Varistoren: damit der Strom nicht zum Problem wird

Viele elektrische Schaltungen reagieren äußerst empfindlich auf äußere Einflüsse und müssen deshalb auch besonders geschützt werden. Einen effektiven Schutz vor eventuellen Überspannungsschäden bieten sogenannte Varistoren.

Was sind Varistoren?

Bei Varistoren handelt es sich um Bauteile, die einen spannungsabhängigen Widerstand darstellen. Das heißt: Steigt die Spannung aus irgendwelchen Gründen plötzlich über das normale Maß an, reagiert das Bauteil damit darauf, dass nahezu zeitgleich der Widerstand entsprechend sinkt. Das Zuviel an elektrischer Energie wird dadurch direkt abgeleitet und die betroffene Schaltung nimmt in aller Regel auch keinen Schaden.

Gern genutzt werden Varistoren auch aus weiteren Gründen: Diese Bauteile sind äußerst langlebig. Außerdem verkraften sie es auch problemlos, wenn es häufiger zu einem Übermaß an elektrischer Spannung in den Schaltungen kommt.

Wodurch kann eine Überspannung entstehen?

Einen häufigen Grund für eine Überspannung stellt der Einschlag eines Blitzes dar. Dabei muss dieser nicht einmal in unmittelbarer Nähe einschlagen, um eventuell Schäden zu verursachen. Der Grund: Bei jedem Blitzschlag entsteht ein Magnetfeld, welches die Spannung an elektrischer Energie in den umliegenden Stromleitungen massiv erhöht. Und die Auswirkungen sind sogar noch in einer Entfernung von mehreren Hundert Metern spürbar.

Sehr viel zusätzliche Energie entsteht außerdem, wenn induktive Lasten geschaltet werden. Dabei ist der Anstieg der Spannung umso größer, je höher die jeweilige Last ist. Eine weitere Ursache für einen großen und plötzlichen Anstieg der elektrischen Spannung können elektrostatische Entladungen sein. Diese entstehen, wenn zwischen zwei Objekten ein großes Ungleichgewicht zwischen positiver und negativer Ladung besteht.

Wie werden Varistoren hergestellt und wie funktionieren sie?

Hergestellt werden Varistoren aus pulverförmigem Zinkoxid, dem weitere Metalloxide beigemischt werden. Diese Metalle werden im Verlauf der weiteren Herstellung in einen keramischen Halbleiter integriert. Dadurch entsteht eine kristalline Mikrostruktur, wobei zwischen den einzelnen Körnern des Zinkoxides Sperrschichten entstehen. Trifft nun eine zu hohe Spannung auf eine dieser Schichten, wird diese umso stärker abgebaut, je größer die Spannung ist. Der Widerstand sinkt also und die übermäßige Spannung wird abgebaut.

Die Einsatzgebiete von Varistoren

Genutzt werden Varistoren nicht nur, um empfindliche elektronische Schaltungen zu schützen, sondern auch in der Energietechnik. Ein Grund dafür besteht darin, dass diese Bauteile äußerst schnell auf Schwankungen in der elektrischen Spannung reagieren. So liegt die Ansprechzeit eines Varistors bei weniger als einer Nanosekunde. Allerdings sollten die Bauteile der hohen Spannung nicht allzu lange ausgesetzt sein. Dann besteht nämlich die Gefahr, dass sie überhitzen und letztlich ihre Schutzfunktion nicht mehr erfüllen können.

Gibt es Alternativen zu Varistoren?

Zwar gibt es auch Alternativen, um empfindliche elektrische Schaltungen vor Überspannungen zu schützen. Jedoch haben diese auch gravierende Nachteile. So haben Suppressordioden zwar eine sehr kurze Reaktionszeit, allerdings werden diese durch zu hohe Spannungen unter Umständen zerstört. Daneben werden auch Funkenstrecken oder Gasableiter genutzt, die große Mengen an Energie effektiv ableiten können. Bei diesen ist die Ansprechzeit allerdings sehr viel größer, als es bei Varistoren der Fall ist.