Varistor durchgebrannt: Ursachen und Gegenmaßnahmen

Ein Varistor ist ja ein elektrisches Bauelement, das eingesetzt wird, um einen effektiven Überspannungsschutz zu gewährleisten. In einer Schaltung übernimmt der Varistor mehrere Aufgaben: Er dient als Überspannungsschutz, erfüllt die Anforderungen an die Blitzbeständigkeit und gewährleistet die Erfüllung der Anforderungen an Sicherheitstests.

Aufbau und Funktionsweise eines Varistors

Ein moderner Varistor wird heute meist aus Zinkoxid (ZnO) und anderen Metalloxiden hergestellt und hat die Form einer flachen Scheibe. Sein Widerstand hängt von der jeweils angelegten elektrischen Spannung ab. Oberhalb der sogenannten Schwellenspannung sackt der Widerstand ab, sodass der Strom kann ungehindert durch den Varistor hindurchfließen kann. Um dies zu gewährleisten, wird der Varistor mittels Parallelschaltung verbaut. Treten Spannungsspitzen auf, ist das Bauteil in der Lage, die Stromstärke aufzunehmen und das Gerät zu schützen. Das gelingt allerdings nicht immer und es kann passieren, dass der Varistor durchbrennt.

Was ist der Grund dafür, dass es zum Durchbrennen eines Varistors kommt?

Diese Komponenten spielen eine Rolle beim Spannungsschutz in Stromkreisen und können gemeinsam mit Sicherungen Blitzschläge oder andere Formen von Überspannung abwehren. Vor allem im Bereich Blitzschutz kommen die Bauteile zum Einsatz. Kommt es zu einer Überspannung, wird der Varistor durch diese zwar zerstört, aber es kommt auch zu einem Kurzschluss, wodurch an beiden Enden des Varistors nur eine Spannung auf niedriger Position entsteht.

Zeitgleich führt der Überstrom, der beim Kurzschluss entsteht, zum Durchbrennen der vorderen Sicherung oder zum Auslösen des Luftschalters. Dadurch wird die Stromversorgung zwangsweise unterbrochen, was wiederum dazu führt, dass das Geschehen nur geringe Auswirkungen auf andere elektronische Komponenten hat.

Hoher, schneller Stromfluss kann Varistoren überlasten

Eine Ursache für das Durchbrennen eines Varistors sind beispielsweise hohe und schnelle Stromflüsse, wie sie etwa durch Blitzeinschläge verursacht werden. Dabei werden oft innerhalb von Mikrosekunden mehrere zehn Kiloampere betragende Stromstärken erzeugt, die durch ein Gerät fließen. Haben diese keine Gelegenheit zur Entladung, kann sich das auf das Gerät auswirken und zu Schäden führen. Der hohe Strom sorgt für die Überlastung des Varistors und dieser brennt durch oder platzt auf. Dies geschieht allerdings nur, wenn es im Stromkreis neben dem Varistor keine Sicherung gibt. Sie würde bei einer Überspannung die Schutzfunktion übernehmen und zuerst durchbrennen.

Gegenmaßnahmen: So brennt der Varistor nicht durch

Weil der Kurzschluss zu den Hauptursachen für das Durchbrennen von Varistoren gilt, muss man verhindern, dass sein Ausfall die Stromversorgung kurzschließt und eventuell sogar einen Brand verursacht.

Temperatursicherung

Dazu kann man den Varistor beispielsweise mit einer sogenannten Temperatursicherung beziehungsweise einem thermischen Trennmechanismus in Reihe schalten. Damit beide gemeinsam funktionieren, ist darauf zu achten, dass die Temperatursicherung über eine gute Wärmekopplung in Richtung Varistor verfügt. Fällt dieser bei einem Kurzschluss mit hoher Impedanz aus, wird die Temperatursicherung von der erzeugten Wärme ausgelöst. Dadurch kommt es zu einer Trennung des ausgefallenen Varistors vom Stromkreis und die Ausrüstung wird nicht beschädigt.

Schlagfeste Hochfrequenzsicherung

Wirkt bei einer vorübergehenden Überspannung eine höhere Netzfrequenz auf den Varistor ein, kann dieser den Kurzschluss mit niedriger Impedanz sofort durchbrechen. Dadurch brennt die Temperatursicherung nicht durch und es kann auch kein Brand entstehen. Mittel zum Zweck ist hier eine schlagfeste Hochfrequenzsicherung, die man dem Varistor in Reihe schaltet. Ein Vorteil solcher Sicherungen mit einer Hochfrequenz ist, dass sie nicht durchbrennen können, wenn die sogenannte Alterung nicht greift.

Gasentladungsröhre

Um den Varistor zusätzlich zu schützen, kann man ihn auch vor der Verwendung mit einer keramischen Gasentladungsröhre in Reihe schalten. Keramische Gasentladungsröhren sind im Normalbetrieb nicht leitend und Varistoren weisen keinen Leckstrom (elektrischer Strom, der über nicht für die Stromleitung vorgesehene Wege fließt) auf. Dadurch lässt sich ihre Lebensdauer signifikant verlängern. Kommt es zu einem Druckstoß, wird dieser zuerst von der keramischen Gasentladungsröhre abgefedert.

Nach dem Auffangen durch die Gasentladungsröhre wird der Strom durch den Varistor begrenzt und die Leitung kann durch durch die Entladungsröhre nicht aufrechterhalten werden. Ihr Lichtbogen verlischt und es kommt zu einer Zurückführung in den normalen Betriebszustand. Entfällt der Varistorkurzschluss, kommt es zu einem schnellen Ausfall des durch die keramische Gasentladungsröhre fließenden hochfrequenten Stroms.