Tuczek, Maximilian Nikolaus (2015)
Experimentelle Untersuchungen zur Mehrfachimpulsbelastbarkeit von Metalloxidvaristoren für Anwendungen in der elektrischen Energietechnik.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die vorliegende Arbeit berichtet über Untersuchungen zur Mehrfachimpulsbelastbarkeit von Metalloxid-Varistoren (MO-Varistoren). Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt dabei auf repetierenden Belastungen hoher Energiedichte, bei denen die Prüflinge zwischen den Belastungen auf Umgebungstemperatur abkühlen. Die Belastungsfähigkeit mit repetierenden Energieeinträgen wird mit jener bei Einzelimpulsbelastungen verglichen. Wie bekannt ist, steigt das Einzelimpulsenergieaufnahmevermögen mit zunehmender Stromdichte der Belastung an. Dies lässt sich auf eine homogenere Stromverteilung im MO-Varistor bei höheren Stromdichten zurückführen. Die in der vorliegenden Arbeit vorgestellten Untersuchungen deuten darauf hin, dass bei hohen Stromdichten die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes der MO-Varistoren zu einer weiteren Homogenisierung der Stromverteilung im Material führt. Der Effekt scheint jedoch so gering zu sein, dass er keinen messbaren Einfluss auf das Einzelimpulsenergieaufnahmevermögen hat. Weiterhin wird durch experimentelle Untersuchungen nachgewiesen, dass kurze Unterbrechungen von Rechteckimpulsenergieeinträgen bis in den Sekundenbereich das Impulsenergieaufnahmevermögen von MO-Varistoren nicht erhöhen. Die vorgestellten Untersuchungen zeigen weiterhin, dass die Belastungsfähigkeit von MO-Varistoren bei repetierenden Energieeinträgen nicht mit dem Einzelimpulsenergieaufnahmevermögen korreliert. Bei geringen Stromdichten liegt sie sehr nahe an dem Einzelimpulsenergieaufnahmevermögen. Bei größeren Stromdichten steigt die Differenz, die Belastungsfähigkeit bei repetierenden Energieeinträgen sinkt jedoch nicht unter den Wert des typischen volumenbezogenen Nennenergieaufnahmevermögens von Standard-Überspannungsableitern. In diesem Zusammenhang wird weiterhin nachgewiesen, dass eine Referenzspannungsänderungen infolge von repetierenden Vorbelastungen kein sicheres Indiz für Vorschädigungen ist, die zu einer Verringerung des Einzelimpulsenergieaufnahmevermögens führen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden in Bezug auf die Stückprüfung von MO-Varistoren, den Einsatz von Überspannungsableitern in elektrischen Energieversorgungsnetzen und die Weiterentwicklung der internationalen Normung für Überspannungsableiter diskutiert.

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