Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

Seite 50 5 Versuchstechnik und verwendetes Material
Die Wellenwiderstände Z1 und Z2 in Tabelle 5.3 wurden bestimmt durch
Wellenanpassung des Kabels mit einem Potentiometer, während alle Phasen mit einer
10 kHz-Rechteckspannung von 12 V Amplitude gespeist wurden. Das Potentiometer
wurde so eingestellt, dass Wellenanpassung herrschte, und anschließend wurde sein
Wert gemessen, welcher dann dem Wellenwiderstand des Kabels entsprechen musste
(vgl. Tabelle 2.3). Wie in Kap. 2.1.2 erwähnt, hat ein vieradriges Kabel zwei
Wellenwiderstände mit unterschiedlichen Werten – je nachdem, ob zwei nahe
beieinander oder zwei weiter entfernt liegende Adern betrachtet werden [Mag 09]. Der
Unterschied der beiden Wellenwiderstände liegt bei den gemessenen Kabeln zwischen
10 % und 20 %, wobei zwei nahe beieinander liegende Adern stets den kleineren
Wellenwiderstand Z1 haben.
5.4 Verwendete Varistoren zur Spannungsbegrenzung an der Maschine
Bei einer Netzspannung von 400 V erreicht die Zwischenkreisspannung im Umrichter
etwa 560 V, was bei einem Reflexionsfaktor von ru = 1 einer maximalen temporären
verketteten Überspannung von 1120 V an der Maschine entspricht. Die maximale
Leiter-Erde-Überspannung an der Maschine liegt dann bei etwa 900 V. Mit Blick auf die
Varistoren kann wegen der permanent auftretenden Überspannungen bei dieser
Anwendung nicht mehr streng zwischen Schutzpegel und Dauerbetriebsspannung
unterschieden werden. Es handelt sich hier vielmehr um eine Betriebsspannung, der
repetierende Transienten überlagert sind, deren Höhe wiederum durch die Wahl der
Varistorkennlinie vorgegeben wird. Die Absolutwerte der auftretenden
Überspannungen machen es notwendig, Varistoren für Spannungsbereiche von nur
wenigen Hundert Volt zu wählen, die gleichzeitig aber auch in der Lage sein müssen,
dauerhaft große Leistungen abführen zu können. So kann die Wahl nur auf Prüflinge
fallen, die wenige Millimeter hoch sind, um die geringen Spannungen zu garantieren,
die aber auch einen großen Durchmesser haben, um geringe Stromdichten zu erhalten
und um außerdem eine große Oberfläche für ausreichende Wärmeabfuhr zu haben.
Auf das genaue Betriebsverhalten der Varistoren wird an späterer Stelle noch genau
eingegangen. Hier werden zunächst nur die grundsätzlichen Daten der verwendeten
Prüflinge vorgestellt.
Bei den Prüflingen handelt es sich um Varistoren verschiedener Hersteller, die
ursprünglich für die Verwendung in Niederspannungs-Gleichstrombahnsystemen
vorgesehen sind (siehe z. B. [ABB 07], [Sie 09]). Daher sind im ersten Ansatz weder
das Material noch die elektrischen und mechanischen Dimensionen auf den