Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

Seite 148 10 Zusammenfassung, Weiterarbeit und Fazit
Kapitel 3
Der Einsatz von Varistoren zum Überspannungsschutz umrichtergespeister Antriebe
stellt ein völlig neues Anwendungsfeld für Metalloxidableiter dar. Bislang werden diese
nur bei Gleich- oder Wechselspannungsbeanspruchung z. B. in Energieübertragungsund
Verteilungsnetzen eingesetzt, wobei hier die Überspannungsereignisse in der
Größenordnung 1...100 pro Jahr sehr selten sind. Die U-I-Kennlinie eines Varistors
weist einen stark nichtlinearen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung auf,
wobei die Kennlinie in die drei Bereiche Leckstrom-, Durchbruch- und
Hochstrombereich unterteilt wird. Im Leckstrombereich fließt ein überwiegend
kapazitiver Leckstrom durch den Varistor. Der resistive Anteil dieses Leckstroms führt
zu Verlusten im Dauerbetrieb, die eine Erwärmung des Varistors bewirken. Im
Hochstrombereich stellt sich durch eingeprägte Stoßströme die sogenannte
Restspannung am Varistor ein. Bei konventionellem Einsatz wird der Schutzpegel
durch die Restspannung des Varistors bei Nennableitstoßstrom In definiert. Die Ableiter
sind im allgemeinen so dimensioniert, dass Schutzpegel und der Effektivwert der
Dauerspannung im Verhältnis 2,8...3,5 zu 1 stehen.
Mikrostrukturell besteht ein Varistor aus mit Metalloxiden dotiertem, gesintertem
Zinkoxid, das während des Sintervorgangs zu einer Keramik verschmilzt. Die
Korngrenzen zwischen den einzelnen Mikrovaristoren sind wesentlich für den
elektrischen Leitungsmechanismus des Varistors verantwortlich.
Beim Einsatz von Varistoren in umrichtergespeisten Antrieben treten die
Überspannungsereignisse entsprechend der Umrichterpulsfrequenz mehrere tausend
Mal pro Sekunde auf. Außerdem nimmt die maximale Überspannung gerade einmal
den doppelten Wert der Zwischenkreisspannung an, so dass sowohl im Hinblick auf
Anzahl als auch auf die Höhe der Überspannungen die konventionellen
Dimensionierungsregeln nicht anwendbar sind. Zudem sind in dieser Anwendung
Dauer- und Überspannungsbetrieb nicht mehr voneinander trennbar.
Kapitel 5
Zur Nachbildung der Betriebsbedingungen wurden verschiedene Versuchsstände
aufgebaut. Versuchsstand 1 besteht aus einem Motor-Generator-Satz mit
Rückspeiseoption, um verschiedene Belastungssituationen simulieren zu können.
Außerdem kann mittels einer in Labview implementierten Steuerungs- und
Auswerteroutine der Versuchsstand voll automatisch gefahren werden, während mittels
Messwerterfassung alle relevanten Parameter aufgenommen werden. In