Bröker, Maike (2020):
Metalloxidvaristoren in Gleichstromschaltervorrichtungen.
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.25534/tuprints-00011401,
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Um den Ausstoß von klimaschädlichen Gasen zu reduzieren, findet in der Europäischen Union (EU) und insbesondere auch in Deutschland ein intensiver Ausbau der Erneuerbaren Energien statt. Das stellt die derzeitigen Energieverteilsysteme vor große Herausforderungen. Neben einer effizienten Möglichkeit der Speicherung von ungenutzter Energie liegen oft große Distanzen zwischen dem Ort der Energieerzeugung und den Verbrauchern. Für den Energietransport ist ein Gleichstromnetz besser geeignet als das bestehende Wechselstromnetz. Für den sicheren Betrieb eines vermaschten Gleichstromnetzes sind Gleichstromschalter notwendig. Verschiedene Konzepte sind derzeit in der Entwicklungsund Erprobungsphase. Die Herausforderung besteht darin, dass es keinen natürlichen Stromnulldurchgang gibt, der im Fall eines Wechselstromschalters zum Lichtbogenlöschen dient. Unabhängig von dem betrachteten Gleichstromschalterkonzept ist es notwendig, ein Element in den Schalter zu integrieren, welches die einzelnen Elemente des Schalters vor Überspannungen schützt und die in den Netzinduktivitäten gespeicherte Energie aufnimmt. Eine Möglichkeit, die Energie abzuführen, ist ein Metalloxid-Varistor (MO-Varistor) in Form eines Überspannungsableiters, wie er in Wechselstromnetzen zum Schutz von Betriebsmitteln vor Überspannungen eingesetzt wird. Da ein MO-Varistor in einem Gleichstromschalter anderen Belastungen ausgesetzt ist als während des Betriebs in einem Wechselstromnetz, wird in dieser Arbeit eine Untersuchung bezüglich der Tauglichkeit bereits kommerziell erhältlicher MO-Varistoren innerhalb dieses neuen Einsatzgebietes durchgeführt. Die vorliegende Arbeit stellt einen zu Prüfzwecken eigens konzipierten Versuchskreis sowie ein Verfahren für die systematische Untersuchung kommerziell erhältlicher MO-Varistoren hinsichtlich der Veränderung ihres elektrischen Verhaltens aufgrund der neuartigen Belastungen vor. Die Untersuchung soll zeigen, ob die MO-Varistoren den verursachten Belastungen standhalten. Es wurden MO-Varistoren verschiedener Hersteller unter Variation mehrerer Parameter in Dauerversuchen belastet. Die erzielten Ergebnisse finden sich in einer Gegenüberstellung und Diskussion wieder. Sie belegen, dass sich MO-Varistoren aus konventionellem Material, wenn sie gleichstromstabil sind, für den Einsatz in einem Gleichstromschalter eignen. Ziel war es zudem, Parameter heraus zu arbeiten, die das elektrische Verhalten beeinflussen, und Erfahrungen zu sammeln, die bei der Erstellung von notwendigen Teststandards behilflich sein können. Sie werden abschließend diskutiert.

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