Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

Seite 70 6 Grundsätzliches Betriebsverhalten der Varistoren in umrichtergespeisten Antrieben
6.3 Messen der resistiven Komponente bei Umrichterbetrieb
Bislang wurde angenommen, dass die resistive Stromkomponente dem Strom im
Spannungsmaximum entspricht, was für die Betrachtung im Leckstrombereich bei
50-Hz-Wechselspannung mit Sicherheit auch eine hinreichend genaue Annäherung
bedeutet. Wie in Abb. 6.4 zu erkennen ist, fließt resistiver Strom nicht nur unmittelbar
im Spannungsmaximum, sondern vielmehr in einem Zeitintervall, in dem das
Spannungsmaximum liegt. Um nun den genauen Verlauf des resistiven Stroms durch
den Varistor bestimmen zu können, muss der kapazitive Anteil kompensiert werden,
was in der Regel durch eine Kapazität geschieht, die der Varistorkapazität gleich ist.
Die Kompensationsschaltung sieht dabei vor, dem Varistor eine Kapazität parallel zu
schalten, wobei sowohl der Strom durch den Varistor als auch der Strom durch die
Kapazität gemessen werden. Wenn der Wert der Kompensationskapazität der
Varistorkapazität entspricht, fließt durch sie genau der kapazitive Varistorstrom,
welcher dann vom Varistorgesamtstrom subtrahiert wird, um als Ergebnis den
resistiven Varistorstrom übrig zu behalten [CHei 98], [Nai 87].
Allerdings ist es häufig nicht ausreichend, eine gewöhnliche Kapazität zur
Kompensation zu verwenden, da die Varistorkapazität selber noch von der
anliegenden Spannung abhängt [Hin 89]. Eine besonders gute Möglichkeit der
kapazitiven Kompensation liegt in der Kompensation mit der Varistoreigenkapazität.
Dabei wird einem Varistor eine Schaltung aus vier baugleichen Varistoren parallel
geschaltet, wobei die vier Varistoren so verschaltet werden, dass zwei in Reihe und
zwei parallel geschaltet werden, so dass die Kapazität die gleiche ist, wie bei einem
einzelnen Varistor, die Restspannung jedoch die doppelte ist [Ro 09b].
C = ( C || C ) + ( C || C ) = C
(6.7)
Var Var Var Var Var
U = ( U || U ) + ( U || U ) = 2⋅
U
(6.8)
Var Var Var Var Var
Auf diese Weise fließt wegen der nach oben verschobenen Kennlinie durch die
Anordnung aus vier Varistoren nur kapazitiver Strom, der wegen der gleichen Kapazität
aber genau dem entspricht, der durch den einzelnen Varistor fließt ( ikap,4 = ikap,1
). Es sei
erwähnt, dass diese Kompensationsmethode natürlich auch noch nicht perfekt ist, da
die beiden Varistoranordnungen aus einem bzw. vier Varistoren unterschiedlich stark
von der anliegenden Spannung ausgesteuert werden, so dass wegen der
spannungsabhängigen Kapazität die wirksamen Kapazitäten immer noch nicht
hundertprozentig gleich sind. Der resistive Strom durch die Anordnung aus vier
Varistoren ist annähernd Null ( ires,4 ≈ 0 ). Durch den einzelnen Varistor fließt aber wie