Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

7 Spezielles Betriebsverhalten von Varistoren beim Einsatz in umrichtergespeisten Antrieben Seite 79
und Blitzstoßschutzpegel von Ableitern eingegangen wurde, wird an dieser Stelle der
Parameter Up inv eingeführt, der dem Schutzpegel des Varistors beim Betrieb am
Frequenzumrichter entspricht. Up inv wird in der Regel im Bereich der größten
Nichtlinearität auf der U-I-Kennlinie des Varistors liegen und je nach
Systemkonfiguration (Kabelimpedanz) die Spannung bei Strömen zwischen 1 A und
10 A repräsentieren.
7.1.2 Einfluss der Kabelimpedanz
In Kap. 6.1 wurde bereits erläutert, welchen Einfluss die Impedanz des
Verbindungskabels auf die Spannungsreflexion und auf die Kurvenform der Spannung
an der Maschine hat. An dieser Stelle wird nun näher darauf eingegangen, inwiefern
die Kabelimpedanz bzw. der Kabeltyp sich auf die Varistorspannungsamplitude bzw.
die Belastung des Varistors auswirkt.
Dazu wurde zunächst einmal detailliert untersucht, welche Überspannungen und
Spannungssteilheiten sich ohne Varistor beim Einsatz von verschiedenen Kabeltypen
ergeben. Bei Variation der Zwischenkreisspannung von UZK = 400 V bis 700 V wurden
in den beiden Versuchsständen 1 und 2 verschiedene Verbindungskabel verwendet
und die reflektierte Spannung in Abb. 7.5 nach Amplitude und Spannungssteilheit
ausgewertet. Die minimale Anstiegszeit der Umrichterspannung ist mit 120 ns in
Versuchsstand 1 deutlich geringer als mit 300 ns in Versuchsstand 2, was
Auswirkungen sowohl auf die Reflexion als auch auf die maximale Steilheit hat. Nach
(2.34) und (2.35) errechnen sich die kritischen Längen der untersuchten Kabeltypen zu
den Werten in Tabelle 7.1.
Tabelle 7.1: Kritische Längen der verwendeten Kabeltypen in den Versuchsständen 1
und 2
2 tp bei
lkrit
Kabeltyp Länge
vp = 150 m/µs Versuchsstand 1 Versuchsstand 2
1 22 m 292 ns
2 21 m 280 ns
5 45 m 600 ns
6 98 m 1306 ns
11,25 m 26,25 m
Demnach ist die Länge der Kabeltypen 1 und 2 in Versuchsstand 2 kürzer als die
kritische Länge, so dass es nicht zur maximalen Spannungserhöhung kommen kann
(kS < 1 + ru), was in Abb. 7.5 klar zu erkennen ist. Wegen der kürzeren Anstiegszeit des
Umrichters in Versuchsstand 1 ist die kritische Länge hier kürzer, und es kommt bei
allen verwendeten Kabeltypen zur größtmöglichen Reflexion (kS ≈ 1 + ru). In Abb. 7.5