Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

9 Regeln zur Dimensionierung eines vollständigen Schutzkonzeptes mit Varistoren Seite 137
9 Regeln zur Dimensionierung eines vollständigen
Schutzkonzeptes mit Varistoren
9.1 Allgemeines
Nach eingehender Klärung der Theorie, des Betriebsverhaltens sowie des
Alterungsverhaltens von Varistoren zum Überspannungsschutz in umrichtergespeisten
Antrieben wird abschließend vorgestellt, wie die Varistoren und deren Peripherie zu
dimensionieren sind, um nachhaltigen Schutz für die Maschinenwicklung zu erreichen.
Dazu werden verschiedene Betriebsszenarien des Antriebs und der Varistoren
definiert, so dass mit Hilfe bereits vorgestellter Diagramme die Varistoren dimensioniert
werden können. Außerdem sind abhängig von der Belastung Kühlkörper vorzusehen,
deren Art und Größe ebenfalls sorgfältig ausgewählt werden müssen. Abschließend
wird eine Möglichkeit genannt, wie mit Sicherungen bei eventuellem Ausfall der
Varistoren der Antrieb unterbrechungsfrei weiterlaufen kann.
Da die in den Varistoren umgesetzten Leistungen mitunter deutlich höher und die
geforderten Schutzpegel bezogen auf die Dauerspannung niedriger sind, als man es
vom konventionellen Betrieb her gewohnt ist, wurde generell entschieden, Varistoren
mit großem Durchmesser bzw. großer Stirnfläche zu wählen, um geringe Stromdichten
und gute Wärmeabfuhr zu erreichen. Diese große Oberfläche bei geringer Höhe sorgt
darüber hinaus noch wegen der hohen Varistoreigenkapazität für eine linearisierte
Spannungsverteilung in der Statorwicklung. Daher ist die grundsätzliche Geometrie
bereits durch die Einsatzart vorbestimmt, so dass nur noch die Varistorspannung bzw.
die Varistorhöhe an den jeweiligen Applikationsfall anzupassen ist.
Über die Varistorspannung wird letzten Endes der Schutzpegel für die
Wicklungsisolierung eingestellt, wobei bereits in Kapitel 7 gezeigt wurde, dass die
Belastung für den Varistor vom Schutzpegel bzw. der Antriebskonfiguration abhängig
ist. Daher werden hier verschiedene Dimensionierungsbeispiele vorgestellt, um zu
zeigen, wie mit den in dieser Arbeit vorgestellten Diagrammen zu arbeiten ist.
Das eigentliche Ziel der Dimensionierung ist die Festlegung der benötigten
Varistorkennlinie, um eine vorher festgelegte maximale Spannungsüberhöhung an der
Maschine nicht zu überschreiten. Da die Kennlinien der Varistoren in der Regel recht
ähnlich sind, wird an dieser Stelle als Dimensionierungsgrundlage ein Ansatz über die
10-kA-Restspannung vorgeschlagen, die von jedem Hersteller angegeben wird. Der