Grundlagen zu 3-Phasen-Strom bei großen Bühnen- und Eventlicht-Anlagen

Drehstrom (Dreiphasenwechselstrom) ist eine Versorgung mit drei Außenleitern, deren Spannungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihren Höchstwert erreichen, jeweils um 120 Grad versetzt. Bühnen- und Eventscheinwerfer laufen trotzdem mit ganz normalem Einphasenstrom. Ein Drehstrom-Stromverteiler nimmt die große Einspeisung auf und teilt sie in normale Stromkreise auf. Ihre Aufgabe ist es, die Scheinwerfer so auf die drei Phasen zu verteilen, dass keine einzelne Phase den Großteil der Last trägt.

Wann ein Licht-Rig Drehstrom braucht

Die meisten Rigs von mobilen DJs, Kirchen und Schulen laufen problemlos an einigen einphasigen Stromkreisen. Drehstrom kommt ins Spiel, wenn die Gesamtlast über das hinauswächst, was Wandsteckdosen liefern können. Zur Einordnung: Bei 230 V liefert ein Steckdosenstromkreis mit 16 A etwa 2,9 kW Dauerlast bei der üblichen Planungsgrenze von 80%. Eine Drehstromversorgung mit 32 A liefert etwa 17,6 kW, verteilt auf drei Phasen.

Drehstrom begegnet Ihnen meist an einer dieser Stellen:

• Ein Bühnenstromanschluss der Location. Theater, Arenen, größere Hallen und manche Hotelsäle haben einen eigenen Anschluss oder Trennschalter für Tournee-Rigs. In den USA wird das oft „Company Switch“ genannt.
• Ein Generator. Generatoren für Festivals, Zelte und Freiluftbühnen mit mehr als einigen Kilowatt sind oft dreiphasig.
• Ein gemieteter Stromverteiler. Verleihfirmen für Veranstaltungstechnik liefern Verteilerkästen, die an eine der beiden oben genannten Quellen angeschlossen werden.

Spannungen und Steckverbinder nach Region

Jede Phase gegen den Neutralleiter gemessen ergibt die normale einphasige Spannung. Zwischen zwei Phasen gemessen erhalten Sie eine höhere Spannung, nämlich das 1,732-Fache der Spannung zwischen Phase und Neutralleiter.

Drehstromversorgungen in Japan haben meist 200 V und sind anders aufgebaut, überlassen Sie den Anschluss also dem Elektriker der Location. Überall gilt: Ihre Scheinwerfer erwarten die niedrigere Spannung. Viele LED-Scheinwerfer akzeptieren 100–240 V, aber ein Gerät, das in einem 400-V-System zwischen zwei Phasen angeschlossen wird, wird zerstört. Deshalb stecken Sie nur in die Ausgänge, die ein Stromverteiler bereitstellt, und basteln niemals einen Adapter.

Was ein Stromverteiler eigentlich macht

Ein Stromverteiler nimmt die Drehstrom-Einspeisung auf und teilt sie in abgehende einphasige Stromkreise auf. Jeder Stromkreis ist mit einer Phase sowie Neutral- und Schutzleiter verbunden, hat seinen eigenen Sicherungsautomaten und bei einem gut gebauten Verteiler einen FI-Schutzschalter (RCD bzw. GFCI). Die Ausgänge sind nach Phase beschriftet: L1, L2 und L3 in Europa und Australien, in Nordamerika oft A, B und C oder X, Y und Z. Viele Verteiler haben außerdem Anzeigen, die den Strom auf jeder Phase zeigen.

Jeder abgehende Stromkreis folgt weiterhin den normalen einphasigen Regeln. Ein Stromkreis mit 16 A bei 230 V kann dauerhaft etwa 2.940 W tragen, also zehn Scheinwerfer mit 285 W. Ein Stromkreis mit 20 A bei 120 V kann etwa 1.920 W tragen, also sechs davon.

Phasenausgleich mit echten Zahlen

Nehmen Sie ein mittelgroßes Event-Rig: zwölf ZQ02253 Moving Heads mit 285W (3.420 W), vierundzwanzig PAR-Scheinwerfer mit 145 W (3.480 W) und acht Wall Washer mit 250 W (2.000 W). Das sind insgesamt 8.900 W. Verwenden Sie für Ihre eigene Planung die Leistungsangaben aus der Bedienungsanleitung des jeweiligen Geräts; diese Zahlen dienen nur dem Beispiel.

Auf einer einzigen Phase würden 8.900 W bei 230 V etwa 38,7 A oder bei 120 V 74,2 A ziehen. Auf drei Phasen verteilt sieht das ganz anders aus.

Im ausgeglichenen Plan heben sich die Ströme der drei Phasen im Neutralleiter größtenteils auf. Im unausgeglichenen Plan leistet L1 den Großteil der Arbeit, der Neutralleiter führt nennenswerten Strom, und die Spannung auf der stark belasteten Phase kann einbrechen. Bei einer Versorgung mit 32 A und 230 V liegt die Planungsgrenze von 80% bei 25,6 A pro Phase. Das unausgeglichene L1 ist also schon nah dran, während L2 und L3 weitgehend ungenutzt bleiben. Die Werte für den Neutralleiter setzen hier einfache ohmsche Lasten voraus. Viele LED-Treiber und Schaltnetzteile können zusätzlichen Strom im Neutralleiter verursachen, selbst wenn die Phasen ausgeglichen aussehen – ein weiterer Grund, den Neutralleiter in vollem Querschnitt zu belassen und die Verkabelung des Stromverteilers qualifizierten Fachleuten zu überlassen.

So erstellen Sie einen Phasenplan

1. Listen Sie jedes Gerät mit seiner Leistung laut Bedienungsanleitung oder Typenschild auf. Berücksichtigen Sie Nebelmaschinen, gemietete Hazer, Medienserver und den Regieplatz.
2. Fassen Sie die Geräte zu Stromkreisen zusammen. Halten Sie jeden Stromkreis bei höchstens 80% des Nennwerts seines Sicherungsautomaten.
3. Verteilen Sie jeden Gerätetyp auf alle drei Phasen. Wenn ein Cue alle Moving Heads auf volle Leistung fährt, sollte die Last auf L1, L2 und L3 gemeinsam steigen. Das bedeutet auch: Fällt eine Phase aus, verlieren Sie ein Drittel jedes Gerätetyps statt aller Wash-Scheinwerfer im Raum.
4. Summieren Sie jede Phase. Versuchen Sie, die drei Summen so nah beieinander zu halten, wie es vernünftig möglich ist. Ein Unterschied von einigen hundert Watt ist normal; eine Phase mit der doppelten Last einer anderen nicht.
5. Beschriften Sie alles. Markieren Sie Phase und Stromkreis an jedem Kabelende und im Lichtplan, und notieren Sie die Summen pro Phase dort, wo die Crew sie sehen kann.
6. Prüfen Sie im Betrieb. Lassen Sie bei vollem Weiß des Rigs den Verteilertechniker oder Elektriker die Anzeigen pro Phase ablesen. Prüfen Sie erneut, sobald ein Gerät hinzukommt oder umgehängt wird.

Betrieb an einem Drehstrom-Generator

Auf Generator-Typenschildern stehen meist kVA und kW. Geplant wird mit dem kW-Wert, und viele Typenschilder setzen einen Leistungsfaktor von 0,8 voraus, sodass ein Gerät mit 20 kVA typischerweise etwa 16 kW leistet. Planen Sie Ihre Dauerlast bei höchstens 80% davon, in diesem Fall etwa 12,8 kW – das sind bei ausgeglichener Last rund 18,6 A pro Phase bei 230 V.

• Am Generator ist der Phasenausgleich noch wichtiger. Ungleiche Phasen erschweren die Spannungsregelung des Generators. Fragen Sie die Verleihfirma, welche Schieflast ihr Gerät verträgt.
• Sagen Sie dem Lieferanten, dass Ihre Lasten überwiegend LED sind. Elektronische Netzteile können beeinflussen, wie ein Generator dimensioniert und geregelt werden sollte.
• Erdung und Aufstellung richten sich nach dem Lieferanten und den örtlichen Vorschriften. Halten Sie den Generator von Publikum und Lüftungsansaugungen fern und planen Sie Kraftstoff für die gesamte Laufzeit plus Aufbau und Einleuchten ein.

Sicherheitsgrenzen, die Sie nicht überschreiten

• Anschlüsse an die Drehstromversorgung einer Location stellt eine qualifizierte Elektrofachkraft her. Vielerorts ist das gesetzlich vorgeschrieben und nicht nur gute Praxis.
• Öffnen Sie keinen Stromverteiler und verdrahten Sie keine Steckverbinder selbst neu. Melden Sie beschädigte Stecker, warme Steckverbindungen oder auslösende FI-Schutzschalter der für die Stromversorgung verantwortlichen Person.
• Verwenden Sie niemals einen Adapter, der den Neutralleiter weglässt oder gemeinsam nutzt. Bricht in einem Drehstromsystem der Neutralleiter, kann die Spannung auf schwach belasteten Phasen bis in Richtung der Spannung zwischen den Phasen steigen und die dort angeschlossenen Geräte zerstören.
• Nutzen Sie FI-Schutzschalter (RCD bzw. GFCI) an abgehenden Stromkreisen, besonders im Freien, und halten Sie Steckverbinder von nassem Boden fern.
• Halten Sie sich an örtliche Vorschriften. Die Anforderungen an temporäre Stromversorgung unterscheiden sich zwischen Ländern, Locations und Versicherern. Fragen Sie im Zweifel den Elektriker der Location vor dem Aufbau, nicht währenddessen.

Häufige Fragen

Gibt es dreiphasige Bühnenscheinwerfer?

Fast alle Bühnenscheinwerfer, darunter PAR-Scheinwerfer, Moving Heads und Wall Washer, sind einphasige Verbraucher. Dreiphasig sind die Versorgung und der Stromverteiler, der sie speist. Manche großen Dimmerracks und Kettenzüge nehmen direkt eine Drehstrom-Einspeisung auf.

Spielt das Drehfeld bei Licht eine Rolle?

Nicht bei einphasigen Geräten. Es spielt eine Rolle bei Drehstrommotoren wie manchen Kettenzügen, bei denen ein falsches Drehfeld den Zug in die falsche Richtung laufen lässt. Der Rigger oder Elektriker prüft das beim Anschließen der Kettenzüge.

Woran erkenne ich, ob mein Rig Drehstrom braucht?

Addieren Sie die Dauerlast und vergleichen Sie sie mit dem, was die einphasigen Stromkreise der Location bei 80% ihres Nennwerts liefern können. Braucht das Rig mehr Stromkreise, als der Raum hat, oder mehr, als ein einzelner Anschlusspunkt liefern kann, fragen Sie nach einem Drehstrom-Bühnenanschluss oder einem Generator.

Lassen sich die Phasen perfekt ausgleichen?

Selten, und das ist auch nicht nötig. Geräte haben feste Wattzahlen, und Cues verändern die Last den ganzen Abend. Halten Sie die Summen bei voller Leistung nah beieinander und achten Sie darauf, dass keine Phase ihre Planungsgrenze überschreitet.