Захисні пристрої від перенапруги, як найважливіші пристрої для придушення перехідних і перехідних перенапруг в енергосистемах, значною мірою залежать від електричних характеристик, термічної стабільності та довговічності матеріалів їх сердечника. Різні матеріали пропонують переваги у швидкості відгуку, пропускній здатності по струму, характеристиках поглинання енергії та терміні служби. Відповідний вибір матеріалу та застосування композиту є ключовими для підвищення загального рівня захисту протектора.
В даний час основні матеріали, що використовуються в засобах захисту від перенапруги, включають металооксидні варистори (MOV), варистори з карбіду кремнію (SiC), наповнювачі газорозрядних трубок (GDT), електродні матеріали розрядного проміжку та композитні функціональні шари. Серед них MOV є найбільш широко використовуваним матеріалом основного компонента, який в основному складається з оксиду цинку (ZnO) з невеликою кількістю вісмуту, кобальту, марганцю та інших оксидів металів, спечених разом. Варистори на основі ZnO- демонструють чудові нелінійні характеристики струму-напруги, демонструючи високий опір і мінімальний струм витоку за нормальної робочої напруги. Коли напруга перевищує порогове значення, опір швидко зменшується, утворюючи канал із низьким-опором, що забезпечує реакцію на наносекундному-рівні та поглинання великої енергії струму. Його переваги включають високу пропускну здатність по струму, швидку реакцію та тривалий термін служби, але він має певні вимоги до термічної стабільності за тривалої перенапруги, що вимагає теплового відключення або конструкції розсіювання тепла.
Варистори з карбіду кремнію (SiC) були звичайним матеріалом для перших захисників від перенапруги, утворених пресуванням частинок SiC з керамічною сполучною речовиною та подальшим спіканням при високих температурах. SiC має високу критичну напруженість електричного поля та хорошу-температурну продуктивність, що дозволяє йому працювати при вищих напругах. Однак його нелінійний коефіцієнт нижчий, ніж у MOV, що призводить до відносно низької швидкості відгуку та більшого струму витоку. Зараз він переважно використовується у вторинному захисті в поєднанні з іскровими проміжками або в спеціальних середовищах із високою-температурою.
Газорозрядні трубки виготовлені з інертного газу (наприклад, аргону, неону або суміші газів) і металевих електродів. Принцип їх роботи полягає в розпаді газу під високою напругою з утворенням дугового розряду, який скидає енергію перенапруги на землю. Газорозрядні трубки мають надзвичайно високу потужність по струму, здатну витримувати стрибки струму в десятки кілоампер, але час їх відгуку є відносно довгим, і вони можуть мати наступні проблеми зі струмом у ланцюгах постійного струму або низької -частоти. Тому їх часто використовують у поєднанні з MOV або резисторами-обмежувачами струму, щоб компенсувати недоліки одного матеріалу.
Електроди розрядного проміжку здебільшого виготовляються з мідно-вольфрамового сплаву, нержавіючої сталі або посрібленої-міді, щоб збалансувати високу температуру плавлення, високу провідність і стійкість до електродугової ерозії. Структура розриву може швидко руйнуватися під високою напругою, утворюючи провідний шлях, пропонуючи такі переваги, як проста структура, низька вартість і стійкість до повторних ударів. Однак його точність захисту від низької-напруги поступається MOV, і він чутливий до старіння через фактори навколишнього середовища.
Композитні функціональні шари стали трендом останніх років. Покриваючи поверхню MOV або SiC високо{1}}температуростійким,-вологостійким-і вогнестійким-полімерним або керамічним покриттям або додаючи всередину теплопровідну ізоляційну підкладку, покращується механічна міцність, адаптованість до навколишнього середовища та ефективність розсіювання тепла. Ця комбінація матеріалів може значно підвищити -довгострокову надійність пристрою в зовнішньому, хімічному та морському середовищах, зберігаючи початкові електричні характеристики.
Загалом у матеріальній системі засобів захисту від перенапруги домінують MOV, доповнені SiC, газорозрядними діелектриками та металевими електродами, що забезпечує швидке реагування, високо-енергетичний розряд і довговічну роботу завдяки одиночним або композитним структурам. Відповідний вибір різних матеріалів і оптимізація процесів дозволяють протектору справлятися з різноманітними загрозами перенапруги, починаючи від низьких-цивільних об’єктів і закінчуючи високо-системами передачі напруги, таким чином створюючи надійний захисний бар’єр ізоляції для електрообладнання.
