Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

6 Grundsätzliches Betriebsverhalten der Varistoren in umrichtergespeisten Antrieben Seite 69
Mit Varistor steigt das Verhältnis aus Laufzeit zu Periodendauer nach (6.5) proportional
zur Wurzel der Kabellänge. Ohne Varistor liegt das Verhältnis oberhalb der kritischen
Länge in der Nähe des theoretischen Wertes 0,25, wobei bei längeren Kabeln das
Verhältnis kleiner wird bzw. die Periodendauer der Schwingung größer wird; die
Motorkapazität schließt das Kabel leicht kapazitiv ab, und es kommt zu den
Aufladevorgängen nach (6.4) und (6.5); wegen der vergleichsweise geringen
Motorkapazität (CMotor < 1 nF, nach [Ber 98]) ist dieses Verhalten hier allerdings
deutlich weniger ausgeprägt als bei Antrieben großer Leistung. Somit besitzt die
reflektierte Spannung eine minimale Zeitabhängigkeit, die zu der Verlängerung der
Periodendauer führt. Unterhalb der kritischen Länge ist das Verhältnis ebenfalls
abhängig von der Wurzel der Kabellänge, da es sich hier um ein elektrisch kurzes
Kabel handelt und sich dem entsprechend keine Wanderwelle, sondern eine
Resonanzschwingung ausbildet, deren Resonanzfrequenz abhängig von der Wurzel
der Induktivität und somit in solcher Weise abhängig von der Kabellänge ist. Abb. 6.9
zeigt den gemessenen Betrag der Impedanz des Leitungsabschlusses mit und ohne
Varistor. Danach ist für Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz fr das Verhalten
der Impedanz ohmsch-induktiv, für f = fr ist das Verhalten rein ohmsch und für f > fr ist
das Verhalten kapazitiv. Nach Kaufhold ist für elektrisch kurze Kabel das Verhalten der
Impedanz überwiegend kapazitiv, und es liegt der oben angesprochene LC-
Schwingkreis vor. Beim Vergleich der beiden Impedanzgänge in Abb. 6.9 fällt auf, dass
die Resonanzfrequenz sich durch die Kapazität des Varistors zu kleineren Frequenzen
hin verschiebt, so dass die angesprochene LC-Schwingung auch bei längeren Kabeln
auftritt, was ebenfalls erklärt, warum die Periodendauer der Schwingung mit Varistor
auch für lange Kabel nicht konstant ist, sondern mit der Wurzel der Kabellänge steigt.
Betrag der Impedanz / Ω
100000
10000
1000
100
10
1
Impedanzgang Motor
Impedanzgang Varistor
Impedanzgang Motor + Varistor
10 100 1000 10000 100000 1000000
Frequenz / Hz
Abb. 6.9: Gemessene Impedanzgänge von Motor VEM (Sternschaltung)
und Varistor Prüfling 1
fr