Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

Seite 36 3 Konventioneller Einsatz von Metalloxidvaristoren als Überspannungsableiter
Als mathematischer Ausdruck für die gesamte Kennlinie ergibt sich dann:
I k U α
= ⋅ (3.2)
k ist dabei ein konstanter Faktor, der je nach Material unterschiedliche Werte annimmt.
Bezogene Spannung Û/U 10 kA
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
10 -6
Uc
Bereich 1
α = 3...10
U10 kA
10 -5
TVar: Varistortemperatur
10 -4
TVar
10 -3
U1
10 -2
Bereich 2
α = 10...100
I k U α
= ⋅
10 -1
10 0
Strom / A
10 1
Abb. 3.1: U-I-Kennlinie eines Varistors
Die U-I-Kennlinie wird in drei Bereiche unterteilt: Im Bereich 1, dem
Vordurchbruchbereich oder Leckstrombereich, wird Gleich- oder Wechselspannung an
den Varistor angelegt, und es fließen vergleichsweise geringe Ströme, wodurch wenig
Verlustleistung umgesetzt wird. Die Dauerspannung Uc liegt gewöhnlich im Bereich
geringer Nichtlinearität, so dass geringe Spannungs- und Temperaturschwankungen,
wie sie öfter im Betrieb vorkommen, keinen großen Verlustleistungsanstieg zur Folge
haben. Bereich 3 ist der Schutzbereich des Varistors, in dem der Varistor bei hohen
eingeprägten Strömen auf die Spannung entsprechend seiner Kennlinie begrenzt. Als
charakteristischer Schutzpegel wird meist die Spannung angegeben, die sich einstellt,
wenn ein Stoßstrom der Form 8/20 μs und der Amplitude I = 10000 A durch den
Varistor fließt. Man spricht hier von der sog. 10-kA-Restspannung, und
dementsprechend wird der gesamte Bereich 3 auch Hochstrom- oder
Restspannungsbereich genannt. Bereich 2 ist der Durchbruchbereich, der für den
konventionellen Einsatz von Varistoren nahezu keine praktische Bedeutung hat.
Stoßströme haben in der Regel eine zu hohe Amplitude, als dass der
Durchbruchbereich für sie von Bedeutung wäre, und bei Wechsel- oder
Gleichspannungen könnten die Ströme nur schwer aufgebracht werden, um den
Varistor im Durchbruchbereich zu betreiben; außerdem hätte ein längerer Betrieb im
Durchbruchbereich die baldige Zerstörung des Varistors zur Folge, da er nach kurzer
U2
I1 I2
10 2
Bereich 3
α = 10...5
10 3
TVar
10 4
10 5