Overspenningsbeskyttere, som avgjørende enheter for å undertrykke transiente og transiente overspenninger i kraftsystemer, er sterkt avhengige av de elektriske egenskapene, termisk stabilitet og holdbarheten til kjernematerialene deres. Ulike materialer gir fordeler med hensyn til responshastighet, strømbæreevne, energiabsorpsjonsegenskaper og levetid. Passende materialvalg og komposittpåføring er nøkkelen til å forbedre det generelle beskyttelsesnivået til beskytteren.
For tiden inkluderer hovedmaterialene som brukes i overspenningsbeskyttere metalloksidvaristorer (MOV), silisiumkarbid (SiC) varistorer, gassutladningsrør (GDT) fyllemedier, utladningsgapelektrodematerialer og komposittfunksjonelle lag. Blant disse er MOV-er det mest brukte kjernekomponentmaterialet, hovedsakelig sammensatt av sinkoksid (ZnO) med små mengder vismut, kobolt, mangan og andre metalloksider sintret sammen. ZnO-baserte varistorer viser utmerkede ikke-lineære strøm-spenningsegenskaper, og viser høy motstand og minimal lekkasjestrøm under normal driftsspenning. Når spenningen overskrider terskelen, reduseres motstanden raskt, og danner en lav-motstandskanal, som muliggjør respons på nanosekund-nivå og absorpsjon av stor strømenergi. Dens fordeler inkluderer høy strømkapasitet, rask respons og lang levetid, men den har visse krav til termisk stabilitet under vedvarende overspenning, noe som nødvendiggjør termisk utløsning eller varmeavledningsdesign.
Silisiumkarbid (SiC) varistorer var et vanlig materiale i tidlige overspenningsbeskyttere, dannet ved å presse SiC-partikler med et keramisk bindemiddel og deretter sintre ved høye temperaturer. SiC har en høy kritisk elektrisk feltstyrke og god høy-temperaturytelse, slik at den kan operere ved høyere spenninger. Imidlertid er dens ikke-lineære koeffisient lavere enn MOV-er, noe som resulterer i en relativt langsom responshastighet og større lekkasjestrøm. Den brukes nå mest i sekundær beskyttelse kombinert med gnistgap eller i spesielle høye-temperaturmiljøer.
Gassutladningsrør er laget av inert gass (som argon, neon eller en blanding av gasser) og metallelektroder. Arbeidsprinsippet deres utnytter nedbryting av gass under høy spenning for å danne en lysbueutladning, som utlader overspenningsenergi til jord. Gassutladningsrør har ekstremt høy strømkapasitet, i stand til å motstå overspenningsstrømmer på titalls kiloampere, men responstiden deres er relativt lang, og de kan oppleve følgestrømproblemer i likestrøms- eller-lavfrekvenskretser. Derfor brukes de ofte sammen med MOV-er eller strøm-begrensningsmotstander for å kompensere for manglene til et enkelt materiale.
Elektrodene i utladningsgapet er for det meste laget av kobber-wolframlegering, rustfritt stål eller sølv-belagt kobber, med sikte på å balansere høyt smeltepunkt, høy ledningsevne og motstand mot buerosjon. Gapetstrukturen kan raskt brytes ned under høy spenning for å danne en ledende bane, og gir fordeler som enkel struktur, lav pris og motstand mot gjentatte støt. Dens lav-beskyttelsesnøyaktighet er imidlertid dårligere enn MOV-er, og den er utsatt for aldring på grunn av miljøfaktorer.
Sammensatte funksjonslag har blitt en trend de siste årene. Ved å belegge overflaten til MOV eller SiC med høy-temperaturbestandig, fuktighets-bestandig og flammehemmende polymer eller keramisk belegg, eller ved å legge til et termisk ledende isolerende underlag internt, forbedres mekanisk styrke, miljøtilpasningsevne og varmeavledningsytelse. Denne kombinasjonen av materialer kan forbedre enhetens langsiktige-pålitelighet betydelig i utendørs, kjemiske og marine miljøer, samtidig som de originale elektriske egenskapene opprettholdes.
Totalt sett domineres materialsystemet til overspenningsbeskyttere av MOV-er, supplert med SiC, gassutladningsdielektriske stoffer og metallelektroder, for å oppnå målene om rask respons, høy-energiutladning og varig drift gjennom enkelt- eller komposittstrukturer. Det riktige utvalget av forskjellige materialer og prosessoptimalisering gjør at beskytteren kan takle ulike overspenningstrusler som spenner fra lavspente sivile anlegg til høyspente overføringssystemer, og dermed bygge en solid isolasjonsbeskyttelsesbarriere for elektrisk utstyr.
