter und dem Nullleiter. Der Nullleiter des Sternschaltungssystems ermöglicht also zwei verschiedene Spannungen und versorgt somit sowohl 3-phasige als auch einphasige Geräte im Rechenzentrum.
Auch Dreiecksysteme sind zu berücksichtigen
Dreiecksysteme haben nach wie vor ihre Berechtigung und werden hauptsächlich für große Motoren und Heizelemente verwendet, die keinen Nullleiter benötigen. Dreiecksysteme werden auch bei der Stromübertragung eingesetzt, da ein vierter Nullleiter über viele Kilometer recht kostspielig ist.
Deshalb werden Verteilertransformatoren als Dreieck-Sternschaltung verdrahtet. Dadurch entsteht der Nullleiter, der es dem Transformator ermöglicht, Strom für einphasige Lasten zu liefern.
Geräte mit Dreieckschaltung können auch über eine Sternschaltung gespeist werden, indem der Nullleiter einfach weggelassen wird. In einem Rechenzentrum kann zum Beispiel eine Stromverteilungseinheit (PDU) in einer Dreieck-Konfiguration verwendet werden, solange nur 208 V Wechselstrom benötigt wird; PDUs mit Sternkonfiguration werden verwendet, wenn sowohl 120 V Wechselstrom als auch 208 V Wechselstrom benötigt werden.
3-phasige Sternschaltung im Datenzentrum
Viele der umfangreichen Blade-Server von heute benötigen eine Versorgung mit 208 V Wechselstrom, die mit 120 V Wechselstrom nicht abgedeckt werden kann. Die meisten Rechenzentren haben jedoch auch Geräte mit 120 V Wechselstrom zu versorgen. Aus diesem Grund ist die Stromverteilung über eine 3-phasige Sternschaltung die beste Option für die expandierenden Rechenzentren von heute.
Die große Auswahl an dreiphasigen PDUs für die Montage in einem Schaltschrank und für den vertikalen Einbau ist in Konfigurationen mit Dreieck- und Sternschaltung erhältlich. Alle berücksichtigen unterschiedliche elektrische Eigenschaften, Anforderungen an die Buchsen, Stecker und Einbausteckverbinder sowie die Überwachung und Verwaltung aus der Ferne. Weitere Informationen zu den Lösungen für Rechenzentren von Belden erhalten Sie hier.
Über den Autor
Mike Salvador ist seit 28 Jahren in der Branche tätig. Er kennt die Herausforderungen, Rechenzentren effizient zu betreiben, die Leistung von Netzwerken zu optimieren und hochverfügbare, hochflexible und risikoarme Rechenzentren zu realisieren. Mike Salvador war von 2012 bis 2015 als Technical Solutions Manager bei Belden im Einsatz.