Основной недостаток вентильных разрядников состоит в низкой нелинейности (коэффициент нелинейности а = 0,25+0,40) нелинейных рабочих резисторов на основе карбида кремния. Подключение таких резисторов непосредственно к фазному проводу невозможно, так как это приведет к быстрому тепловому разрушению аппарата из-за протекания по нему значительного тока при рабочем напряжении. Поэтому последовательно с карборундовыми HP включают ИП, которые выдерживают фазное напряжение сети в течение всего срока службы разрядника и исключают возможность длительного протекания через нелинейный резистор токов опасных значений. Относительно высокий коэффициент нелинейности используемых резисторов и неизбежное в этом случае наличие ИП являются причиной других недостатков РВ. Основными из них являются:
нестабильность защитных характеристик, обусловленная разбросом напряжений срабатывания ИП и их снижением после многократных гашений дуг сопровождающего тока и вызванной этим эрозии электродов ИП;
нестабильность защитных характеристик вследствие сильного влияния температуры и влажности (для вилитовых резисторов) на вольт-амперную характеристику HP и ее деградация от воздействий импульсов тока при ограничении перенапряжений;
снижение пробивного напряжения разрядников при увлажнении загрязненной поверхности покрышки, определяющее возможность выхода аппарата из строя в нормальном эксплуатационном режиме;
сложность профилактики (контроля пробивного напряжения); сложность конструкции, подбора параметров элементов и настройки пробивных напряжений ИП.
Кроме того, РВ негативно влияют на электрическую сеть вследствие:
поглощения из сети избыточной энергии при пропускании сопровождающего тока;
возникновения перенапряжений на стороне низкого напряжения трансформаторов при срезе волн перенапряжений, вызванном срабатыванием РВ, подключенных к обмотке высокого напряжения.
Устранить перечисленные недостатки в рамках совершенствования системы "последовательно соединенные искровые промежутки и нелинейный резистор", характерной для РВ, не представляется возможным. Уже к началу 70-х годов пришло понимание того, что возможности совершенствования РВ традиционной конструкции практически исчерпаны. Для значительного улучшения защитных характеристик разрядников необходимы были новые резисторы на основе материалов с резко нелинейной ВАХ и высокой пропускной способностью. Именно таким материалом является поликристаллическое вещество на основе оксида (окиси) цинка ZnO.
Высоконелинейные резисторы (варисторы) из материалов, основу которых составлял оксид цинка с добавлением окислов других металлов, впервые были изготовлены в 50-х годах и ограниченно применялись в радиотехнике. В конце 60-х — начале 70-х годов технология синтеза оксидно-цинковых композиций быстро совершенствовалась. В нашей стране, и в Японии практически одновременно были произведены варисторы, способные работать в сильноточной аппаратуре. Коэффициент нелинейности для таких варисторов при плотности тока 1,5-10-4* *16 А/см2 составляет а = 0,01-0,02, что на порядок меньше а карборундовых нелинейных резисторов. Использование оксидно-цинковых варисторов (ОЦВ) позволило разработать защитные аппараты без искровых промежутков: при рабочем напряжении активные токи, протекающие через варисторы, не превышают долей миллиампера, а при перенапряжениях достигают многих сотен и тысяч ампер. В нашей стране такие аппараты получили название нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН); за рубежом их принято именовать металлооксидными разрядниками без искровых промежутков. С помощью ОПН удается осуществлять глубокое ограничение перенапряжений: коммутационных до уровня (1,55-1,75) U, а грозовых - до (1,9 - 2,2) U.
В настоящее время варисторы для ОПН высокого напряжения выпускаются в виде цилиндрических дисков диаметром 28 — 110 мм, высотой 5 — 40 мм. На торцевые части дисков методом металлизации наносятся металлические, чаще всего алюминиевые, электроды. Толщина слоя металлического покрытия составляет 0,05 — 0,30 мм. В отдельных случаях для повышения пропускной способности ОЦВ при импульсах тока с крутым фронтом боковые поверхности ОЦВ покрывают глифталевой эмалью.