Dampfradioforum

Hallo Dampfradioforum,

in einem anderen Thread habe ich über den Anschluss eines Notstromaggregats an meine Etage berichtet.
Der Generator liefert 400 V "Drehstrom" (Drei-Phasen-Wechselstrom).
Heute vormittag ergab sich auf meiner Etage eine Überlastung einer von drei 230-V~ Netz-Phasen durch einen defekten Überspannungs-Ableitungs-Zwischenstecker; die Überlastungs-Sicherung des Notstromaggregats sprach an und trennte korrekt alle drei Phasen.

Nach Abtrennen des Gestank und schwarzen Rauch ausstoßenden Überspannungs-Ableitungs-Zwischensteckers war die Überlastung beseitigt. Das Gerät enthält einen (jetzt verkohlten) VDR zwischen Phase und Nulleiter.

Gab es eine Überspannung?

Oder gibt es das, dass der VDR einfach durch Alterung niederohmig geworden und dadurch verbrannt ist?

Oder könnte eine erhebliche (aber unbeabsichtigte) Asymmetrie der Belastung der drei Phasen (Sternschaltung) die Überspannung dieser einen Phase verursacht haben?

Gruß
Georg

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Ein guter Irrtum braucht solide Fehlannahmen.

Hallo Georg,

ein VDR (Varistor) besteht aus gesinterten Metalloxid-Körnern. An den gegenseitig anstoßenden Körnern bildet sich jeweils ein kleiner Varsitor mit einer Durchbruchspannung 3...4 V.

Durch die Reihenschaltung vieler Korngrenzen (Dicke der Varistorscheibe) wird die Durchbruchspannung der gesamten Scheibe eingestellt.

Bei gelegentlicher kurzer Überlastung backen einzelne Varistorzellen zusammen, dadurch sinkt die Durchbruchspannung der gesamten Scheibe bzw. der Leckstrom steigt an. Geschieht dies an mehreren Zellen der Reihenschaltung, steigt der Leckstrom so stark an, dass der Varistor überhitzt wird.

Normalerweise schaltet man eine Schmelzsicherung vor einen Varistor, damit diese den Stromkreis definiert unterbricht, wenn der Varistor zerstört wird.


Bei einem Generator wird die Ausgangsspannung geregelt. Der Regler reagiert auf Lastwechsel aber nicht unendlich schnell, dabei kann die Spannung kurzzeitig zu hoch werden.


Bernhard

Danke, Bernhard.
Passieren die geschilderten Vorgänge im Varistor nur bei "Überlastung" im engeren Sinne, oder auch bei wiederholten geringeren Strömen?
Idee: Könnte die Parallelschaltung zahlreicher Varistoren das Durchbrennen bei häufig wiederholter Überspannung verhindern?

Oder gibt es Varistoren, die wesentlich größere Leistungen "verdauen"? (Ich habe schon die größten im Elektronik-Handel erhältlichen verwendet).

Seht ihr eine Möglichkeit, meine Geräte vor Überspannung besser zu schützen als durch Varistoren?

Wie schlimm ist eine asymmetrische Belastung der drei Phasen?
D.h., wie genau muss ich ausrechnen, welche Belastung auf welche der drei L1, L2 und L3 entfallen?

Mir sind Schaltungen bekannt, welche den Anlaufstrom begrenzen. Aber gibt es auch Schaltungen, welche die plötzliche Entlastung bei Abschaltung einer größeren Last (hier prof. Klopf-Staubsauger) abfedern?

Danke im voraus für eure Antworten.
Georg

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Hallo Georg,

Korngrenzen werden nur bei hoher Energie zerstört. Manche Hersteller, z. B. TDK Epcos (vormals Siemens) geben an, welche Stoßenergie wie häufig absorbiert werden darf. Geringe Energie vertragen Varistoren beliebig oft.

Beispiel: bedrahteter Varistor mit 25 mm Scheibendurchmesser:
https://www.tdk-electronics.tdk.com/inf ... oR_S25.pdf
Je nach Toleranz der Generatorspannung wird man drei Varistoren mit Nennspannung AC 250 V oder 275 V verwenden. Aus dem Beispiel also
S25K250E4R12 oder
S25K275E4R12
Die vertragen bei der
Impulsform 8/20µs:
- 20 kA einmalig oder
- 15 kA 15 mal oder bei
Rechteckimpuls 1 ms:
- 650 A einmalig oder
- 17 A beliebig oft

Hatten die verwendeten Varistoren ausreichend hohe Spannung?

Varistoren gleichen Typs kann man parallel schalten. Die Kennlinien sind nicht so steil wie bei Z-Dioden, trotzdem verteilt sich die Leistung nicht ganz gleichmäßig auf alle Varistoren.

Für große Leistung gibt es Blockbauformen. Beispiel:
https://www.tdk-electronics.tdk.com/de/ ... varistoren

Wie gleichmäßig die drei Phasen belastet werden müssen, sollte der Hersteller des Generators wissen und angeben. Ich nehme an, ungleiche Belastung ist nicht besonders kritisch, sonst würde das auf dem Typenschild entsprechend spezifiziert werden. Selbstverständlich darf keine der drei Phasen überlastet werden.

Überspannungen bei „Lastabwurf“ würde ich falls notwendig auch mit Varistoren abfangen. Das machst du schon richtig.
Man liest oft von dreistufigem Schutz gegen Überspannung:
1. Gasentladungsableiter (Grobschutz, kann kurzzeitig sehr viel Energie aufnehmen)
2. Varistor
3. Suppressordiode (Feinschutz, begrenzt die Spannungsspitze knapp über dem normalen Scheitelwert)

Gasentladungsableiter zünden erst bei hoher Spannung, die bei Blitzschlag erreicht wird. Die Überspannung beim Lastwechel des Generators schätze ich als zu niedrig ein, ein Gasentladungsableiter wird hier gar nicht aktiv werden.

Suppressordioden (Z-Dioden mit definierter Impulsbelastbarkeit) werden hier nicht notwendig sein. Für deren Verwendung muss die Schaltung und deren Verhalten ziemlich genau bekannt sein, um die Dioden nicht zu überlasten.

Eine grundlegende Frage ist für mich noch offen: Ist eine Überspannungsbegrenzung überhaupt notwendig?

Bernhard

Der durchgebrannte VDR hatte einen Durchmesser von 15 mm, und im lokalen Elektronikhandel bekam ich als Ersatz auch zunächst keine größeren. Der betroffene Zwischenstecker mit dem VDR war vielleicht 20 Jahre in Betrieb (nebenbei: Dennoch die Prüfung der Übergangswiderstände an den Schutzleiterkontakten zuletzt noch bestanden!)

Die Nennspannung des Original-VDR kenne ich nicht (war ja verkohlt), aber der Ersatztyp hat die Nennspannung 275 V, Durchmesser 15 mm. Zahlreiche solcher VDR's sind verbaut, an jeder Steckdose (mindestens) einer. Vielleicht ist einfach aus statistischen Gründen (Alterungsfehler bei einem von vielen) einer davon in die Knie gegangen?

Die Nennspannung 275 Volt AC habe ich bewußt so gewählt, weil ich Schäden durch Überspannung befürchte, aber nicht noch knapper, um angesichts des unruhigen Netzes in dieser Industriestadt die VDR's nicht ständig in Dauerbelastung zu betreiben, sondern nur die wirklich relevanten Spitzen abfangen zu lassen. Ich muss auf meiner Etage zahlreiche elektronische Geräte betreiben, und ich denke zum Beispiel an die Maximalspannung der Lade-Elko's in Schaltnetzteilen (von möglicherweise minderer Qualität, worauf ich keinen richtigen Einfluss habe), die schnell überschritten sind. Zudem müssen einige Geräte auch bei Nacht betrieben werden, in meiner Abwesenheit.

Wegen der Frage der Ansprüche des Generators an die Gleichmäßigkeit der Belastung der drei Phasen muss ich also mal bei E~~hell anrufen. Die Technische Beschreibung gibt nichts her.

Danke, Bernhard für die umfangreichen Antworten zu leistungsfähigeren VDR's.

Gruß
Georg

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Hier zum Abschluss noch ein Foto vom nächsten verbrannten VDR derselben Serie, wie eingangs erwähnt:
Die Nennspannung lautet 250 V ~



Wie man vielleicht sieht, findet sich weder eine Feinsicherung noch eine Thermosicherung; der Varistor ist einfach zwischen Phase und Nulleiter geschaltet.
Parallel dazu die Glimmlampe.

Gruß
Georg

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Hallo,

es ist völlig normal, daß diese Varistoren verschleißen und auch defekt werden, je nach Belastung durch das Netz (...wo einige kV Spitzenspannung zulässig sind).

Deshalb ist es gut, sie so zu montieren, daß bei einem Fehler kein Brand entsteht. Ob die gezeigte Montage diese Bedingung erfüllt, darf bezweifelt werden.

Wenn der Varistor defekt wird, einfach ersetzen und gut. Die Nennspannung 250V~ oder 275V~ ist völlig egal, der Abstand zum Ansprechen ist groß genug (siehe Datenblätter).
Heute wird man 275V~ einsetzen. Wichtig ist die richtige "Stärke", in Abhängigkeit der Absicherung und des Energieinhaltes der Spitzen.

Gruß Ingo