Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

8 Degradation von Metalloxid-Varistoren Seite 123
Die Ergebnisse der hier gezeigten Untersuchungen zeigen, dass der
Beschleunigungsfaktor, der durch eine Prüfung erzielt wird, abhängig von der
eigentlichen Belastung im Dauerbetrieb des Varistors ist. So wäre z. B. keine
zeitraffende Alterungsprüfung des Szenarios in Messung r möglich, da hier schon die
größtmögliche Belastung angesetzt wird. Ist hingegen die beabsichtigte
Dauerbelastung des Varistors der von Messung o ähnlich, so wäre eine maximale
Zeitraffung von kB = 40 durch die Parameter in Messung s möglich. Danach wird durch
2000 Stunden Versuchszeit eine Betriebszeit von 80.000 Stunden (oder 9 Jahren)
nachgebildet, was bei Bestehen der Prüfung einer Mindestlebenserwartung von ca. 9
Jahren entspricht. Eine Erhöhung der Belastung im Varistordauerbetrieb hat dann eine
Reduzierung der Lebenserwartung entsprechend den Werten in Tabelle 8.2 zur Folge.
Ein Bestehenskriterium wird später festgelegt. Abschließend sei noch einmal darauf
hingewiesen, dass diese Betrachtungen nur für tatsächlich alterndes Material gelten;
für nicht alterndes Material lassen sich Lebensdauerbetrachtungen nicht anstellen.
8.2.6 Ausfallverhalten der Varistoren
Da einige der durchgeführten Alterungsversuche zum Ausfall der Prüflinge geführt
haben, lässt sich anhand der Nachmessungen definieren, ab welchem Alterungsgrad
die Prüflinge in der Regel ausfallen. Für diese Erhebung werden allerdings nur
Prüflinge berücksichtigt, die in Folge zu starker Kennlinienalterung ausgefallen sind
und nicht solche, die durch zu hohe Anfangsbelastung bereits nach kurzer
Versuchszeit thermisch instabil geworden sind.
Grundsätzlich ergaben sich zwei typische Ausfallbilder nach Abb. 8.16. Es war
entweder ein Randüberschlag oder ein Durchschlag im Randbereich zu erkennen, was
durch die Elektrodengeometrie erklärt wird: Die verwendeten Elektroden waren im
Durchmesser ca. 5 mm kleiner als die Varistoren, so dass der Randbereich der
Varistoren weniger durch die Elektroden gekühlt wurde als das Innere der
Varistoroberfläche. Auf diese Weise wird im Fall thermischer Instabilität der
Randbereich des Varistors am stärksten elektrisch belastet, da durch eine höhere
Temperatur dort der Widerstand geringer ist als auf der übrigen Oberfläche und es so
bevorzugt zum Ausfall im Randbereich kommt. Alle ausgefallenen Varistoren sind
durch Kurzschluss ausgefallen!
Dadurch, dass die Ausfälle stets im Randbereich erfolgten, war es möglich, den
elektrisch beschädigten Teil des Varistors mit einer Zange herauszubrechen und so
eine Abschlussmessung im Leckstrombereich durchzuführen, wodurch genau