Ochronniki przepięciowe, jako kluczowe urządzenia tłumiące przejściowe i przejściowe przepięcia w systemach elektroenergetycznych, w dużym stopniu opierają się na właściwościach elektrycznych, stabilności termicznej i trwałości materiałów rdzenia. Różne materiały oferują korzyści w zakresie szybkości reakcji, obciążalności prądowej, charakterystyki pochłaniania energii i żywotności. Odpowiedni dobór materiału i zastosowanie kompozytu są kluczem do poprawy ogólnego poziomu ochrony ochraniacza.
Obecnie do głównych materiałów stosowanych w ochronnikach przepięciowych należą warystory z tlenku metalu (MOV), warystory z węglika krzemu (SiC), media wypełniające rurki wyładowcze (GDT), materiały na elektrody szczeliny wyładowczej i kompozytowe warstwy funkcjonalne. Wśród nich najczęściej stosowanym materiałem rdzenia są MOV, składające się głównie z tlenku cynku (ZnO) z niewielkimi ilościami spiekanych razem bizmutu, kobaltu, manganu i innych tlenków metali. Warystory na bazie ZnO- wykazują doskonałą nieliniową charakterystykę-prądu, napięcia, wysoką rezystancję i minimalny prąd upływowy przy normalnym napięciu roboczym. Kiedy napięcie przekracza próg, rezystancja gwałtownie maleje, tworząc kanał o-niskim oporze, umożliwiający reakcję na poziomie-nanosekund i absorpcję dużej energii prądu. Jego zalety obejmują wysoką wydajność prądową, szybką reakcję i długą żywotność, ale ma pewne wymagania dotyczące stabilności termicznej w przypadku długotrwałego przepięcia, co wymaga wyłącznika termicznego lub konstrukcji rozpraszającej ciepło.
Warystory z węglika krzemu (SiC) były powszechnym materiałem we wczesnych urządzeniach przeciwprzepięciowych, wytwarzanych przez prasowanie cząstek SiC ze spoiwem ceramicznym, a następnie spiekanie w wysokich temperaturach. SiC charakteryzuje się wysokim krytycznym natężeniem pola elektrycznego i dobrą-odpornością na wysokie temperatury, dzięki czemu może pracować przy wyższych napięciach. Jednak jego współczynnik nieliniowy jest niższy niż w przypadku MOV, co skutkuje stosunkowo małą szybkością reakcji i większym prądem upływowym. Obecnie jest on używany głównie w zabezpieczeniu wtórnym w połączeniu z iskiernikami lub w specjalnych środowiskach-o wysokiej temperaturze.
Rury wyładowcze gazowe wykonane są z gazu obojętnego (takiego jak argon, neon lub mieszanina gazów) i elektrod metalowych. Ich zasada działania wykorzystuje rozkład gazu pod wysokim napięciem w celu wytworzenia wyładowania łukowego, odprowadzającego energię przepięcia do ziemi. Gazowe lampy wyładowcze charakteryzują się wyjątkowo dużą obciążalnością prądową, zdolną wytrzymać prądy udarowe o wartości dziesiątek kiloamperów, ale ich czas reakcji jest stosunkowo długi i mogą powodować problemy z prądem następczym w obwodach prądu stałego-o niskiej częstotliwości. Dlatego często używa się ich w połączeniu z MOV lub rezystorami-ograniczającymi prąd, aby skompensować wady pojedynczego materiału.
Elektrody szczeliny wyładowczej są przeważnie wykonane ze stopu miedzi-wolframu, stali nierdzewnej lub miedzi-posrebrzanej, co pozwala zrównoważyć wysoką temperaturę topnienia, wysoką przewodność i odporność na erozję łukową. Struktura szczeliny może szybko rozbić się pod wysokim napięciem, tworząc ścieżkę przewodzącą, oferując zalety takie jak prosta konstrukcja, niski koszt i odporność na powtarzające się uderzenia. Jednak jego dokładność ochrony przed niskim{{4}napięciem jest gorsza niż w przypadku MOV i jest on podatny na starzenie się pod wpływem czynników środowiskowych.
Kompozytowe warstwy funkcjonalne stały się trendem w ostatnich latach. Powlekanie powierzchni MOV lub SiC-odpornymi na wysokie temperatury,-wilgoć i ognioodporne-powłoki polimerowe lub ceramiczne lub dodając wewnętrznie termoprzewodzące podłoże izolacyjne, poprawia się wytrzymałość mechaniczna, zdolność dostosowywania się do środowiska i wydajność rozpraszania ciepła. Ta kombinacja materiałów może znacznie poprawić-długoterminową niezawodność urządzenia w środowiskach zewnętrznych, chemicznych i morskich, przy jednoczesnym zachowaniu oryginalnych właściwości elektrycznych.
Ogólnie rzecz biorąc, w systemie materialnym ochronników przepięciowych dominują MOV, uzupełnione SiC, dielektryki wyładowcze gazowe i elektrody metalowe, co pozwala osiągnąć cele w postaci szybkiej reakcji,-wyładowania o wysokiej energii i trwałej pracy dzięki strukturom pojedynczym lub kompozytowym. Odpowiedni dobór różnych materiałów i optymalizacja procesu umożliwiają ochronnikowi radzenie sobie z różnorodnymi zagrożeniami przepięciowymi, począwszy od obiektów cywilnych-niskiego napięcia po systemy przesyłowe wysokiego-napięcia, tworząc w ten sposób solidną barierę izolacyjną dla sprzętu elektrycznego.
