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"Varistor"

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Weitere Informationen zum Thema Varistor
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Varistor - Keine Chance für Überspannungen

Die Bezeichnung Varistor ist eine Zusammensetzung aus "variable resistor", also veränderlicher Widerstand. Der elektrische Widerstand eines Varistors ist abhängig von der anliegenden Spannung, woraus die ebenfalls gebräuchliche Bezeichnung Voltage Dependent Resistor (VDR) resultiert. Der hohe Widerstand des Varistors wird bei Überschreiten eines bestimmten Spannungspegels ruckartig sehr klein. Dieser Effekt wird genutzt, um Geräte oder empfindliche Bauteile vor Schäden durch Überspannung zu schützen. Der Varistor wird parallel zum schützenswerten Bauteil oder Stromkreis geschaltet. Im Normalbetrieb ist der Varistor durch seinen hohen Widerstand ohne Einfluss auf die Schaltung. Erst bei Überschreiten des sogenannten Schutzpegels fließt durch den Varistor annähernd verzögerungsfrei ein Ableitstrom, der die Spannungsquelle belastet und dadurch die Überspannung auf den Schutzpegel reduziert. Der Varistor kappt damit Spannungsspitzen und begrenzt den Spannungspegel. Das Ansprechverhalten ist symmetrisch, also unabhängig von der Polarität bzw. Stromrichtung. So können in Gleich- und Wechselstromschaltungen Schäden durch kurzzeitige Überspannungen wirksam verhindert werden. Die Kenngrößen wie Schutzpegel, Ableitfähigkeit und Ansprechzeit des Varistors werden durch das Material und die Bauart bestimmt.

Anwendungsbereiche

Varistoren werden als Schutz vor elektrostatischen Aufladungen (ESD), vor elektromagnetischen Störimpulsen (EMP) und Blitzeinwirkungen eingesetzt. Sie sind ein wesentliches Element für die Erfüllung der Normen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Ob einzeln als Schutz für empfindliche Bauelemente oder in Kombination mit anderen Schutzelementen zur Absicherung ganzer Geräte und Anlagen -  Varistoren sind allgegenwärtig in
  • Nachrichten- und Datenelektronik,
  • Steuerungs- und Leistungselektronik,
  • Energietechnik,
  • Kfz-Technik,
  • Haushalts- und Unterhaltungselektronik
  • Medizintechnik.

Material und Bauarten

Der Varistor ist ein Halbleiterbauelement aus Metalloxid und wird daher auch kurz als MOV bezeichnet. Der Anwendungsbereich von Varistoren umfasst sämtliche Bereiche der Elektrotechnik, so dass verschiedenste Anforderungen erfüllt werden müssen. Neben einfachen Scheibenvaristoren mit Lötfahnen gibt es Vielschichtvaristoren (MLV - Multilayer Varistor), Varistoren zur Oberflächenmontage (SMD-Varistoren), Varistor-Arrays (SMD-Arrays), Block- und Laschenvaristoren, kapazitive Varistoren (HiCap) und Varistoren zum direkten Aufklipsen auf Schaltschütze. Die Varistoren werden als Einzelelement, aber auch in Kombination mit Thermoschutz und weiteren Schutzelementen angeboten.

Betriebsarten des Varistors

Normalbereich

Der Varistor hat praktisch keinen Einfluss auf die Schaltung. Er ist sehr hochohmig und es fließt nur ein geringer Leckstrom im µA-Bereich.

Arbeitsbereich

Der Schutzpegel (Ansprechspannung) ist überschritten und der Varistor wird schnell sehr niederohmig. Daraus resultiert ein Stoßstrom, der über den Varistor fließt. Die Überspannung wird somit sofort reduziert und kann keinen Schaden verursachen. 

Überlastbereich

Der maximale Schutzpegel des Varistors wird überschritten oder die Überspannung liegt nicht nur kurzzeitig an. Beides führt zu einer Überlastung, entweder durch Überschreiten des maximalen Stoßstroms oder durch Dauerbelastung. Es kann zum Zerplatzen des Varistors und Brandgefahr kommen. Häufige Überspannungsereignisse führen auch zur Verschlechterung der Kennwerte  durch vorzeitige Alterung. Daher muss durch Kombination mit weiteren Schutzmaßnahmen der Überlastbereich vermieden werden. Zum Beispiel kann die Überlast durch Auslösen einer Sicherung oder durch Kombination mit einem Thermoelement vermieden werden.

Kennwerte

Spannung / Schutzpegel

Je nach Anwendungsgebiet und Normierung sind die Werte des Betriebsspannungsbereichs (Normalbereich), des Schutzpegels (auch Ansprech- oder Knickspannung) und des maximalen Schutzpegel (Spannungsfestigkeit) durch den Hersteller angegeben. Die Varistorspannung kennzeichnet den Spannungsfall über den Varistor bei 1 mA Stromfluss und ist ein typischer Kennwert für Vergleichszwecke. Die Betriebsspannung liegt typischerweise deutlich darunter. Die höchste Spannung, die über die kurze Impulsdauer von 8/20 µs am Varistor anliegen darf, wird als maximaler Schutzpegel angegeben.  

Energieeinstufung / Belastbarkeit

Die Fähigkeit des Varistors zur Energieabsorption, also zur Ableitung von potentiell schädlichen Einwirkungen durch Überspannungen wird mit der Energieeinstufung gekennzeichnet. Es wird die maximale Energieaufnahme in Joule (J) bei einem Impuls von 10/1000 µs angegeben. Ein Joule ist eine Wattsekunde. Hohe Joule-Werte bedeuten also eine hohe Impuls-Belastbarkeit des Varistors. Die zulässige Dauerbelastung eines Varistors wird mit der Leistungsaufnahme in Watt angegeben. Die Belastbarkeit wird wesentlich durch das Volumen, das Material und die Bauart des Varistors bestimmt.

Maximaler Ableitstrom

Der maximale Ableitstrom definiert den Stromstoß mit einem Impuls von 8/20 µs, den der Varistor noch ohne Beschädigung überlebt.

Ansprechzeit

Die Ansprechzeit von Varistoren liegt im Bereich von Nanosekunden. Damit sind Varistoren sehr gut zum Schutz vor Schäden durch impulsförmige Überspannungen geeignet.
Haben Sie Hinweise, Verbesserungs- oder Korrekturvorschläge zum Ratgebertext Varistor, dann informieren Sie uns bitte per Formular.

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