До последнего времени основным средством защиты от перенапряжений являлся вентильный разрядник. Этот защитный аппарат состоит из искровых промежутков и последовательных нелинейных сопротивлений, иногда называемых рабочими сопротивлениями. В большинстве вентильных разрядников параллельно искровым промежуткам присоединяются шунтирующие сопротивления ШР. Последние служат для равномерного распределения напряжения по искровым промежуткам.
При воздействии на вентильный разрядник перенапряжений, превышающих его пробивное напряжение, происходит пробой ИП и рабочие сопротивления присоединяются к сети. При этом перенапряжение в точке установки аппарата определяется в основном падением напряжения на рабочих сопротивлениях. Оно иногда называется остающимся напряжением на разряднике (Uост). Это напряжение должно быть ~ на 30 % меньше, чем допустимое напряжение на защищаемой изоляции. Ток, протекающий через разрядник за импульсным пробоем ИП под влиянием напряжения 50 Гц, называется сопровождающим током. Этот ток ограничивается рабочим сопротивлением аппарата, величина которого резко возрастает при снижении напряжения на разряднике. При переходе тока через нуль дуга в ИП гаснет, и разрядник приходит в исходное состояние. Таким образом, ИП вентильных разрядников при отсутствии перенапряжений отделяют рабочие сопротивления от сети и подключают их в момент появления опасных для изоляции перенапряжений.
Искровые промежутки, по возможности, должны иметь горизонтальную вольт-секундную характеристику, то есть малое изменение пробивного напряжения в широком диапазоне предразрядных времен (от мкс до мс) и малый разброс. Кроме того, Uпp не должно изменяться после многократного пропускания нормированных импульсных и сопровождающих токов, а также при колебаниях температуры и воздействия тряски, ударов и вибрации. ИП должны гасить дугу сопровождающего тока , как правило, при первом переходе его через нуль.
Для выполнения этих требований применяются ИП следующих типов:
- с неподвижной дугой сопровождающего тока, которая гасится практически в том же месте, где происходит пробой (используется в разрядниках серий РВС, РВП и РВО);
- с дугой, вращающейся в кольцевом зазоре между электродами под действием магнитного поля (такие ИП применяются в вентильных разрядниках серий РВМ и РВМГ);
- с растягивающейся дугой, которая передвигаясь между электродами под действием магнитного поля, значительно (в десятки и сотни раз) увеличивает свою длину; с такими ИП выпускаются разрядники серий РВТ и РВРД.
Последовательное сопротивление вентильного разрядника должно обладать нелинейной вольт-амперной характеристикой и способностью многократно пропускать импульсные и сопровождающие токи. Для нелинейных сопротивлений (НС) используются твердые полупроводниковые материалы, проводимость которых практически мгновенно возрастает при увеличении приложенного напряжения. В настоящее время НС изготавливаются из электротехнического карбида кремния (карборунда) SiC.
Удельное сопротивление зерен карборунда составляет примерно 10 Омм. На их поверхности имеется полупроводящий запорный слой толщиной —100 мкм из окиси кремния SiO2.
Удельное сопротивление запорного слоя нелинейно зависит от напряженности электрического поля. При малых значениях оно составляет 104...106 Ом-м и к нему прикладывается практически все напряжение. При повышении напряженности поля проводимость запорного слоя резко возрастает и общее сопротивление резистора начинает определяться собственно зернами карборунда.
Нелинейные резисторы вентильных разрядников прессуются в виде дисков из исходной массы, состоящей из порошка карбида кремния и связующего материала. В настоящее время применяются диски из вилита и тервита. Для изготовления вилитовых дисков в качестве связующего материала применяется жидкое стекло, это позволяет обжигать заготовки дисков при относительно низкой температуре (около 300 °C). Тервитовые диски, в которых связующим является смесь жидкого стекла и глинозема, при изготовлении обжигаются при температуре 1000 °C. При этом часть запорных пленок SiO2 выгорает, что приводит к некоторому ухудшению нелинейности резисторов, но одновременно значительно возрастает их пропускная способность, то есть способность многократно пропускать без повреждения большие токи.
Вольт-амперную характеристику нелинейных резисторов принято характеризовать степенной зависимостью 
где С - постоянная, учитывающая свойства материала и размер резистора;
α - коэффициент нелинейности материала, имеющий разные значения в области малых и больших токов.
Как следует из приведенной зависимости, вольт-амперную характеристику целесообразно строить в логарифмических шкалах, в которых она изображается отрезками прямой линии. На рис. 5.2 показана типичная вольт- амперная характеристика вилитовых дисков, которые применяются в разрядниках типа РВС. Характеристика снята при импульсах 20/40 мкс.
Области больших токов, проходящих через разрядник при грозовых перенапряжениях, соответствует участок Б вольт-амперной характеристики. На этом участке коэффициент нелинейности α для вилита равен 0,1...0,2, для тервита - 0,15...0,25. Участок А вольт-амперной характеристики соответствует области сопровождающих токов и большинству токов коммутационных перенапряжений. Коэффициент α для этого участка значительно выше: для вилита - 0,28...0,3; для тервита - 0,35...0,38.
Рис. 5.2. ВАХ рабочих сопротивлений вентильного разрядника
Вольт-амперная характеристика нелинейного сопротивления, состоящего из т последовательно включенных резисторов, записывается в виде
Значения С и α должны быть различными для двух участков вольт- амперной характеристики.
