Schork, Franz
[Author]
;
Rock, Michael
[Degree supervisor];
Reimann, Tobias
[Degree supervisor];
Beierl, Ottmar
[Degree supervisor]Technische Universität Ilmenau
Stoßstromanwendungen von Leistungshalbleitern im Überspannungsschutz
University thesis:
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2019
Footnote:
Das Erscheinungsdatum ist der Tag der Verteidigung
Description:
Die Zielstellung der vorliegenden Arbeit lag im Aufzeigen neuartiger Schutzkonzepte für den Überspannungsschutz durch den Einsatz von Leistungshalbleitern. Dieses Ziel konnte durch die Qualifizierung in Frage kommender Halbleiterbauelementtypen wie Dioden, Thyristoren, MOSFETs, IGBTs und MCTs sowie die Vorstellung und Realisierung des Schutzkonzeptes der gesteuerten Quer- und Längsimpedanzen erfüllt werden. Die Grundlage hierfür bildeten die präsentierten Ausführungen zu den Bedrohungsparametern für den Überspannungsschutz. Im AC-Netz und DC-Netz wird der genormte Stand zusammengefasst und gerade im Bereich der Bedrohungen durch temporäre Überspannungen (TOV) bislang nicht behandelte Situationen aufgezeigt. Die Untersuchung und Qualifizierung der gezeigten Leistungshalbleiter ergab bei ausschließlicher Bewertung der Ableitfähigkeit eine Leistungsfähigkeit heutiger Typ-3-SPDs. Es konnte gezeigt werden, dass die für den Überspannungsschutz wichtigen Eigenschaften von Leistungshalbleitern nicht auf das Ableitvermögen zu beschränken sind. Gerade durch das schnelle und gezielte Schaltverhalten von Leistungshalbleitern ist es möglich, neue Schutzkonzepte zu realisieren, die mit Standardbauelementen des Überspannungsschutzes nicht umgesetzt werden können. Hier hat sich das Konzept der gesteuerten Längs- und Querimpedanzen als übergeordneter Ansatz bewährt, auf dessen Basis alle vorgestellten Schutzkonzepte zurückgeführt werden können. Zu dem Konzept zählen beispielsweise die Erweiterung des Schutzbereichs von SPDs mit niedrigem Schutzpegel bei gleichzeitiger TOV-Festigkeit sowie die Schutzpegelanpassung an die aktuelle Netzspannung oder die Steuerung von Feinschutzelementen. Aus der Bewertung der Schutzkonzepte haben sich der kombinierte Überstrom- und Überspannungsschutz im DC-Netz sowie der TOV-Schutz im AC-Netz als Konzept mit dem höchsten Mehrwert für den Überspannungsschutz herausgestellt. Diese beiden Konzepte wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit realisiert. Die gezeigten Schutzkonzepte stellen für den Überspannungsschutz eine große Weiterentwicklung dar und rechtfertigen den Einsatz von Leistungshalbleitern. In Überspannungsschutzanwendungen ist daher die Verbreitung von Leistungshalbleitern mehr und mehr zu erwarten und dies nicht nur, wie in heutigen SPDs, für Hilfsfunktionen, sondern zukünftig auch als Hauptelement in einer eigenständigen Schutzlösung.