Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

Seite 44 4 Aufgabenstellung und Zielsetzung
Umrichterausgangsspannung eine Überspannung an der Maschine überlagert ist.
Neben der Problematik der Dimensionierung werden sich auch völlig neue Fragen in
Bezug auf Materialalterung beim Betrieb von MO-Varistoren in umrichtergespeisten
Antrieben ergeben: Sind beim konventionellen Einsatz maximal 1000
Überspannungsereignisse in zehn Betriebsjahren zu erwarten, so ist diese Zahl in der
neuen Anwendung bei einer Pulsfrequenz von fP = 1 kHz bereits nach einer Sekunde
erreicht; anders herum summiert sich die Zahl der Überspannungen hier innerhalb von
zehn Jahren auf die beachtliche Zahl von
11
3,15 ⋅ 10 !
4.2 Lösungsansatz und zu beantwortende Kernfragen
Vereinzelte Versuche, die Überspannungen mit handelsüblichen Elektronikvaristoren
von ca. einem Zentimeter Durchmesser zu begrenzen, sind wegen der großen
Energiedichte und der sehr großen Stromdichten gescheitert, so dass der Einsatz von
MO-Varistoren für diesen Anwendungsfall als „nicht möglich“ eingestuft wurde. Nun
wurde aber in Kap. 3.2 gezeigt, dass durch geringe Stromdichten durchaus kleine
Schutzpegel erreichbar sind: Ein zehnfach größerer Radius bei gleicher Höhe des
verwendeten Varistors hat eine hundertfach größere Oberfläche und gleichzeitig eine
hundertfach kleinere Stromdichte zur Folge, welche wiederum ca. 20 % weniger
Spannungsfall am MO-Varistor mit sich bringt. Außerdem bedeutet eine größere
Oberfläche eine deutlich verbesserte Wärmeabfuhr, so dass auch thermisch stabiler
Betrieb mit solchen Varistoren nicht mehr unmöglich zu sein scheint. Daher liegt der
Hauptansatzpunkt in dieser Arbeit zur Realisierung eines funktionierenden
Schutzkonzeptes mit MO-Varistoren in der Anpassung der Geometrie an die neuen
elektrischen Verhältnisse.
Zur Klärung der Alterungsproblematik werden MO-Varistoren aus verschiedenen
Materialien von unterschiedlichen Herstellern untersucht und die Ergebnisse einander
gegenübergestellt, so dass zumindest qualitativ eine Aussage möglich sein wird,
welches Material sich am besten für die Anwendung eignet. Eine Aussage über „die
perfekte Materialrezeptur“ wird in der vorliegenden Arbeit nicht gemacht werden
können, da die mikrophysikalische Diskussion der Varistormaterialien nicht
Gegenstand dieser Arbeit ist.
Die Aufgabenstellung für diese Arbeit bestand nun darin zu klären, unter welchen
Voraussetzungen man sich die spannungsbegrenzende Eigenschaft von
Metalloxidvaristoren zu Nutze machen kann, um elektrische Maschinen gegen