Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

9 Regeln zur Dimensionierung eines vollständigen Schutzkonzeptes mit Varistoren Seite 143
In den Beispielrechnungen wurden die Verlustleistungen bzw. Kühlkörperdimensionen
pro Varistor angegeben. Im fertigen Produkt werden die drei Varistoren aus
Platzgründen aber sehr nahe beieinander angeordnet sein, so dass sich die einzelnen
Kühlkörper gegenseitig in ihrer Kühlleistung beeinflussen werden, was an dieser Stelle
nicht berücksichtigt wurde. Darüber hinaus zeigt sich hier, dass die Pulsfrequenz des
Antriebssystems der am stärksten einschränkende Parameter in Bezug auf
Realisierbarkeit des Schutzkonzeptes ist.
In den Beispielen wurde eine Pulsfrequenz von fP = 3 kHz angenommen, was für
Antriebe kleiner Leistung eher eine Untergrenze darstellt. In der Regel sind bei
Antriebsleistungen bis ca. 20 kW Pulsfrequenzen von bis zu 20 kHz realisierbar. Da
aber die Verlustleistung in den Varistoren linear mit der Pulsfrequenz steigt, wird der
Kühlaufwand bei höheren Pulsfrequenzen immens und nicht mehr umsetzbar. U. a.
aus diesem Grund wird empfohlen, das Schutzkonzept in Antriebssystemen größerer
Leistung umzusetzen, da hier die Pulsfrequenzen deutlich kleiner sind und so der
Kühlaufwand vergleichbar gering bleibt. Außerdem wird die Verlustleistung der
Varistoren in die Energiebilanz des Antriebssystems mit eingerechnet – lässt man
maximal 1 ‰ zusätzliche Verluste durch die Varistoren zu, so wäre ein Einsatz bei ca.
100 W Varistorverlustleistung erst ab 100 kW Antriebsleistung realistisch.
9.4 Auswahl und Dimensionierung der Sicherungen
In Kap. 8.2.6 wurde auf das Ausfallverhalten der Varistoren in der angesprochenen
Anwendung eingegangen. Hier stellte sich heraus, dass die Varistoren in jedem Fall als
Kurzschluss in Folge eines Randüberschlages oder eines Durchschlages ausfallen, so
dass der Antrieb nach Ausfall nur eines Varistors wegen Überstroms abschalten
würde. Normalerweise stellen die Überspannungen in Folge von Wanderwellen nur im
Langzeitbetrieb eine Gefahr für die Wicklungsisolation dar, so dass nach Ausfall des
Überspannungsschutzes eigentlich kein Anlass zur sofortigen Abschaltung des
Antriebes besteht. Daher wird hier die Möglichkeit gezeigt, durch Einsatz einer
Schmelzsicherung den ausgefallenen Varistor vom Antriebssystem zu trennen und so
die Maschine ohne Überspannungsschutz in der betroffenen Phase unterbrechungsfrei
weiterbetreiben zu können, bis sich die Möglichkeit ergibt, den defekten Varistor zu
wechseln. Dementsprechend wird die Prinzipschaltung der Varistoren zwischen Phase
und Erde aus Abb. 6.1 um jeweils eine Schmelzsicherung pro Phase nach Abb. 9.3
erweitert, wobei die Sicherung möglichst auf die Hochpotentialseite des Varistors
geschaltet werden sollte, um sogar den Wechsel eines defekten Varistors im laufenden
Betrieb zu ermöglichen.